Nuovo interferometro giapponese per onde gravitazionali

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KAGRA, il rilevatore di onde gravitazionali sotterraneo. Entro il 2020 entrerà in funzione un quarto interferometro che affiancherà le stazioni LIGO e VIRGO. Si trova in Giappone ed ha alcune caratteristiche innovative.

Le onde gravitazionali,  piccole increspature dello spaziotempo previste da Einstein oltre un secolo fa ed osservate  per la prima volta nel 2015,  sono  prodotte  da fusioni di buchi neri o collisioni di  stelle  di neutroni, esplosioni di supernova ed altri cataclismi cosmici.

Lo studio delle  onde gravitazionali oltre a migliorare la  nostra conoscenza dei buchi neri, del fenomeno dell’espansione dell’universo e di alcune caratteristiche delle  stelle di neutroni,  ha aperto la stagione dell’astronomia multi messaggero.

Entro il  2020  un  nuovo, più sofisticato rilevatore di questi debolissimi segnali dello spaziotempo affiancherà nella ricerca le due stazioni gemello di  LIGO negli Stati Uniti e VIRGO, in Italia,   si tratta del Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) e sarà situato interamente sottoterra, esattamente 200 metri sotto il monte Ikenojama, nel  Giappone centrale.Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) e sarà situato interamente sottoterra, esattamente 200 metri sotto il monte Ikenojama, nel Giappone centrale

La posizione di KAGRA in Giappone ed il  suo orientamento rispetto agli altri tre rilevatori di onde  gravitazionali, VIRGO e LIGO, permetterà sia un controllo indipendente dei segnali che un miglioramento delle osservazioni degli altri due interferometri.

La rete costituita da questi quattro rilevatori raggiungerà  nuovi e più alti livelli di sensibilità e precisione e potranno registrare  eventi di onde gravitazionali ancora più deboli. Il metodo  di rilevazione  delle  onde  gravitazionali di KAGRA è  identico a quello degli altri rilevatori:  l’interferometria laser.

Un fascio laser  viene riflesso tra due specchi sospesi nel vuoto  in  due camera a vuoto lunghe diversi chilometri ed orientate perpendicolarmente in modo da  formare una L. Quando  passa un’onda gravitazionale questa impercettibilmente altera la lunghezza delle  due camere e quindi il  totale della distanza percorsa dai fasci laser. Il problema  principale che hanno di fronte tutti i rilevatori di  queste debolissime  increspature dello spazio tempo è come  sopprimere gli  innumerevoli rumori di fondo: dai movimenti sismici del  terreno, alle deboli vibrazioni prodotte dal passaggio di automobili ed aerei, fino ai movimenti furtivi di animali di passaggio nelle  vicinanze e persino le  vibrazioni stesse degli atomi degli specchi.

Sepolto in profondità  nella  montagna giapponese, in una  delle zone meno sismiche del  paese,  KAGRA sfrutterà  questa protezione naturale  rispetto alla cacofonia di rumori di fondo che rendono spesso indistinguibili i segnali del  passaggio di onde  gravitazionali. Sarà anche il primo rilevatore ad avvalersi di specchi raffreddati per via criogena riducendo così drasticamente le vibrazioni termiche. Gli specchi di LIGO e VIRGO funzionano a temperatura ambiente, quelli di KAGRA saranno mantenuti a 20 gradi sopra  lo zero assoluto.

Se la sua collocazione nelle profondità terrestre e gli specchi  raffreddati criogenicamente aumenteranno  la sensibilità del rilevatore giapponese, esso dovrà fare  i conti, in negativo, con il  rumore vibrazionale dei refrigeratori meccanici e l’infiltrazione di acqua piovana e del disgelo che penetra nel sottosuolo del monte Ikenojama, situazione  che rende necessaria proteggere le delicate apparecchiature con fogli di plastica.

Soltanto dopo i primi mesi di utilizzo potremo sapere  se il saldo  tra innovazioni tecnologiche  e posizionamento sarà superiore  rispetto ai pericoli insiti nell’infiltrazione dell’acqua con i conseguenti  problemi di protezione  della strumentazione ed eliminazione dei  rumori impropri. 

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