Nel Laboratorio Nazionale del Gran Sasso è in corso l'esperimento Gingerino, il prototipo in miniatura di Ginger, lo strumento finale nato per misurare gli effetti previsti dalla Teoria della Relatività Generale, sulla nostra Terra. Già, perché la distorsione dello spazio-tempo prevista da Einstein riguarda tutti i corpi che hanno una massa, quindi anche la Terra. Questa soluzione è capace di misurare qualsiasi minima variazione della rotazione del nostro pianeta, ossia il Lense-Thirring, che è un fenomeno minore quasi impossibile da rilevare, per questo il rivelatore è sensibile a qualsiasi alterazione della velocità di rotazione terrestre. A sua volta questo ha portato a installarlo nei laboratori sotterranei del Gran Sasso, così da "schermarlo" il più possibile dai disturbi.
Per capire meglio di che cosa si tratta abbiamo chiesto maggiori dettagli alla dottoressa Angela Di Virgilio dell'INFN, coordinatrice dell'esperimento. Ci ha spiegato che "consiste in un laser, fatto di quattro specchi anziché due. Generalmente il laser è una cavità ottica lineare con due specchi, in cui la luce va avanti e indietro in una direzione sola. Questo invece è un laser in un percorso circolare con un'area".
Come fa a misurare le variazioni di rotazione del nostro pianeta? "Si chiama Effetto Sagnac e consiste nelle immagini create da questi specchi, agganciati a un punto che sta ruotando. Il fotone che viaggia a velocità costante completa il percorso prima o dopo il fotone che ruota in senso inverso. I fotoni sono molto sensibili e la piccolissima differenza di tempo viene rilevata. Quando un laser funziona in questo modo infatti si crea un equilibrio, un campo con una frequenza ben definita. Nel laser quadrato (in cui un fascio ruota in un senso e l'altro in quello opposto) i due 'modi' si stabilizzano su due frequenze leggermente diverse, due fasci luminosi legati ai due sensi opposti di rotazione, che hanno una lunghezza d'onda leggermente diversa. Dall'oggetto al Gran Sasso esce un fascio che ha 1014 Hertz di frequenza e l'altro che si differenzia per soli 280 Hertz. I fasci così fatti vengono fatti interferire e dall'interferenza viene fuori il segnale a 280 Hertz.
Da un punto di vista della metrologia tutto questo è importantissimo perché rende la misura molto robusta, frequenze di questo genere vengono misurate molto bene. Tutte le tecniche che sono implementate infatti sono tutte ben consolidate e potenti, e permettono di rivelare particolari molto piccoli.
L'Effetto Sagnac è stato scoperto nel 1914 ed ampiamente implementato in vari modi, anche con le fibre ottiche, e i laser ad anello sono stati ampiamente utilizzati per la navigazione inerziale, per esempio nei sottomarini. Ora sono stati rimpiazzati dalle fibre o dal GPS".
"Non sono tanti gli oggetti del genere - aggiunge Di Virgilio - ne è stato costruito uno in Germania nel 2000 proprio per applicazioni di geodesia, e anche come dimostratore. Ed è stato utile per capire che si poteva arrivare a livelli molto elevati. Noi abbiamo voluto spingere questo tipo di strumento verso le verifiche della Relatività Generale. Si tratta di cose molto futuribili e difficili, ma in linea di principio si può fare".
Che differenze ci sono fra Gingerino e il futuro Ginger?
"Ginger deve essere grande il doppio, ci vogliono per lo meno 7 metri (massimo 10 metri), perché più lo strumento è grande più è sensibile. Gingerino è 3,60 metri ed è un oggetto fatto in economia. Ginger se mai verrà fatto richiederà ben di più. Questo prototipo serviva per capire se il Gran Sasso avesse le caratteristiche per ospitare un esperimento del genere, e siamo molto contenti del risultato".
Quali sono le applicazioni terrestri?
"Le applicazioni terrestri come detto ci sono già perché esistono ring laser presenti nei sottomarini e altro. Avremo poi delle ricadute abbastanza concrete perché questo strumento può misurare con grande precisione quello che succede alla crosta terrestre, anche in presenza di terremoti. Ha quindi un'applicazione per la geodesia. La velocità angolare terrestre al momento viene considerata media nelle simulazioni, avendo il dato preciso c'è un possibile impatto pratico molto alto, ma l'applicazione non è il mio campo. Parliamo comunque di misure molto precise dell'ambiente che ci circonda e che sono molto importanti in svariati campi".
Visto che oggi cade l'anniversario della pubblicazione della Teoria della Relatività Generale, cogliamo l'occasione per ricordarvi il nostro omaggio social al grande Albert Einstein