Onde gravitazionali, dai sotterranei della fisica alla ribalta mondiale

Ieri pomeriggio, come tutti i miei colleghi, mi sono collegato al sito della collaborazione Ligo-Virgo per vedere la conferenza stampa, convocata da circa un mese, nella quale, “rumors” affermavano, si sarebbe annunciata la sensazionale scoperta delle onde gravitazionali. Il portavoce dell’esperimento italiano che ha collaborato alla scoperta, Fulvio Ricci, era per me un volto piuttosto noto, avendo con lui sostenuto i “mitici” esami di “fisichetta”, cioè i primi esami di fisica sperimentale. Ho frequentato poi l’ambiente dei “gravitazionali” durante la tesi di laurea: lavorando a una tesi sperimentale, su un altro soggetto, e andavo spesso nel loro laboratorio, nei sotterranei del dipartimento di fisica dell’università “Sapienza”, per prendere in prestito qualche prezioso strumento o materiale. A quei tempi, infatti, il laboratorio dei “gravitazionali” era il più fornito per quanto riguarda la strumentazione usata nella criogenia, cioè la tecnica sperimentale con cui si raffreddano i rilevatori a temperature intorno allo zero assoluto (-273 sotto zero) che usavo anch’io per un altro esperimento di astrofisica.

Così ho conosciuto bene i “gravitazionali”, una comunità che viveva nell’attesa che una stella nei nostri “dintorni” (astronomici) scoppiasse per poi misurare le vibrazioni gravitazionali da questa provocate in una barra di alluminio di qualche migliaio di chili raffreddata a pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto (una impresa tutt’altro che semplice). L’idea del funzionamento di questi rivelatori è semplice: un’onda gravitazionale, quando passa, cambia la distanza tra due punti materiali – si tratta in genere di variazioni piccolissime e per questo è necessario raffreddare le antenne, per non confondere il segnale delle onde con le perturbazioni spontanee dovute all’agitazione termica degli atomi.

Per scherzare un collega mi diceva che la comunità dei “gravitazionali” gli ricordava il libro “Il deserto dei tartari” in cui il protagonista aspetta senza fine che qualcosa accada. Dopo vent’anni di attività qualcosa però a un certo punto accadde: nel 1987 una supernova esplose in una galassia satellite della nostra, la grande Nube di Magellano. L’antenna all’epoca in funzione vide forse un segnale, ma non aveva la sensibilità sufficiente a eseguire una misura convincente. Nel 1993 fu assegnato il premio Nobel per l’osservazione dell’emissione di onde gravitazionali, osservate indirettamente, attraverso il rallentamento della velocità orbitale di un sistema di pulsar binario. L’osservazione diretta delle onde gravitazionali però era ancora, e sempre più, attesa.

Col tempo la tecnica di rilevazione è cambiata completamente e si è passati dalle antenne criogeniche agli interferometri laser – che di nuovo misurano differenze di distanze molto piccole. Il segnale ora e per la prima direttamente, osservato, va di là delle più fantastiche attese con una significatività statistica davvero eccezionale. Non solo si è osservato un segnale ondulatorio con una forma non periodica molto più intenso del rumore del rivelatore, ma si è osservato quasi lo stesso segnale in due antenne separate da centinaia di chilometri: senza esagerare il sogno di chi aspettava di veder arrivare una fioca nube di polvere nel deserto dei tartari. Questo segnale, così chiaro, è dunque ricco d’informazioni proprio poiché le oscillazioni non sono né periodiche né hanno ampiezza costante.

La teoria della relatività generale sviluppata da Einstein un secolo fa descrive la forza di gravità come una deformazione di un mezzo elastico (lo spazio tempo). Le onde gravitazionali sono dovute a perturbazioni innescate in un processo dinamico: un’interpretazione, in termini di fusione di due buchi neri, è già stata avanzata. Sicuramente questo segnale ha aperto una nuova finestra per lo studio dei fenomeni gravitazionali astrofisici e cosmologici poiché la sorgente è stimata essere a quasi diecimila di volte più lontana della Nube di Magellano; una distanza davvero sorprendente per chi pensava di dover aspettare che una stella esplodesse nelle nostre vicinanze. Questo significa che i rivelatori hanno raggiunto una sensibilità tale da poter osservare eventi di grande energia gravitazionale non solo nella nostra galassia o in quelle vicine, ma in tutto l’universo locale e oltre: se così stanno le cose c’è da aspettarsi che tanti eventi di questo genere saranno rapidamente osservati nel prossimo futuro.

 Davvero complementi sentiti a tutta la comunità che ha vissuto pazientemente in attesa per cinquant’anni costruendo rivelatori di una sensibilità stupefacente: vale la pena ricordare che in Italia c’è una lunga tradizione di studio delle onde gravitazionali grazie all’opera di Edoardo Amaldi, allievo di Enrico Fermi e indimenticato rifondatore della fisica italiana nel dopoguerra e di Guido Pizzella.