M. Giovanna Guarguaglini Liceo “Ulisse Dini” Pisa www.liceodini.it Domus Galileiana Giocando con la fisica e la matematica 21 Ottobre 2005 Interferometro M. Giovanna Guarguaglini Liceo “Ulisse Dini” Pisa www.liceodini.it

Il nostro interferometro

INTERFEROMETRO Costruito da studenti delle classi 4aA e 4aC con la supervisione delle professoresse Guarguaglini e Stampacchia

Interferometro Esperienza realizzata dagli studenti nella Ludoteca Scientifica il 29 Aprile 2004, con la guida del prof. Carlo Bradaschia, che l’ha ideata. Il prof. Bradaschia è coordinatore del settore rilevatori dell’esperimento VIRGO, in fase di costruzione, a cura dell’ I.N.F.N., a Cascina, località Santo Stefano di Macerata. Inserirei i link ai siti della Ludoteca scientifica e di Virgo

Onde e interferenza λ A = = + onda in fase + onda sfasata di λ/2 Interferenza distruttiva Interferenza costruttiva (Onda con ampiezza doppia)

Schema della struttura dell’interferometro Specchio perpendicolare laser Specchio obliquo Specchio semitrasparente a 45° Lente divergente

Procedura per la costruzione di un interferometro laser da 100€ Tracciare gli assi ortogonali dell’interferometro e tracciare le posizioni dei supporti (squadrette) Preparare le staffe e fare sul banco i fori per le viti Tracciare l’altezza (40mm) del fascio di luce sulle squadrette Costruire il supporto regolabile Montare gli specchi terminali sulle squadrette (autoadesivi, poi colla epossidica) Montare lo specchio semiriflettente e lente divergente nel portalente Montare il laser sulla squadretta e disporlo sul banco Montare schermo sulla squadretta e disporlo sul banco Posizionare primo specchio terminale e allinearlo col laser Posizionare secondo specchio terminale (supporto regolabile) Posizionare specchio semiriflettente e centrare accuratamente il fascio riflesso sul secondo specchio terminale Orientare il secondo specchio terminale (fascio riflesso centrato su specchio semiriflettente e fasci coincidenti sullo schermo) Posizionare la lente divergente fra schermo e specchio semiriflettente, vicino allo specchio Orientare finemente (con le viti) il secondo specchio terminale in modo da vedere le frange di interferenza.

..Applicazioni pratiche dell’interferometro MISURAZIONE DI ONDE GRAVITAZIONALI “Le sfuggenti onde gravitazionali sono perturbazioni della curvatura dello spazio-tempo generate da corpi materiali in movimento accelerato: possono essere considerate analoghe alle onde elettromagnetiche emesse da particelle cariche in movimento accelerato.” Previste dalla teoria della Relatività di Einstein Individuate indirettamente da Taylor e Hulse (Nobel nel 93) Non ancora osservate direttamente (in quanto sono perturbazioni molto deboli)

IL PROGETTO “VIRGO” Rivelatore di onde gravitazionali Costituito da due bracci ortogonali lunghi 3 km ciascuna (anche se il cammino ottico è di circa 100 km per effetto delle riflessioni multiple) Sfrutta il principio dell’interferometro di Michelson Può rilevare un’onda gravitazionale per il fenomeno dell’interferenza Particolare attenzione al portare al minimo le perturbazioni esterne

Hanno partecipato: Bertini Lorenzo Biondi Bianca Biver Chiara Koci Ina Malfatti Francesco Mengali Alberto Mintchev Stefano Panettieri Enrico Sisi Fabio Soscia Gian-Luca Vallini Livia

Misurazione dell’indice di rifrazione di un gas Camera a vuoto in cui possiamo immettere aria a pressione variabile La velocità della luce subirà una variazione v= c/i Lo spostamento delle frange sullo schermo ci consente di ricavare l’indice di rifrazione

Il nostro interferometro

Il sito di Virgo a Cascina - Pisa

Scienza? . . al Dini ! XV Settimana della Cultura Scientifica Liceo Scientifico "Ulisse Dini" Via B. Croce n° 36A - Pisa Scienza? . . al Dini ! 28 - 29 - 30 Aprile 2005 Si certifica che l’alunno Fabio Sisi della classe V A ha partecipato ai lavori del Laboratorio “Interferometro: l’acchiappaonde gravitazionali” nell’ambito dell’iniziativa SCIENZA?... Al Dini ! per n°50 ore su un totale di n°50 ore Il responsabile

Alzare il volume del televisore La sfera celeste e’ stata studiata per mezzo di radiazioni elettromagnetiche, dovute a temperatura, carica, magnetismo delle stelle: l’immagine dell’universo Le onde gravitazionali, di natura completamente diversa, sono dovute alla massa dei corpi celesti. Possono portare informazioni totalmente nuove e sconosciute: il suono dell’universo Osservare le onde gravitazionali puo’ essere paragonato ad alzare per la prima volta il volume del televisore, mentre si assiste ad un concerto

Virgo - l’Edificio Centrale

STORIA DELLA VELOCITA DELLA LUCE

ALBERT MICHELSON (1852-1931) EDWARD MORLEY (1838 -1923) Albert Michelson (1852-1931) ed Edward Morley (1838-1923) pensarono di effettuare una doppia misurazione della velocità della luce, con un interferometro (molto simile a quello in funzione nel nostro laboratorio!), nella direzione del moto terrestre e in direzione opposta. Lo scopo era quello di confrontare i due risultati e di provare il moto della Terra attraverso l'etere (un materiale “inventato” molto particolare che doveva permettere la trasmissione delle onde). Il risultato negativo dell’esperienza spazzò via “l’etere” e portò a concludere che la velocità della luce non subisce alcuna influenza da parte del moto terrestre. Una spiegazione consiste nel supporre che la velocità della luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni, indipendentemente dallo stato di moto dell'osservatore. Michelson ottenne comunque un netto miglioramento nella precisione della misura di c=(299 796 ± 4) km/s (1927). Morley Michelson

ALBERT EINSTEIN (1879-1955) Albert Einstein (1879-1955) nel formulare il suo principio di relatività ha assunto proprio che la velocità della luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni, indipendentemente dallo stato di moto dell'osservatore.

BIBLIOGRAFIA Microsoft Encarta Enciclopedia SISSA Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati http://ulisse.sissa.it Liceo "Giacomo Leopardi "- RECANATI http://www.liceorecanati.it EGO European Gravitational Observatory http://www.ego-gw.it Università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro - Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali http://www.mfn.unipmn.it Sito del prof. Franco Maria Boschetto http://www.fmboschetto.it Wikipedia - Enciclopedia su internet gratuita http://it.wikipedia.org Antonio Gandolfi Gruppo Storia della Fisica dell'AIF Liceo classico G. D. Romagnosi, Parma

Interferometro con “scatolotti”

Misurazione dell’indice di rifrazione di un gas Camera a vuoto in cui possiamo immettere aria a pressione variabile La velocità della luce subirà una variazione v= c/i Lo spostamento delle frange sullo schermo ci consente di ricavare l’indice di rifrazione

Esempio di interferenza costruttiva tra scuola, università e ricerca! Domus Galileiana Giocando con la fisica e la matematica 21 Ottobre 2005 Esempio di interferenza costruttiva tra scuola, università e ricerca! M. Giovanna Guarguaglini Liceo “Ulisse Dini” Pisa www.liceodini.it