Infn, nuovo record sensibilità per giroscopio “Gingerino”

Roma – “Gingerino”, un giroscopio laser ad anello (RLG, Ring Laser Gyroscope), installato sotto 1400 metri di roccia all’interno dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha segnato un nuovo record, dimostrando che la sua sensibilità è almeno un ordine di grandezza migliore di quanto previsto dai modelli di funzionamento di questi precisissimi strumenti. Il risultato, pubblicato sulla rivista Physical Reviews Letters, è determinante perché non solo segna una sensibilità limite per i giroscopi laser ad anello, ma fornisce anche la prova della validità del loro funzionamento per diverse applicazioni, da misure di precisione di fisica fondamentale e relatività generale, alla geofisica e geodesia.
“L’analisi dei dati di Gingerino da alcuni anni dava indicazione che la sensibilità era maggiore di quella prevista dai modelli teorici elaborati per questi oggetti, sostanzialmente basati sulle proprietà delle cavità ottiche, passive non attive”, spiega Angela Di Virgilio dell’INFN, responsabile internazionale della Collaborazione Ginger. “Abbiamo quindi fatto uno sforzo ulteriore, riuscendo a misurare direttamente, con un approccio originale, il limite superiore di GINGERino”, aggiunge. “Abbiamo installato un secondo fotodiodo di rivelazione, appena ci siamo resi conto che ci avrebbe permesso di fare la misura, e dimostrare così come la realtà ancora una volta ponga interrogativi importanti alla teoria”, spiega Enrico Maccioni, dell’Università di Pisa e associato all’INFN, coordinatore tecnico di Ginger. “La presenza di meccanismi di correlazione di fase, anche molto piccoli – afferma Alberto Porzio dell’università di Cassino e associato all’INFN, e membro della collaborazione GINGER – suggerisce che debbano essere considerate dinamiche più complesse, in un modello ottico-quantistico esteso”. Giorgio Carelli, dell’Università di Pisa e associato all’INFN, responsabile nazionale INFN di Ginger sottolinea: “Questi segnali sono non solo stimolanti per la fisica fondamentale, ma anche utili per capire meglio il mondo che ci circonda e per la scienza della Terra: per esempio, fornendo ai sismologi i segnali delle rotazioni causate dai terremoti, attualmente si utilizzano solo traslazioni”. Un giroscopio laser ad anello è una cavità ottica risonante che, nel caso di GINGERino, è a forma di quadrato ed è definita da quattro specchi posizionati ai suoi vertici. La cavità è riempita da una miscela di gas elio-neon che viene eccitata da una scarica a radiofrequenza, generando così due fasci laser controrotanti. In assenza di rotazione, i due cammini ottici sono identici e i fotoni impiegano lo stesso tempo a chiudere l’anello. Ma ciò non è più vero se la cavità sta ruotando. In questo caso, i due fasci laser che si muovono in direzioni opposte avranno frequenze diverse tra loro, la cui differenza, rilevabile registrando il segnale interferometrico di sovrapposizione, è proporzionale alla velocità di rotazione. Questo fenomeno è noto come effetto Sagnac. Gingerino è quindi un interferometro molto particolare perché altamente simmetrico nella sua geometria, e grazie a questo fatto molti dei rumori tipici degli interferometri standard vengono fortemente attenuati, permettendo di misurare con precisione anche fenomeni descritti dalla relatività generale. Le differenze temporali, come detto, sono proporzionali alla rotazione della cavità stessa, ma differenze temporali potrebbero anche essere causate da variazioni delle leggi fondamentali della fisica. Questo è alla base dell’importanza per la fisica fondamentale dei sensori di rotazione basati sull’effetto Sagnac. Inoltre, il segnale da misurare, a differenza dei più comuni interferometri, come quelli di Michelson o di Mach-Zender, non è una fase ma una frequenza. Questo rappresenta un ulteriore vantaggio, in quanto le misure di frequenza si basano sulle misure di tempo, che sappiamo eseguire con grande precisione. In pratica, questo significa che lo stesso strumento attaccato alla crosta terrestre può fornirci il segnale rotazionale dovuto a un terremoto, e quello piccolissimo delle precessioni dovute alla relatività generale, permettendo di ‘vedere’ la relatività in una stanza. E la sensibilità limite è il parametro che dice fino a che punto possiamo ‘ingrandire’ la realtà che ci circonda, e possibilmente investigare le deviazioni della natura rispetto alla teoria. (30Science.com)