Sospensioni

 

Quando un'onda gravitazionale attraversa un rivelatore, la distanza tra gli specchi varia di una quantità estremamente piccola, nel migliore dei casi dell'ordine di 10-20m. Fenomeni ordinari come il frangersi delle onde del mare, o il passaggio di un treno o di un'auto possono tuttavia produrre un effetto di molto maggiore sul rivelatore, anche dell'ordine di 10-9m, gigantesco (cento milardi di volte!) se comparato a ciò che desideriamo osservare.

Se vogliamo avere realmente qualche speranza di osservare le onde gravitazionali, dobbiamo fare in modo che ogni movimento indesiderato degli specchi sia ridotto al minimo. La superficie terrestre è in continuo movimento, con numerosi agenti atmosferici ed ambientali che contribuiscono a muoverla a frequenze differenti. Non solo i terremoti, ma anche e soprattutto attività di origine umana, come auto o treni, causano vibrazioni che tendono a propagarsi attraverso la superficie terrestre. Questa continua vibrazione della superficie terrestre è ciò che viene chiamato comunemente `rumore sismico'. Quando la terra si si muove, si muove anche il rivelatore, generando rumore - o un finto segnale simile a un'onda gravitazionale - nell'output del rivelatore stesso. Per ridurre questo effetto nei rivelatori di onde gravitazionali gli specchi vengono installati su sistemi di sospensione meccanica, in maniera del tutto analoga a ciò che succede nelle sospensioni delle auto che isolano il passeggero dagli shock e dalle vibrazioni degli peumatici.

Un sistema di isolamento sismico molto efficace può essere realizzato mediante un'arguta combinazione di pendoli in cascata. L'ampiezza di oscillazione di un pendolo raggiunge un massimo alla frequenza nota come frequenze di risonanza. Quando un pendolo viene fatto oscillare più velocemente della risonanza, esso oscillerà con un'ampiezza sempre più ridotta. Perciò, sospendere uno specchio a mo' di pendolo fa si che lo specchio stesso si muova molto meno che il terreno sottostante (alle alte frequenze). Aggiungendo più pendoli uno dopo l'altro, tale vibrazione può essere ridotta ancor di più. Inoltre, i pendoli possono essere realizzati in maniera tale che la loro frequenza di risonanza sia ben più bassa delle tipiche vibrazioni prodotte dall'ambiente circostante, cosi' da ridurne l'effetto.

GEO 600 mirror suspension system

Il sistema di sospensione degli specchi in uso nel rivelatore GEO600. Foto: Albert Einstein Institute, Hannover.

Ad esempio, costruire dei pendoli più lunghi può aiutare perchè ne abbassa la frequenza di risonanza, e questo permette di mitigare l'effetto delle vibrazioni più lente, come quelle prodotte dalle onde del mare.

D'altra parte sistemi eccessivamente complessi con troppi pendoli in cascata o pendoli troppo lunghi possono essere particolarmente difficili da gestire, ed i sistemi necessari per controllarli con successo possono rivelarsi estremamente costosi. Di conseguenza i sistemi di sospensione in uso nei rivelatori di onde gravitazionali attuali sono disegnati scegliendo il giusto equilibrio tra lunghezza, numero di pendoli e complessità generale.

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