Da quando l'uomo ha lanciato nello spazio siderale le sonde e i satelliti artificiali, davanti ai suoi occhi si è spalancato un nuovo universo e si sono enormemente arricchite le sue conoscenze, specialmente riguardo alla radiazione elettromagnetica. Ottenuta soprattutto grazie allo straordinario sviluppo della tecnologia elettronica e meccanica, questa importante crescita scientifica è ricca di implicazioni che coinvolgono anche il controllo e l'uso dell'ambiente in cui viviamo (basti pensare alle telecomunicazioni). In questo libro l'autore descrive i più importanti esperimenti spaziali effettuati per la verifica della Relatività generale, e analizza quelli più recenti per la ricerca delle onde gravitazionali, le cui sorgenti si trovano probabilmente nei grandi sistemi astrofisici: buchi neri, supernovae e sistemi binari di corpi collassati, per citare solo i più noti. Argomento di particolare interesse, dunque, perché l'eventuale scoperta delle onde gravitazionali non solo ci insegnerà molto sulla gravitazione, ma probabilmente rivoluzionerà le nostre idee sull'universo, inaugurando con esso un nuovo, più intenso rapporto.

Prefazione 1. Elementi di relatività generale 1.1. Introduzione 1.2. Qualche elemento di calcolo tensoriale 1.3. Intervalli di tempo e distanze 1.4. La derivazione covariante 1.5. Le curve geodetiche 1.6. Il tensore di Riemann 1.7. Tensore di Ricci e scalare di curvatura 1.8. Le equazioni del campo gravitazionale 1.9. Le equazioni di Newton 2. Sorgenti di onde gravitazionali 2.1. Introduzione 2.2. Onde gravitazionali 2.3. Soluzione all'equazione ℓ ℓ hik = 0 2.4. Trasporto dell'energia di un campo gravitazionale 2.5. Sorgenti di onde gravitazionali 2.5.1. Stelle rotanti – 2.5.2. Sistemi di stelle doppie – 2.5.3. Radiazione da collassi gravitazionali 2.6. La metrica di Schwarzschild 2.7. Orizzonte degli eventi 2.8. Perturbazioni di un buco nero 2.8.1. Perturbazioni polari – 2.8.2. Perturbazioni assiali – 2.8.3. Stabilità dei buchi neri rispetto alle piccole perturbazioni – 2.8.4. Modi quasi normali di un buco nero 2.9. Modello di stella 2.10. Perturbazione di una stella 3. Esperimenti di gravitazione 3.1. Esperimenti gravitazionali 3.2. Verifiche del principio di equivalenza 3.3. Esperimento di Pound e Rebka 3.4. Il tempo proprio 3.5. Esperimenti su misure di tempo 3.5.1. Confronto fra orologi 3.6. Deflessione dei raggi luminosi 3.7. Ritardo dei segnali elettromagnetici 3.8. Precessione del periastro 3.9. Momento di quadruplo del Sole 3.10. Prova indiretta dell'esistenza di onde gravitazionali 3.11. Esperimento del giroscopio di Stanford 4. Misurazioni di G 4.1. Un po' di storia 4.2. Perché misurare G' 4.3. Misurazioni di G 4.4. Futuri esperimenti per la determinazione di G 5. Rivelazione di onde gravitazionali 5.1. La deviazione geodetica 5.2. Rivelazione delle onde gravitazionali 5.3. Esempi di soluzioni in casi particolari 5.3.1. Perturbazione a delta – 5.3.2. Onda monocromatica – 5.3.3. Pacchetto d'onda sinusoidale – 5.3.4. Pacchetto d'onda esponenziale 5.4. Interazione dell'onda gravitazionale con una sbarra cilindrica 125 5.5. Uso delle ceramiche piezoelettriche per misurare le vibrazioni di antenne risonanti 5.6. Sezione d'urto 6. Elementi di teoria dei segnali 6.1. Sistemi e segnali 6.2. Processi stocastici 6.3. Spettri di potenza 6.3.1. Esempio di filtro passa basso 6.4. Banda equivalente 6.5. Correlazioni e spettri incrociati 6.6. Rumore 6.7. Rumore nei circuiti elettrici 7. Il moto browniano 7.1. Introduzione 7.2. Moto browniano di un oscillatore semplice 7.3. Parametri equivalenti 8. Trasduttori e funzionamento del lock-in 8.1. Trasduttore elettromeccanico 8.2. Il lock-in 8.3. Studio del sistema sbarra+lock-in 9. Algoritmi di filtraggio dati 9.1. Il rapporto segnale-rumore: SNR 9.2. Algoritmo di filtraggio diretto 9.3. Filtro ZOP per l'analisi dei dati sperimentali 9.4. Filtro di Wiener-Kolmogorov 9.5. Teorema del campionamento 9.6. Aliasing 9.7. Filtro di Wiener adattativo 9.8. Analisi nel continuo dell'antenna gravitazionale: filtro adattato 9.9. Campionamento veloce 9.10. Ricerca di eventi 10. Filtri meccanici 11. Trasduttori risonanti 11.1. Introduzione 11.2. Scelta del tipo di risonatore 11.3. Accoppiamento del risonatore con l'antenna 11.4. Il fattore di merito del trasduttore risonante 11.5. Calcolo del βQ 12. Strategie di misura quantistiche non distruttive 13. Sistemi criogenici 13.1. Uso della criogenia nella rivelazione di onde gravitazionali 14. SQUID 14.1. DC-SQUID 14.2. Limite quantistico della temperatura di rumore di un amplificatore 14.3. Fisica dello SQUID 14.4. Il flussoide 14.5. La giunzione Josephson 14.6. Considerazioni generali 14.7. Caratteristiche costruttive del DC-SQUID 14.8. Principi di funzionamento del DC-SQUID 14.9. Il DC-SQUID come amplificatore di corrente 14.10. Rumori negli SQUID 14.11. Come lo SQUID è collegato al resto dell'esperimento 15. Interferometri laser e larghezza di banda delle antenne risonanti 15.1. Antenna interferometrica 15.2. Larghezza di banda delle antenne risonanti 16. Coincidenze 16.1. Introduzione 16.2. Dati ottenuti con due o più rivelatori. Bibliografia. Indice analitico.