Una nuova finestra sull’universo
Albert Einstein predisse l’esistenza delle onde gravitazionali più di un secolo fa. Nel 2015, i fisici che lavoravano con l’osservatorio interferometro laser delle onde gravitazionali (LIGO), un paio di strumenti giganteschi a Hanford, Washington e Livingston, Louisiana, negli Stati Uniti, hanno rilevato queste increspature nello spazio-tempo per la prima volta. Per fare questa scoperta sono stati necessari molti tentativi e, soprattutto, un enorme progresso tecnologico. Per ampliare la portata dei rilevatori di onde gravitazionali, gli scienziati finanziati dall’UE hanno studiato diversi approcci che promettono di superare limiti quantistici meccanici. Il progetto EAGLE (Exploring quantum aspects of gravitational wave detectors) è stato dedicato allo studio sistematico di questi approcci tenendo conto della loro complessità e del miglioramento della sensibilità. L’obiettivo era offrire linee guida per migliorare le prestazioni dei rilevatori di onde gravitazionali del futuro. I rilevatori di onde gravitazionali, come LIGO, usano laser ad alta potenza e specchi nella scala del chilogrammo come masse di prova, separate da chilometri. Per rilevare onde gravitazionali deboli dall’universo remoto, devono essere estremamente sensibili al più piccolo spostamento della massa di prova. Il rumore di origine quantica comincia a limitare la loro sensibilità. Gli scienziati hanno studiato diversi approcci per ridurre il rumore quantico e potenziare la risposta del rilevatore ai segnali dell’onda gravitazionale. Un nuovo approccio preso in considerazione nell’ambito di EAGLE è mettere un dispositivo optomeccanico che funga da filtro instabile all’interno della cavità del riciclaggio del segnale, che compensa per il ritardo di fase (dispersione positiva) del segnale. Questo nuovo schema può potenziare la larghezza di banda del rilevatore, mentre allo stesso tempo, il picco di sensibilità potrebbe essere mantenuto quando si concentra sul livello di rumore. Usando modelli numerici e studi analitici, il lavoro di EAGLE ha portato a nuove idee per progettare la prossima generazione di rilevatori delle onde gravitazionali. Si tratta di strumenti ideali per sondare l’universo, che mostrano i fenomeni astrofisici che non erano osservabili con la rilevazione della luce cosmica.
Parole chiave
Relatività generale, interferometro laser, rumore quantico, onda gravitazionale, LIGO, EAGLE