Dipartimento di Fisica

Oggi, mercoledì 23 novembre, verrà ufficialmente inaugurato in Argentina il telescopio QUBIC (Q&U Bolometric Interferometer for Cosmology), uno strumento innovativo che osserverà il fondo cosmico a microonde, l’eco residua del Big Bang, da un sito desertico di alta quota (5000 m) sulle Ande argentine, vicino alla località San Antonio de Los Cobres. Alla cerimonia, che prevederà una visita al telescopio, parteciperanno vari rappresentanti istituzionali degli istituti finanziatori del progetto e una parte del team scientifico internazionale.

Il progetto vede l’Italia protagonista grazie ai contributi scientifici e tecnologici forniti dall’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) e dalle Università di Milano Statale, Milano-Bicocca, Università di Roma “Tor Vergata” e Sapienza Università di Roma. 

QUBIC si concentrerà sulla misura del segnale causato dall'interazione delle onde gravitazionali primordiali con la radiazione elettromagnetica che permea l'universo. 

Dopo il suo sviluppo e l’integrazione avvenuta presso i laboratori europei delle Università e degli enti di ricerca coinvolti nella collaborazione, QUBIC è arrivato in Argentina, nella città di Salta, nel luglio 2021, dove è stato calibrato e testato in laboratorio. I risultati di queste attività sono riportati in otto articoli apparsi sul “Journal of Cosmology and Astroparticle Physics” ad aprile di quest’anno e hanno confermato il corretto funzionamento dello strumento e dell’interferometria bolometrica, ossia la tecnica di nuova concezione su cui si baseranno le osservazioni di QUBIC, che combina l’elevatissima sensibilità dei rivelatori bolometrici raffreddati quasi allo zero assoluto (-273 °C) con la precisione degli strumenti interferometrici. 

Silvia Masi, docente presso Sapienza Università di Roma e ricercatrice INFN, che coordina la partecipazione italiana all’esperimento, spiega: “QUBIC è uno strumento molto complesso ed originale, una risorsa unica nel panorama mondiale delle misure sull’universo primordiale. Vogliamo osservare dei debolissimi effetti di polarizzazione nelle microonde originatesi nelle primissime fasi dell’espansione dell’universo, in pratica al Big Bang. Non c’è altro modo di investigare sperimentalmente questi fenomeni, che si pensa avvengano durante la cosiddetta “inflazione cosmica”, quando l’energia in gioco era spaventosamente grande, irraggiungibile con esperimenti terrestri. L’esperimento è quindi importante sia per la cosmologia che per la fisica fondamentale. Durante le attività di preparazione, la collaborazione ha dimostrato l’efficacia dello strumento e del metodo sia in laboratorio, a Parigi, che osservando il cielo, nel laboratorio di Salta. Oggi l’installazione dell’esperimento in alta quota sancisce il successo di molti anni di preparazione e permette, grazie alla straordinaria trasparenza e stabilità dell’atmosfera, di iniziare misure ultrasensibili.”  

“QUBIC è stato installato durante il mese di ottobre”,  illustra Aniello Mennella, docente all’Università di Milano e ricercatore INFN. “e il team di installazione, al quale ha partecipato anche il Sig. Francesco Cavaliere, responsabile dell’officina di UniMi, ha svolto un lavoro eccellente in pochissimo tempo, in condizioni particolarmente impegnative a causa dell’altitudine e del forte vento in quota. Le prime misure dimostreranno “sul campo” l’efficacia dell’interferometria bolometrica osservando sorgenti astronomiche. Approssimativamente fra un anno lo strumento verrà reso ancora più competitivo, aumentando il numero di antenne e rivelatori, in modo da poter eseguire le misure di interesse cosmologico entro tre anni”.

“La misura di un segnale così debole”, dice Mario Zannoni, docente all’Università di Milano-Bicocca e ricercatore INFN, “verrà ritenuta esente da errori sistematici solo se si avranno risultati consistenti provenienti da strumenti molto diversi. Proprio per questo motivo QUBIC, unico interferometro bolometrico, rappresenta una risorsa insostituibile nello studio dei primi attimi di vita dell’universo”. Grazie alle capacità multispettrali e di autocalibrazione, “QUBIC produrrà dati del tutto originali e complementari a quelli degli altri esperimenti, offrendo ai ricercatori innumerevoli possibilità di controllo incrociato e quindi una robustezza senza pari dei risultati”, conclude Giancarlo De Gasperis, docente presso Sapienza, Università di Roma e ricercatore INFN. 

QUBIC è il risultato della collaborazione di 130 ricercatori, ingegneri e tecnici in Francia, Italia, Argentina, Irlanda e Regno Unito. Lo strumento è stato integrato a Parigi presso i laboratori APC nel 2018 e calibrato durante il 2019-2021. 

Il contributo italiano è stato fondamentale per lo sviluppo dello strumento, e continuerà ad esserlo nelle fasi successive dell'esperimento. Lo strumento è ospitato in un criostato, realizzato nei laboratori della Sapienza e della Sezione di Roma dell’INFN, capace di raffreddare vicino allo zero assoluto non solo i rivelatori ma anche tutto il sistema ottico dell’interferometro. Lo stesso gruppo ha realizzato anche il sistema crio-meccanico che permette di misurare lo stato di polarizzazione della radiazione. Italiane sono anche altre componenti criogeniche, che lavorano a una temperatura inferiore a -270 °C, come le avanzatissime antenne corrugate che raccolgono la radiazione dal cielo, realizzate nei laboratori dell’Università e della Sezione INFN di Milano Statale, mentre le ottiche che la focalizzano sui rivelatori e il sistema di otturatori che permette di variare la configurazione dell’interferometro e di autocalibrarlo sono realizzate dall’Università e dalla Sezione INFN di Milano Bicocca.

Per maggiori informazioni:

● Pagina web di QUBIC:  http://qubic.in2p3.fr/wordpress/
● Numero speciale di JCAP (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics):   https://iopscience.iop.org/journal/1475-7516/page/Special%20Issues
● Video https://f.io/G-WVKNbU - credits: Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)

 

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