Risalire agli albori dell’Universo, catturando e studiando l’eco residua del Big Bang, è l’obiettivo di QUBIC: un innovativo, sensibilissimo telescopio che, da un sito desertico dell’Argentina posto ad alta quota, osserverà il cielo a partire dalla fine del 2022.
Frutto della collaborazione di 130 ricercatori, ingegneri e tecnici in Francia, Italia, Argentina, Irlanda e Regno Unito, il progetto vede il nostro Paese protagonista, grazie ai contributi scientifici e tecnologici forniti dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), e dalle Università di Milano Statale, Milano-Bicocca, Università di Roma “Tor Vergata” e Sapienza Università di Roma.
Il nome esteso del progetto, Q&U Bolometric Interferometer for Cosmology contiene il riferimento alla interferometria bolometrica, la tecnica di nuova concezione su cui si baseranno le osservazioni di QUBIC, che combina l’elevatissima sensibilità dei rivelatori raffreddati quasi allo zero assoluto (-273 °C), capaci di misurare l’energia della radiazione del fondo cosmico trasformandola in calore (bolometri), con la precisione degli strumenti interferometrici.
Dopo lo sviluppo e l’integrazione presso i laboratori europei delle università e degli enti di ricerca della collaborazione, QUBIC è approdato, l’estate scorsa, in Argentina, dove è ormai giunto alle fasi finali di calibrazione e test in laboratorio. I risultati di queste attività – che hanno confermato il corretto funzionamento dello strumento e della tecnica su cui è basato – sono stati pubblicati con otto articoli a firma della collaborazione QUBIC su un numero speciale della rivista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
“QUBIC è uno strumento originale ed estremamente complesso: per questo era necessario pubblicare in anticipo tutti i dettagli del suo hardware e delle nuove metodologie di sfruttamento dei dati raccolti. Inoltre, con queste lunghe ed esaustive calibrazioni abbiamo dimostrato in laboratorio l’efficienza di QUBIC come interferometro bolometrico. È un passo essenziale per le successive misure di interesse per la cosmologia e la fisica fondamentale”, ha spiegato Silvia Masi, docente presso l’Università Sapienza di Roma e ricercatrice dell’INFN, che coordina la partecipazione italiana all’esperimento.
Il sofisticato telescopio osserverà e mapperà le proprietà del fondo cosmico a microonde concentrandosi sulla misura di particolari componenti dell’orientamento dell’oscillazione delle microonde della radiazione cosmica di fondo sul piano del cielo, denominate modi-B, indicative delle possibili perturbazioni indotte dalle onde gravitazionali generate nei primi istanti di vita dell’Universo.
L’estrema sensibilità di questo strumento consentirà di distinguere i dettagli di ciascuno dei ‘pixel’ in cui sarà suddivisa la mappa celeste e di discriminare i modi-B dai segnali generati dalle altre sorgenti del cielo. In questo modo QUIBIC potrà fornire una prova diretta della teoria dell’inflazione, in base alla quale la rapidissima fase di espansione dell’universo avvenuta subito dopo il Big Bang avrebbe lasciato un debole fondo di onde gravitazionali, che a loro volta avrebbero prodotto particolari debolissime tracce, detti modi-B, nella polarizzazione del fondo cosmico di microonde.
La scelta del luogo che ospiterà il telescopio non è casuale: la limpidezza e l’assenza di umidità che contraddistinguono l’aria di Alto Chorrillo contribuiranno alla precisione delle misure. Il sito in cui sarà installato il telescopio si trova a circa 5000 metri sul livello del mare, sul plateau La Puna nell’Argentina settentrionale, vicino alla cittadina di San Antonio de los Cobres, nella provincia di Salta.
“QUBIC verrà portato nel sito di Alto Chorrillo entro pochi mesi. Le prime misure dimostreranno l’efficienza del nuovo metodo dell’interferometria bolometrica per la prima volta osservando sorgenti astronomiche. Lo strumento verrà poi completato inserendo un maggiore numero di rivelatori, in modo da poter eseguire le misure di interesse cosmologico entro tre anni. La strada è lunga, e QUBIC si presenta come estremamente originale e complementare a tutti gli altri che cercano di misurare questo elusivo segnale primordiale”, ha illustrato Aniello Mennella, ricercatore INFN e docente all’Università di Milano.
Il contributo italiano al progetto è stato e continuerà ad essere rilevante. Lo strumento è ospitato in un criostato progettato e costruito nei laboratori della Sapienza e della Sezione di Roma dell’INFN, capace di raffreddare vicino allo zero assoluto i rivelatori e tutto il sistema ottico dell’interferometro. Lo stesso gruppo ha realizzato anche il sistema crio-meccanico che permette di ruotare i componenti ottici all’interno del criostato per 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 selezionano i fotoni da far interferire, realizzate nei laboratori dell’Università e della Sezione INFN di Milano Statale, mentre le ottiche che focalizzano i fotoni 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 di Milano Bicocca. L’Università di Roma “Tor Vergata” e la Sezione INFN di Roma2 ha contribuito invece allo sviluppo del complesso software di analisi dei dati.
