Ferroni, Fernando

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FisicaUna vibrazionedell’Universo, unaavventura per l’Europa,una opportunità per laSardegnaFernando Ferroni Gran Sasso Science Institute, L’Aquila, ItalyL’Universo è popolato da strani oggetti. Buchineri grandi come una provincia e massicci deci-ne di volte la nostra amata stella, il Sole. Stelledi neutroni grandi come una capitale europeache hanno una massa poco maggiore del Sole. Enon solo vagano nelle galassie che li ospitano maspesso decidono di costituire un sistema binario,di girare uno intorno all’altro, beh intorno al lorocentro di massa per essere pignoli, in una danzache si rivela alla lunga essere mortale. Nel loromoto emettono un po’ di energia sotto forma dionde gravitazionali e quindi si avvicinano tra lo-ro. Ma secondo Keplero allora vanno più velocie così emettono più energia fino a quando ormaiquasi relativistici, a una velocità che è una frazio-ne importante di quella della luce, si toccano euna assorbe l’altra o, come si dice meglio, avvie-ne una coalescenza. E in quello spasmo finaleuna quantità importante di energia viene emes-sa sotto forma di una increspatura del tessutodello spazio-tempo che poi si propaga in tutte ledirezioni sotto forma di un’onda di gravità che,seppur attenuata, ha una possibilità di giungerefino a noi, esseri umani che grazie al genio diAlbert Einstein ne siamo venuti a conoscenza!E, nel 2015, 100 anni dopo la predizione di Ein-stein, la pervicacia di quegli studiosi che non siarrendono mai ha permesso la costruzione di im-ponenti interferometri che hanno infine vibratosotto l’effetto della deformazione prodotta dalpassaggio della perturbazione gravitazionale. Insè non sarebbe stupefacente, nella scienza si la-vora sodo per fare scoperte e portare avanti lafrontiera della conoscenza, ma in questo caso c’èqualcosa di profondamente emozionante. Il se-gnale prodotto dal passaggio dell’onda rilevatadagli interferometri in funzione è stato, in termi-ni di deformazione provocata, di 1 parte su 1022.Ithaca: Viaggio nella Scienza XXI, 2023 • Una vibrazione dell’Universo 25È un numero ridicolmente piccolo. Per farci unaidea, mettiamola così. La distanza Terra-Sole èdi 150 milioni di kilometri. Un atomo ha dimen-sioni di un decimiliardesimo di metro. Beh, quelnumero sopra corrisponde a confrontare la di-stanza tra Terra e Sole con le dimensioni di unatomo.Tre grandi installazioni sono in funzione e la-vorano attivamente in uno spirito di competizio-ne e collaborazione. Due negli Stati Uniti (LI-GO) rispettivamente in Luisiana e nello stato diWashington e uno a Cascina vicino a Pisa (VIR-GO). Quest’ultimo è frutto di una collaborazionefranco-italiana tra CNRS e INFN recentementearricchitasi da una significativa partecipazioneolandese. Sono degli strumenti concettualmentesemplici ma vista la sensibilità richiesta di unacomplessità enorme nei loro dettagli. Un fascioLASER infrarosso viene diviso in due e inviatolungo due bracci lunghi qualche kilometro (3per VIRGO, 4 per LIGO) e poi riflesso grazie adegli specchi con una fantastica efficienza. I duefasci vengono ricombinati in controfase e la lu-ce letta da un fotodiodo. Quindi normalmentenon c’è alcun segnale. La perturbazione dellospazio-tempo, generata dall’onda gravitazionale,arriva allo strumento e ne deforma i due bracciin maniera differente. Questo provoca un cam-biamento nella fase relativa tra i fasci di luce chepercorrono i due bracci e appare un segnale sulrilevatore di luce. Semplice, no ? Eccetto che per-sino voi, passeggiando vicino all’interferometroprovochereste un segnale maggiore di quello diun onda gravitazionale! La soluzione è quella diavere tre differenti strumenti posti a migliaia dichilometri di distanza l’uno dall’altro che devonorilevare lo stesso segnale nello stesso momento.Per altro, il segnale di coalescenza ha una formainconfondibile. I due corpi che danzano l’unointorno all’altro producono un segnale periodicocon una frequenza che aumenta col tempo poi-ché si avvicinano e vanno più veloci. E poiché lavelocità aumenta anche la quantità di radiazio-ne gravitazionale aumenta e quindi il segnale siintensifica col tempo.Ora, dopo un centinaio di eventi raccolti ne-gli anni trascorsi dalla scoperta tra i quali unosingolo, sebbene spettacolare, dovuto a una coa-lescenza di stelle di neutroni e accompagnatoda un getto di fotoni (Gamma Ray Burst), è ilmomento di cominciare a disegnare il futuro diquesta scienza. Capire cosa c’è da migliorare egettare le basi per strumenti più potenti. Si parteda alcune semplici riflessioni. La prima è la ne-cessità dell’indipendenza dell’Europa dagli StatiUniti. I due rivelatori LIGO sono entrati in fun-zione prima di VIRGO, sono più lunghi e quindipiù potenti e sebbene non permettano la loca-lizzazione delle sorgenti per la quale un terzointerferometro è indispensabili sono però autosufficienti per osservare un segnale. La lunghez-za dei bracci è poi determinante così come unaltro elemento, la capacità di disaccoppiamentodel rumore sismico a bassa frequenza. Ed eccoda dove nasce il disegno del nuovo strumentopensato per l’Europa.Un triangolo di 10 km di lato con tre coppiedi interferometri ospitati in un tunnel scavato apiù di 100 metri di profondità. Questa soluzionerisponde a tutte le possibilità di miglioramentodiscusse. È più lungo, è multiplo ed essendosotterraneo fornisce un disaccoppiamento im-portante rispetto ai rumori sismici e antropici. Èanche a uno stadio più avanzato di progettazio-ne e studio rispetto agli sforzi americani. Eccodunque il progetto Einstein Telescope.Una vasta comunità si riconosce in questo pro-getto. Sotto la direzione italiana (INFN) e olan-dese (NIKHEF) un gruppo di paesi ha sottomes-so il progetto al comitato europeo che si occupadi infrastrutture di ricerca (ESFRI) e ne ha ottenu-to l’approvazione. Oggi più di 10 paesi partecipa-no al progetto con quasi 100 istituti universitarie di ricerca.La comunità scientifica è al lavoro per metterea punto il disegno finale attraverso un processodi ricerca e sviluppo di nuove tecnologie anchegrazie a importanti finanziamenti. L’Italia adesempio finanzia questi studi con più di 50 milio-ni di euro messi a disposizione grazie al PNRR.Dettaglio non irrilevante è la stima di costo del-l’intero progetto che si situa, ottimisticamente,intorno ai due miliardi di euro, metà circa deiquali per il solo scavo del tunnel e che per un pat-to esplicito dovranno essere a carico del paeseospitante. Ma dove lo si farà dunque ? Ci sonoal momento due siti candidati a ospitare questainfrastruttura, uno in Limburgo (Paesi Bassi me-ridionali, presso Maastricht) e uno in Sardegna,nella Barbagia.Ithaca: Viaggio nella Scienza XXI, 2023 • Una vibrazione dell’Universo 26Un requisito fondamentale per la scelta, oltrealla disponibilità del finanziamento che è impre-scindbile, è la minimizzazione del rumore sismi-co e antropico. La Sardegna da questo punto divista sarebbe la scelta ottimale.La decisione sarà unmisto di valutazione scien-tifica e volontà politica. Per l’Italia è una battagliada condurre con convinzione e energia. Non soloil sito è ideale ma le ricadute prevedibili e quan-tificabili sul territorio di un progetto di questedimensioni appaiono enormi e tali da aiutare losviluppo di una Regione sfavorita sulla scala delpanorama europeo.Un misto di finanziamenti governativi e di uti-lizzo dei fondi strutturali europei renderebbe-ro non solo credibile ma darebbero una grandeforza a questa candidatura.Tra le ricadute possiamo facilmente individua-re quelle a breve termine come lo scavo e l’alle-stimento dell’infrastruttura sotterranea e degliedifici e laboratori in superficie e la mano d’ope-ra locale coinvolta. A medio e lungo termine cisaranno le posizioni tecniche e amministrativeper la gestione del laboratorio, la manutenzionee i servizi associati.Ci sarà un impatto sulla ricettività e in modostrutturale nuove strade di accesso, una centra-le solare e un progetto per l’accumulo di ener-gia in modo da rendere ecologicamente compa-tibile l’infrastruttura, un centro visite, una scuo-la internazionale. Certo un arricchimento delterritorio.Ecco come scienza ed economia si saldano inuna opportunità importante che può portare agrandi scoperte e a uno sviluppo sostenibile delterritorio.: ✭ 9< D ;Fernando Ferroni: è professore al Gran Sassoscience Institute. È stato Presidente dell’IstitutoNazionale di Fisica Nucleare dal 2011 al 2019.È attualmente uno dei Direttori del ProgettoEinstein Telescope.Ithaca: Viaggio nella Scienza XXI, 2023 • Una vibrazione dell’Universo 27

Una vibrazione dell'Universo, una avventura per l'Europa, una opportunità per la Sardegna

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