Edoardo Amaldi e la ricerca delle onde gravitazionali - Fisica

Edoardo Amaldi e la ricerca delle
onde gravitazionali
G.Pizzella
Universita’ di Roma Tor Vergata
INFN

Amaldi (Nota Interna IFU, 10 novembre 1975)
"The idea of starting an experiment aiming to detect GW in Rome
was stimulated by the Course on Experimental Tests of Gravitational
Theories held in summer 1961 at the Scuola Internazionale E.Fermi
in Varenna, where the problem was discussed by J.Weber.
The program remained rather vague for practical reasons until 1968,
when W.Fairbank spent a few months in Rome at G.Careri's
low temperature laboratory. When Fairbank mentioned his intention
of starting the development of a low temperature gravitational antenna,
Careri who was informed for long time of the interest of E.Amaldi
in the subject, suggested a first direct contact. This was the beginning
of the collaborations between the groups of Stanford (W.Fairbank ),
Louisiana State University (W.Hamilton) and the Istituto di Fisica
of Rome. Already at this stage a number of conversations
with R.Ruffini stimulated the beginning of these researches.”

La ricerca sperimentale delle onde
gravitazionali iniziò a Roma, quando
raggiunsi il convincimento,
sotto lo stimolo di Amaldi,
che un esperimento di fisica
fondamentale veramente
all’avanguardia era la cosa migliore
che potessi fare.
Il 3 settembre 1970 Amaldi ed io
decidemmo quindi di iniziare questa
nuova attività.

Si formò un gruppo costituito da Edoardo Amaldi, Massimo
Cerdonio, Renzo Marconero e Guido Pizzella. A gennaio 1971
Remo Ruffini, che allora era a Stanford, ci inviò in forma
riservata, la proposta di William Fairbank e William Hamilton di
una grossa antenna ultracriogenica da cinque tonnellate con
trasduttore a SQUID. Appena vista questa proposta decisi che
anche a Roma avremmo dovuto realizzare un esperimento
analogo. Poiché serviva un laboratorio che potesse ospitare
l'antenna e servivano anche fisici criogenici, Amaldi convocò una
riunione con il direttore dei Laboratori dell’INFN di Frascati.
Peraltro a q uella data i L aboratori non furono disponibili. Fu
chiesto allora ad Ivo Modena di unirsi al gruppo per occuparsi
della criogenia ed iniziò quindi la collaborazione LSU-Roma-
Stanford, per cui fu chiesto a Roma al CNR un finanziamento di
218 milioni per tre anni di cui 82.5 milioni per il primo anno.
Negli anni immediatamente successivi altri validi ricercatori, fra
cui GianVittorio Pallottino, Fulvio Ricci ed Eugenio Coccia sono
entrati nel gruppo, con posizioni di responsabilità.

LISA

ROG Collaboration
LNF, Roma1, Roma2
CERN RE 5
LNF INFN
LNGS

Correlazioni OG-neutrini durante la SN1987A
Segnali anomali dovuti ai raggi cosmici
Onde gravitazionali di provenienza galattica ?

Durante la SN1987A del 23 Febbraio ci furono le seguenti
rivelazioni di fiotti di neutrini
Monte Bianco: 5 neutrini alle ore 2:56:36 U.T.
Kamiokande: 11 neutrini alle ore 7:35:41 U.T. ±1 minuto
IMB:
Baksan:
8 neutrini alle ore 7:35:41 U.T.
3 neutrini alle ore 7:36:06 U.T. ±seconds
(i segnali nei rivelatori di neutrini sono circa uno al minuto
ma sono essenzialmente dovuti al fondo)
Erano in funzione antenne gravitazionali
a temperatura ambiente
a Roma e nel Maryland.
Si cercano correlazioni usando tutti i dati

Correlazione Monte Bianco con Roma-Maryland
Periodo di due ore
centrato sul fiotto
del Monte Bianco
+1.2 s

…e Kamiokande ?
Ci siamo posti allora il problema di studiare le correlazioni con il
rivelatore di neutrini Kamiokande (installato in Giappone), usando
le stesse procedure impiegate per il Monte Bianco. Il p roblema
con Kamiokande é l'incertezza temporale, ±1 minuto, dei segnali
neutrinici. Abbiamo allora cercato la correlazione aggiungendo al
tempo registrato di Kamiokande una correzione aggiustabile.
Abbiamo trovato anche in questo caso una correlazione fra
Kamiokande ed i rivelatori di onde gravitazionali se la correzione
é di 7.8 secondi.

Periodi di un’ora mobili dalle ore 0 alle ore 8
MB
K
Con correzione di 7.8 s

La cosa straordinaria é che, successivamente, come
documentato nella letteratura scientifica, abbiamo
trovato che se si impone la coincidenza fra il fiotto di
undici neutrini di Kamiokande alle ore 7:35:41 UT
con gli otto neutrini del rivelatore IMB (Irvine-
Michigan-Brookhaven), i c ui tempi sono noti con
grande accuratezza é proprio necessario apportare un
correzione di
7.8 s !

Rivelatori risonanti criogenici

Il primo rivelatore criogenico del gruppo di Roma
é stato EXPLORER, installato al CERN, anche il
primo rivelatore criogenico al mondo ad entrare
in funzione in modo continuativo alla temperatura
di 2.6 K. La decisione di installare Explorer al
CERN fu presa durante una conversazione con
Amaldi. Quando gli proposi di andare al CERN
egli mi disse:
non hai timore che il CERN possa
impossessarsi dell'esperimento ?
La mia risposta fu che se ciò fosse accaduto
portando dei miglioramenti all'esperimento, tanto
meglio per l'esperimento stesso

La collaborazione col CERN fu formalizzata
mediante un accordo con il Direttore Leon Van
Hove nel 1979. Poi é stato costruito NAUTILUS,
assemblato al CERN prima e poi, dal 1990,
installato presso i Laboratori Nazionali dell’
INFN a Frascati, su invito dell'allora direttore
Enzo Iarocci. Questo spostamento di NAUTILUS
dal CERN a Frascati ha potenziato enormemente
la nostra ricerca d’onde gravitazionali, offrendo la
possibilità di cercare le OG mediante l'uso delle
coincidenze di NAUTILUS con EXPLORER
situati a gran distanza.

Segnali anomali dovuti ai raggi cosmici

18 mK
secondi

Unfiltered
signal (V 2 )
Big event
Real data: the arrival of a cosmic ray shower on NAUTILUS
The signal
after
filtering
(kelvin)

Sotto la direzione di Francesco Ronga é in corso
presso i Laboratori INFN di Frascati un
esperimento per la Rivelazione Acustica di
Particelle (RAP) consistente in un piccolo
cilindro di Alluminio raffreddato a temperature
fino a 100 mK e bombardato con gli elettroni di
DAFNE.
Lo scopo é di studiare se i segnali anomali da noi
osservati siano dovuti ad un effetto della
temperatura sulle caratteristiche dell’Alluminio o
non piuttosto alla composizione della radiazione
cosmica.

Onde gravitazionali ?

Concidenze Nautilus-Explorer
2001

Sidereal hour 4.3

Sidereal hour 13.6

Sorgenti distribuite uniformemente sul disco galattico
modello

Coincidenze Nautilus-Explorer
2003

Il ruolo di Edoardo Amaldi nella ricerca delle onde
gravitazionali é ben riconosciuto internazionalmente.
Gli Editori della 12 ma Conferenza Internazionale di
Relatività Generale, l’ultima a cui Amaldi ha
partecipato, hanno scritto nei Proceedings
We note with sadness that GR-12 was the last important conference for two of the significant
figures in physics in the last half of the twentieth century: William M. Fairbank and Edoardo
Amaldi. Ironically, they were raised in traditions far removed from general relativity but both had
made important experimental contributions to the field during the past twenty years.
Fairbank…started the cryogenic gravity wave detection project at Stanford to further advance the
pioneering experiments of Weber. Amaldi…move the experimental laboratory to CERN where it
has become the world's strongest program…They both expressed great confidence that a
coordinated effort would lead us to the discovery of GW and the development of GW astronomy.
And they felt that when GW were discovered, the discovery would be by their group and that other
groups would confirm the discovery. Their enthusiasm and instinct for physics will be sorely
missed.
La più importante Conferenza Internazionale sulle onde
gravitazionali è la serie “Edoardo Amaldi “
1994 Frascati 1997 CERN 1999 Pasadena
2001 Perth 2003 Pisa 2005 Giappone