L’Einstein Telescope (ET) è un importante progetto di ricerca europeo, che prevede la costruzione di un rivelatore di onde gravitazionali di terza generazione. L’Italia è candidata ad ospitarlo nella miniera dismessa di Sos Enattos, in Sardegna.

Questo strumento, dedicato ad Albert Einstein, sarà in grado di osservare un volume di Universo mille volte maggiore rispetto agli attuali rivelatori di seconda generazione, come il LIGO negli Stati Uniti e il Virgo in Italia. L’ET sarà costruito in un’infrastruttura sotterranea profonda tra 100 e 300 metri, per isolare il rivelatore dalle vibrazioni sismiche e dalle attività umane che potrebbero interferire con le misurazioni.

Il progetto è organizzato in forma di consorzio, guidato da Italia e Paesi Bassi, e gode del sostegno politico di Belgio, Polonia e Spagna. La comunità di ET è attiva da oltre 15 anni, e dal 2022 è organizzata in una collaborazione scientifica internazionale, composta da oltre 1.400 persone appartenenti a più di 220 istituzioni distribuite su 23 nazioni. Attualmente, il lavoro si sta concentrando sulla fase preparatoria (ET Preparatory Phase Project).

Gli obiettivi

Le onde gravitazionali sono considerate come la voce degli eventi astrofisici estremi nello spazio profondo, come la fusione di buchi neri o stelle di neutroni. L’obiettivo principale dell’ET è studiare l’Universo utilizzando le onde gravitazionali per comprendere la sua storia, l’origine, l’evoluzione e il suo futuro.

Attualmente, conosciamo solo circa il 5% dell’universo, mentre il restante 95% è costituito da materia e energia oscura ancora sconosciute. ET potrebbe contribuire alla comprensione dell’Universo oscuro, misurando parametri cosmologici legati all’espansione dell’Universo e all’energia oscura.

Grazie alla sua maggiore sensibilità e dimensione, ET potrà rivelare un grande numero di segnali gravitazionali provenienti dalla fusione di stelle di neutroni e buchi neri. Ciò consentirà di studiare oggetti astrofisici estremi e di analizzare le prime stelle dell’Universo.

Sarà inoltre possibile osservare fenomeni mai osservati prima, come l’emissione continua da stelle di neutroni o l’onda gravitazionale di fondo cosmologico. ET potrà contribuire anche alla verifica dei limiti della relatività generale in ambienti estremi, e all’esplorazione di una possibile unificazione tra meccanica quantistica e macrocosmo.

La tecnologia dell’Einstein Telescope

Dal punto di vista tecnico, l’ET sarà basato sulla tecnica dell’interferometria laser, utilizzata nei rivelatori di seconda generazione. Tuttavia, il rivelatore sarà notevolmente potenziato grazie alle dimensioni maggiori e all’implementazione di tecnologie innovative.

Si prevede la costruzione di un rivelatore di forma triangolare, con bracci sotterranei di 10 chilometri. Lungo questi bracci, all’interno di tubi a ultra-alto vuoto, i fasci laser riflessi da specchi levigatissimi si sovrapporranno e creeranno una figura d’interferenza.

Quando un’onda gravitazionale attraversa l’interferometro, la lunghezza dei bracci oscilla. Di conseguenza, i fasci laser che corrono al loro interno compiono percorsi di diversa lunghezza, e la figura di interferenza ottenuta dalla loro ricomposizione si modifica. ET misurerà queste infinitesimali variazioni di una frazione di miliardesimo del diametro di un atomo.

Per realizzare misure così precise ET necessita di tecnologie avanzatissime, create grazie a un lavoro di ricerca e sviluppo in sinergia tra ricerca e industria. Attualmente la collaborazione scientifica sta studiando le tecnologie che serviranno ad Einstein Telescope, la sua geometria e la sua configurazione.

ET in Italia

L’Italia ha giocato un ruolo di primo piano nella ricerca sperimentale sulle onde gravitazionali fin dai primi studi nel 1970. Il progetto Virgo, basato sull’interferometria laser, è nato in Italia negli anni ’80, in collaborazione con il progetto LIGO negli Stati Uniti. Nel 2007, il rivelatore Virgo è entrato in funzione, ma sono stati necessari ulteriori miglioramenti negli anni successivi per ottenere le importanti scoperte sulle onde gravitazionali a partire dal 2015.

L’esperienza italiana e il contributo dell’Italia nel campo delle onde gravitazionali sono riconosciuti a livello internazionale. Attualmente, ci sono due siti in competizione per ospitare l’Einstein Telescope: uno in Sardegna, Italia, nell’area della ex miniera di Sos Enattos, e l’altro nei Paesi Bassi, al confine con il Belgio e la Germania.

L’area di Sos Enattos è considerata ideale per le attività di ET a causa delle sue caratteristiche geologiche, che offrono un basso rumore sismico e una ridotta attività umana e industriale. La miniera ospita già il laboratorio SAR-GRAV, finanziato dalla Regione Sardegna, che si occupa della ricerca sulle onde gravitazionali e della fisica della gravitazione. Inoltre, l’esperimento Archimedes, finanziato dall’INFN, è stato installato nel laboratorio SAR-GRAV per studiare le fluttuazioni quantistiche. Archimedes contribuirà anche a valutare l’idoneità del sito di Sos Enattos per l’ET.

Per sostenere la candidatura italiana, il Ministero dell’Università e della Ricerca ha istituito un Comitato Tecnico-Scientifico presieduto dal Premio Nobel Giorgio Parisi e composto da esperti di alto profilo nel campo della fisica e della ricerca scientifica.