I detector di onde gravitazionali di terza generazione, come l’Einstein Telescope e il Cosmic Explorer, saranno dieci volte più sensibili di quelli attuali, grazie al miglioramento delle caratteristiche della sorgente. Per raggiungere questi alti livelli di sensibilità, un team di ricerca sta studiando le potenzialità della luce laser generata in alcune fibre ottiche.

Tecnologie ad alta sensibilità

Quando parliamo di onde gravitazionali, è impossibile non richiamare alla mente gli interferometri LIGO e Virgo, i primi rivelatori ad aver osservato in maniera diretta questo tipo di perturbazione spaziotemporale. L’interferometria è un metodo di indagine che sfrutta le interferenze tra onde la cui differenza di fase rimane coerente nel tempo, come ad esempio nei laser. Per questo motivo, la costruzione dei nuovi detector, quelli di terza generazione, prevede anche lo sviluppo di sistemi laser sempre più sensibili. La ricerca condotta dall’Istituto Max Planck di Fisica Gravitazionale, insieme al Laser Zentrum Hannover (LZH) e dall’Università Leibniz di Hannover, si è imposta proprio questo obbiettivo, conducendo esperimenti sui laser a fibra ottica.

Un laser a bassa potenza ed alta precisione è stato diviso in due fasci, la cui luce è stata poi amplificata utilizzando speciali fibre di vetro a 200 watt ciascuna. La loro ricombinazione, ottenuta attraverso comandi elettronici e meccanici, ha originato una sorgente di 400 watt nell’infrarosso. Ma il risultato sorprendente riguarda la qualità della luce laser, che rispecchia tutte le caratteristiche necessarie per il rilevamento delle onde gravitazionali. Colore, luminosità, raggio e allineamento della sorgente devono infatti essere costanti lungo i bracci dei detector. Dei miglioramenti saranno necessari per raggiungere una potenza maggiore e stabilizzare le qualità della sorgente, ma i ricercatori se ne stanno già occupando.

“Dalla nostra esperienza pluriennale con i sistemi laser dei grandi rivelatori du onde gravitazionali, sappiamo come implementare la stabilizzazione attiva del laser” spiega Nina Bode, studentessa di dottorato presso l’Istituto Max Planck di Fisica Gravitazionale e l’Istituto di Fisica Gravitazionale dell’Università Leibniz di Hannover. “Siamo fiduciosi che questa procedura avrà successo anche con il nostro nuovo sistema laser e siamo entusiasti di indagare in dettaglio”.

Detector di terza generazione

I requisiti necessari per la costruzione di efficienti rivelatori di onde gravitazionali sono severi. Le sorgenti utilizzate devono possedere altissima precisione e potenza. I nuovi sistemi laser sono una delle tecnologie sfruttate per migliorare la sensibilità degli interferometri di terza generazione. Tra questi, l’Einstein Telescope e il Cosmic Explorer.

Entrambi permetteranno di esplorare la storia dell’Universo fino ad ere ad oggi ancora sconosciute, comprendere la materia oscura, svelare popolazioni di stelle di neutroni e buchi neri. Grazie alla loro straordinaria sensibilità sarà possibile risolvere alcuni dei misteri dell’Universo, rispondendo a questioni aperte fondamentali di fisica e cosmologia. Prima di poter raggiungere queste conoscenze però passeranno ancora degli anni. L’Eistein Telescope non inizierà le sue osservazioni prima del 2035. Similmente avverrà per il Cosmic Explorer, per il quale però non c’è ancora una data indicativa. Mentre aspettiamo la loro costruzione, saranno i detector LIGO e Virgo ad aiutarci nella risoluzione di un puzzle da miliardi e miliardi di pezzi.

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