Con un ERC Starting Grant da 1,5 milioni di euro, Matteo Borghesi dell’Università Milano-Bicocca svilupperà TANGO: uno strumento compatto e ultrafreddo per cercare segnali nella banda delle onde gravitazionali ad alta frequenza, ancora quasi inesplorata
Captare un segnale proveniente dagli angoli più estremi dell’Universo con uno strumento che, almeno nelle dimensioni, potrebbe stare su un tavolo. È l’obiettivo di TANGO, acronimo di Transducer Antenna for a Noiseless Gravitational Observatory, il progetto guidato da Matteo Borghesi, ricercatore del Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano-Bicocca.
Il progetto ha appena ricevuto un ERC Starting Grant da 1.499.312 euro, uno dei principali finanziamenti europei dedicati alla ricerca di frontiera. Il riconoscimento consentirà di sviluppare una nuova generazione di rivelatori di onde gravitazionali, estremamente compatti e progettati per funzionare a temperature prossime allo zero assoluto. L’ERC conferma ufficialmente TANGO tra i progetti finanziati nella call Starting Grant 2026.
L’ambizione è andare a cercare ciò che gli strumenti attuali non riescono ancora a vedere.
Una finestra dell’Universo ancora quasi buia
Le onde gravitazionali sono increspature dello spazio-tempo prodotte da alcuni degli eventi più violenti del cosmo, come la fusione di buchi neri e stelle di neutroni. La loro prima osservazione diretta, nel 2015, ha aperto una nuova era dell’astronomia: per la prima volta è stato possibile studiare l’Universo non soltanto attraverso la luce e le altre radiazioni elettromagnetiche, ma anche attraverso le deformazioni dello spazio-tempo generate dagli eventi cosmici.
Da allora sono stati osservati numerosi segnali, ma la maggior parte dello spettro delle onde gravitazionali rimane ancora inesplorata.
È qui che entra in gioco TANGO. Il progetto si concentrerà sulla fascia compresa tra 100 kilohertz e 10 megahertz, quella delle cosiddette onde gravitazionali ad alta frequenza.
È una regione particolarmente interessante proprio perché è ancora quasi inesplorata. Pochissime sorgenti astrofisiche conosciute sono in grado di produrre onde gravitazionali a queste frequenze e, finora, non è stato osservato alcun segnale inequivocabile.
«Questa banda è particolarmente interessante perché è relativamente silenziosa», spiega Matteo Borghesi. «L’osservazione inequivocabile di un segnale in questa regione rappresenterebbe una scoperta di grande portata, con il potenziale di trasformare la nostra comprensione dell’Universo».
Il ricercatore Matteo Borghesi in un laboratorio del Dipartimento di Fisica di Milano-Bicocca (Photo Credits – Ufficio Stampa Università Milano-Bicocca)
Cosa potrebbero rivelare le onde gravitazionali ad alta frequenza
La ricerca non riguarda soltanto il tentativo di aggiungere nuovi segnali al catalogo delle onde gravitazionali. Nella banda studiata da TANGO potrebbero infatti nascondersi informazioni su fenomeni ancora misteriosi.
Tra le possibilità ci sono segnali collegati alla materia oscura, ai buchi neri primordiali o a processi fisici che non sono ancora descritti dalle teorie oggi disponibili.
Per questo una eventuale rilevazione sarebbe particolarmente significativa: potrebbe aprire una finestra completamente nuova sulla fisica fondamentale e sulla storia dell’Universo.
Il problema, naturalmente, è distinguere un segnale così debole dal rumore.
Il trucco è raffreddare il rivelatore
TANGO nasce dall’incontro fra due campi apparentemente lontani: la ricerca sulle onde gravitazionali e le tecnologie quantistiche.
L’idea è costruire un sistema estremamente compatto, dell’ordine di poche decine di centimetri, ma capace di operare a temperature prossime allo zero assoluto, circa -273 °C.
A queste temperature l’agitazione termica della materia viene drasticamente ridotta. In altre parole, il rivelatore diventa più “silenzioso” e può aumentare la capacità di riconoscere perturbazioni estremamente piccole.
Il cuore dell’esperimento sarà formato da due oscillatori accoppiati: un piccolo cristallo di quarzo e una cavità elettromagnetica superconduttrice.
Il sistema elettromagnetico verrà utilizzato per controllare lo stato del cristallo e sottrarre energia alle sue vibrazioni. Attraverso tecniche sviluppate nell’ambito delle tecnologie quantistiche sarà così possibile portare il cristallo a temperature effettive estremamente basse, oltre cento volte inferiori a quelle raggiungibili con i sistemi criogenici standard.
È proprio in questo ambiente che i ricercatori sperano di riuscire a isolare le minuscole perturbazioni prodotte dal passaggio di un’onda gravitazionale.
Da BAUSCIA a TANGO: la ricerca di Milano-Bicocca
Il progetto non nasce da zero. TANGO rappresenta infatti l’evoluzione di una linea di ricerca sviluppata negli ultimi anni all’Università di Milano-Bicocca, in particolare attraverso BAUSCIA, Bulk Acoustic Wave Sensors for High-frequency Antennas, nell’ambito del Dipartimento di Fisica.
Il nuovo progetto si inserisce inoltre nelle attività di due strutture dell’Ateneo dedicate alla ricerca di frontiera: il BiCoQ, Centro di cosmologia quantitativa, e il BiQuTe, Centro interdipartimentale per le tecnologie quantistiche.
«TANGO rappresenta l’evoluzione naturale dell’esperienza maturata sul campo dal nostro ateneo e punta a costruire uno strumento capace di esplorare una regione dell’Universo finora inaccessibile», sottolinea il prorettore alla Ricerca Leo Ferraris.
Il riconoscimento europeo, aggiunge, «attesta il carattere innovativo della proposta di Matteo Borghesi e, in generale, la competitività della ricerca di Milano-Bicocca in un contesto internazionale».
Borghesi è ricercatore e assistant professor presso il Dipartimento di Fisica “Giuseppe Occhialini” dell’Università di Milano-Bicocca.
Un piccolo strumento per cercare una grande scoperta
Il paradosso di TANGO è proprio nelle sue dimensioni: per osservare fenomeni prodotti da alcuni degli eventi più estremi dell’Universo non servirà necessariamente costruire uno strumento gigantesco.
La sfida sarà invece riuscire a realizzare un rivelatore piccolo, estremamente sensibile e sufficientemente “silenzioso” da distinguere una perturbazione dello spazio-tempo dal rumore che inevitabilmente circonda ogni sistema fisico.
Se riuscirà nell’impresa, TANGO potrebbe contribuire ad aprire una nuova finestra osservativa sulla fascia ad alta frequenza dello spettro gravitazionale.
E quella finestra potrebbe portare con sé qualcosa di ancora più importante: segnali provenienti da fenomeni cosmici che oggi possiamo soltanto ipotizzare.
Per Milano-Bicocca, il finanziamento europeo rappresenta inoltre un ulteriore tassello nella crescita della ricerca di frontiera. Con il nuovo Starting Grant, l’Ateneo raggiunge 22 progetti ERC finanziati dal 2014, tra Starting, Consolidator, Advanced, Proof of Concept e Synergy Grant.