Ambiente

 

Un rivelatore di onde gravitazionali fa uso delle tecnologie più all'avanguardia per poter osservare gli effetti minuscoli prodotti dal passaggio delle onde gravitazionali. Ma la tecnologia non è tutto, anche la collocazione del rivelatore è estremamente importante. Nonostante si usino i migliori specchi ed i più potenti laser che la tecnologia moderna possa realizzare, è infatti quasi impossibile evitare che disturbi provenienti dall'ambiente circostante, quali ad esempio le vibrazioni sismiche della Terra o quelle prodotte dai cambiamenti del clima e dagli eventi atmosferici, interferiscano con il rivelatore. Tuttavia è possibile minimizzare questi effetti costruendo il rivelatore in aree quiete e in posizioni opportunamente isolate. Allo stesso tempo, è possibile studiare l'ambiente circostante e conoscerlo così bene da poterne prevedere gli effetti sul rivelatore e compensarli opportunamente, o rimuoverli successivamente dai dati dell'interferometro.

Sito sperimentale del rivelatore GEO 600
Sito sperimentale del rivelatore GEO 600. Foto: Albert Einstein Institute, Hannover

Il rumore sismico è prodotto dal movimento della crosta terrestre, sia sopra che sotto la sua superficie. Questi movimenti sono prodotti da eventi naturali quali il continuo frangersi delle onde del mare, o i tremori prodotti da terremoti lontani. A questi movimenti vanno sommati quelli prodotti dalle attività umane, dai mezzi di trasporto, dall'industria che generano vibrazioni del terreno cui un rivelatore di onde gravitazionali è ovviamente molto sensibile.

I sistemi di sospensione degli specchi sono disegnati proprio per isolare il più possibile gli specchi stessi dai disturbi esterni, ma ovviamente non è possibile renderli totalmente immuni. Per questo motivo, gli interferometri per onde gravitazionali vengono realizzati in aree geografiche dove l'attività sismica è ridotta e sufficientemente conosciuta.

Un altro degli accorgimenti che vengono adottati per ridurre il rumore ambientale è quello di installare il laser e gli specchi dell'interferometro all'interno di un unica gigantesca camera da vuoto, che è in sostanza un immenso contenitore da cui è stata 'succhiata' e rimossa via tutta l'aria. Le onde sonore hanno bisogno di un mezzo come l'aria per propagarsi, e perciò rimuovendo l'aria dai bracci del rivelatore se ne riduce l'effetto sul rivelatore stesso. Un altro importante motivo per avere un interferometro sotto vuoto è che la luce prodotta dal laser viene deviata dalle molecole dell'aria, il che comporta la dispersione della luce prodotta dal laser.

Particolari del sistema da vuoto in uso presso il rivelatore LIGO
Particolari del sistema da vuoto in uso presso il rivelatore LIGO. Foto: Laboratori LIGO

Il vuoto viene realizzato tramite giganteschi 'pentoloni' e tubi metallici da cui viene aspirata l'aria con delle pompe speciali. Il sistema da vuoto deve ovviamente essere particolarmente solido meccanicamente da sostenere la forte pressione atmosferica, che altrimenti lo farebbe collassare.

Dal punto di vista delle condizioni ambientali, ambienti sotterranei sono tipicamente molto stabili dal punto di vista della temperatura, anche a distanza di settimane e mesi, ed sono molto quieti dal punto di vista sismico, anche perchè lontani dall'attività che si svolge in superficie. Costruire un rivelatore in profondità porterebbe quindi notevoli vantaggi dal punto di vista della sensibilità stessa del rivelatore, ma ovviamente ciò comporta un notevole aumento dei costi di realizzazione e gestione, tanto più maggiore quanto più in profondità il rivelatore viene realizzato.

In conclusione, la collocazione geografica di un rivelatore di onde gravitazionali, e la geologia del sito sperimentale vanno scelti molto accuratamente: il sito ideale sarà quello con le condizioni ambientali più quiete, stabili, predicibili e con il minor rumore possibile.