Un salto tecnologico che potrebbe cambiare il modo in cui ascoltiamo l’Universo arriva dal lavoro congiunto di tre centri di ricerca: il Gran Sasso Science Institute (L’Aquila), il Caltech di Pasadena e Google DeepMind di Londra. Qui è stato messo a punto un metodo basato su AI, chiamato Deep Loop Shaping, capace di ridurre il rumore nei rivelatori di onde gravitazionali fino a 100 volte rispetto ai sistemi di controllo tradizionali. La scoperta, appena pubblicata su Science, porta anche la firma di Jan Harms e Tomislav Andric, rispettivamente professore e ricercatore del GSSI nonché associati all’INFN.
L’annuncio arriva in un momento simbolico: a pochi giorni dal decimo anniversario della prima rilevazione diretta di onde gravitazionali, avvenuta il 14 settembre 2015. Quell’osservazione ha aperto un nuovo capitolo dell’astrofisica, permettendo di assistere a collisioni tra buchi neri e stelle di neutroni, di ricostruire il destino delle stelle più massicce e perfino di capire come si formano elementi pesanti come l’oro.
Il cuore della ricerca sta negli interferometri laser – strumenti come LIGO negli Stati Uniti, Virgo in Italia e KAGRA in Giappone – che misurano deformazioni dello spazio-tempo così minuscole da corrispondere a una frazione del diametro di un protone. Per riuscirci, gli specchi sospesi all’interno devono rimanere immobili, isolati da qualsiasi vibrazione. Qui però nasce un problema: controllare troppo poco significa specchi instabili e segnali inutilizzabili, controllare troppo significa generare “rumore di controllo” che finisce per coprire i dati preziosi.
Deep Loop Shaping affronta questo limite utilizzando simulazioni dell’ambiente del rivelatore per addestrare un algoritmo di machine learning, che trova da solo il modo ottimale di sopprimere le vibrazioni senza amplificare il rumore. Come ha spiegato Harms, il percorso è iniziato già nel 2014 e ha richiesto anni di lavoro insieme a un team internazionale di specialisti di machine learning e fisica gravitazionale.
Il nuovo sistema è stato messo alla prova sull’interferometro LIGO di Livingston, in Louisiana, dimostrando di funzionare sia nei test simulati sia nell’apparato reale. Secondo i dati pubblicati, le prestazioni sono impressionanti: fino a 100 volte di riduzione del rumore, con la prospettiva di rendere possibili centinaia di nuove osservazioni all’anno.
I ricercatori vedono in questa innovazione un tassello fondamentale per i futuri grandi osservatori come l’Einstein Telescope europeo o il Cosmic Explorer statunitense, progettati per andare ancora più in profondità nello studio del cosmo. Ma l’applicazione del metodo non si limita agli interferometri: controlli di estrema precisione come questo trovano spazio anche nella navigazione terrestre e spaziale, nella robotica e persino nella produzione di microchip.
Per Tomislav Andric, l’aspetto più sorprendente è che il sistema riesce a operare in tempo reale su strumenti tra i più delicati mai costruiti dall’uomo. «Riducendo il rumore – spiega – amplifichiamo il volume dell’Universo e possiamo ascoltarlo con maggiore chiarezza». In altre parole, ogni nuovo segnale che finora restava nascosto potrebbe rivelare fenomeni astrofisici mai osservati prima.
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