La mia ‘macchina del
tempo’
Cesare Barbieri
Dipartimento di Astronomia
Università di Padova
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Scopo primario dello
strumento:
misurare il tempo di arrivo di
ciascun fotone con una
precisione migliore di 1
nanosecondo, per ore di
osservazione
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A quale scopo?
Lo scopo finale è aprire una nuova
‘astronomia quantistica’ con l’Extremely
Large Telescope (42m) dell’ESO
Qualcuno avrà sentito parlare del
povero gattino di Schroedinger,
messo in una situazione così
assurda da non potersi affermare
con sicurezza se sia vivo o morto,
per cui dobbiamo assumere che
sia e vivo e morto, uno dei tanti
apparenti paradossi della
meccanica quantistica.
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E’ vivo o morto o in entrambi gli stati?
Per capirne di più, mi sono messo per
così dire sulla tracce del gattino, usando
come guida la luce delle stelle.
Ho costruito una nuova macchina per la
misura del tempo di arrivo di ciascun
fotone, che prima ho portato a Asiago e
poi in uno dei posti migliori al mondo per
noi astronomi, cioè la cordigliera delle
Ande in Cile.
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L’evoluzione della macchina
2009
2008
2012?
2020?
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Aqueye, l’occhio quantistico di
Asiago
Questo prototipo ci
servì per mettere a
punto l’idea,
verificare la
tecnologia e fare
delle prove vere in
cielo
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Come è fatta la macchina?
E’ abbastanza semplice, e
ne do’ qualche dettaglio
perché qualcuno di voi
potrebbe volerne una simile
per il suo telescopio.
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Ottica e rivelatori di AquEye
Abbiamo adottato il
concetto di dividere la
pupilla in 4 sottopupille
per mezzo di una
piramide.
Uno dei 4 rivelatori a conteggio di fotoni. L’efficienza
quantica supera il 50% nel visibile.
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Elettronica, controlli, dati
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Asiago Time and Frequency
Unit
10 MHz
Sinusoidal
10 MHz
TTL
FPGA
10 MHz to 40 MHz
converter
40 MHz
TTL
Sinusoidal to TTL
converter
SRS FS725 Rubidium
Frequency Standard
1 PPS
CAEN VME Crate
GPS - Mini-T Trimble Disciplined
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OCXO
Dopo questa
esperienza
costruimmo uno
strumento più
avanzato (Iqueye,
l’occhio quantistico
italiano) e iniziò il
vero viaggio
‘terrestre’ verso la
cordigliera delle
Ande, montagne
fatte apposta per gli
astronomi.
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In vista dell’osservatorio europeo
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Finalmente in cima
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Montiamo Iqueye a NTT
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Iqueye e controlli
Nel gennaio 2009 ervamano in
tanti, era la prima volta, a
dicembre 2009 eravamo già due
di meno, a luglio saranno in tre, e
il controllo sarà tutto remoto
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Tramonta il giorno
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i nostri oggetti
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L’ultima notte di dicembre 2009
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Come si presentano i dati?
Aqueye e Iqueye sono essenzialmente
fotometri ad apertura fissa (selezionabile).
Quindi NON producono immagini ma
lunghe stringhe di tempi di arrivo di
ciascun fotone.
Queste stringhe possono essere
visualizzate in vario modo, ad es.
‘binnandole’ su intervalli arbitrari, senza
perdere l’informazione originaria.
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Esempio: la pulsar del Granchio
La macchina è stata usata con gran successo nello
studio della pulsar nella cosiddetta nebulosa del
Granchio (Crab Nebula), che è visibile sia da Asiago
che da La Silla
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La pulsar Crab - 1
I dati dai 4 canali ‘binnati’ a 1 secondo mostrano la
capacità di fare fotometria ‘convenzionale’. I segnali
dai 4 canali possono essere ordinati in un’unica stringa
se non serve la fotometria simultanea multicolore.
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La pulsar Crab - 2
L’autocorrelazione e l’analisi di Fourier sui dati binnati a 1
millisecondo mostrano senz’ombra di dubbio che il segnale
ha una frequenza di base e varie armoniche.
Ma con NTT era tutto più facile, vedevamo uno per uno i
singoli impulsi!
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Transiti di pianeti extrasolari
• Nel prossimo utilizzo a NTT, una
decina di notti tra luglio e e agosto
2010, ci concentreremo soprattutto
sulla osservazione a altissima
risoluzione temporale di transiti di
pianeti extra-solari.
• I 4 canali ci serviranno per fotometria
multicolore simultanea.
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Vantaggi della macchina
Ricordiamo anzitutto i vantaggi:
- Semplicità e robustezza, non c’è alta tensione,
non c’è raffreddamento, si possono osservare
oggetti molto brillanti, anche il sole
- Rivelatori con buona efficienza quantica nel
visibile, e prodotti in Italia
- Determinazione precisa dei tempi di arrivo
- Estesissima dinamica, lo strumento è lineare
su almeno 10 magnitudini.
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Possiamo semplificare la macchina?
Certamente:
-Per telescopi ‘piccoli’ bastano rivelatori piccoli (anche
con accoppiamento a fibra ottica)
-- se non si vuole la fotometria multicolore simultanea
basta 1 canale (magari 2 per vedere contemporaneamente
una stella di riferimento o il cielo)
- per fotometria usuale non serve il nanosecondo, spesso ci
si può accontentare del millisecondo, e se proprio si è
esigenti del microsecondo, ma è ormai tecnologia usata in
tanti campi e a basso costo.
- i PC e le memorie di massa sono anche a bassissimo
costo
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-Se qualcuno è interessato mi contatti pure.
