Il nuovo rilevatore di onde gravitazionali

Due segnali intriganti individuati in un piccolo rivelatore di onde gravitazionali potrebbero rappresentare tutti i tipi di fenomeni esotici: dalla nuova fisica alla materia oscura che interagisce con i buchi neri alle vibrazioni dall'inizio dell'universo

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Due segnali intriganti individuati in un piccolo rivelatore di onde gravitazionali potrebbero rappresentare tutti i tipi di fenomeni esotici: dalla nuova fisica alla materia oscura che interagisce con i buchi neri alle vibrazioni dall’inizio dell’universo. Ma, a causa della novità dell’esperimento, i ricercatori sono cauti nel rivendicare una scoperta di qualsiasi tipo. 

Strutture come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) utilizzano giganteschi rivelatori a guida laser per cercare enormi increspature nel tessuto dello spazio-tempo note come onde gravitazionali. Questi provengono dalle collisioni di buchi neri e stelle di neutroni nell’universo distante, che sono eventi così potenti da scuotere lo spazio-tempo e inviare onde con lunghezze d’onda misurate in centinaia di miglia.

Cercare onde gravitazionali più piccole

Molto prima che questi enormi osservatori fossero costruiti, gli scienziati sospettavano che esistessero onde gravitazionali di tali dimensioni, perché sapevano che i buchi neri e le stelle di neutroni a volte avrebbero dovuto scontrarsi insieme, ha detto a WordsSideKick.com Michael Tobar, un fisico dell’Università dell’Australia occidentale a Perth.

Ma non ci sono fonti ben note per le onde gravitazionali con lunghezze d’onda più corte comprese tra pochi piedi e poche miglia, ha aggiunto. Tuttavia, “nell’universo, ci sono sempre cose che non ci aspettiamo”, ha affermato Tobar.

Gli ultimi anni hanno visto una spinta nel costruire rivelatori in grado di cercare queste onde gravitazionali più piccole, incluso uno costruito da Tobar e dai suoi colleghi. Il loro dispositivo è costituito da un disco di quarzo cristallino di 1 pollice (3 centimetri) di diametro, con una camera di risonanza che produce un segnale elettrico ogni volta che vibra a determinate frequenze. 

Questa immagine mostra il minuscolo cuore di cristallo del rivelatore di onde gravitazionali, un risonatore nudo senza elettrodi collegati
Questa immagine mostra il minuscolo cuore di cristallo del rivelatore di onde gravitazionali, un risonatore nudo senza elettrodi collegati

Tobar ha paragonato l’impianto a una campana o a un gong che suona a un tono particolare. “Se un’onda gravitazionale lo colpisse, lo ecciterebbe”, ha affermato. Il suono nel cristallo viene quindi rilevato come segnale elettromagnetico da sensori elettrici.



I ricercatori hanno posizionato il loro rilevatore dietro più scudi di radiazioni per proteggerlo dai campi elettromagnetici di fondo e lo hanno raffreddato a temperature estremamente basse per ridurre al minimo le vibrazioni termiche nell’apparato. 

Durante i 153 giorni dell’esperimento, il cristallo ha suonato due volte, ogni volta per uno o due secondi. I risultati del team sono apparsi sulla rivista Physical Review Letters

Gli scienziati stanno ora cercando di capire cosa ha causato questi risultati. Le particelle cariche chiamate raggi cosmici che arrivano dallo spazio sono una possibile spiegazione, ha detto Tobar. Un tipo precedentemente sconosciuto di fluttuazione termica nel cristallo, che avrebbe dovuto essere minimo a causa delle temperature super fredde. 

Ma ci sono anche una serie di prospettive esotiche, come un tipo di materia oscura nota come un assione che ruota attorno a un buco nero ed emette onde gravitazionali, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo. Molte spiegazioni potrebbero richiedere una fisica precedentemente sconosciuta oltre il modello standard che descrive quasi tutte le particelle e le forze subatomiche nell’universo, ha detto Tobar

Poco dopo il Big Bang, i cosmologi pensano che l’universo abbia attraversato un periodo chiamato inflazione, durante il quale si è espanso in modo esponenziale di dimensioni, ha affermato Francesco Muia, un fisico teorico dell’Università di Cambridge nel Regno Unito, che non è stato coinvolto nel lavoro. 

Alla fine di questa era, l’universo potrebbe aver attraversato una transizione di fase, una sorta di passaggio da uno stato liquido a uno stato gassoso, ha detto. Se ciò fosse accaduto, la transizione avrebbe potuto depositare grandi quantità di energia nel tessuto dello spazio-tempo, generando onde gravitazionali che potrebbero essere viste da questo esperimento, ha affermato Muia.

Non pensa che ci siano ancora prove sufficienti per dire quali siano stati gli eventi nel cristallo in un modo o nell’altro, ma è eccitato per questo esperimento e altri simili che saranno online nel prossimo futuro. 

Ora che i ricercatori hanno questi rilevamenti sotto la cintura, possono costruire più sensori come questo. Se più dispositivi vedono lo stesso segnale contemporaneamente, potrebbe potenzialmente indicare qualcosa nell’universo e aiutare ad escludere processi interni come le fluttuazioni termiche all’interno del cristallo

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