FINANZIATO CON DUE MILIONI DI EURO UN PROGETTO DI RICERCA SULLA FISICA DI EINSTEIN TELESCOPE

Un finanziamento di due milioni di euro per ricerche teoriche di punta su Einstein Telescope (ET): ad aggiudicarselo, nell’ambito del secondo bando del Fondo Italiano per la Scienza (FIS 2), finanziato dal Ministero per l’Università e la Ricerca (MUR), è Paolo Pani, docente ordinario di fisica teorica alla Sapienza Università di Roma e presso la sezione INFN di Roma1, oltre che membro della collaborazione scientifica ET.

Dopo essersi formato all’Università di Cagliari, dove ha conseguito il dottorato di ricerca nel 2011, Pani ha lavorato in importanti centri di ricerca internazionali, tra cui CENTRA-IST a Lisbona e Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a Cambridge (USA), prima di approdare alla Sapienza nel 2015, dove coordina il gruppo di ricerca in gravità teorica.

Il bando FIS 2 finanzia, con oltre 330 milioni di euro, progetti di ricerca di elevato contenuto scientifico, condotti da ricercatrici e ricercatori emergenti (starting grant), in carriera (consolidator grant) e già affermati (advanced grant), nell’ambito dei settori ERC (European Research Council). Il finanziamento vinto da Pani rientra negli advanced grant, all’interno della categoria “Fundamental Constituents of Matter”.

Il titolo del progetto, che partirà nei prossimi mesi e avrà durata triennale, è “ET-NOW: Fisica fondamentale, cosmologia e fisica nucleare con l’Einstein Telescope”. Il suo obiettivo generale è quello di “preparare il terreno” a ET (che inizierà ad acquisire dati non prima del 2035), attraverso lo sviluppo di modelli teorici all’avanguardia e nuove tecniche numeriche, in grado di descrivere efficacemente processi fisici perlopiù inaccessibili ai rivelatori attuali, ma che saranno alla portata del futuro osservatorio di onde gravitazionali.

«Einstein Telescope costituirà l’evoluzione degli interferometri Advanced LIGO, Advanced Virgo e KAGRA, attualmente operativi. Nell’ambito della ricerca delle onde gravitazionali, il suo arrivo sarà un vero game changer», sottolinea Pani. «Grazie alla sua maggiore sensibilità e alla larghezza di banda, ET avrà la capacità di esplorare l’universo fino a distanze cosmologiche, fornendo test senza precedenti sulla gravità, sugli oggetti compatti astrofisici, sulla materia oscura, sulla fisica nucleare, sull’universo primordiale e sull’evoluzione cosmologica».

Tutto questo si traduce nella necessità di avere a disposizione modelli teorici molto più raffinati e sofisticati di quelli attuali. «Per capire quanto sia importante questo passaggio, basta pensare che per un aumento di un fattore 10 del rapporto segnale/rumore, che è quello che ci aspettiamo passando dai rivelatori attuali a ET, l’accuratezza del modello teorico deve aumentare di un fattore 100. Ecco perché è essenziale un lavoro di aggiornamento della piattaforma teorica disponibile, che unisca modelli sofisticati, simulazioni di relatività numerica e tecniche innovative di analisi dei dati, senza il quale si correrebbe il rischio di non essere preparati a interpretare nel modo corretto ciò che ET sarà capace di osservare».

Come suggerito dal nome, il progetto si muoverà lungo tre ambiti di ricerca principali: fisica fondamentale, cosmologia e fisica nucleare. Il primo filone ruota intorno ai cosiddetti “test di gravità”, che indagano se le previsioni della teoria generale della relatività di Einstein siano corrette, in particolare in presenza di fenomeni astrofisici estremi, come per esempio la fusione tra due buchi neri. ET, a differenza degli esperimenti attuali, riuscirà a distinguere bene in particolare la cosiddetta fase di ringdown, una sorta di violenta vibrazione finale immediatamente successiva alla fusione tra i buchi neri, che corrisponde all’emissione di una grande quantità di onde gravitazionali. «Svilupperemo simulazioni di forme d’onda accurate che descrivono il ringdown, sia nel contesto della relatività generale sia per teorie alternative, che potremo poi confrontare con i dati reali che raccoglierà ET», aggiunge Pani.

Sul fronte della cosmologia, ET avrà la capacità di osservare eventi molto distanti nel tempo, risalenti fino al periodo antecedente alla formazione delle prime stelle. «In questo caso dovremo anzitutto stimare il numero di eventi di questo tipo che ET potrebbe osservare, per diversi scenari. Inoltre, anche qui sarà importante sviluppare modelli che ci permettano di riconoscere eventi “speciali”, generati per esempio da ipotetici buchi neri primordiali risalenti ai primi istanti successivi al big bang, non prodotti dal collasso stellare», spiega ancora Pani. «Per quanto riguarda la fisica nucleare, la sfida principale sarà invece quella di modellizzare il comportamento della materia nucleare in condizioni estreme, alle scale di energia degli eventi che ET riuscirà a osservare».

Il finanziamento a disposizione di Pani e del suo gruppo di ricerca sarà investito principalmente nell’acquisto di un cluster di calcolo per simulazioni di relatività numerica, oltre che nel reclutamento di ricercatrici, ricercatori, dottorande e dottorandi che lavoreranno al progetto. Oltre agli obiettivi scientifici, il progetto mira a creare un punto di riferimento internazionale nell’ambito delle ricerche di fisica fondamentale su ET. «Con ET-NOW intendiamo istituire in Italia un hub internazionale sulla scienza di ET, in sinergia con gli sforzi sperimentali. Lo scopo è catalizzare comunità scientifiche attualmente separate, formare una nuova generazione di scienziate e scienziati con competenze trasversali e rafforzare la posizione strategica dell’Italia in prima linea nella scienza di ET», conclude Pani.

Soprattutto quest’ultimo aspetto potrà rappresentare un importante valore aggiunto nella corsa all’assegnazione di ET, che l’Italia è candidata a ospitare nell’area intorno alla miniera dismessa di Sos Enattos, nel Nuorese.