Inizio della ricerca delle onde gravitazionali in Italia.L’attivita’

del gruppo di RomaG.Pizzella

Universita’ di Roma Tor VergataINFN

Amaldi (Nota Interna IFU, 10 novembre 1975)

"The idea of starting an experiment aiming to detect GW in Romewas 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 until1968, 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 temperaturegravitational antenna, Careri, who was informed for long time of the interest of E.Amaldi in the subject, suggested a first direct contact.”

La ricerca sperimentale delle ondegravitazionali iniziò a Roma, quando

raggiunsi il convincimento,sotto lo stimolo di Amaldi,che un esperimento di fisica

fondamentale veramenteall’avanguardia era la cosa migliore

che potessi fare.

Il 3 settembre 1970 Amaldi ed iodecidemmo quindi di iniziare questa

nuova attività.

Amaldi mi informo’ subito che anche Massimo Cerdonio

pensava di occuparsi della ricerca delle onde gravitazionali

Si formò un gruppo costituito da Edoardo Amaldi, MassimoCerdonio, 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 WilliamHamilton 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 quella data i Laboratori non furono disponibili. Fu chiesto allora ad Ivo Modena di unirsi al gruppo per occuparsi della criogenia, a GianVittorio Pallottino di occuparsi dell’elettronica 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.

INTERFEROMETRI

Prendemmo anche in considerazione l’uso di interferometri con tesi di laurea nel 1975

(Massimo Bassan e Livio Narici)

Nel maggio 1985 inizio’ una collaborazione con Adalberto Giazottoper rivelare OG emesse dalle Pulsar a basso periodo.Giazotto decise poi di proporre VIRGO che fu da me appoggiato.Ritengo peraltro che fu un errore costruire solo un interferometro,invece di due, come l’americano LIGO.

Su richiesta di R.Weiss e K.Thorne abbiamo scritto in appoggio aLIGO.

GENERAL RELATIVITYEinste in equat ion in vacuumnon linear equat ion in theunknown gik

Rik - 12 gik R = 8 π Gc4 Tik

weak field approximat ion:

gik = gik0 + hik I hikI << 1

the wave equat ion:

Ž2hik

Ž2x + Ž

2hik

Ž2y + Ž

2hik

Ž2z = 1

c2 Ž2hik

Žt2

The plane wave solution propagat ingalong the x axis with the speed of lig

hik = hik ( t - x / c )

LISA

CERN RE 5

LNF INFN

LNGS

ROG CollaborationLNF, Roma1, Roma2

Correlazioni OG-neutrini durante la SN1987A

Segnali anomali dovuti ai raggi cosmici

Onde gravitazionali di provenienza galattica ?

Erano in funzione antenne gravitazionalia temperatura ambientea Roma e nel Maryland.Si cercano correlazioni usando tutti i dati

Durante la SN1987A del 23 Febbraio ci furonole 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: 8 neutrini alle ore 7:35:41 U.T.

In realta’ i segnali nei rivelatori di neutrini sono circa uno alminuto, la maggior parte dovuti al fondo.

E( φ) = 1/Nν Σi {ER(ti + φ ) + EM(ti+ φ )}

Nν number of neutrino signals in a given periodti time of a neutrino signalφ common time shift

Maximum correlation for φ = 1.2 s

Ebk( φ) = (un milione di volte)1/Nν Σi {ER(tr1 + φ ) + EM(tr2+ φ )}

E( φ) > Ebk( φ)

Correlazione Monte Bianco con Roma-Maryland

+1.2 s

Periodo di due orecentrato sul fiotto del Monte Bianco

Quando trovammo questo risultato, ci preoccupammo di verificarela procedura adottata e la significatività statistica

Vi furono molte discussioni con vari ricercatori.

Solo dopo molte discussioni decidemmo di procedere con lapubblicazione

M. Aglietta, A. Castellina, W. Fulgione, G. Trinchero, S. Vernetto, C. Castagnoli, P. Galeotti, O. Saavedra, E. Amaldi, S. Frasca, G. V. Pallottino, G. Pizzella, P. Rapagnani, F.Ricci, P. Astone, C. Cosmelli, M. Bassan, E. Coccia, I. Modena, P. Bonifazi, M. G.Castellano, M. Visco, G. Badino, G. Bologna, V. L. Dadykin, F. F. Khalchukov, I. V. Korolkova, P. V. Kortchaguin, V. A. Kudryatzev, A. S. Malguin, V. G. Ryassny, O. G.Ryazhskaya, V. F. Yakushev, G. T. Zatsepin, D. Gretz, J. Weber and G. Wilmot,

Nuovo Cimento C 14, 171 (1991)

Ci siamo posti allora il problema di studiare le correlazioni con ilrivelatore di neutrini Kamiokande (installato in Giappone), usandole stesse procedure impiegate per il Monte Bianco. Il p roblemacon Kamiokande é l'incertezza temporale, ±1 minuto, dei segnalineutrinici. Abbiamo allora cercato la correlazione aggiungendo altempo registrato di Kamiokande una correzione aggiustabile.Abbiamo trovato anche in questo caso una correlazione fraKamiokande ed i rivelatori di onde gravitazionali se la correzioneé di 7.8 secondi.

…e Kamiokande ?

Periodi di un’ora mobili dalle ore 0 alle ore 8

Con correzione di 7.8 s

Ore del 23 febbraio

MB K

La cosa straordinaria é che, successivamente, comedocumentato nella letteratura scientifica, abbiamotrovato che se si impone la coincidenza fra il fiotto diundici neutrini di Kamiokande alle ore 7:35:41 UTcon gli otto neutrini del rivelatore IMB (Irvine-Michigan-Brookhaven), i c ui tempi sono noti congrande accuratezza é proprio necessario apportare uncorrezione di 7.8 s !

Conclusioni sulla SN1987A

Il fenomeno durò alcune ore, comemostrato anche dal fatto, mai

dichiarato, che nei dati diKamiokande vi e un gruppo di 8neutrini di alta energia, 20 minuti

dopo quello ufficiale delle 7:35 UT.

Vi sono vari modelli al riguardo.

I dati dei rivelatori gravitazionali sonoin attesa di una spiegazione

Rivelatori risonanti criogenici

Il primo rivelatore criogenico del gruppo di Romaé stato EXPLORER, installato al CERN, anche ilprimo rivelatore criogenico al mondo ad entrarein funzione in modo continuativo alla temperaturadi 2.6 K. La decisione di installare Explorer alCERN fu presa durante una conversazione conAmaldi. Quando gli proposi di andare al CERNegli mi disse:

La mia risposta fu che se ciò fosse accadutoportando dei miglioramenti all'esperimento, tantomeglio per l'esperimento stesso

non hai timore che il CERN possaimpossessarsi dell'esperimento ?

La collaborazione col CERN fu formalizzatamediante un accordo con il Direttore Leon VanHove 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 direttoreEnzo Iarocci. Questo spostamento di NAUTILUSdal CERN a Frascati ha potenziato enormementela nostra ricerca d’onde gravitazionali, offrendo lapossibilità di cercare le OG mediante l'uso dellecoincidenze di NAUTILUS con EXPLORERsituati a gran distanza.

Segnali anomali dovuti ai raggi cosmici

18 mK

secondi

Unfilteredsignal (V2)

The signalafter filtering(kelvin)

Real data: the arrival of a cosmic ray shower on NAUTILUSBig event

Sotto la direzione di Francesco Ronga é in corsopresso i Laboratori INFN di Frascati unesperimento per la Rivelazione Acustica diParticelle (RAP) consistente in un piccolocilindro di Alluminio raffreddato a temperaturefino a 100 mK e bombardato con gli elettroni diDAFNE.

Lo scopo é di studiare se i segnali anomali da noiosservati siano dovuti ad un effetto dellatemperatura sulle caratteristiche dell’Alluminio onon piuttosto alla composizione della radiazionecosmica.

Elettroni di DaΦne

Onde gravitazionali ?

Concidenze Nautilus-Explorer2001

Sidereal hour 4.3

Sidereal hour 13.6

Sorgenti distribuite uniformemente sul disco galattico

modello

Coincidenze Nautilus-Explorer2003

[risultati preliminari]

Considerazioni finaliQuando si esplora un nuovo campo

della Fisica ci si imbatte in fenomeniinaspettati che pongono nuovi

problemi: abbiamo trovato segnalicorrelati alla SN1987A in rivelatori a

temperatura ambiente, segnaliinaspettatamente grandi dovuti

sicuramente a raggi cosmici, abbiamotrovato forse onde gravitazionali di

provenienza galattica. La soluzione diquesti problemi richiederà tempi non

brevi.

E’ mia opinione che soltanto l’esperimento LISAcon veicoli spaziali

potra’ verificare l’esistenza delle onde gravitazionali.

In caso di risultato nullo(come gia’ accadde per l’esperimento di Michelson)

una profonda revisione ed estensione della fisica dellagravita’

sara’ necessaria

Il gruppo ROGEdoardo Amaldi, Pia Astone, DaniloBabusci, Massimo Bassan, Romano

Bizzarri, Paolo Bonifazi, Franco Bordoni,Pasquale Carelli, Gabriella Castellano,

Giorgio Cavallari, Eugenio Coccia, CarloCosmelli, Sabrina D'Antonio, AntonioDegasperis, Viviana Fafone, Valeria

Ferrari, Sergio Frasca, Franco Fuligni,Gianfranco Giordano, Umberto

Giovanardi, Roberto Habel, ValerioIafolla, Ettore Majorana, AlessandroMarini, Yuri Minenkov, Ivo Modena,Giuseppina Modestino, Arturo Moleti,

GianPaolo Murtas, GianVittorioPallottino, Guido Pizzella, Lina Quintieri,

Piero Rapagnani, Fulvio Ricci, AlessioRocchi, Francesco Ronga, Roberto

Terenzi, Guido Torrioli, Massimo Visco,Lucia Votano.

Il gruppo ROG, diretto dal 1998 daEugenio Coccia, ha svolto ed ancorasvolge un ruolo notevole nella ricerca

delle onde gravitazionali. Questo ruolo é riconosciuto da tutta lacomunità scientifica internazionale la

quale ha dato il nome di Edoardo Amaldialla più importante Conferenza, ripetutaogni due anni, sulla ricerca delle onde

gravitazionali

Periodi di un’ora mobili dalle ore 0 alle ore 8

MB K

Con correzione di 7.8 s