A TRE SCIENZIATI AMERICANI IL NOBEL PER LA FISICA CON L.I.G.O.

nobel-2017

Nobel per la Fisica 2017 agli scienziati USA di LIGO per le onde gravitazionali

Anche se il padre di questa tecnologia è italiano, Adalberto Giazotto, ed ha iniziato 20 anni prima di tutti gli altri.

Il Nobel per la  Fisica 2017 assegnato a  Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorne, i tre scienziati di LIGO, l’interferometro che ha registrato le onde gravitazionali. Una scoperta, e un Nobel, che parla un po’ italiano.

Da sinistra a destra Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorn, i tre laureati al Nobel per la Fisica 2017. Al primo andrà la metà del premio, agli altri due 1/4 ciascuno.

Il premio Nobel per la Fisica 2017 è stato assegnato a Rainer WeissBarry C. Barish e Kip S. Thorne per i “loro contribuiti decisivi legati all’osservatorio LIGO e alla rilevazione delle onde gravitazionali”.

I tre laureati hanno avuto un ruolo fondamentale nello sviluppo e nelle ricerche legate al Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), il doppio interferometro che il 14 settembre del 2015 ha osservato per la prima volta le onde gravitazioni.

Weiss (l’ideatore di LIGO) e Thorne (il teorico) possono essere considerati i due padri dello strumento, mentre Barish è lo scienziato che ha portato a completamento il progetto.

Tutti e tre  hanno lavorato per quasi 40 anni per rendere possibile la prima osservazione delle onde gravitazionali. Ma occorrerebbe ricordare anche lo scozzese Ronald Drever, le cui ricerche sono state fondamentali per questo risultato, che il Nobel l’avrebbe vinto pure lui se non se ne fosse andato il 7 marzo di quest’anno.

Da ricordare ci sarebbe anche Adalberto Giazotto, il padre di Virgo, il rivelatore italiano che si è affiancato a LIGO ad agosto e che è fondamentale per una migliore osservazione e comprensione delle onde gravitazionali. Giazotto è uno dei più grandi protagonisti del settore: fu lui ad aprire la strada con coraggio e ostinazione – almeno vent’anni prima degli altri – delle basse frequenze, alle quali poi è stato ascoltato il primo “cinguettio” (v. video/audio sotto).

D’altra parte questa scoperta ha molti padri: sono più di mille i ricercatori di tutto il mondo, che in quasi mezzo secolo sono riusciti a raggiungere un traguardo che perfino ad Einstein sembrava impossibile, regalandoci uno sguardo nuovo sull’universo. Il bello è che il viaggio è appena cominciato.

LIGO è un progetto ciclopico: coinvolge almeno 20 Paesi e migliaia di ricercatori in tutto il mondo, ma i tre ricercatori sono gli ideatori di questo sofisticato sistema per osservare le onde gravitazionali.


Leggi anche: che cosa sono le onde gravitazionali


La prime onde gravitazionali rilevate erano state prodotte da uno degli eventi più drammatici, potenti e violenti dell’Universo: la fusione di due buchi neri alla velocità di circa 150.000 km/s, la metà della velocità della luce, avvenuto 1 miliardo e trecento mila anni fa.  I due buchi neri, di massa equivalente a circa 29 e 36 masse solari, si sono fusi in un unico buco nero ruotante più massiccio di circa 62 masse solari: le 3 masse solari mancanti, nelle ultime frazioni di secondo della fusione si sono trasformate in energia che è diventata l’onda gravitazionale che noi abbiamo ascoltato attraverso LIGO. Come? Ascoltando un rumore particolare – video qui sotto. E come siamo sicuri che sia proprio un’onda gravitazionale? Semplificando un po’, grazie agli studi di Weiss (e Giazotto).

Alla base delle nuove scoperte ci sono appunto le onde gravitazionali previste da Einstein, tenui fluttuazioni di gravità prodotte da eventi estremi come il Big Bang o lo scontro tra buchi neri, in cui masse enormi sono soggette a forti accelerazioni. Le onde gravitazionali ci raggiungono dopo aver viaggiato per molti milioni o miliardi di anni. E sono misurabili perché alterano le distanze, anche se in modo quasi impercettibile: i rivelatori come LIGO.

La notizia prosegue sotto il box

CHE COSA SONO LE ONDE GRAVITAZIONALI (IN BREVE)
Le onde gravitazionali sono uno strumento da poco sfruttabile per studiare gli eventi più energetici e violenti della storia dell’Universo. Si definiscono “increspature nel tessuto dello spazio-tempo”, che possiamo immaginare come un gigantesco tappeto di gomma deformato dall’interazione di qualunque oggetto dotato di massa. Ne producono i buchi neri, le stelle di neutroni, ma anche, per esempio, il Sole (nella deformazione dello spazio intorno ad esso “scivolano” le orbite dei pianeti). Ne generiamo anche noi quando ci muoviamo, ma sono assolutamente irrilevanti: affinché queste “vibrazioni” siano individuabili, è necessaria l’interazione di oggetti di massa considerevole, come appunto i buchi neri.
Furono previste un secolo fa da Albert Einstein, con la sua Relatività generale (1916). Per lo scienziato, la gravità stessa era dovuta alla curvatura dello spazio-tempo causata da una massa. Più che una forza tra oggetti distanti, la considerava quindi un effetto geometrico. L’influenza di un pianeta o di una stella nel “tessuto” dello spazio-tempo, secondo quest’ottica, è paragonabile a quello di una biglia che poggia su un telo teso, deformandone la superficie. Einstein stesso aveva teorizzato che gli eventi celesti più violenti potessero causare un’increspatura tale da propagarsi come un’onda fino al nostro telo. Era però convinto che questa deformazione non fosse rilevabile direttamente, perché troppo debole..
[Per saperne di più]

COME FUNZIONA UN INTERFEROMETRO. I due rilevatori LIGO (uno in Louisiana e l’altro nello Stato di Washington, negli Stati Uniti) sono costituiti da due tunnel (detti “bracci”) perpendicolari, lunghi 3 chilometri ciascuno. I due bracci disegnano una L, dal cui vertice parte un raggio laser, che viene diviso in due e se ne va per metà lungo un braccio della L, e per metà lungo l’altro. In fondo a ogni tunnel c’è uno specchio che riflette all’indietro il laser, e nel punto dove i due raggi riflessi tornano a incontrarsi c’è un rivelatore. In teoria lo “spacchettamento” delle due metà del raggio è fatto in modo che – quando si incontrano di nuovo – i due raggi si annullano.

Ma se una perturbazione passeggera della gravità deforma leggermente i due bracci (accorciando uno e allungando l’altro), sul rivelatore appare un segnale luminoso, un’onda di luce la cui frequenza è l’impronta dell’onda gravitazionale originaria. Con questa tecnica è possibile misurare variazioni di appena un milionesimo di miliardesimo di millimetro rispetto ai 3 km dei bracci dell’interferometro. In proporzione, è come rilevare lo spessore di un capello rispetto alla distanza della stella più vicina: una sensibilità che fino a non molti anni fa alcuni consideravano impossibile da raggiungere.

Dall’altra parte dell’oceano, in Italia, c’è Virgo, un interferometro che usa lo stesso principio di LIGO e che è stato fondamentale per le ultime rilevazioni delle onde gravitazionali ed è per questo che in Nobel per la Fisica 2017 parla un po’ italiano (se siete ottimisti) o è un Nobel perso (se siete pessimisti).

Virgo – simile a LIGO – è un interferometro laser con due bracci (i tubi azzurri nella foto), perpendicolari tra loro, ciascuno lungo 3 km. A loro interno, corrono due fasci di luce laser, capaci di rivelare le tenui variazioni di lunghezza dovute al passaggio di un’onda gravitazionale.

VIOLINI E TROMBONI. Inizialmente LIGO e Virgo ascoltavano, per così dire, note diverse dello spartito gravitazionale. E qui comincia una parte interessante (e meno nota) della storia.

Come tutte le onde, infatti, anche quelle di Einstein possono essere più acute o più gravi. Le esplosioni di supernove, che sono stelle giunte alla fine della loro vita, producono onde dalle frequenze più alte, come le trombe e i violini in un’orchestra. I buchi neri che si scontrano producono onde più “gravi”, come violoncelli e tromboni.

«Negli anni ’80 e ’90, quando si iniziarono a progettare rivelatori di questo tipo, in pochi credevano che si potessero osservare onde gravitazionali a bassa frequenza», ha spiegato a Focus Adalberto Giazotto, l’ideatore di Virgo. «La comunità americana, in particolare, era concentrata sulle supernove, i cui segnali hanno frequenze attorno ai 1.000 Hz». Ovvero un’onda che oscilla mille volte al secondo, per capirci è la frequenza del sibilo che facevano i vecchi televisori quando erano sintonizzati sulle bande colorate. E così, mentre la prima versione di LIGO era tarata per lo più sui violini, Virgo fu progettato fin da subito per ascoltare anche i violoncelli: vibrazioni con centinaia o anche solo decine di oscillazioni al secondo.

Riuscirci, però, non è stato facile. Serve infatti un altissimo isolamento sismico, per proteggere il rivelatore da tutti i rumori a bassa frequenza che potrebbero disturbarlo: terremoti, treni che passano, le onde del mare, una centrale elettrica in funzione a chilometri di distanza.

La soluzione proposta da Giazotto fu di appendere gli specchi a strutture di sua concezione chiamate superattenuatori, sospensioni alte 10 metri fatte da un pendolo invertito (cioè una struttura oscillante fissata in basso anziché in alto) a cui sono attaccate, appese in serie l’una all’altra, 6 ulteriori strutture oscillanti, e in fondo a tutto penzola lo specchio che riflette il raggio laser. I vari stadi assorbono le vibrazioni del terreno prima che arrivino allo specchio, e come su un’auto di lusso sentiamo a malapena le buche della strada grazie alle sospensioni, così gli specchi di Virgo non si accorgono nemmeno dei movimenti sismici.

Come il Sole e la Terra deformano lo spazio-tempo, qui rappresentato come una sorta di rete elastica. | T. PYLE/CALTECH/MIT/LIGO LAB

LIGO E VIRGO: INSIEME È MEGLIO. «Con tre osservatori in funzione [due di LIGO e uno di Virgo, NdR], non è solo possibile misurare con maggior precisione il passaggio di un’onda gravitazionale, ma si può anche determinare la direzione di provenienza», enfatizza Fulvio Ricci, già portavoce di Virgo. Questo fa sì che sia poi possibile puntare i telescopi degli osservatori astronomici per studiare con maggior dettaglio il fenomeno celeste in atto.

«Quando osserviamo un evento promettente, dopo qualche minuto siamo in grado di dare un’allerta agli astronomi. Attualmente abbiamo accordi con oltre novanta gruppi sparsi in tutto il mondo». Così diventa possibile vedere, per esempio, come si sviluppa l’esplosione di una supernova. Oppure se e come uno scontro tra stelle di neutroni produce un lampo di raggi gamma (radiazioni molto penetranti), uno degli eventi più misteriosi e violenti dell’universo. Le possibilità sono tante e le sorprese, anche clamorose, dietro l’angolo. Per questo, e per evitare abbagli, gli interessati procedono con cautela.

Conclude Ricci: «Per analizzare i dati, oltre al centro Atlas di Hannover (interamente dedicato alle onde gravitazionali) stiamo occupando molti centri normalmente usati dagli scienziati del Cern, come il Cnaf di Bologna, il Sara di Amsterdam, l’IN2P3 di Lione… siamo entrati in campo ovunque, assorbendo potenza di calcolo. I nostri colleghi del Cern se ne sono accorti»

I TRE PREMIATI
Rainer Weiss è nato nel 1932 a Berlino, in Germania, e ha conseguito un dottorato di ricerca presso il MIT nel 1962.

Barry C. Barish è nato nel 1936 a Omaha, New England, e nel 1962 ha conseguito un dottorato presso la University of California, Berkeley, ed è attualmente docente di fisica alla Caltech.

Kip S. Thorn è nato nel 1940 a Logan, Utah, e nel 1965 ha conseguito un dottorato presso la Princeton University nel New Jersey. Attualmente è docente alla Caltech.


 

Avevo già scritto su questo argomento:

“SCOPERTO IL FANTASMA DI EINSTEIN” 2016

LE ONDE GRAVITAZIONALI SONO LA PROVA CHE LA TEORIA DELLA RELATIVITA’ DI EINSTAIN DIVENTA CERTEZZA SCIENTIFICA.

clicca qui:  https://alessandrosicurocomunication.com/2016/02/10/e-italiano-si-chiama-virgo-linterferometro-che-misura-i-gravitoni-conferenza-a-breve/

 

 

 

 

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