Liceo Scientifico "Calasanzio" - 24 ottobre 2009 Caponi Francesca, Mazzoni Gherardo - studenti V Liceo Un sentito grazie al prof. Bardacchia e all'ing. Dattilo di Virgo, per le esaurienti spiegazioni forniteci. Sabato 24/10/2009 la classe V liceo scientifico Calasanzio di Empoli si è recata nelle campagne del comune di Cascina (PI) presso VIRGO-EGO, per una visita studio riguardante la possibilità di osservare le onde gravitazionali che arrivano dal cosmo, utilizzando apparecchiature scientifiche altamente tecnologiche.
L'esistenza delle onde gravitazionali era già stata ipotizzata agli inizi del secolo 1900 nella teoria di Einstein. Tali onde erano descritte come le increspature sulla superficie di uno stagno causate dal lancio di una pietra. Queste onde si diffondono nello spazio alla velocità della luce.
Per onde gravitazionali si intendono quindi le oscillazioni dal campo gravitazionale, le quali danno informazioni diverse dalle onde elettromagnetiche a cui solitamente ci affidiamo per osservare il cosmo.
Captare le onde gravitazionali può essere paragonato ad alzare per la prima volta il volume del televisore mentre si assiste ad un concerto.
Virgo è un rilevatore per onde gravitazionali nato dalla collaborazione tra l'università italiana (di Pisa) e quella francese. Ad oggi fanno parte del consorzio anche l'università polacca e ungherese. Per la costruzione, avvenuta tra il 1997 e il 2003 ci hanno lavorato più di 200 persone, tra fisici, ingegneri e tecnici, mentre attualmente vi lavorano costantemente 50 persone. Dal 2004 al 2006 c?è stata la messa a punto e dal 2007 la raccolta dati. Di fatto ad oggi le onde gravitazionali non sono ancora state rivelate.
Si pensa che tra qualche anno, Virgo o un altro rilevatore per onde gravitazionali, riusciranno a captare delle onde gravitazionali, a sentire ?il suono dell?universo?, in quanto queste avranno delle frequenze simili a quelle acustiche.
In questo centro abbiamo potuto osservare un interferometro atto alla rivelazione di queste onde gravitazionali.
Il passaggio delle onde gravitazionali distorce lo spazio-tempo, producendo forze in modo tale che la distanza fra 2 masse libere diminuisce e aumenta alternativamente al passaggio dell'onde. Da notare che a un allontanamento in una direzione, corrisponde ad un avvicinamento nella direzione perpendicolare.
L'interferometro di Cascina, "Virgo" è costituito da due bracci perpendicolari della lunghezza di ben 3 km e 1,20 m di diametro attraverso i quli utilizzando un raggio laser che percorre aventi e indietro i due bracci è possibile notare l'interferenza dell'ordine del picometro.
Esso è sensibile alle onde gravitazionali di un ampio spettro di frequenze, da 10 a 10000 Hz, tale da permettere di rivelare onde gravitazionali provocate da stelle, buchi neri o da supernove della Via Lattea e anche da altre galassie, per esempio fino alla galassia della Vergine che dà il nome a questo sito.
La tecnologia dell'interferometro Virgo è eccezionale. Al suo centro vi è un immenso tavolo ottico sotto ultra alto vuoto (10^-12 bar, un milione di milione di atmosfera).
Ogni elemento dell'interferometro, quali lenti e specchi, è sospeso a un sistema di isolamento sismico che si trova in una torre da vuoto. Le torri sono messe in connessione tra loro da tubi sotto ultra alto vuoto (6 km in tutto!).
Einstein affermò che masse in moto accelerato producono onde gravitazionali.
È molto importante lo studio di stelle doppie: sistemi di due stelle che, a causa dell?attrazione gravitazionale, ruotano una intorno all?altra. Con masse enormi si hanno accelerazioni enormi e il sistema perde energia, le stelle si avvicinano e ruotano più velocemente, quindi un sistema di masse accelerate emette onde gravitazionali.
Un corpo attraversato da un?onda gravitazionale verrebbe, nel primo semiperiodo, compresso in un verso e espanso in quello opposto, nel secondo semiperiodo avverrebbe il contrario.
Virgo è un interferometro laser costituito da due bracci di 3km l?uno e 1,20m di diametro disposti ad angolo retto e da uno specchio semitrasparente che divide il laser in due fasci perfettamente uguali e che li indirizza nei due bracci dell?interferometro.
Gli altri specchi che fanno parte dell?interferometro sono perfettamente riflettenti per gli infrarossi, ma perfettamente trasparenti per gli altri; essi hanno bisogno di grande manutenzione costante.
Importante per il funzionamento dell'apparecchio è l'isolamento sismico che viene effettuato attraverso una catena di filtri sismici forniti di molle a balestra triangolari.
È stato necessario l?utilizzo di tecnologie avanzatissime per abbattere quelli che potrebbero essere rilevati come falsi segnali: vibrazioni sismiche, fluttuazioni di pressione, laser, specchi, rumore termico. Poiché i movimenti sismici del sistema sono molto più grandi di quelle che sarebbero le vibrazioni prodotte dalle onde gravitazionali, è stato necessario un isolamento sismico attraverso una catena di filtri sismici e per ridurre ancora di più le possibili interferenze, questa catena è sospesa: riduce le vibrazioni del terreno di almeno 10^12.
I tubi sono situati all'interno di tunnel e sono fatti di acciaio e coibentati per mantenere costante la temperatura di 20°C per non causare disturbi alle misurazioni effettuate.
Durante tutti i processi che portano alla produzione degli strumenti ottici utilizzati da Virgo, è stata adottata una grande cura tale da non permettere contaminazioni delle superfici ottiche e quindi da non poter generare fenomeni indesiderati come diffusione o assorbimento della luce, deformazioni o danni irreversibili agli elementi ottici.
Esperienza unica, di un fascino straordinario come se fossimo quel sabato proiettati nella fantascienza.
Sulla Terra esistono diversi interferometri, i più interessanti sono Virgo, il più grande d?Europa, e i due Ligo negli USA, ciascuno dotato di due bracci di 4 km ma con una sensibilità minore. La collaborazione tra almeno tre interferometri situati a grande distanza l'uno dall'altro è fondamentale per poter essere sicuri di rilevare onde gravitazionali (è una triangolazione simile a quella per le onde sismiche). Virgo collabora soprattutto con i due Ligo. Si ringraziano i docenti Massimo Amato (Fisica) e Mariangela Morelli (Astronomia) per la organizzazione e la possibilità di far conoscere una realtò scientifica così importante a "quattro passi" da Empoli. Alcune immagini riprese durante la visita:
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