Rumore e Sensibilità

 

Se si vuol misurare spostamenti molto piccoli, ovviamente c'è bisogno di uno strumento molto sensibile... facile! Ma cosa significa esattamente `sensibile'? La sensibilità di uno strumento è la grandezza del più piccolo segnale che lo strumento è in grado di misurare. Quindi, per un rivelatore di onde gravitazionali la sensibilità è l'ampiezza della più piccola onda che il rivelatore può osservare. Per avere una sensibilità elevata, bisogna rendere il segnale da misurare il più grande possibile. Allo stesso tempo bisogna rendere i più piccoli possibile tutti quei segnali di disturbo, non voluti ma inevitabilmente presenti nello strumento, che potrebbero mimare l'effetto di un'onda gravitazionale. Questi segnali di disturbo vengono comunemente chiamati `rumore'.

Ok, iniziamo dal primo ingrediente: massimizzare il segnale di un'onda gravitazionale. La maniera più semplice per farlo è costruire un rivelatore molto grande. Non è un caso infatti che gli interferometri attuali siano lunghi svariati kilometri: la dilatazione e la compressione dei bracci di un interferometro prodotti dal passaggio di un'onda gravitazionale sono infatti tanto più grandi quanto più lunghi sono i bracci stessi, e questo rende maggiore il segnale gravitazionale osservato dal rivelatore.

E' sufficiente allora costruire un rivelatore gigantesco? Beh, per quanto grande lo si faccia, i segnali delle onde gravitazionali provenienti dallo spazio sono ancora così piccoli che molti altri segnali di disturbo possono nasconderli. Per averne un'idea, immagina di essere seduto su di una panchina ai bordi di un parco, e che dall'altra parte sia seduto un tuo amico. Se nel parco ci siete solo voi due, sarà facile sentire la voce del tuo amico mentre ti chiama anche se lontano da te. Ma se vi trovaste ai lati di una strada trafficata, in pieno centro all'ora di punta, difficilmente riusciresti a sentirlo, perchè molti altri suoni ne coprirebbero la voce. Questo è in sostanza ciò che succede nei rivelatori di onde gravitazionali: questi rivelatori sono strumenti così sofisticati e sensibili che che riescono a percepire i più piccoli segnali di disturbo, come ad esempio le vibrazioni degli atomi sulle superfici degli specchi, e questi ultimi possono oscurare il segnale gravitazionale.

curva di sensibilità

Il grafico qui sopra mostra un esempio di `curva di sensibilità': ogni linea rappresenta un differente segnale di disturbo, e l'obiettivo nel costruire un buon rivelatore è ridurre ciascuno dei disturbi il più possibile. Quindi per prima cosa è bene scegliere un luogo quieto e poco rumoroso dove costruire il tuo rivelatore. Dopodichè si possono sfruttare vari `trucchetti' per rendere il rivelatore ancor meno sensibile al rumore.