Probabilmente non hai notato l'onda gravitazionale che si è propagata attraverso la Terra la mattina presto del 4 gennaio, 2017, ma grazie ad un sofisticato utilizzo della tecnologia del vuoto, una coppia di interferometri laser estremamente sensibili, uno nello stato di Washington e l'altro in Louisiana, ha rilevato il debole rombo di due buchi neri in collisione a circa 3 miliardi di anni luce di distanza.

In una presentazione durante l'AVS 64th International Symposium and Exhibition, che si terrà dal 31 ottobre al novembre. 2, 2017, a Tampa, Florida, astrofisici Rai Weiss (che, insieme ad altri due, ha ricevuto il Premio Nobel 2017 per la fisica) e Michael Zucker del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), gestito da Caltech e dal Massachusetts Institute of Technology, descriverà come gli scienziati e gli ingegneri di LIGO hanno progettato e costruito l'ingegnoso, sistema di vuoto ultra alto. Il sistema è parte integrante di ciò che consente di identificare le onde gravitazionali, minuscole distorsioni nel tessuto dello spazio e del tempo che si propagano alla velocità della luce.

"Le onde gravitazionali generate dall'accelerazione di una coppia di buchi neri si muovono verso l'esterno come le onde in uno stagno, " disse Weiss. "Le distorsioni dello spazio che inducono si indeboliscono in modo inversamente proporzionale alla loro distanza dalla sorgente, quindi le onde che viaggiano miliardi di anni luce verso la terra possono essere rilevate solo se si può misurare una distanza di 10^-18 metri -1/10, 000esimo della larghezza di un protone, che è la piccola quantità di cui gli specchi del nostro interferometro vengono spostati da un'onda che passa."

Per portare a termine il compito erculeo, Weiss ha spiegato, gli specchi sono sospesi ad entrambe le estremità dei due bracci da 4 chilometri dell'interferometro LIGO. Gli specchi formano una cavità ottica in cui la luce può rimbalzare avanti e indietro lungo i bracci molte volte. Un raggio laser viene inviato attraverso uno splitter alla giunzione dei bracci, separando la luce in due fasci. Le cavità ottiche riflettono i raggi verso lo splitter dove vengono fusi in un'unica entità, che poi colpisce un fotorilevatore.

"Se i fasci divisi hanno percorso la stessa distanza in entrambe le cavità ottiche, i due raggi interferiranno in modo distruttivo, ' questo è, annullarsi a vicenda al fotorilevatore, " ha detto Zucker. "Ma se la lunghezza del braccio cambia in modo che un raggio passi più tempo nella sua cavità mentre il secondo raggio trascorre meno tempo nell'altro, come succederà un pochino quando un'onda gravitazionale passa attraverso il sistema, le onde luminose non vengono annullate e parte della luce viene registrata sul fotorilevatore."

Così, in che modo la tecnologia del vuoto ha un ruolo nel far sì che ciò accada? Weiss ha affermato che le molecole di qualsiasi gas presente nei bracci dell'interferometro potrebbero disperdere la luce laser o produrre un rumore dominante che maschererebbe i piccoli cambiamenti nei raggi dovuti alle onde gravitazionali. Il funzionamento nel vuoto elimina questi problemi, così come il rischio aggiuntivo di molecole di gas generate termicamente che causano fluttuazioni nella lunghezza delle cavità.

Il compito arduo per il team LIGO, Zucker ha detto, era quello di progettare e costruire un efficiente, ma economico, sistema che potrebbe raggiungere il vuoto estremo necessario per l'interferometro:100 nanopascal, un trilionesimo di atmosfera ed equivalente alla quasi assenza di pressione in un'orbita terrestre bassa.

Nella loro presentazione, Weiss e Zucker si concentreranno sulle competenze fisiche e ingegneristiche fondamentali necessarie per costruire e far funzionare il secondo sistema di vuoto ultrapuro più grande al mondo, affrontare sfide come 40 giorni di "pumpdown" costante per raggiungere la pressione di esercizio ottimale, 30 giorni di riscaldamento dei tubi (bracci) per espellere i gas residui, e il funzionamento e il monitoraggio 24 ore su 24, 7 giorni su 7, delle pompe ioniche e delle criopompe ad azoto liquido che mantengono l'interferometro LIGO privo di contaminanti.