Nel 1916 Albert Einstein pubblica il suo primo e unico articolo sulle onde gravitazionali. Oggi, a oltre cent’anni di distanza, il suo lavoro è più attuale che mai. I rivelatori LIGO e VIRGO hanno identificato nel 2015 per la prima volta le onde gravitazionali e hanno spianato la strada per il prossimo e ambizioso progetto di ricerca: l’Einstein Telescope, ribattezzato amichevolmente ET.
Nonostante ci troviamo nelle fasi iniziali del piano coordinato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dall’Istituto Nazionale Olandese di Fisica Subatomica (Nikhef), negli ultimi 15 anni di lavoro ET ha conquistato l’intera comunità scientifica, solleticandone la fantasia con le potenzialità delle nuove scoperte che ci permetterà di fare.
Il principale nodo da sciogliere riguarda la storia del nostro universo: non abbiamo idea infatti di come sia nato il cosmo, cosa abbia originato il Big Bang e cosa sia successo subito dopo. Anche la natura dell’universo ci è altrettanto enigmatica: a oggi ne conosciamo solo il 5%, ovvero la materia ordinaria, che è l’unica che riusciamo a osservare e di cui siamo fatti anche noi, mentre non abbiamo nessuna informazione su quel restante 95%, fatto da materia ed energia oscura. Le onde gravitazionali che ET riuscirà a identificare sono la risposta a questi misteri della scienza.
É dedicato a Einstein e si tratterà di uno dei primi sistemi di rivelazione di terza generazione, assieme al Cosmic Explorer e LISA che però non sono ancora operativi, con una precisione 10 volte superiore a LIGO e VIRGO.
Il progetto consiste in una struttura triangolare sotterranea, con lati lunghi 10 chilometri, dove viaggeranno dei fasci laser riflessi da un sistema di specchi. A ogni angolo del percorso, i fasci andranno a ricomporsi, creando delle specifiche figure di interferenza. Se un’onda gravitazionale attraversa la struttura, il lato colpito oscilla come una molla e, quando ci passerà il laser, percorrerà una strada di lunghezza diversa, producendo alla fine delle immagini d’interferenza con delle variazioni piccolissime, minori di un miliardesimo del diametro di un atomo.
ET verrà realizzato tra i 100 e i 300 metri sotto terra per non essere disturbato da vibrazioni indesiderate, sia sismiche che di origine umana, e rovinare quindi il lavoro di decenni. Attualmente ci sono due candidati per ospitare l’infrastruttura dell’Einstein Telescope: l’Euroregione Mosa-Reno al confine tra Germania, Belgio e Paesi Bassi, e la miniera abbandonata di Sos Enattos in Sardegna. Il principale punto di forza del primo sito è la posizione strategica: a metà strada tra i migliori poli universitari e tecnologici dei tre paesi, ma forse non sufficientemente isolato da garantire la calma necessaria per le misure. “In questo senso, il sito sardo è al momento il candidato più forte” commenta su Nature Michele Punturo, fisico dell’INFN e coordinatore internazionale del progetto Einstein Telescope. La località proposta dall’Italia è in una zona dell’isola a bassa urbanizzazione ed è considerata dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) uno dei 30 luoghi a minore sismicità del mondo, mentre nell’Euroregione sono presenti parchi eolici, impianti industriali e persino una linea ferroviaria.
La costruzione di ET durerà 9 anni e si prevede che accompagnerà la ricerca per almeno una trentina d’anni, come i progetti suoi predecessori. L’Italia è stato uno dei primi paesi a buttarsi nella caccia alle onde gravitazionali: nel 1970 un gruppo dell’INFN ha costruito i primi rivelatori a basse temperature, delle antenne gravitazionali che hanno fornito una base sperimentale per il progetto VIRGO, uno dei protagonisti delle osservazioni del 2015, nato però negli anni ’80 e ospitato nelle campagne pisane di Cascina. Oggi siamo riconosciuti a livello internazionale per la nostra grande competenza nel settore sviluppata in più di 50 anni.
“Il nostro paese avrebbe la possibilità di tornare alle frontiere della tecnologia e della conoscenza, con ricadute industriali in campi come la criogenia, l’ottica, la fotonica, la meccanica e l’elettronica di precisione. Oltre, naturalmente, a darci una chiave per studiare i misteri dell’universo” ha sottolineato il presidente dell’INFN Antonio Zoccoli alla conferenza di candidatura dell’Italia per ospitare l’osservatorio. “Stiamo cercando di costruire un’infrastruttura nazionale di supercalcolo. Siamo il primo paese europeo che lo fa. Noi vogliamo mettere tutti insieme e fare in modo che i ricercatori e le imprese possano accedere all’infrastruttura e possano sviluppare algoritmi sia per la ricerca che per l’impresa.” prosegue Zoccoli.
Il capitale messo a disposizione dal governo, le regioni, l’Unione Europea e gli enti nazionali per il centro di supercalcolo è quasi un miliardo di euro, uno degli investimenti maggiori mai sostenuti dall’Italia per un progetto a tematica scientifica. La sfida con i Paesi Bassi non si gioca infatti solo nel campo della scienza, ma anche della politica e dell’economia. Si spera di riuscire a creare un nuovo polo scientifico nella Sardegna, replicando l’esperienza della Svizzera con il CERN, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, dove il progresso tecnologico e l’innovazione hanno fatto ripopolare i piccoli centri abitati circostanti, ma dobbiamo ancora aspettare fino al 2025 per poter conoscere chi la spunterà e potrà ospitare l’Einstein Telescope.
L’accensione del rivelatore è prevista per il 2035: ET ci farà fare in contemporanea un salto avanti verso il futuro e uno indietro nel passato a 13,7 miliardi di anni fa. Con le onde gravitazionali e la neonata astronomia multi-messaggera (lo studio incrociato di uno stesso fenomeno grazie ai dati raccolti da differenti messaggeri come i raggi cosmici, i neutrini, la radiazione elettromagnetica e le onde gravitazionali), guarderemo gli eventi primordiali ad altissima energia che hanno dato origine al cosmo e potremo scoprire cosa ci attende. Forse confermeremo la teoria dell’inflazione, la rapida espansione ipotizzata dopo il Big Bang che ha gonfiato l’universo mille miliardi di miliardi di miliardi di volte e che non si è ancora fermata, oppure scopriremo che viviamo in un universo oscillante, che alterna cicli di estensione e contrazione. Testeremo la relatività generale su scala cosmologica e magari troveremo il modo di unirla con la meccanica quantistica, mettendo finalmente d’accordo la fisica dell’infinitamente grande con la fisica dell’infinitamente piccolo. Potremo studiare la popolazione di buchi neri e di stelle di neutroni nella storia dell’universo.
Le possibilità che ci offre ET sono innumerevoli e anche il premio Nobel per la fisica Giorgio Parisi, presidente del comitato tecnico-scientifico di supporto alla candidatura italiana del progetto, condivide l’entusiasmo per questa grande opportunità. “Quello che io mi aspetto di vedere sono delle sorprese” ha commentato Parisi durante la presentazione di candidatura. L’Einstein Telescope si farà e sappiamo che ci porterà verso i confini della realtà che conosciamo.
Fonti
- Matteo Di Giovanni, et al.; A Seismological Study of the Sos Enattos Area—the Sardinia Candidate Site for the Einstein Telescope. Seismological Research Letters 2020;; 92 (1): 352–364. doi: https://doi.org/10.1785/0220200186
- Michele Maggiore, et al. Science case for the Einstein telescope. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2020, 2020.03: 050
- Integrazione approssimativa delle Equazioni di Campo Gravitazionali, https://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol6-trans/213
- Einstein Telescope, https://www.einstein-telescope.it/
- Einstein Telescope INFN, https://wpress.ca.infn.it/?page_id=608
- Cos’è l’Einstein Telescope che il governo vuole in Italia, https://www.adnkronos.com/Archivio/economia/cose-leinstein-telescope-che-il-governo-vuole-in-italia_4wrgd5k4TKBVJA6LsIiElV
- Sardegna in corsa per ospitare il prossimo grande rivelatore di onde gravitazionali, https://www.nature.com/articles/d43978-023-00031-w
- Presentazione della candidatura italiana per Einstein Telescope, https://www.youtube.com/watch?v=Au3UhNPgZJ8
Immagini
https://www.et-gw.eu/index.php/etimages
https://www.einstein-telescope.it/la-scienza-di-et/#frontiere-universo
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