Accastampato n. 13

Numero 13 Novembre 2014

www.accatagliato.org

Il più grande spettacolo!dopo il Big Bang

Guth e il mistero!dell’espansione “inflazionata”

L’Universo è come un gigantesco casinò

Le onde gravitazionali

istitutodei sistemicomplessi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI

ROMATRE

La rivista e disponibile on-line e come app per iPad e iPhone,e navigabile sia da computer che da cellulare ed e scaricabilenei formati PDF ed ePUB.

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Accastampato e realizzato con il patrocinio del Dipartimen-to di Fisica dell’Universita Sapienza di Roma, del CNR Isti-tuto dei Sistemi Complessi (ISC), Unita Sapienza di Roma,dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, del Dipartimentodi Fisica dell’Universita Roma Tre, della Fondazione IDISCitta della Scienza, dell’Associazione Romana per le Astro-particelle (ARAP) e la collaborazione della EPS Rome YoungMinds Section e dell’Associazione Frascati Scienza.

istitutodei sistemicomplessi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI

ROMATRE

Indice num. 13, Novembre 2014

EDITORIALE

Prima di tutto 5Un corso di scrittura giornalistica per studenti e giovaniricercatori organizzato da Accatagliato. L’annuncio dellascoperta dell’eco dei primi vagiti dell’Universo da partedell’esperimento BICEP2. Un tredicesimo numero diAccastampato ricco di sperimentazioni alla frontiera dellafisica e della comunicazione della scienza.

IL RICERCATORE ROMANOIl piu grande spettacolo dopo il BigBang 6

di V. Persichetti, G. SestiliCinquant’anni fa veniva scoperta la radiazione cosmica difondo. Oggi l’esperimento BICEP2 sembra avervi trovatola prova della teoria inflazionaria, di quel periodo di forteespansione dell’Universo immediatamente successivo alBig Bang. Ma i dubbi sono ancora tanti.

Il mistero dell’espansione inflaziona-ria dell’universo 10di M. De Simoni, D. GiovagnoliChi e veramente Alan Guth, il padre della teoria dell’uni-verso inflazionario, nonche vincitore nel 2005 del premioper la scrivania piu disordinata?

Le onde gravitazionali 12

di R. Marrocchio, D. TartagliaNon solo liquidi e gas. Anche lo spazio-tempo puo vibrareproducendo onde gravitazioni, che possono essere usateper guardare il cosmo profondo con nuovi occhiali e sottoun’inedita luce.

Le inflazioni pericolose 17

di M. Botticelli, F. D’Ambra, F. MarianiDi inflazione non ce n’e solo una: dall’idea originaria diAlan Guth sono state formulate molte varianti, tutte inattesa di conferme sperimentali che sanciscano quali sianole piu promettenti e quali invece pericolosamente sbagliate.

LE SPALLE DEI GIGANTIMai cosı prossimi al Big Bang 19

di V. Persichetti, G. SestiliIntervista a Paolo De Bernardis, astrofisico e docente pressol’Universita Sapienza di Roma, sull’avventura scientificalunga un decennio di BICEP2.

ONDA LUNGANon infiammabile 22di R. PauraDopo poco piu di un anno dalla distruzione di Citta dellaScienza di Napoli, il piu importante science centre italianoriparte con tante iniziative, grazie soprattutto al supportodei cittadini e dei suoi visitatori.

accastampato num. 13, Novembre 2014 3

EDITORIALE

Prima di tuttoMai cosı vicini a cogliere i primissimi segnali del Big Bang

Nel mese di marzo 2014 sono avvenuti due eventi apparentemente molto diversi e distanti tra loro,ma che in questi mesi si sono intrecciati fino a produrre questo tredicesimo numero di Accastampato.Venerdı 7 marzo ha preso il via il primo corso di scrittura scientifica divulgativa di Accatagliato, or-ganizzato in collaborazione con la Rome EPS Young Minds Section, l’agenzia editoriale Formicablusrl e finanziato dalla European Physics Society. Lunedı 17 marzo John Kovac, a capo dell’esperimen-to BICEP-2, annuncia al mondo la prima osservazione diretta delle tracce delle onde gravitazionaliprimordiali e del periodo inflativo post-Big Bang sulle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo.

Il corso, strutturato in quattro lezioni dal 7 al 21 marzo, ha visto la partecipazione di 22 studenti, tralaureandi, dottorandi e ricercatori post-doc. Tra loro 18 fisici, di cui due da astrofisica, due da geofi-sica e uno da storia e didattica della fisica, ma anche un ingegnere e un neuroscienziato. La sfida eraportarli a confrontarsi con la scrittura giornalistica, insegnar loro i trucchi del mestiere per raccontareil proprio lavoro e i propri studi a un pubblico non specialistico, in particolare a giovani studenti dellesuperiori alle prese con la difficile scelta di dove andare all’universita una volta terminata la scuola.A guidarli un quartetto d’eccezione: Nicola Nosengo, giornalista scientifico che collabora tra gli al-tri con Nature, The Economist e Wired, Giulia Bonelli, comunicatrice scientifica presso formicablu,Manuela Cirilli, ricercatrice in fisica delle particelle presso il CERN di Ginevra e membro del Kno-wledge Transfer Group, e Massimiliano Razzano, ricercatore presso l’Universita di Pisa e giornalistascientifico freelance. Il risultato di quelle tre settimane di corso, e delle altre che lo hanno seguito, loavete davanti agli occhi: i nove nomi che vedete elencati qui accanto stanno per raccontarvi cio che eaccaduto quel 17 marzo scorso, presso la stazione Amundsen-Scott South Pole in Antartide. . .

Sono state davvero trovate delle tracce di onde gravitazionali nella radiazione cosmica di fondo? Isegnali misurati da BICEP2 hanno davvero avuto origine durante il periodo di fortissima espansionedell’universo pochi istanti dopo il Big Bang, oppure sono solamente l’inganno di emissioni infrarossedi polveri spaziali? Valeria Persichetti e Giorgio Sestili ci descrivono tutti i dettagli di un esperimentoprogettato per spingere il nostro sguardo indietro nel tempo come mai prima, a un passo dal “piugrande spettacolo dopo il Big Bang”. E lo fanno tornando anche a quelle prime azzardate ipotesidi dieci anni fa, grazie alle parole e ai ricordi dell’astrofisico Paolo De Bernandis, presente duranteil seminario in cui fu proposto l’esperimento BICEP nel 2003. Uno spettacolo che ha un regista:Alan Guth, il fisico teorico americano che nel 1980 propone la teoria dell’universo inflazionario, perspiegare in una volta sola ben quattro delicate questioni lasciate aperte dalla teoria classica del BigBang. Micol De Simoni e Debora Giovagnoli ci presentano questo scienziato nel suo sforzo didecifrare il “mistero dell’espansione inflazionaria”. Uno spettacolo che ha degli attori protagonisti:sono la radiazione cosmica di fondo e le onde gravitazionali, la prima ben nota dalla storica scopertadi Penzias e Wilson negli anni ’60, le seconde previste nell’ambito della relativita generale di Einstein,ma mai rilevate sperimentalmente. Riccardo Marrocchio e Diana Tartaglia ci mostrano come anchelo spazio-tempo puo vibrare, tra palloncini di gomma e panettoni, in terra e nello spazio. E infine unospettacolo che non ha ancora un epilogo: anche se la teoria dell’inflazione venisse definitivamenteconfermata dai dati sperimentali di BICEP e di altri esperimenti analoghi, le varianti ancora possibilisono molteplici. Sono Michela Botticelli, Francesco D’Ambra e Francesca Mariani che ci aiutanoa destreggiarci tra universi eterni e universi ciclici, tra multiversi e “inflazioni pericolose”.

Ci teniamo anche a sottolineare il contributo di Roberto Paura, responsabile comunicazione dellaCitta della Scienza di Napoli, che, a un anno e mezzo dal rogo, ci racconta il grande sforzo dellaricostruzione e le innumerevoli iniziative gia realizzate.

Ci teniamo infine a ringraziare ancora Manuela Cirilli e Massimiliano Razzano per il grande lavoroche hanno fatto, dando ai nostri autori e a noi della redazione dei preziosi consigli che hanno permessodi migliorare questo numero di accastampato.

Buona lettura!

accastampatoRivista degli Studenti

di Fisica di Romawww.accatagliato.org

[email protected]

Alessio [email protected]

Carlo [email protected]

Manuela [email protected]

Ilaria De [email protected]

Roberto [email protected]

Kristian A. Gervasi [email protected]

Niccolo [email protected]

Isabella [email protected]

Massimo [email protected]

Silvia [email protected]

Angela [email protected]

Martina [email protected]

COMMISSIONE SCIENTIFICA

Giorgio ParisiGiovanni BattimelliFabio BelliniLara BenfattoStefano BianchiGiulia De BonisRiccardo FacciniFrancesco PiacentiniLuciano PietroneroAntonio PolimeniAntonello PolosaMaria Antonietta Ricci

HANNO CONTRIBUITO

M. De Simoni, D. Giovagnoli, M.Botticelli, F. D’Ambra, F. Mariani,R. Paura, V. Persichetti, G. Sestili, R.Marrocchio, D. Tartaglia.

CON LA COLLABORAZIONE DI

EPS Rome Young Minds SectionFrascati Scienza

CON IL PATROCINIO DI

Dipartimento di Fisica dell’Univer-sita Sapienza di RomaIstituto dei Sistemi Complessi CNR-ISC, Sezione Sapienza di RomaIstituto Nazionale di Fisica NucleareDipartimento di Fisica dell’Univer-sita Roma TreFondazione IDIS Citta della ScienzaAssociazione Romana per le Astro-particelle

SI RINGRAZIANO ANCHE

Donald E. Knuth, Leslie Lamport, ilTEX Users Group (www.tug.org)e Gianluca Pignalberi

accastampato num. 13, Novembre 2014

Il piu grande spettacolodopo il Big BangTracce delle onde gravitazionali nella radiazione cosmica di fondo?

Valeria Persichetti, Giorgio Sestili(Universita Sapienza di Roma)

Contea di Monmouth, New Jersey, 1964. Arno Pen-zias e Robert Wilson sono alle prese con una coppiadi piccioni che, come luogo per costruire il proprionido, ha scelto proprio l’antenna del loro esperimen-

to. Ben presto pero, i due giovani fisici dei Bell Laboratories siaccorgono che il fruscıo rilevato dalla loro apparecchiatura none dovuto ai nuovi inquilini dell’antenna ne a un rumore di fon-do. Si tratta di qualcosa di molto piu importante: il primo segna-le elettromagnetico dell’universo, la radiazione cosmica di fondo(Cosmic Microwave Background o CMB), risalente a 380 milaanni dopo il Big Bang. Se paragonassimo tutta la vita dell’uni-verso (13,7 miliardi di anni) a una giornata, la CMB apparirebbedue secondi dopo la mezzanotte. Nel 1978 la scoperta della CMBvale a Penzias e Wilson il premio Nobel.

Universita di Harvard, Massachusetts, 2014. Esattamente cin-quant’anni dopo la prima rilevazione della CMB, una misura po-trebbe anticipare il limite temporale di cio che e osservabile, por-tandolo praticamente alla nascita dell’universo. Infatti, sono statirilevati segnali compatibili con eventuali tracce di onde gravita-zionali dovute all’espansione accelerata (inflazione) dell’univer-so nei suoi primi istanti. Le onde gravitazionali sono increspatu-re nello spazio-tempo, previste dalla Relativita Generale di Ein-stein, ma mai osservate direttamente. A darne la notizia e JohnKovac, capo dell’esperimento BICEP2 (Background Imaging ofCosmic Extragalactic Polarization), il quale la definisce come lasmoking gun signature of inflation - letteralmente la pistola fu-mante, espressione con cui gli inglesi indicano una prova certadell’inflazione.

Figura 1 – Il telescopio BICEP2 presso la Amundsen-Scott South PoleStation. Credits: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Un risultato davvero sensazionale?

Innanzitutto, come gia accennato prima, questa osservazione ciproietterebbe per la prima volta a un passo dal Big Bang, preci-samente a 10−37 secondi (un numero piccolissimo, con 36 zeridopo la virgola) dopo l’evento che ha dato origine all’universo.Secondo il modello dell’inflazione, da questo preciso istante eper un intervallo di tempo brevissimo, il Cosmo avrebbe subıtoun’espansione esponenziale. Cio significa che, in un lampo, l’u-niverso si sarebbe gonfiato di un fattore 1030, cioe un 1 seguitoda 30 zeri. Proprio come un panettone che lievita, l’universo sisarebbe espanso in modo uniforme in tutte le direzioni ed e perquesto che oggi ci appare quasi perfettamente omogeneo. At-tenzione, abbiamo detto quasi. Infatti, fin dai primi anni ’90, ilsatellite COBE (COsmic Background Explorer) prima, e piu tardiesperimenti con palloni d’alta quota come Boomerang e missionispaziali quali WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)e Planck, hanno rilevato piccolissime fluttuazioni di temperatu-ra nella radiazione cosmica di fondo che indicano regioni di di-versa densita (e quindi anisotropie). Quelle a densita maggiore,avendo un’attrazione gravitazionale piu grande, hanno inglobatola materia circostante fino a formare le stelle e i pianeti come livediamo adesso. Per riprendere l’analogia del panettone, le galas-sie nell’universo in espansione, come le uvette, vengono trascina-te a distanze crescenti man mano che il dolce in forno si gon-fia. La teoria dell’inflazione prevede dunque la presenza, finoramai rilevata sperimentalmente, dell’impronta lasciata dalle ondegravitazionali sulla radiazione cosmica di fondo. Il team di BI-CEP2 l’avrebbe trovata proprio nella polarizzazione della CMB.I suoi poco energetici fotoni, liberati nel momento in cui l’univer-so divenne trasparente alla radiazione, interagendo con la materiahanno acquisito una polarizzazione, cosı come avviene per ognionda luminosa. Gli occhiali 3D che indossiamo al cinema sfrut-tano proprio questo fenomeno: le due lenti hanno filtri che sele-zionano una delle due possibili polarita della luce1, in modo dadiscriminare le immagini prese da due punti di vista diversi e poiproiettate sullo schermo. BICEP2 e stato realizzato per studiarela polarizzazione del fondo cosmico. L’esperimento ha ottenutouna mappa formata da piccoli segmenti di linea in ogni punto delcielo. Si distinguono due componenti: i modi E, dovuti principal-

1 La radiazione elettromagnetica puo essere polarizzata in quattromodi ma solo due sono indipendenti, ovvero uno stato di polariz-zazione della luce puo essere sempre espresso con una qualsiasicoppia di modi.

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IL RICERCATORE ROMANO

mente a a variazioni di densita, e i modi B, che si generano soloin presenza di onde gravitazionali, che nella Figura 2 sono queipiccoli vortici intorno alle zone colorate, chiamati riccioli. Nelmarzo 2014 BICEP2 ha annunciato non solo di aver osservato imodi B, ma anche che la loro intensita sembra essere piu alta diquanto previsto: il rapporto r (tra il contributo dei modi B ed E) trovato risulta essere pari a 0,2, circa il doppio del segnale pre-visto da precedenti stime, mentre esperimenti precedenti, comeWMAP e BICEP1, erano riusciti solamente ad escludere valorisuperiori a 0,7.

Il cielo sopra l’Antartide

Per capire come sia stato possibile effettuare questa misura, dob-biamo trasferirci tra i ghiacci dell’Antartide, precisamente pressola Amundsen-Scott South Pole Station: qui, per tre anni conse-cutivi, e stata osservata una porzione di cielo con un telescopiodi 26 cm di diametro, ottimizzato per osservazioni nella regionedelle microonde, con una risoluzione angolare di 0,5 gradi e unacopertura angolare utile di circa 30 gradi per 15 (come si vededalla figura 2).La scelta del Polo Sud, come sito in cui svolgere l’esperimento,presenta due evidenti vantaggi: l’aria secca antartica favorisce leosservazioni con telescopi radio e infrarossi, sensibili all’umiditache puo assorbire e riemettere il segnale causando interferenze,mentre la durata di un giorno polare (circa 6 mesi) offre condizio-ni climatiche particolarmente stabili. BICEP2 e nato da una colla-borazione tra istituzioni scientifiche statunitensi ed e stato finan-ziato principalmente dalla National Science Foundation (NSF),che gestisce anche la stazione antartica. Non sono mancati, pero,finanziamenti da parte di altri importanti enti, tra cui la NASA,che hanno permesso di sfruttare tecnologie avanzatissime: ne so-no un esempio i 512 rilevatori assemblati nel piano focale deltelescopio e raffreddati fino a 0,27 K.La portata potenziale dei risultati di BICEP2 e tanto grande daaver suscitato, fin da poche ore dopo l’annuncio, molti commenti,

Figura 2 – In evidenza la sezione di cielo osservata dall’esperimentoBICEP2.

Figura 3 – I 512 rivelatori nel piano focale di BICEP2 sistemati su unwafer di Silicio. Credits: BICEP2 COLLABORATION.

alcuni anche parecchio critici; il primo a mettere in discussionele dichiarazioni fatte ad Harvard e stato il fisico delle particelleAdam Falkowski dal suo blog Resonances, che ha affermato cheil risultato di BICEP2 “non puo essere preso per oro colato”. Lesue parole sono state poi riportate da importanti riviste, come ilWashington Post e Science, che hanno dedicato articoli sull’at-tendibilita delle conclusioni di BICEP2. Uno dei primi punti dachiarire e questo: siamo sicuri che il segnale in polarizzazione ri-levato sia attribuibile esclusivamente alle onde gravitazionali? O,invece, puo aver subito contaminazioni? E se sı, in che misura?il segnale, ad esempio, potrebbe essere frutto della contaminazio-ne dell’emissione infrarossa delle polveri che contornano le galas-sie, compresa quella in cui ci troviamo. Tutte le polveri, infatti,assorbono la luce emessa dagli astri, riemettendo radiazione infra-rossa, come in un effetto serra galattico a bassa intensita. Questaradiazione e composta da radiazioni polarizzate a bassa frequen-za, specialmente nel campo delle microonde e potrebbe, quindi,presentare tracce dei fantomatici modi B, il che rappresenta unulteriore problema per il team di BICEP2. La prima stima del ru-more di fondo dell’esperimento era stata, inizialmente realizzataa partire da risultati preliminari della missione satellitare Planck,dai quali, pero, non era ancora stato sottratto il contributo dovutoal cosiddetto Cosmic Infrared Background o CIB.

L’infrarosso del fondo cosmico

La CIB e una radiazione elettromagnetica a bassa frequenza chepermea l’Universo, originata per lo piu da fenomeni sia nucleariche gravitazionali. Si capisce, quindi, come questa possa essereuna difficolta in piu nell’analisi dei dati di BICEP2: la squadradi Kovac ha scelto di osservare una zona di cielo, detta SouthernHole,in cui non sono presenti corpi celesti troppo luminosi chepossano emettere questa fastidiosa radiazione. Considerando ilproblema piu attentamente, pero, si deve tener conto che circa il20% del fondo infrarosso e dovuto, appunto, alle emissioni dellepolveri diffuse nei dintorni delle galassie: perche la nostra do-vrebbe far eccezione? In conclusione quindi, la squadra di BI-CEP2, in considerazione di quest’effetto, ha recentemente dichia-



rato (nella versione finale del loro articolo pubblicato su PhysicalReview Letters) di non poter escludere con sicurezza che il segna-le da loro misurato sia originato da queste polveri. Nel frattempola missione satellitare Planck ha rilasciato ad ottobre 2014 la ver-sione definitiva della mappa del fondo, dalla quale si evince cheun eventuale segnale emesso dall’interazione onde gravitaziona-li/materia nel periodo della ricombinazione 13,8 miliardi di an-ni fa, potrebbe non essere distinguibile dalle emissioni di modiB delle polveri. Per ottenere dati piu affidabili sara necessario,quindi, eseguire misure anche a frequenze diverse dai 150 GHz acui lavora BICEP2, per avere un quadro piu dettagliato dei singolicontributi alla polarizzazione e per scoprire quanto contino dav-vero le onde gravitazionali. Inoltre bisognera lavorare molto sullapresenza di eventuali errori sistematici, che inizialmente potreb-bero non essere stati calcolati, e che potrebbero aver influenzatola misura.

Quanto lontano possiamo vedere?

Quel che e certo e che, se in qualche modo le misure di BICEP2venissero avvalorate da studi futuri, allora si potrebbe parlare dievidenza sperimentale della teoria dell’inflazione cosmica. Manon solo. Lo studio del segnale prodotto dalle onde gravitazio-nali aprirebbe a quel punto nuovi scenari per la fisica delle al-te energie (stiamo parlando di energie di 1025 eV, mentre LHC,l’acceleratore terrestre a piu alta energia attualmente in funzio-ne e situato presso i Laboratori del CERN, raggiunge energie di1013 eV) e per lo studio della gravita quantistica, ovvero la teoriache da tempo cerca di mettere insieme, all’interno di un quadrocoerente, la relativita generale con la meccanica quantistica. Manon e finita qui. L’eventuale conferma della teoria inflazionariaaprirebbe nuovi scenari riguardanti lo studio dell’ipotesi dei mul-

Figura 4 – La mappa preliminare del fondo rilasciata dall’esperimentoPlanck nel 2013. Notare in alto a sinistra la dicitura ”not CIB subtracted”.

tiversi. Questa teoria prevede che il nostro universo non sia cheuna di tante ”bolle”, ognuna delle quali generata da un Big Bange successivamente gonfiatasi tramite un processo inflazionario. IlBig Bang e l’inflazione non sarebbero dunque eventi unici, bensıriproducibili in eterno; e ogni volta che accadono eventi di que-sto tipo, si genera una nuova bolla, dunque un nuovo universo,che vive in una dimensione spazio-temporale propria, parallela (oalmeno cosı sembra) agli altri universi, compreso il nostro. Co-me sempre avviene in ambito scientifico, quando si e di frontea una scoperta che potrebbe rivelarsi epocale, gli scenari futuridiventano immensi e imprevedibili. Alla domanda provocatoria“Quanto lontano possiamo vedere?” che Andrew Lange, leaderdell’esperimento BICEP, scomparso quattro anni fa, spesso pone-va, oggi John Kovac risponde cosı: “Molto piu indietro di quantouna volta avremmo osato immaginare” anche se, a quanto pare, ciserviranno occhiali migliori.

Bibliografia

[1] Ade P. et al. Detection of B-Mode Polarization at DegreeAngular Scales by BICEP2. In Phys.Rev.Lett., vol. 112 (2014)[2] Wall M. Confirming the Big Bang’s Inflation: Q&A with StudyLeader John Kovac URL http://goo.gl/6yw1sY

BICEP2 2014 Release FAQ: bicepkeck.org/faq.html.

Commenti on-line: http://www.accastampato.it/

2014/11/bicep2_it/

Sull’autore

Valeria Persichetti ([email protected]) e lau-reanda in Ingegneria Chimica all’UniversitaSapienza di Roma, con specializzazione inMateriali. Appassionata di letteratura scientifica, si e direcente interessata al giornalismo.Giorgio Sestili ([email protected]) si e appena laureato in Fisicaall’Universita Sapienza di Roma. Specia-lizzato in Storia della Fisica, condividequesta sua passione attraverso il blog “Eppur si muove”(http://giorgiosestili.blogspot.it/).


Alan Guth e il misterodell’espansione inflazionariaCosa e davvero successo all’Universo subito dopo il Big Bang?

Micol De Simoni, Debora Giovagnoli(Universita Sapienza di Roma)

It is often said that you can’t get something for nothing.But the universe may be the ultimate free lunch.

(Alan Guth)

Millenovecentottanta: Alan Guth (Stanford, Cali-fornia) e Alexei Starobinski (Mosca, Russia),pur con l’oceano a separarli e con la scarsa co-municazione internazionale dell’epoca, hanno la

medesima intuizione sull’idea dell’universo inflazionario. Ed esolo la prontezza di Guth nella pubblicazione della teoria che glipermette di esserne considerato il padre.

Chi e Alan Guth?

Classe ’47, laurea al MIT (Massachussetts Institute of Technolo-gy) a 22 anni. Nel ’72 ottiene una borsa di dottorato nella stessauniversita, ma anche un genio della fisica puo avere gli stessi pro-blemi di molti altri giovani nel trovare un lavoro stabile: Guth vivenegli anni del cosiddetto periodo degli scolari persi in cui, negliStati Uniti, si hanno troppi laureati in materie scientifiche e pochedomande di lavoro come assistenti ai professori . Cio nonostante,riesce a trovare un posto presso l’IAS (Istituto di Studi Avanzati)di Princeton per lo studio dei quark, le particelle che costituisco-no protoni e neutroni. Benche sia diventato famoso per una teorianel campo della cosmologia, Guth infatti inizia il suo percorso la-vorativo come fisico delle particelle. La sua passione sta nell’in-finitamente piccolo, che puo essere investigato solo spingendosinell’infinitamente lontano, tornando indietro fino ai primi attimidopo il Big Bang: circa 10−37 secondi dopo l’esplosione avvenutaquasi 14 miliardi di anni fa, proprio quel che si dice una frazioneinfinitesima di secondo dopo la nascita dell’Universo.Oggi professore di Fisica presso lo stesso MIT, autore di 60 pub-blicazioni riguardanti l’inflazione e la sua interazione con la fisicadelle particelle, Alan Guth si e aggiudicato premi e riconoscimen-ti da ogni parte del mondo. Uno in particolare spicca tra tutti inquanto a prima vista sembra avere poco a che fare con la fisica: ilpremio per la scrivania piu disordinata del 2005, offerto dal Bo-ston Globe. Che Guth abbia forse deciso di prendere alla letteraOscar Wilde, quando diceva che “una scrivania ordinata e sino-nimo di una mente malata”? O piuttosto i suoi colleghi, stanchidella situazione caotica, hanno deciso di svergognarlo pubblica-mente per farlo ravvedere? Fatto sta che tra la medaglia del centrodi Fisica teorica di Trieste, l’Eddington Medal e l’Isaac NewtonMedal, una medaglia al caos ci sta a pennello.

La genesi della teoria inflazionaria

La teoria che ha reso celebre Guth riguarda l’espansione straor-dinaria che sarebbe avvenuta negli istanti successivi al Big Bangche avrebbe permesso all’Universo di allargarsi in ogni direzio-ne cosı velocemente da mantenere una certa omogeneita: si trattadella teoria dell’Universo inflazionario, appunto.

Secondo la comunita scientifica dei paesi del blocco occidenta-le fu Guth a presentarla ufficialmente il 23 gennaio 1980 duranteuna conferenza tenuta presso lo SLAC (Stanford Linear Accelera-tor Center), mentre per il mondo scientifico sovietico e stato Sta-robinski a parlarne per primo, ma solamente in maniera ufficiosa,senza alcuna pubblicazione. In seguito a quella storica conferenzaGuth ebbe modo di confrontarsi con colleghi di tutto il mondo persviluppare meglio la teoria: uno di questi in particolare fu AndreiLinde, un fisico moscovita con il quale ha continuato a lavorarefianco a fianco fino a oggi e con il quale ha condiviso nel 2004il Premio Cosmologico Gruber, quasi un Nobel della Cosmolo-gia. E con lui ha condiviso in questi mesi anche l’entusiasmo perle possibili implicazioni delle misure ottenute dall’esperimentoBICEP2.

Sono stati infatti i membri di questo esperimento, capitanati dal-

Figura 1 – L’espansione dell’Universo dal Big Bang a oggi. Credits:fas.org.



l’astronomo americano John Kovac, ad individuare per primi, il17 marzo scorso, nella CMB (Cosmic Microwave Background) oradiazione cosmica di fondo, considerata l’eco del Big Bang, lapresenza di modi B interpretabile come interazione della mate-ria con onde gravitazionali che potrebbe dare supporto alla teoriadell’Universo inflazionario.

In cosa consiste la teoria dell’universoinflazionario?

Da sempre gli astrofisici, osservando e analizzando lo spazio incui viviamo, hanno notato quanto l’Universo appaia omogeneo:galassie distribuite uniformemente, densita di materia, energia,elementi chimici, persino le leggi fisiche uguali in punti lonta-nissimi tra loro. Come fanno punti dello spazio, separati da unadistanza superiore a quella che la luce ha percorso dal Big Bangad oggi, ad avere le stesse caratteristiche? E qui che si inseriscela teoria dell’espansione inflazionaria.

Immaginate di avere un palloncino su cui disegnate con un pen-narello tanti puntini. Gonfiando il palloncino noterete che i puntisi allargano insieme allo spazio che li divide, ma rimangono co-munque alla stessa distanza tra loro e mantengono la loro formatondeggiante. Questo e a grandi linee quello che sarebbe successoal nostro Universo quando e nato: l’esplosione che lo avrebbe ge-nerato sarebbe stata seguita da un’espansione violentissima, chene avrebbe mantenuto le caratteristiche uniformi nello spazio.

Come potrebbe accadere un evento simile? Pensate di avere tuttocio che vi circonda (la mamma, l’armadio, l’Italia, la Terra, ecc.)condensato in una stanza piccolissima e senza finestre. E facilecapire che a causa del sovraffollamento la temperatura all’internosia invivibilmente alta e che ci sia una certa disomogeneita, comese il gomito della mamma non si incastrasse bene con la Sicilia.Immaginate ora di passare dalle dimensioni della stanza a quelledell’Universo odierno in un centesimo di secondo: qualsiasi di-somogeneita nella temperatura e nella densita del sistema inizialesarebbe stata dilatata con l’espansione. Un ulteriore effetto dell’e-spansione sarebbe stato inoltre lo schiacciamento della curvaturadello spazio. Pensiamo per esempio che sul nostro palloncino sisia una piccola ruga. Questa anomalia diventerebbe man manopiu evidente se gonfiassimo pian piano il nostro palloncino. Unaespansione piu rapida, invece, non darebbe modo alla rughetta diespandersi.

Fu questo che Guth porto di fronte ai colleghi nel 1980 nel suo la-voro The Inflationary Universe: A Possible Solution to the Hori-zon and Flatness Problems (“L’universo inflazionario: una possi-bile soluzione al problema dell’orizzonte e della piattezza”): unateoria nuova, capace di fare luce su molti dei misteri cosmologicidell’epoca, la teoria dell’Universo inflazionario. Il riferimento echiaramente all’inflazione economica che in quegli anni stava col-pendo duramente gli Stati Uniti e l’Europa. Come in economia il

prezzo dei beni era salito sopra al limite massimo del portafogliodei consumatori, cosı anche la velocita di espansione dopo il BigBang aveva superato il limite massimo delle velocita, la velocitadella luce.

Bibliografia

[3] Oerter R. La teoria del quasi tutto. Codice Edizioni (2006)[4] Bernardis P.D. Introduzione all’astrofisica (2013)[5] Balbi A. L’Universo senza inizio di Einstein. In Il Post (feb.2014). URL http://www.ilpost.it/amedeobalbi/

2014/02/26/luniverso-senza-inizio-einstein

[6] Ferrari V. e Gualtieri L. General Relativity (2011)


2014/11/alan-guth_it/

Sull’autore

Micol De Simoni ([email protected]) e nata a Roma il 29 Aprile 1992e cresciuta a Latina. Frequenta la facolta difisica dell’Universita Sapienza di Roma, pressola quale e laureanda.Debora Giovagnoli ([email protected]) e nata il 14 febbraio 1992 a Roma, dove vive tuttora.Dopo aver frequentato il liceo scientifico Isacco Newton sie iscritta alla facolta di fisica dell’Universita Sapienza diRoma, presso la quale e laureanda.


Le onde gravitazionaliQuando anche lo spazio-tempo si mette a vibrare

Riccardo Marrocchio, Diana Tartaglia(Universita Sapienza di Roma)

Immaginate qualcosa di molto denso. Il traffico in citta ilvenerdı all’ora di punta? Ancora di piu. Il minestronedi verdure che vi cucinava mamma da piccoli perche “fabene”? Non proprio. Provate a pensare che una cucchia-

iata di quel minestrone pesi un milione di milioni di tonnellate,il che tradotto in chilogrammi e un numero a 16 zeri. Allora sıche avremmo raggiunto una densita ragionevole. . . per una stelladi neutroni! Nel caso specifico gli ingredienti principali del mi-nestrone sono neutroni (particelle che compongono gli atomi) eun qualcos’altro ancora non bene identificato, tutto ammassato inuno spazio molto piccolo. Una stella di neutroni media, infatti, hala stessa quantita di massa del nostro Sole, concentrata in una pal-la di 20 km di raggio (quello del Sole e 35 mila volte piu grande).Quello che possono rivelarci questi corpi celesti, pero puo essereancora piu interessante.

La teoria della relativita generale di Einstein prevede che lospazio-tempo in cui si trova la Terra sia continuamente pertur-bato da onde gravitazionali generate da qualsiasi corpo in motodotato di massa. Tuttavia questo non e un effetto di cui abbia-mo un’esperienza quotidiana perche le masse e le velocita deglioggetti comuni sono troppo piccole per generare un’onda gravita-zionale abbastanza intensa da essere rivelata anche dagli strumen-ti piu sensibili. Infatti ci si aspetta che la prima misura diretta diun’onda gravitazionale sara collegata a corpi celesti estremamen-te massivi, molto piu del Sole, che ha una massa di circa 1030 kg(circa 330 mila volte la massa della Terra), e con velocita moltoprossime a quella della luce, pari a circa 300 mila km/s. Ed eproprio qui che le stelle di neutroni diventano necessarie. Graziealla loro massa, infatti, sono i candidati piu probabili a generareonde gravitazionali osservabili dalla Terra. Riuscire a provare l’e-sistenza delle onde gravitazionali servirebbe inoltre a confermareuna volta di piu l’idea di Einstein che nessun segnale si puo pro-pagare con una velocita maggiore di quella della luce (300 milachilometri al secondo), che e in contrasto con la teoria di Newton,secondo la quale la gravita, come le altre interazioni a distanza, etrasmessa istantaneamente. Benche i primi strumenti per rivela-re direttamente le onde gravitazionali risalgano ai primi anni ’60,ancora oggi nessuno ha avuto il piacere di poter affermare di es-sere riuscito a effettuare la misura. Ma i fisici non demordonoe continuano a progettare nuovi esperimenti sempre piu precisi,come LISA.

Le onde gravitazionali ci permetterebbero di avere una visionedell’universo completamente nuova. Fino agli anni ’30 potevamoosservare il cielo solo nelle lunghezze d’onda del visibile; grazie

agli sviluppi degli anni successivi si e riusciti a estendere l’os-servazione a tutto lo spettro elettromagnetico (raggi X, infrarossi,ultravioletto, radio, ecc.). Ogni lunghezza d’onda da un’infor-mazione diversa sull’universo e sui suoi componenti. In tal sen-so ci si aspetta che le onde gravitazionali rivoluzionino la nostravisione dell’universo.

Come le onde gravitazionali modificano lospazio-tempo

Nonostante possa sembrare fuori dal comune, un’onda gravita-zionale e pur sempre un’onda e segue delle regole ben preciseche l’accomunano a tutti i fenomeni del suo genere. Le onde checi sono piu familiari sono quelle del mare, ma in realta tanti altrifenomeni hanno una natura ondulatoria: se potessimo distinguerele creste della luce visibile, ci accorgeremmo che anche questa eun’onda, con tutte le caratteristiche a essa associate. Cio che di-stingue un tipo di onda dall’altra, nello spettro elettromagnetico,e la frequenza (numero di volte che un’onda si ripete uguale a sestessa) e quindi l’energia associata. Per esempio i raggi X, chehanno un’alta energia, hanno una lunghezza d’onda molto picco-la, circa 10−10 metri e di conseguenza una frequenza molto alta.Le onde radio, invece, hanno un’onda lunga fino a 100 metri epercio una bassa frequenza.Per capire come le onde gravitazionali modificano lo spazio-tempo, consideriamo un tubo a sezione circolare (cfr. Figura 1).Se un’onda gravitazionale si propagasse lungo il tubo nella di-rezione della sua lunghezza, vedremmo la sua sezione diventareun’ellisse con gli assi maggiore e minore che differiscono dall’o-riginale raggio della sezione circolare della stessa quantita. Dopoun mezzo periodo l’asse maggiore diventera l’asse minore e cosıvia, in maniera continua e periodica. Per cui dall’esterno vedrem-mo la superficie del tubo deformarsi come un’onda. Conside-riamo ora come esempio un quartiere con un insieme di casettealla stessa distanza l’una dall’altra e supponiamo che il quartierevenga attraversato perpendicolarmente da un’onda gravitaziona-le. Man mano che l’onda attraversa il quartiere, in una direzione(per esempio nord-sud) la distanza aumenta di una quantita pa-ri all’ampiezza dell’onda gravitazionale e diminuisce dello stessofattore nella direzione perpendicolare, est-ovest. Trattandosi diun’onda, questo effetto di contrazione e dilatazione delle distanzee continuo e periodico.Per comprendere il meccanismo di generazione delle onde gravi-tazionali possiamo fare un’analogia con le onde elettromagneti-



Figura 1 – Direzioni di contrazione ed espansione dello spazio-tempo alpassaggio di un’onda gravitazionale.

che. Un oggetto fermo dotato di carica elettrica genera un campoelettrostatico, che attrae o respinge qualsiasi altro corpo dotato dicarica. Se la carica e in movimento genera un’onda elettroma-gnetica (come un’onda radio) con un’intensita che e direttamenteproporzionale alla carica e all’accelerazione. In maniera analogaun corpo fermo dotato di massa genera un campo gravitaziona-le e gli altri oggetti massivi sono attratti da esso. Se l’oggetto ein movimento generera un’onda gravitazionale. Secondo la terzalegge di Newton, pero, a ogni azione corrisponde una reazioneuguale e contraria per cui, se consideriamo un oggetto isolato inmoto, le onde da esso emesse saranno cancellate da quelle emesseda un oggetto che rincula. Questa cancellazione pero non e per-fetta perche gli oggetti non occupano la stessa posizione. Alloral’intensita delle onde gravitazionali che sono generate da un og-getto dipendono dalla disomogeneita della distribuzione della suamassa. Per esempio un pallone da calcio perfettamente sfericonon presenta disomogeneita mentre un pallone da football ame-ricano sı. Le onde gravitazionali vengono emesse quando si haun rapido cambiamento nella distribuzione di massa dell’ogget-to. Ma le masse e le velocita in gioco devono essere grandissime:una sbarra di ferro di 500 tonnellate che ruota tanto velocemen-te da spezzarsi generera onde gravitazionali tali da modificare la

distanza tra gli oggetti di solo 1 parte su 1040. Un cambiamentotroppo piccolo per gli attuali strumenti di misura.

Segnali gravitazionali dal Big Bang

La Figura 2 mostra l’immagine a oggi piu precisa della radiazionecosmica di fondo (o CMB, dall’inglese Cosmic Microwave Back-ground), la luce piu antica dell’universo, sprigionata dal plasmaprimordiale 380 mila anni dopo il Big Bang. L’eta attuale dell’u-niverso e di circa 13,8 miliardi di anni. A confronto con un no-vantenne, e come se all’apparizione della CMB l’universo fosseun bambino appena nato con sole 21 ore di vita. Sarebbe possibileottenere una foto di questo bambino poche ore o anche pochi mi-nuti dopo la nascita? Purtroppo no, perche nei suoi primi 380 milaanni l’universo era opaco alla radiazione elettromagnetica. Que-sto significa che i fotoni – le particelle che costituiscono la luce– non erano liberi di propagarsi nello spazio, perche la densitadi materia era talmente alta che venivano assorbiti continuamentedagli elettroni allora presenti. Col passare del tempo l’universosi espanse e si raffreddo abbastanza da permettere agli elettronidi legarsi ai protoni formando atomi di idrogeno, elettricamen-te neutri, per cui i fotoni si ritrovarono liberi di propagarsi nellospazio e viaggiare praticamente indisturbati fino a oggi e fino anoi. Tuttavia non siamo in grado di vedere questa luce a occhionudo perche, anche se all’inizio i fotoni avevano una lunghezzad’onda nel visibile, con l’espansione dell’universo tale lunghezzae aumentata fino a ricadere nell’intervallo delle microonde. Sonoallora necessari telescopi sensibili a tali lunghezze d’onda per os-servare questa luce primordiale dell’universo. I primi a osservarela CMB furono Penzias e Wilson nel 1964 con un’antenna deiBell Laboratories, in America. In particolare misurarono la tem-peratura della CMB, che e inversamente proporzionale alla sualunghezza d’onda.Dalle loro misure, la temperatura era indipendente dal punto delcielo osservato. Gli astrofisici si chiesero se, con strumenti piu

Figura 2 – Mappa della polarizzazione della radiazione cosmica difondo. Credits: BICEP2 COLLABORATION.



Figura 3 – Rappresentazione della formazione di modi E e Bdall’interazione del plasma con fotoni e onde gravitazionali primordiali.

precisi, non avrebbero osservato variazioni di temperatura in fun-zione della direzione. Il primo strumento a rilevare tali variazio-ni, dell’ordine di una parte su 100 mila rispetto alla temperatu-ra media, fu lo spettrometro FIRAS ospitato dal satellite COBE(COsmic Background Explorer: esploratore del fondo cosmico)lanciato dalla NASA nel 1989. Esperimenti successivi permiseromisure sempre piu precise finche il satellite Planck, nel 2013, haottenuto l’immagine in Figura 2. Le zone blu hanno una tempe-ratura piu alta rispetto alla temperatura media della CMB, le zonerosse una temperatura piu bassa. Queste variazioni sono dovutealle disomogeneita del plasma primordiale che formarono poi, perattrazione gravitazionale, le stelle, le galassie e le varie struttureche oggi osserviamo.

Il fatto che queste disomogeneita siano solo dell’ordine di unosu 100 mila indica che, 380 mila anni dopo il Big Bang, le variezone del plasma erano caratterizzate da una temperatura pratica-mente identica. Cio rappresenta un problema perche impliche-rebbe particolarissime condizioni di omogeneita nei primissimimomenti dell’universo. Per dare una spiegazione a questo fattoe risolvere altri problemi insiti nella teoria del Big Bang, neglianni ’80 del secolo scorso il fisico americano Alan Guth proposela teoria dell’inflazione, secondo la quale 10−38 secondi dopo ilBig Bang l’universo subı un’espansione di durata estremamentebreve (un millesimo di secondo), ma talmente accelerata da an-nullare qualsiasi importante disomogeneita iniziale. Per trovareconferme sperimentali a tale teoria dobbiamo studiare l’univer-so nei suoi primi istanti, molto prima dei 380 mila anni dopo ilBig Bang. Abbiamo visto pero che non possiamo ricevere luce

prima di questo periodo perche i fotoni erano bloccati dagli elet-troni. Nella teoria dell’inflazione, la violenta espansione inizialegenera onde gravitazionali che da allora si sarebbero propagatenell’universo deformando lo spazio-tempo. Rilevare direttamen-te tali onde non sarebbe possibile in quanto estremamente deboli,dato che con l’espansione dell’universo la loro lunghezza d’ondasarebbe passata dal centimetro a 1028 cm. Potremmo, pero, ri-levarle indirettamente grazie agli effetti sulla radiazione cosmicadi fondo. Durante i 380 mila anni che vanno dal Big Bang all’e-missione della CMB, le onde gravitazionali avrebbero, infatti, al-ternativamente compresso e dilatato il plasma. Questi movimentideterminano, per effetto Doppler, delle variazioni nella tempera-tura della CMB perche il plasma, contraendosi ed espandendosi,si allontana e si avvicina alla zona di universo che successiva-mente ospitera la nostra galassia. Infatti, per effetto Doppler –valido per tutti i fenomeni ondulatori e quindi anche per le ondeelettromagnetiche – se la sorgente della radiazione si allontana danoi la lunghezza d’onda corrispondente apparira piu breve mentrese si avvicina a noi apparira piu piccola. Una lunghezza d’ondainferiore corrisponde a una temperatura maggiore. Viceversa, seun’onda gravitazionale avesse contratto una regione di plasma al-lontanandola da noi quando la CMB e stata emessa, la lunghezzad’onda della radiazione apparirebbe piu lunga e dunque la tem-peratura minore. Ricordando che le regioni blu sono quelle piucalde mentre quelle rosse sono piu fredde, guardando il patterncaratteristico di queste zone gli scienziati possono determinareil moto del plasma indotto dalle onde gravitazionali. Anche ledisomogeneita nella distribuzione della massa del plasma deter-minano variazioni di temperatura nella CMB. Come distinguerei due effetti? Guardando alla polarizzazione della luce ovveroalla direzione di oscillazione del campo elettrico. Se rappresen-tiamo la polarizzazione della CMB con segmenti che indicanol’orientazione del campo elettrico in una particolare zona di cie-lo, abbiamo che le disomogeneita del plasma producono due tipidi polarizzazione: ad anello (a sinistra) o radiale (a destra).

Le onde gravitazionali, invece, producono due tipi diversi dipolarizzazione: destrorsa (a sinistra) e sinistrorsa (a destra).

Possiamo cosı distinguere le variazioni di temperatura associatealle sole onde gravitazionali. L’intensita delle variazioni di tem-peratura sono determinate dall’intensita delle onde gravitazionali,



a loro volta dovute alle scale di energia del processo inflaziona-rio. Se l’inflazione e stata innescata dalla scissione delle forzefondamentali, le energie in gioco dovevano essere dell’ordine di1015 ÷ 1016 GeV. L’osservazione delle variazioni di temperatu-ra dovute alle onde gravitazionali permettera di verificare questaipotesi. Gli scienziati di BICEP2 sono intanto riusciti a osser-vare le variazioni di temperatura associate alle polarizzazioni de-terminate dalle onde gravitazionali ottenendo cosı un’immagineindiretta dell’universo a soli 10−38 secondi dopo il Big Bang.C’e infine una importante conseguenza nella rilevazione delle on-de gravitazionali inflazionarie e risiede nel meccanismo della lorogenerazione. Secondo la meccanica quantistica, nel vuoto com-paiono e scompaiono particelle in continuazione e questo accadeanche per i gravitoni, le ipotetiche particelle del campo gravita-zionale. Ma durante l’inflazione la rapida espansione porterebbequeste particelle lontane l’una dall’altra prima che abbiano tem-po di annichilirsi. Successivamente, l’espansione dell’universoavrebbe aumentato l’ampiezza della lunghezza d’onda dei gra-vitoni da grandezze dell’ordine del centimetro a lunghezze del-l’ordine di 1028 cm, rendendo cosı le onde gravitazionali difficilida rilevare. Poiche le onde gravitazionali inflazionarie sarebberostate generate secondo un meccanismo quantistico, la loro osser-vazione rappresenta un punto a favore delle teorie che tentano diunificare la meccanica quantistica con la relativita generale.

Stanare le onde gravitazionali

Il primo rilevatore di onde gravitazionali fu progettato nel 1960da Joseph Weber dell’universita del Maryland. Il detector era co-stituito da barre di metallo disposte in maniera tale da vibrare seattraversata da onde gravitazionali. Un esperimento di questo tipoe sensibile a variazioni di una parte su 1018, ma a questo livellonon e stato rilevato nulla. Gli esperimenti odierni si basano sulfenomeno dell’interferenza. Quello che accade e che quando dueonde si incontrano, l’ampiezza in ogni punto e pari alla sommadelle ampiezze delle singole onde. Lanciando due sassolini inun lago, per esempio, vedremo delle increspature sulla superficiedell’acqua con un’altezza che e pari semplicemente alla sommadelle ampiezze delle onde generate dai singoli sassolini.In uno strumento per misurare le onde gravitazionali un fasciolaser viene indirizzato contro un beam splitter – uno specchiettosemiriflettente – che separa il laser in due fasci che procedono indirezioni ortogonali verso delle masse sospese, libere di rispon-dere agli effetti delle onde gravitazionali. Uno specchietto mon-tato su ciascuna massa riflette i fasci laser all’indietro. Quandotornano sul beam splitter si ricombinano e l’ampiezza risultantesara la somma delle singole ampiezze. Se un’onda gravitazionaleviaggia lungo uno dei bracci, la distanza sul braccio ortogonale simodifichera provocando una variazione nell’ampiezza del fasciolaser in uscita. L’errore commesso nella misura e inversamenteproporzionale alla radice quadrata del numero dei fotoni rivelati

durante la misura per cui un laser piu potente migliora la sensi-bilita dell’esperimento. Per averne un’idea, la piu piccola varia-zione di distanza misurabile con un interferometro illuminato daun laser di 1 Watt e di 10−14 metri (il raggio di un protone e dicirca 10−18 metri). Tuttavia un laser troppo potente induce ulte-riori errori nella misura. Quindi bisogna scegliere un’intensita dellaser ottimale. La sensibilita dello strumento puo essere aumenta-ta anche facendo rimbalzare il laser avanti e indietro piu volte tragli specchi dell’interferometro, in modo da aumentare la distanzapercorsa e dunque la differenza di percorso.Data la sensibilita richiesta da questi strumenti, sono molti i se-gnali indesiderati che possono disturbare la misura: onde sismi-che, particelle di gas che urtano le masse o modificano la velocitadel laser, vibrazioni termiche delle masse, ecc. Per ridurre gli ef-fetti dovuti ai moti sismici le masse sono sospese con dei fili auna struttura elastica chiamata filtro meccanico. In questo mo-do si possono bloccare rumori sismici con frequenze fino a 500Hz. Per evitare che particelle di gas influenzino la misura, i la-ser passano attraverso dei tubi in cui e stato praticato il vuoto.Il disturbo dovuto alle vibrazioni termiche puo essere facilmen-te eliminato tenendo conto che non dipende dalla lunghezza deibracci, a differenza della perturbazione indotta dalle onde gravita-zionali. Questi effetti sono praticamente annullati se si posizional’esperimento nello spazio.

Un esperimento italiano: VIRGO

Gli italiani sono impegnati nel tentativo della misura diretta del-le onde gravitazionali con l’esperimento VIRGO, un rivelatoreinterferometrico situato a Cascina, in provincia di Pisa. La suastruttura e molto simile a quella spiegata in precedenza: i duebracci perpendicolari tra loro sono lunghi 3 chilometri l’uno, ma,grazie ai giochi di specchi, lo spazio effettivamente percorso dal

Figura 4 – La struttura dell’esperimento VIRGO, in cui sono evidenti idue bracci perpendicolari.



Figura 5 – La struttura dell’esperimento LISA.

raggio di luce e di 120 chilometri. L’intervallo di frequenze a cuie sensibile va dai 10 Hz ai 6000 Hz, utile per la rivelazione dionde gravitazionali prodotte da supernovae e sistemi binari nellaVia Lattea e in altre galassie, in particolare nell’ammasso dellaVergine, da cui il nome dell’esperimento.Per raggiungere la sensibilita necessaria scienziati italiani e fran-cesi hanno sviluppato laser ultrastabili, specchi altamente riflet-tenti (fino al 99,999%), sistemi per isolare lo strumento dai motisismici (ogni braccio e sospeso a una quota di 10 metri), ecc. Inol-tre, con i loro 3 km di lunghezza e 1,2 metri di diametro, il volumetotale dei bracci in cui e stato praticato il vuoto e il piu grande inEuropa e il secondo al mondo. Con Virgo ogni anno possono es-sere rivelati solo una decina di eventi all’anno. Alla fine del 2015dovrebbe entrare in funzione Advanced Virgo che, con un incre-mentata sensibilita, dovrebbe essere in grado di osservare moltipiu eventi ogni anno.

Un esperimento futuro: LISA

Un nuovo esperimento, LISA (Laser Interferometer Space An-tenna, antenna spaziale interferometrica laser), dovrebbe esserein via di sviluppo da parte dell’ESA. La sua effettiva realizza-zione non e stata ancora ufficializzata, ma LISA, se mai entrerain campo, avra la stessa struttura di VIRGO con la fondamen-tale differenza che lavorera nello spazio. LISA sara sensibile alunghezze d’onda comprese tra 0,03 mHz e 0.1 Hz (molto bassegrazie al fatto che non e disturbata da eventi sismici o particelledi gas). Misurera distorsioni dello spazio-tempo provocate dalleonde gravitazionali studiando come varia la distanza di separazio-ne tra masse separate da 5 milioni di km disposte ai vertici di untriangolo equilatero alla distanza di circa 100 milioni di chilome-tri dal Sole. Dato l’intervallo di frequenze, LISA sara sensibilealle onde prodotte da collisioni tra buchi neri e da sistemi binarinella nostra galassia.

L’osservazione delle onde gravitazionali rappresenta da una parteuna sfida dal punto di vista sperimentale e dall’altra una neces-sita per avere un’importante conferma alla teoria della relativitadi Einstein. Benche fino ad oggi non si sia riusciti a effettua-re una misura diretta, nuovi esperimenti come LISA promettono,nei prossimi anni, di raggiungere il risultato tanto agognato.

Bibliografia

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virgo/virgo.aspx

LISA Website: http://lisa.nasa.gov/


2014/11/onde-gravitazionali/

Sull’autore

Diana Tartaglia ([email protected]) enata a Roma nel 1993, frequenta la facolta diFisica dell’Universita Sapienza di Roma. L’in-teresse per la scrittura si e concretizzato neglianni del liceo, attraverso la partecipazione alla redazione delgiornalino scolastico e a concorsi letterari.Riccardo Marrocchio([email protected])ha 24 anni ed e un laureando in Fisica al-l’Universita Sapienza di Roma. Ha acquisitola conoscenza della lingua inglese e l’amore per la Fisicastudiando presso varie universita americane, tra cui BostonUniversity e Harvard.


Le inflazioni pericoloseCosa e successo all’Universo subito dopo il Big Bang?

Michela Botticelli, Francesco D’Ambra, Francesca Mariani(Universita Sapienza di Roma)

Innumerevoli prove indicano che Dio e proprio un giocatore:possiamo raffigurarci l’universo come un gigantesco casino dove

si lanciano dadi e si fanno girare roulette in continuazione.(Stephen Hawking)

Alcune tra le menti piu curiose del secolo scorso han-no creato nuove cosmogonie universali cercando didescrivere, in maniera consistente con quanto co-nosciamo, i primi istanti dell’universo dopo il Big

Bang. La teoria oggi piu ampiamente accettata dalla comunitascientifica, nota come inflazione, venne proposta da Guth nel1981. Il termine inflazione deriva dalla teoria economica del valo-re: associata ai prezzi acquista un significato estremamente dan-noso, mentre per l’universo si rivela un concetto molto proficuo.L’inflazione proposta da Guth, infatti, permette di risolvere in li-nea teorica uno degli enigmi piu interessanti del secolo passato:cos’e successo all’universo subito dopo il Big Bang? L’osser-vazione dell’universo in continua espansione e la misura di talefenomeno hanno permesso agli scienziati, nella prima meta del‘900, di percorrere a ritroso il moto delle galassie, come se si pro-iettasse un film al contrario, fino a calcolare che i corpi celestisi concentravano tutti in una stessa regione in un periodo com-preso tra 10 e 15 miliardi di anni fa. Sebbene questo giustifichiil modello del Big Bang, lascia anche ampio spazio alla teoriaper poter costruire modelli molto differenti di espansione. Ovvia-mente ogni modello immaginabile e possibile se e in accordo con

Figura 1 – Rappresentazione artistica del multiverso: alla base c’e unamembrana principale da cui emergono molti universi che si espandonoin maniera diversa a seconda delle condizioni iniziali del loro Big Bangindividuale. Credits: Moonrunner Design.

i dati sperimentali a disposizione. In questo caso tre informazio-ni fondamentali che possediamo sull’universo andavano tenute inconsiderazione. Una loro giustificazione attendibile viene offertaproprio dal modello inflazionistico di Guth.

I mille nomi dell’inflazione

Guth ipotizza che la condizione di espansione normale1 sia stataavviata da una fase iniziale di durata brevissima (da 10−37 a 10−34

secondi), detta inflazione, in cui l’universo sarebbe cresciuto inmodo esponenziale, a partire da uno stato preesistente che i fisicichiamano vuoto e che puo essere assimilato concettualmente al-l’assenza di materia. La teoria dell’inflazione ha avuto un grandesuccesso poiche restringe il numero di scenari possibili giustifi-cando quanto e stato osservato fino ad oggi. Tuttavia non iden-tifica un solo percorso possible per l’universo, ma lascia campoaperto a diversi modelli che vanno sotto il nome di teorie inflazio-nistiche e che potranno essere verificati o derubricati in funzionedi nuove osservazioni.L’inflazione e piaciuta cosı tanto da portare alcuni fisici a ipotiz-zare che possa essere avvenuta non una, ma innumerevoli volte,dando luogo alla cosiddetta inflazione eterna, come in un alberogenealogico sempre in crescita. Secondo questo scenario, il no-stro universo sarebbe solo uno dei tanti rami – una bolla di spa-ziotempo in espansione da un tempo finito – ma il vero universo,il tronco di questo enorme albero, potrebbe esistere da sempre.Un altro modello inflativo e quello ciclico. Secondo questo mo-dello l’universo attraverserebbe fasi di espansione seguite da uncollasso, a cui fa seguito una nuova espansione, e cosı via2.Un ulteriore modello proposto negli ultimi anni cade sotto il nomedi inflazione caotica, o teoria dei multiversi, in cui ogni universosarebbe una bolla che nasce da fluttuazioni quantistiche casualiall’interno di un universo preesistente. Alcuni teorici dei moltiuniversi paralleli partono da considerazioni di natura antropica,ossia che non si puo descrivere lo sviluppo dell’universo che nonabbia come vincolo la vita intelligente data la presenza dell’uo-mo. Affinche le condizioni iniziali portino a una storia abitatada noi esseri umani accanto a piu probabili storie disabitate, si eipotizzato un meccanismo che permetta la formazione di diversiuniversi, dotati di esistenza fisica concreta.

1 Lineare o anche con una legge di potenza.2 Sono modelli noti col nome di Big Crunch e Big Bounce. Nel se-

condo non si prevede il ritorno alla condizione iniziale del Big Bang,ma ad una in cui l’universo e capace di riespandersi nuovamente.



Figura 2 – “Ecco che ritorna William. . . tenta di nuovo di guada-gnare consensi per la sua teoria del Little Bang”. Credits: www.

freerepublic.com/focus/chat/3134162/posts.

Per immaginare tali scenari, possiamo considerare il plasma di cuiera costituito l’universo primordiale alla stregua di una miscela diacqua e sapone. Aiutandoci con una cannuccia, potremmo far cre-scere un’unica bolla in modo molto rapido con una sola boccatad’aria: ecco il nostro modello inflazionario piu semplice. Se, pernostra sfortuna, la bolla dovesse rompersi – collassare – saremmocostretti a soffiare di nuovo nella cannuccia per avere una nuovabolla, senza necessariamente rifornirci di sapone: il processo ri-petuto all’infinito darebbe un’inflazione ciclica. Potrebbe ancheaccadere che da una prima bolla ne nasca un’altra al suo internoin un processo ripetuto all’infinito (inflazione eterna). Potremmoinfine ottenere piu bolle nello stesso tempo, che si allontananotutte indipendentemente l’una dall’altra (inflazione caotica).

Non dare mai nulla per scontato

In realta tutti i modelli inflazionistici citati presentano ulteriorisottomodelli e l’assenza di un sufficiente numero di dati speri-mentali impedisce una loro selezione. Alcuni potrebbero rivelarsi

inflazioni pericolose, ovvero modelli sbagliati, e basterebbe un’u-nica prova sperimentale per eliminarli. Ma si puo anche pensareche non tutti i modelli possibili siano ancora stati proposti. Il pun-to e che non abbiamo ancora i mezzi per metterli alla prova e finoa quando sara cosı saranno tutti egualmente validi. Una teoriascientifica deve fornire delle predizioni, ovvero la sua assunzio-ne deve portare a delle conseguenze fisiche che possano esseresperimentalmente vagliate: in poche parole la teoria deve essereconfutabile. L’intero impianto delle teorie dell’inflazione prevedeche nella microscopica regione iniziale di formazione dell’uni-verso si sia formato un fondo di onde gravitazionali primordiali,molto deboli per essere rivelate oggi, ma che dovrebbero averlasciato una traccia nella radiazione cosmica di fondo permet-tendone cosı un’osservazione indiretta. L’esperimento BICEP2(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) haanalizzato la radiazione cosmica di fondo di una porzione di uni-verso rivelando una traccia che potrebbe essere stata lasciata daonde gravitazionali primordiali. Se la scoperta fosse confermatada altre investigazioni indipendenti, sarebbe la prova galileiana,data per la prima volta alla stampa il 17 marzo 2014, dell’ipotesiinflazionaria.


2014/11/inflazioni-pericolose/

Sull’autore

Michela Botticelli ([email protected]) e dottoranda in Scienze della Terra presso l’U-niversita Sapienza di Roma. Francesco D’Ambra([email protected]) sta frequentando ilcorso di laurea magistrale in Fisica presso il Dipartimentodi Fisica dell’Universita Sapienza di Roma. FrancescaMariani ([email protected]) elaureanda in Elettronica presso lo stesso Dipartimento.


Mai cosı prossimial Big BangIntervista a Paolo De Bernardis, astrofisico

Giorgio Sestili, Valeria Persichetti(Universita Sapienza di Roma)

Paolo De Bernardis, astrofisico, e professore ordinariopresso il Dipartimento di Fisica dell’Universita Sa-pienza di Roma. Si occupa principalmente di studiarela radiazione cosmica di fondo a microonde tramite

misure effettuate usando palloni stratosferici. Gli abbiamo chie-sto di parlarci delle recenti misure effettuate da BICEP2, esperi-mento che per primo sembra essere riuscito a misurare la presen-za di modi B nella radiazione cosmica a microonde. In questaintervista, De Bernardis ci racconta che cosa accadde in quellapiccolissima frazione di tempo dopo il Big Bang, quando l’uni-verso avrebbe subito un’espansione senza precedenti. E ci spiegaperche le misure di BICEP2, se confermate, sarebbero la provaa lungo ricercata della teoria dell’inflazione e delle onde gravita-zionali. Una prova che aprirebbe prospettive e scenari di ricercaimpensabili prima d’ora.

Lei conosce molto bene l’esperimentoBICEP2. Ci racconta quando e come e nato?

In effetti ho assistito alla nascita di questo esperimento. Era il2003 e ci trovavamo alla stazione antartica McMurdo per il lan-cio di Boomerang. Il mio collega Andrew Lange tenne un semina-rio nel quale disse di non volersi accontentare di un esperimentocon pallone e propose di montare un sensore a singola frequenza(BICEP2 lavora a una frequenza di 150GHz, ndr) e di lasciarloprendere dati per molto tempo. L’obiettivo era quello di misu-rare la polarizzazione dei fotoni del fondo cosmico a microonde(CMB) che puo essere causata da due meccanismi: fluttuazionidi densita nell’universo primordiale e presenza di onde gravita-zionali. Nel 2003 pero non erano state ancora misurate ne lefluttuazioni, ne le onde gravitazionali. Eravamo dunque in un’e-poca pionieristica. Successivamente, DASI e Boomerang riusci-rono a misurare quella che potremmo definire la parte piu facile,

Figura 1 – Gli impianti di BICEP2 in Antartide. Credits: BICEP-2.

quella cioe dovuta alle fluttuazioni di densita, le stesse che ge-nerano le anisotropie di temperatura e dunque le galassie. Inrealta, anche queste misure non erano affatto semplici, avendouna precisione dell’ordine di una parte per milione del fondo co-smico a microonde. Come dire, un fotone ogni milione ha questacaratteristica. Ma grazie a questi esperimenti l’obiettivo e statoraggiunto e la polarizzazione dovuta alle fluttuazioni di densita estata ben misurata.

In quale momento si sono prodotte questefluttuazioni di densita?

Stiamo parlando di circa 380 mila anni dopo il Big Bang, quan-do i fotoni del fondo cosmico a microonde si sono separati dalplasma e l’universo e diventato trasparente. Questi fotoni hannocontinuato a viaggiare attraverso l’universo per piu di 13 miliardidi anni e oggi siamo in grado di vederne le fluttuazioni di densitae studiarne la polarizzazione.

Che cosa ha generato le fluttuazioni?

Qui entra in gioco l’inflazione. Molto tempo prima (circa 10−35

secondi dopo il Big Bang, ndr), questa ipotetica crescita velocis-sima dello spazio ha espanso su scale cosmologiche quelle cheprima erano fluttuazioni su scale microscopiche. Si trattava difluttuazioni quantistiche del campo di energia che a quell’epo-ca dominava l’universo. Questa e l’ipotesi che, come tutte leteorie, specialmente quelle piu strane, deve essere sottoposta auna serie di verifiche dettagliate, altrimenti e difficile crederci.Fortunatamente la teoria dell’inflazione cosmica, oltre a essereaffascinante, fa quattro previsioni molto precise e importanti.

Alcune di queste previsioni oggi sono stateampiamente verificate. Ce ne parla?

Il modello inflazionario, introdotto negli anni ’80, oggi vanta giatre importanti verifiche. La prima di queste previsioni riguarda lacurvatura iniziale dello spazio, che improvvisamente viene stiratadall’enorme espansione prodotta dall’inflazione. Ci aspettiamocosı uno spazio euclideo nel nostro universo e questo e stato veri-ficato oramai da tempo. Questa potrebbe essere una prima provadel fatto che l’inflazione e corretta, altrimenti lo spazio euclideo


LE SPALLE DEI GIGANTI

non sarebbe un attrattore delle soluzioni delle equazioni di Fried-mann che descrivono l’espansione dell’universo. Secondo la co-smologia classica, un universo che oggi vediamo con uno spa-zio approssimativamente piatto, dovrebbe aver avuto uno spazioultrapiatto all’inizio. Se la curvatura fosse leggermente diversa,l’evoluzione dell’universo diventerebbe molto rapida o, al contra-rio, estremamente lenta. Insomma, noi non saremmo qui adesso.Un’altra previsione importante riguarda l’origine delle fluttua-zioni di densita secondo la teoria dell’inflazione. Se si trattassesolo di fluttuazioni statistiche nel numero di particelle, su scalecosı ampie come quelle di una galassia, la media delle fluttua-zioni farebbe zero e la galassia non si formerebbe. Ci voglionoquindi delle fluttuazioni piu importanti. Chi puo averle generate?La teoria dell’inflazione le lega alle fluttuazioni quantistiche delcampo primordiale. In questo modo, oltre a consegnarci un’ori-gine fisica affascinante, dice anche una cosa ben precisa: se sitratta di fluttuazioni quantistiche invarianti di scala, noi dobbia-mo poter vedere uno spettro di fluttuazioni di densita, e quindianche di temperatura, del fondo cosmico a microonde, anch’es-so invariante di scala. Questo e stato verificato sia attraverso lamappatura del fondo a microonde, in cui davvero le fluttuazionisono invarianti di scala, sia dalle misure della distribuzione dimateria, cioe delle galassie e degli ammassi di galassie, in cuiquello che noi misuriamo e consistente con uno spettro inizialeinvariante di scala. La terza previsione dice che le fluttuazioni didensita seguono un andamento di tipo gaussiano, perche deriva-no da fluttuazioni quantistiche. Anche questa previsione e stataampiamente confermata.

Veniamo alla quarta previsione. . .

Esattamente, mancava la quarta conferma: l’ipotesi e cheanche le fluttuazioni di curvatura presenti nell’universo pre-inflazionario dovevano essere gonfiate a scale cosmologiche ediventare onde gravitazionali. Ma come misurarle? O si tenta-no misure dirette, come fatto da VIRGO, tenendo conto pero chequeste onde presentano un periodo e una lunghezza d’onda spa-ventosamente lunghi. Oppure ci si basa su un’estrapolazione che,trattandosi di 16-17 ordini di grandezza da estrapolare, risulte-rebbe pero molto ardita. Per vedere direttamente questa estrapo-lazione ci vorrebbe quello che gli esperti definiscono un Big BangObservatory, cioe una missione di generazione successiva a LISA(Laser Interferometer Space Antenna, e un esperimento nato dauna collaborazione ESA/NASA, progettato per la rilevazione e lostudio di onde gravitazionali, ndr). C’e pero un altro effetto, mol-to debole, che puo essere misurato: si tratta della componentedi polarizzazione del fondo a microonde dovuta alle onde gra-vitazionali. Mentre le fluttuazioni di densita generano solo flut-tuazioni di tipo irrotazionale, e quindi in una mappa si trovanosolo vettori di polarizzazione radiali o tangenziali, le onde gravi-tazionali, invece, generano modelli che possono essere elicoida-

li, dunque rotazionali, e quindi distinguibili dagli altri. Come sivede dall’immagine, i vettori misurati da BICEP2 sono dell’ordi-ne di 0,3 µK, ovvero una parte su 10 milioni del fondo cosmicogravitazionale. Si tratta dunque di un effetto piccolissimo.

Come ci e riuscito BICEP2, se si stavatentando questa misura da decenni?

Ci sono voluti grandi finanziamenti e una profonda innovazionetecnologica. Milioni di dollari sono stati investiti per sviluppareuna tecnologia di rilevatori nuova e decisamente piu avanzata.Non e un caso dunque se loro ci sono riusciti. Il successo diBICEP2 e dovuto proprio a questi nuovi rilevatori. Sullo stes-so wafer di silicio, dove normalmente si metteva solo il sensoredi radiazione, sono riusciti a integrare l’elemento che selezionala direzione di arrivo dei fotoni, cioe quella che potremmo defi-nire l’antenna. Grazie a una tecnologia planare fotolitografata,hanno costruito direttamente sul wafer un phased array, cioe unmosaico di tante piccole antenne, alla giusta distanza tra loro,capace di selezionare le onde in base alla direzione di inciden-za. Rispetto alle antenne a tromba, utilizzate da altri esperimen-ti, questo e un vantaggio enorme, sia in termini di costi, sia perquanto riguarda il peso complessivo dell’apparato e il suo raf-freddamento. In questo modo hanno potuto costruire 512 rileva-tori, tutti piazzati sullo stesso wafer di silicio e tutti identici traloro, la meta orientati in una direzione e l’altra meta nella di-rezione ortogonale, con un’elevatissima precisione garantita daiprocessi di litografia. Il tutto poi e stato montato a South PoleStation, la stazione americana al Polo Sud, uno dei posti migliori

Figura 2 – La parte inferiore dell’immagine mostra l’andamento del-le dimensioni dell’universo nel tempo. Sono evidenziati l’inflazione el’emersione della radiazione cosmica di fondo. Nella parte superiore evisibile la variazione delle lunghezze d’onda per le onde gravitazioni equelle di densita nel tempo. Credits: BICEP-2.


LE SPALLE DEI GIGANTI

Figura 3 – Confronto tra la stima di BICEP2 e quelle di esperimentiprecedenti del rapporto r tra l’ampiezza delle fluttuazioni delle onde gra-vitazionali rispetto a quelle della temperatura della radiazione di fondo.Credits: BICEP-2.

come continuita del clima, con lunghi periodi sereni e con bassovapor d’acqua nell’atmosfera. BICEP2 ha potuto lavorare per 3anni di seguito, praticamente in modo automatico. Non e quindiun caso che loro ci siano riusciti. Dalla figura finale dell’arti-colo, nella quale si confrontano le misure fatte da BICEP2 coni limiti superiori dati finora da altri esperimenti, c’e un evidentesalto, che e un salto tecnologico. Personalmente, devo dire chesono molto contento di questa misura, perche l’aver trovato unvalore piu elevato di quello che ci si aspettava ci da la speranzadi effettuare in futuro misure con precisione ancora maggiore.

Il fatto che il rapporto r misurato sia il doppiodei limiti superiori precedentemente fissati,farebbe cadere alcuni modelli teoriciriguardanti l’inflazione?

No, direi di no. Questa misura, per quanto eccezionale sia, euna misura di una quantita molto piccola. Non mi stupirebbe,dunque, trovare dei piccoli effetti sistematici a modificarla di unfattore 2. Certo, potrebbero anche esserci degli effetti sistematiciche la modificano fino ad annullarla entro il rumore, e questo sa-rebbe un grosso problema. Si tratta quindi di una misura ancoratutta da confermare, non possiamo correre il rischio di prenderlaper buona cosı com’e. In fisica, misure cosı importanti devonoassolutamente essere confermate da altri esperimenti. La colla-borazione BICEP2 ha fatto un lavoro eccellente di previsione ditutte le sistematiche che potevano prevedere, ovvero di tutti que-gli effetti che avrebbero potuto influenzare la misura. Cio nontoglie che potrebbero essercene altri. Io ad esempio ho una gros-sa curiosita: capire a quanto ammonta il contributo della nostragalassia in questo campo di rotazione gravitazionale. Il puntodebole di BICEP2 e quello di aver lavorato a una sola frequenza

e questo non permette di distinguere fra diverse sorgenti di emis-sione. Non c’e quindi modo di riconoscere l’origine dei fotoni,siano essi primordiali oppure prodotti dalla nostra galassia. Igruppi di BICEP2 hanno potuto basarsi solo su dei modelli, vistoche queste misure le ha fatte solo Planck ma le sta ancora ela-borando. Secondo le previsioni di questi modelli, il segnale dellanostra galassia sarebbe piu piccolo di quello che loro hanno mi-surato e dunque quelli rivelati dovrebbero essere proprio fotoniprimordiali. Ma se questi modelli non descrivono quella parti-colare regione di cielo, perche si tratta di modelli medi, allora ilcontributo galattico potrebbe essere maggiore. La prima cosa dafare e quindi quella di ripetere l’esperimento a lunghezze d’ondadiverse da quelle di BICEP2 e confrontare i risultati. In questomodo avremo informazioni piu dettagliate sulla presenza o me-no del contributo galattico. Queste misure le sta facendo KeckArray, anch’esso installato alla stazione di South Pole, entratoin funzione a pieno regime nell’estate 2012 con cinque telesco-pi, ciascuno composto da 512 rilevatori. Nel 2015 e prevista poil’entrata in funzione di BICEP3, che disporra di 2560 rilevatori.E non dimentichiamoci di Planck, i cui dati sono gia memorizza-ti. Come collaborazione prevediamo di rilasciare i risultati entrodicembre.

Inoltre lei si occupera di un esperimentoitaliano che presto lancera un nuovo pallone

Esatto. In italiano si chiama esploratore della polarizzazione agrande scala e presenta delle importanti originalita. Lavora dapallone e questo permette di osservare una regione di cielo moltopiu ampia di BICEP2, che si limitava a meno del 10%. Noi os-serveremo invece circa il 30% del cielo. Su misure cosı delicatee importante che gli esperimenti siano molto diversi tra loro. Semisurano la stessa cosa, allora la misura e convincente.

Quanto ancora bisognera aspettare prima diavere una conferma definitiva?

Serviranno diversi anni prima di avere conferme definitive. Ma lacosa piu entusiasmante, se tutto questo risultera vero, come tuttinoi speriamo, sara la possibilita di andare a studiare altre carat-teristiche del segnale. A questo punto l’obiettivo non sarebbe piula sola verifica dell’inflazione, bensı lo studio del potenziale delcampo prodotto dall’inflazione. Questo sarebbe un fatto sensa-zionale per la fisica di base, perche stiamo parlando di energie di1016 GeV, valori irraggiungibili con acceleratori. I teorici dellagravita quantistica avranno finalmente a disposizione un esperi-mento che misurera in condizioni in cui la gravita quantistica efondamentale. Questo discorso, pero, lo lascio a loro.


2014/11/debernardis_it/


Non infiammabileCitta della Scienza dopo l’incendio

Roberto Paura(Citta della Scienza, Napoli)

Oltre un anno e passato da quella terribile notte del4 marzo 2013, quando in poche ore uno spaven-toso incendio doloso, i cui autori restano ancorasconosciuti, divoro il Science Centre di Citta della

Scienza, il primo e piu grande museo scientifico hands-on d’I-talia, inaugurato nel 1996. All’indomani del rogo, di fronte allemigliaia di cittadini accorse in un lungo e colorato corteo per te-stimoniare la solidarieta alla struttura, il fisico Vittorio Silvestrini,presidente e ideatore di Citta della Scienza, dichiarava che “po-tevano bruciare le mura ma non le idee, il cui contenuto non einfiammabile”. Per questo, senza perdersi d’animo, gli ottanta la-voratori di Citta della Scienza, che pure gia prima dell’incendiovivevano una situazione di profondo disagio dovuto al precariostato economico della Fondazione Idis che ne gestisce le attivita,a causa di mancati pagamenti da parte della Regione e del MIURnegli anni precedenti, si sono rimboccati le maniche per tenereaperta al pubblico la struttura. Difatti, nonostante nell’incendiosia andato distrutto l’intero Science Centre con i suoi exhibit difisica, le mostre sull’evoluzionismo, sulle nanotecnologie, sull’e-ducazione alimentare, la bellissima Officina dei Piccoli, la mostrasullo spazio dell’edizione 2012 di Futuro Remoto e una mostratemporanea da poco inaugurata con pezzi unici sulla figura del-l’esploratore norvegese Fridjtof Nansen, alcuni padiglioni sonosopravvissuti. Tra questi il Teatro Galilei 104, da poco inaugura-to e affidato alla compagnia di teatro scientifico “Le Nuvole”, etutta l’area dall’altra parte di via Coroglio, a Bagnoli, che ospitalo Spazio Eventi e il Polo Tecnologico delle start-up. In questispazi, un mese e mezzo dopo l’incendio, nell’aprile 2013 sonostate inaugurate tre mostre temporanee: “I giochi di Einstein”,una mostra interattiva per scoprire gli aspetti piu affascinanti del-la fisica e il passaggio dalla fisica di Newton a quella di Einstein,prestata dal Museo delle Scienze di Trento; “Equilibrio”, realiz-zata dal MUBA, il Museo dei Bambini di Milano, per una cor-retta educazione alimentare; “Avventura sui vulcani”, una mostrasul vulcanesimo, con particolare riferimento ai rischi del Vesu-vio e dei Campi Flegrei, realizzata dall’INGV. Non solo: diversiuffici, nel corso dei mesi, sono stati trasformati in aule didatti-che dove gli studenti, tra i principali frequentatori di Citta dellaScienza, hanno potuto proseguire le loro attivita di educazionescientifica. Oggi alcune di queste aule, grazie a donazioni sostan-ziose di soggetti quali Fondazione Telecom Italia, Avio, Wind eSamsung, sono attrezzate con le piu avanzate tecnologie didatti-che. La disponibilita di spazi per gli eventi ha permesso inoltredi organizzare numerose iniziative, come quella del ciclo di se-

minari organizzati dall’INFN di Napoli sulla fisica di frontierarivolti agli studenti delle scuole superiori. Dal novembre 2013,poi, Citta della Scienza ha aperto nuovi spazi recuperando anchequelli antistanti l’area distrutta, e inaugurando tre nuove mostre alposto di quelle precedenti: “BRAIN: il mondo in testa”, dedicataal cervello, tema dell’edizione 2013 di Futuro Remoto, in occa-sione del lancio, l’anno scorso, dei programmi di ricerca HumanBrain Project dell’Unione europea e BRAIN Initiative negli StatiUniti; “Cuccioli e uova di dinosauro”, proveniente dall’Austra-lia, per offrire ai piu piccoli un viaggio nel mondo dei cuccioli didinosauro, aggiornando anche il loro immaginario alle piu attua-li conoscenze della paleontologia; “Facciamo un esperimento”,che grazie agli exhibit di fisica prestati dall’Exploratorium di SanFrancisco, il primo Science Centre del mondo, ha permesso alpubblico di Citta della Scienza di tornare a godere delle esperien-ze di scienza hands-on. Altre due mostre temporanee inauguratesuccessivamente sono “Inventor’s Hall of Fame”, una mostra suibrevetti europei che hanno cambiato la nostra vita, realizzata dal-lo European Patent Office, e “Rewind: Napoli nelle migrazioni”,realizzata da Citta della Scienza in collaborazione con la coopera-tiva Dedalus per sensibilizzare il pubblico sulla questione dei mi-granti. Nel frattempo la raccolta fondi ha permesso di raccoglierequasi due milioni di euro di donazioni di privati cittadini, aziende,fondazioni e associazioni, con i quali e stato possibile realizzaretutto questo. Si e invece ancora in attesa di un accordo tra la Re-gione Campania, il Comune di Napoli e il Governo per lo sbloccodei 64 milioni di euro stanziati per la ricostruzione, 22 dei qualisaranno coperti dalla stessa Fondazione Idis. La speranza e che siriesca quanto prima a posare la prima pietra per costruire il nuo-vo Science Centre, “dov’era, com’era, piu bello di prima”. Tappaintermedia, nel frattempo, sara l’inaugurazione entro il 2015 diCorporea, il museo virtuale del corpo umano, i cui lavori furonointerrotti nel 2010 per la mancata erogazione dei fondi regionali,e che presto permettera a Citta della Scienza di restituire ai suoivisitatori 5 mila metri quadri di spazi espositivi.

Sull’autore

Roberto Paura Giornalista scientifico, diretto-re della rivista “Futuri” e consulente per la co-municazione della Fondazione Idis-Citta dellaScienza.


Accastampato non e un periodico, pertanto non e registratoe non ha un direttore responsabile. E un esperimento di co-municazione realizzato dall’associazione Accatagliato deglistudenti di fisica di Roma con il duplice obiettivo di mostrareal pubblico non specialistico e agli studenti delle scuole su-periori le ricerche portate avanti nell’area romana e di fornirel’occasione agli studenti universitari e ai giovani ricercatori diraccontare il proprio lavoro quotidiano e di confrontarsi conla comunicazione scientifica non specialistica.

La rivista e prodotta dal motore di composizione tipografi-ca LATEX. I sorgenti sono sviluppati e mantenuti da AlessioCimarelli e sono disponibili richiedendoli alla Redazione.

Impaginazione: Alessio CimarelliCopertina: Silvia Mariani (immagine di ESO/M. Kornmes-ser)

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