Rumour e onde gravitazionali

Ovvero, del perché si parla da mesi di un articolo che continua a non uscire.

Tutto questo tempo passato a discutere sui rumour che circolano sui social media e sui giornali può sembrare strano, per questo diventa interessante sapere come funziona una grande collaborazione internazionale di scienziati. LIGO è una collaborazione di oltre 1000 persone, provenienti da 83 istituti in 15 paesi, in America del Nord e del Sud, Europa, Asia e Oceania. Già fare una riunione telefonica senza tener sveglio qualcuno la notte è impossibile.

I primi fondi per la costruzione del rivelatore sono stati stanziati nel 1992. I primi dati sono stati raccolti nel 2002 e il primo run è durato 9 anni. Tra il 2010 e il 2015 il rivelatore è rimasto spento per installare un certo numero di migliorie e alcuni mesi fa è stato riacceso, col nuovo nome di Advanced LIGO. Il primo promotore, Kip Thorne, era un professore nel pieno della carriera, quando il progetto è partito: oggi ha 75 anni, è ancora in attività e aspetta ancora i frutti di una vita di lavoro.

Nel frattempo, LIGO ha fatto un accordo con VIRGO, un altro esperimento simile, basato in Italia. VIRGO e LIGO, dal 2007, hanno accordi che prevedono una politica sulle pubblicazioni in comune, la condivisione dei dati e un coordinamento delle attività, in modo da rendere massimo il tempo in cui tutti i rivelatori sono contemporaneamente accesi.

Questi esperimenti hanno un unico scopo, molto preciso: osservare le onde gravitazionali. Se ci riescono, qualcuno dei capi ha ottime probabilità di doversi presentare in smoking a Stoccolma il 10 dicembre. Se non ci riescono, potranno comunque ottenere dati astrofisici e cosmologici interessanti, ma per il colpo grosso… “ritenta, sarai più fortunato”.

Schema di LIGO: la luce viene prodotta dal laser, divisa in due fasci dal beam splitter, riflessa più volte tra le "test mass", che sono grandi specchi e infine ricombinata dal beam splitter e inviata al rivelatore di luce.
Schema di LIGO: la luce viene prodotta dal laser, divisa in due fasci dal beam splitter, riflessa più volte tra le “test mass”, che sono grandi specchi e infine ricombinata dal beam splitter e inviata al rivelatore di luce.

Il rivelatore è un interferometro con bracci lunghi alcuni chilometri: un fascio di luce laser viene sdoppiato, mandato nei due tunnel e fatto rimbalzare per svariate volte su un sistema di specchi. In questo modo, il cammino percorso dalla luce diventa di centinaia di chilometri. Alla fine i due fasci vengono ricombinati e si osserva la figura di interferenza. Se un’onda gravitazionale investe il rivelatore, la lunghezza dei bracci cambia (si modifica la metrica dello spazio-tempo) e la figura di interferenza si “deforma”. LIGO è composto da due interferometri, entrambi negli Stati Uniti, posti a distanza di alcune centinaia di chilometri l’uno dall’altro.

Figura di interferenza prodotta da due onde piane: se una delle due onde arrivasse per un certo tempo in leggero ritardo rispetto all'altra, il pattern visibile all'incrocio delle onde cambierebbe e questo ci consentirebbe di sapere di quanto è cambiato il cammino ottico di uno dei bracci dell'interferometro. Nel caso di LIGO o VIRGO con una precisione molto inferiore al millimetro su lunghezze di decine di chilometri...
Figura di interferenza prodotta da due onde piane: se una delle due onde arrivasse per un certo tempo in leggero ritardo rispetto all’altra, il pattern visibile all’incrocio delle onde cambierebbe e questo ci consentirebbe di sapere di quanto è cambiato il cammino ottico di uno dei bracci dell’interferometro.

Poche cose, in realtà, sono rivelabili da LIGO. L’esplosione di una supernova, purché sia abbastanza vicina, la coalescenza di due stelle di neutroni o buchi neri, eventi abbastanza turbolenti, in una parola. Turbolenti e rari. Nel 2007 un Gamma Ray Burst nella galassia di Andromeda non è stato rivelato: questo ha cancellato una serie di teorie sulla formazione dei GRB, migliorando la nostra conoscenza di questi fenomeni tuttora misteriosi, ma la gente di LIGO sperava in qualcosa di diverso…

Ogni tanto, i capi dell’esperimento iniettano un segnale falso nei dati. Chi fa l’analisi non lo sa e analizza. Il gioco serve a essere sicuri che, se qualcosa viene rivelato, la gente che analizza se ne accorga: cosa non ovvia, in effetti. Nel 2010, per esempio, un segnale falso fosse arrivato a tanto così dalla pubblicazione, articolo già scritto eccetera, prima che saltasse fuori che era un falso. La gente lo sa e non ci rimane male… ma finché sono falsi, il Nobel aspetta.

Ora, immaginiamo la situazione. C’è un segnale. Il segnale viene “visto” da qualcuno, probabilmente ci sono dei turni di analisi, diversi gruppi si dividono i dati e ne analizzano dei pezzi ciascuno. Comunque, qualcuno salta su e dice “qui c’è qualcosa”. I capi dell’esperimento, con ogni probabilità, non dicono “accidenti non è un falso dateci dentro”, ma stanno zitti. Nessuno sa se quei dati sono veri o falsi, tranne questi capi e, eventualmente, qualcuno che sa di aver visto un segnale e sa che qualcun altro nel mondo ha visto un segnale nello stesso momento. Difficile che due collaborazioni iniettino segnali falsi insieme, difficilissimo che si possa trattare di una coincidenza di segnali spuri, come microsismi: per questo esistono accordi tra i vari esperimenti, posti in diverse parti del mondo.

Ora, ciascuna collaborazione ha le sue regole, per la pubblicazione dei risultati, ma lo schema è sempre più o meno lo stesso. Si formano diversi gruppi, che analizzano i dati incriminati, quelli prima, quelli dopo, quelli un anno prima  e quelli 3 mesi dopo per essere sicuri che ci sia davvero davvero davvero qualcosa. Qualcuno fa una blind analysis su un set di dati che non sa se è quello buono o no. Si provano diversi algoritmi, diversi parametri di calibrazione, diverse strategie di analisi. Alla fine di un periodo, che può durare mesi, di analisi incrociate, dopo che tutti i confronti possibili sono stati fatti, si prepara un articolo. Lo scheletro dell’articolo sarà già pronto, probabilmente da anni, ma ci devono essere i dati, una interpretazione del fenomeno che ha prodotto il segnale, una descrizione dettagliata dell’analisi, una spiegazione super particolareggiata di tutto quello che poteva aver causato il segnale ma non lo ha fatto.

Quando l’articolo è “pronto”, si fa una review interna. Il comitato legge, propone modifiche, discute con gli autori, riceve il testo modificato, reitera due o tre volte e, finalmente, decide che testo può essere inviato a una rivista. Solo a questo stadio si apre la busta che contiene le informazioni sui segnali falsi, magari gli scienziati fanno anche qualche scommessa al riguardo. Sono passate altre settimane, forse mesi. Per darvi un’idea complessiva, il test effettuato nel 2010 con un segnale falso, dalla rilevazione alla preparazione dell’articolo, richiese ben sei mesi di lavoro!

A questo punto, nel caso sia un segnale vero, la rivista riceve l’articolo e parte la peer review. Se le voci che circolano in questo periodo sono vere, siamo in questa fase. Se c’è ancora qualche dubbio, la rivista richiede delle modifiche, altrimenti accetta il pezzo per la pubblicazione.

Nel frattempo, nella collaborazione tengono tutti la bocca cucita, i rumour sono anonimi o vengono, come nel caso di Lawrence Krauss, da persone “esterne”, non sappiamo quanto bene informate. In passato ci sono stati altri rumour, ma finora niente è venuto alla luce… speriamo che arrivi presto qualche comunicazione ufficiale che ci tolga tutti questi dubbi!