Cascina (PI), 27 Maggio 2023 - Visita guidata a VIRGO

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VIRGO - Lo strumento che ci ha svelato il passaggio delle onde gravitazionali

a cura di G. Russo

La mattina del 27 Maggio u. s. un gruppo di soci con i loro familiari si è recato in visita presso il Centro di ricerca Virgo per lo studio delle Onde Gravitazionali.

VIRGO e’ stato costruito presso Cascina, una cittadina vicino a Pisa, sul sito dell’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO), ad opera dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) italiano con la collaborazione francese del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).

Le onde gravitazionali, teorizzate da Albert Einstein nel 1915, sono ondulazioni della trama dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce (300.000 km/s); sono generate dall'accelerazione o dalla deformazione di grandi masse, in seguito a esplosioni di supernovae o a interazioni binarie gravitazionali fra stelle di neutroni o buchi neri.

Quando le onde gravitazionali attraversano la trama dello spazio-tempo la alterano, deformando i corpi celesti immersi in essa, allungandoli e accorciandoli di un millesimo di miliardesimo di miliardesimo per ogni metro (10^^-21m).

Più interferometri situati in aree distanti fra loro non soltanto possono meglio identificare il passaggio di un'onda gravitazionale, ma tramite una triangolazione possono anche localizzare l'area dello spazio dove ha avuto origine l'evento catastrofico che ne ha causato l'effetto relevato.

Per questa ragione gli interferometri VIRGO e i due interferometri statunitensi LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory) - localizzati a Hanford (Washingston State) e a Livingstone (Louisiana) - cooperano in questa ricerca scientifica.

Per la realizzazione della struttura meccanica che ha lo scopo di isolare le componenti ottiche dell’interferometro da disturbi sismici e antropici di VIRGO è stata incaricata l'Officina lucchese Galli & Morelli, un'eccellenza nella meccanica di precisione.

L'Ing. Vincenzo Dattilo, Capo di Dipartimento ITF di VIRGO, ha fatto da tutor al nostro gruppo lungo il preciso percorso didattico, spiegando con una presentazione di slide le motivazioni che hanno spinto un gruppo di scienziati alla progettazione e alla realizzazione dell'interferometro VIRGO: il fine era indagare meglio l'Universo, del quale ne conosciamo soltanto il 5%.

L'obiettivo della ricerca di questo team di scienziati, capeggiati da Adalberto Giazotto, è stato quello di dimostrare e rilevare le Onde Gravitazionali; per fare questo è stato necessario uno strumento particolare: l'interferometro laser.

Il funzionamento dell'Interferometro Laser è rappresentato in figura. Un laser emette un fascio di luce, che raggiungendo uno specchio semiriflettente inclinato di 45° (nella parte centrale della figura) si sdoppia: il 50% del fascio luminoso prosegue fino a specchiarsi su una superficie totalmente riflettente posta a una certa prefissata distanza x dal precedente specchio inclinato; il restante 50% del fascio lunimoso devia di 90° (verso l'alto nella nostra figura), riflettendosi su uno specchio posto a una uguale distanza y (x=y) dallo stesso specchio semiriflettente inclinato.

Entrambi i fasci di ritorno riflessi, che raggiungonmo il fotodiodo (nella parte inferiore in figura), si annullano in assenza di perturbazioni per effetto di una opposizione di fase.

Al passaggio di un'onda gravitazionale avviene una situazione particolare: le distanze x e y non coincidono più, per cui gli spazi che percorrono i fasci di luce laser risultano diversi. Poichè tuttavia la velocità della luce è costante, si perde quell'effetto di annullamento per l'oposizione di fase, per cui il fotodiodo rileva un effetto luminoso.

Dopo una spiegazione teorica del funzionamento dell'Interferometro Laser, l'ing. Dattilo ci ha condotto a vedere la reale struttura dei bracci ortogonali tra loro, della lunghezza di 3 km ciascuno.

Il modellino seguente ne mostra il funzionamento:

Gli specchi sono sorretti da strutture (Superattenuatori), che hanno la funzione di attenuare movimenti oscillatori orizzontali e verticali causati da disturbi antropici e/o naturali del suolo, grazie a un sofisticato sistema di pendoli.

Gli specchi sono appesi al superattenuatore tramite fili di quarzo.

Superattenuatore attualmente in uso.

Silos contenenti i superattenuatori.

Infine, il nostro Tutor ci ha fatto visitare la Control Room, designata al rilevamento e all'analisi dei dati inviati dal sistema.

Al termine della visita, il Presidente della Sezione A.N.P.S. di Lucca Alessandro Landucci ha consegnato una targa ricordo, in segno di ringraziamento, all' ingegnere Vincenzo Dattilo, che ha accompagnato il nostro gruppo di visitatori illustrando la funzionalità e le finalità di ricerca del Centro.