-Utilizziamo l’universo come il nostro laboratorio

-È un posto assolutamente magico. Sei sul bordo di un enorme cratere vulcanico con nuvole sotto di te e il miglior tramonto che tu abbia mai visto. Inoltre, il cielo notturno è con pochissimo inquinamento luminoso e i telescopi stessi sono straordinariamente belli, afferma Gert-Werner Kluge, ricercatore in fisica delle alte energie. Racconta del suo soggiorno come ospite presso l’osservatorio situato nell’estremo nord-ovest delle Isole Canarie, La Palma. Nello specifico nel punto più alto dell’isola, Roque de los Muchachos, che si trova appena sotto l’altitudine di Galdhøpiggen.

Astrofisici da tutto il mondo vengono qui per osservare il cielo notturno. Kluge è stato lì per un mese nel febbraio 2023 per utilizzare per la prima volta i telescopi Magic 1 e Magic 2. In ottobre è tornato per saperne di più sui sottosistemi dei telescopi.

Il nome dei telescopi è un’abbreviazione che sta per Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov. I telescopi portano anche il nome Florian Goebel, dal nome dell’astrofisico tedesco che morì qui nel 2008 mentre lavorava a Magic 2.

Esiste davvero

Ci sono voluti otto anni di studi di fisica prima che Kluge potesse partecipare fisicamente al funzionamento del telescopio.

– Ora sono tornato in Norvegia e sto utilizzando l’apprendimento automatico sui miei dati, che si basa sul telescopio di La Palma. Andare lassù e vedere e toccare il telescopio dà una vicinanza completamente diversa al mio progetto, dice Kluge e continua:

– Non ultimo è capirlo e conoscere la quantità di lavoro necessaria per realizzare i telescopi, il che è importante per me.

Ogni più piccolo sottosistema utilizzato è di per sé un dottorato di ricerca.

– Quando una piccola parte del telescopio non funziona, è necessario contattare la persona responsabile di quella particolare piccola parte affinché possa essere riparata. E’ molto complicato.

Per Klug, la parte più gratificante della residenza è stata acquisire una comprensione pratica di come funziona il telescopio, dice.

Specchio lucido

I telescopi magici possono essere visti chiaramente quando si guida verso l’area dell’osservatorio. È composto da specchi quadrati del diametro di 17 metri. Gli specchi brillano al sole e si trovano tra i cespugli secchi nel terreno vulcanico in uno stretto vicolo proprio accanto all’hotel destinato a chi lavora all’osservatorio. In questo hotel la luce è utilizzata al minimo e in tutte le camere sono disponibili tende oscuranti. L’intera area è destinata ai lavoratori. L’accesso alla montagna chiude ogni sera alle sette per garantire che le luci dei veicoli non inquinino la luce quando si utilizzano i telescopi.

Titan incontra i dottorandi tedeschi Felix Schmuckermeier e Maren Beheit che hanno lavorato all’osservatorio cinque e sei volte. Lavorano su turni di 12 ore dalle 19:00 alle 7:00 con altri otto.

Magic 1 e 2 hanno ormai 20 anni, quindi mostrano segni di invecchiamento, afferma Schmuckermeyer, indicando alcune delle strutture metalliche in costruzione:

– Questo è l’inizio della prossima generazione di telescopi dello stesso tipo di Magic 1 e 2. In futuro tutta questa zona sarà coperta dai telescopi. Ci saranno dai 10 ai 13 telescopi, a seconda del budget.

Il primo telescopio, LST-1, il più grande dei tre telescopi per raggi gamma presenti a La Palma, è già stato completato. I prossimi tre telescopi saranno simili prima che vengano costruiti i telescopi più piccoli. Insieme, i telescopi formeranno l’intero sistema di telescopi CTA (Cherenkov Telescope Array), che sarà dieci volte più potente del telescopio per raggi gamma esistente. Nel deserto cileno di Atacama si sta creando un parco simile con telescopi che saranno collegati a quelli di La Palma.

Cascate di luce

I grandi specchi di Magic 1 e Magic 2 vengono utilizzati per catturare la luce proveniente dalla nostra galassia e dalle galassie distanti. Più precisamente, sono i raggi gamma che vengono catturati dagli specchi.

Un singolo fotone rilascia una catena di particelle lunga diversi chilometri. Ciò viene fatto dal fotone che produce nuove particelle ad energia più elevata, che a loro volta producono più particelle. In linea di principio, la luce blu nella cascata di particelle può essere vista fino a 10 chilometri dalla superficie terrestre e dall’occhio umano, ma il lampo di luce dura solo pochi nanosecondi ed è molto debole. Bisogna quindi catturarlo dagli enormi specchi situati nel punto più alto della Palma.

Quando la luce colpisce gli specchi, il lampo di luce viene registrato sulla pellicola tramite la nanocamera montata sugli specchi. I dati vengono quindi inviati al sistema, che dettaglia cosa può essere utilizzato in ulteriori ricerche. Ogni giorno circa un terabyte viene archiviato e inviato a Barcellona dove i dati vengono messi a disposizione di una rete di 300 ricercatori.

Osservando la dimensione e la direzione delle cadute, i ricercatori possono ricostruire la direzione da cui proveniva il fotone gamma e quanta energia possiede. Questo processo viene quindi eseguito diverse migliaia di volte in un secondo.

La costruzione telescopica è costituita da una miscela di acciaio e carbonio. L’intero telescopio pesa 70 tonnellate. Il carbonio leggero ma instabile fa sì che ogni singolo specchio debba regolarsi automaticamente ogni 20 secondi. Nelle giornate ventose, questo è particolarmente importante. Anche loro sono fissati con viti, ma il telescopio può cambiare direzione di visione in meno di un minuto spostandolo lungo i binari su cui poggia. Alcuni fenomeni possono durare così poco che diventano impossibili da catturare con i telescopi.

Alcune cose da controllare

Ma in generale non ci sono molti processi nell’universo abbastanza potenti da produrre l’energia che cercano i dottorandi tedeschi. Finora conoscono circa 300 oggetti che scansionano più e più volte utilizzando pianificazioni per capire quando e come farlo. La prima volta che un oggetto del genere è stato trovato 40 anni fa, spiega Schmuckermeier, aggiungendo che, ad esempio, una supernova potrebbe produrre energia al livello cercato. Finora non è stato catturato dagli stereotelescopi.

-Per lo più guardiamo a ciò che già sappiamo. “Siamo l’unità di osservazione e non possiamo influenzare ciò che vediamo”, afferma Beheit.

Ciò che Kluge cerca nel cielo notturno per lui è secondario. Dice:

– Sto cercando un’ipotetica particella prevista da varie teorie nella fisica delle particelle. È fondamentalmente una classe di particelle che si comportano in un certo modo.

Le particelle sono chiamate particelle simili ad assioni (ALP). Queste particelle interagiscono con i fotoni. Una particella può trasformarsi in fotoni e i fotoni possono trasformarsi in una particella.

– Se così fosse, almeno in determinate condizioni, dovremmo poterlo vedere nei fotoni provenienti dallo spazio. Usando i telescopi magici si possono vedere fotoni ad altissima energia, dice Kluge:

Come punto di partenza, ho immaginato di puntare i telescopi verso una particolare galassia che produce più raggi gamma e ha un campo magnetico molto forte. Quindi, osservando l’energia dei fotoni nei raggi gamma, puoi creare una distribuzione. Alcuni fotoni hanno un’energia più alta, altri un’energia più bassa.

Cerca modelli che contengano meno raggi gamma

Il risultato è un grafico in cui puoi vedere diversi modelli nell’energia dei fotoni. Se l’ipotetica particella (ALP) che Kluge sta cercando esiste, potrebbe arrivare sulla Terra come ALP, piuttosto che come fotone.

– Lo schema che sto cercando è che ci saranno meno raggi gamma del previsto a certe energie.

Per poter cercare la particella è necessario un forte campo magnetico, che si trova in alcuni ammassi di galassie, che sono regioni con molte galassie dense.

– Questo è ciò che non vedo l’ora di fare ora nella mia ricerca. Ma la ricerca si compone di due parti. Il primo è cercare la particella. La seconda parte riguarda il metodo che utilizzo per cercare la particella, che utilizza l’apprendimento automatico. Questo metodo può essere applicato anche ad altri problemi di fisica delle particelle, dice Kluge, descrivendo in dettaglio l’essenza del metodo:

– L’apprendimento automatico può essere utilizzato per verificare la probabilità in tutti gli scenari immaginabili. Non sappiamo esattamente quanto siano forti i campi magnetici in un particolare ammasso di galassie. Inoltre non sappiamo tutto della fisica che produce i raggi gamma in un ammasso di galassie. Pertanto, non sappiamo cosa aspettarci dal numero di raggi gamma che vediamo.

– Quando poi vediamo meno raggi gamma del previsto ad alcune energie, dobbiamo decidere quanto è probabile che la presenza di ALP sia la causa o che le nostre previsioni fossero sbagliate. Lì, l’apprendimento automatico è assolutamente inestimabile.

Usiamo l’universo come il nostro laboratorio

Non è che Kluge, in quanto ricercatore, si aspetti di scoprire qualcosa di rivoluzionario sull’ipotetica particella su cui sta indagando. Ciò che conta per Klug, dice, è far parte di qualcosa di più grande.

Se tu, come ricercatore individuale, ti aspetti di trovare qualcosa di grosso da solo, probabilmente rimarrai molto deluso.

gustoso

Siamo arrivati ​​​​a un punto così lontano nella fisica che ci vuole molto per scoprire qualcosa di veramente nuovo sulle leggi fondamentali. Implica esperimenti ampi e complessi e un’ampia analisi dei dati. Questo compito non è svolto dai singoli individui, ma dai ricercatori nel loro insieme, come dice e prosegue Kluge:

– Trovo affascinante, persino poetico, che possiamo utilizzare gli oggetti più grandi ed estremi nello spazio come strumento per studiare le particelle più piccole e “sconosciute” che esistono. Usiamo l’universo come il nostro laboratorio.