Le onde gravitazionali by Federico Ferrini

autore:Federico, Ferrini [Ferrini, Federico]
La lingua: ita
Format: epub
Tags: La cultura scientifica, Farsi un'idea
ISBN: 9788815339423
editore: Societa editrice il Mulino Spa
pubblicato: 2018-09-14T22:00:00+00:00

Le caratteristiche dei componenti ottici

Il materiale scelto per i componenti ottici è il silicio (SiO2), il quarzo, che ovviamente dovrebbe essere puro al 100%. Ormai vi è ben chiaro che vogliamo la perfezione non per isterie, ma per reali necessità sperimentali: la presenza di impurità, anche molto modeste e in pratica invisibili a un’analisi standard, produrrebbe turbative sul cammino del fascio laser determinando perdita di coerenza, diffrazione e, se in superficie, aberrazione.

Vi sono due categorie di componenti ottiche: le centinaia di lenti, prismi, specchi di diametri fino a 15 centimetri e la decina di grandi lenti e specchi di diametro uguale o maggiore a 40 centimetri e di spessore da 15 a 35 centimetri.

Per le prime esistono sul mercato europeo aziende specializzate capaci di fornirci questi materiali in condizioni apprezzabilmente soddisfacenti (la sabbia da cui derivano è ben purificata e la qualità del materiale usato è adeguata ai nostri scopi). Quando le dimensioni divengono sensibilmente più grandi e i vetri richiesti pesano più di 40 chilogrammi, il numero dei fornitori altamente specializzati si riduce fortemente: solo tre aziende in tutto il mondo – una in Europa, una negli Stati Uniti e la terza in Australia – sono in grado di produrre il materiale purissimo adeguato e delle dimensioni richieste. Per Virgo abbiamo scelto l’industria europea che ha prodotto sia gli specchi della prima versione dell’esperimento che quelli attuali; la produzione di un solo substrato, che poi diverrà lente o specchio, richiede parecchi mesi, perché, anche partendo da materiale purissimo, i tempi di raffreddamento devono essere molto lenti, in modo da non creare microstrutture che poi si rivelerebbero critiche per la qualità ottica e la stessa stabilità del campione. Questo dato è un esempio che contribuisce a spiegare l’estensione temporale necessaria alla realizzazione del progetto: vi sono fasi che non possono essere abbreviate per non incorrere in difetti costruttivi tali da inficiarne la riuscita.

I blocchi di vetro superpuro (al 99,9999%) hanno, a seconda della posizione in cui devono essere inseriti, superfici perfettamente piane oppure una curvatura sferica; questa curvatura è calcolata tramite simulazioni del sistema ottico complessivo e risulta come la porzione di una sfera con un raggio di circa un chilometro e mezzo, con una precisione dell’ordine di qualche centimetro, in modo da poter identificare con gran precisione la parte centrale su cui incide il fascio laser.

All’inizio del suo cammino nell’interferometro, subito dopo la complessa «ripulitura» iniziale, il fascio laser è molto sottile, giusto un filo di energia luminosa nell’infrarosso che cerca la sua strada verso gli specchi alla fine dei lunghi bracci. Qui interviene un’altra brillante idea. Abbiamo già osservato che più lungo è il percorso coperto dal fascio, migliore sarà la sensibilità dello strumento. La lunghezza dei bracci è limitata dalle condizioni esterne, per esempio strade e case nella campagna cascinese, e, forse ancor più, dalle limitazioni finanziarie: un chilometro in più per ogni braccio costa circa 20 milioni di euro tra lavori infrastrutturali e costo dell’estensione del sistema di vuoto. Per ovviare a questo problema i fisici

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