La mia ‘macchina del tempo’

1. La mia ‘macchina del tempo’ Cesare Barbieri Dipartimento di Astronomia Università di Padova

2. Scopo primario dello strumento:misurare il tempo di arrivo di ciascun fotone con una precisione migliore di 1 nanosecondo, per ore di osservazione

3. 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.

4. 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.

5. L’evoluzione della macchina 2009 2008 2020? 2012?

6. 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

7. 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.

8. 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.

9. Elettronica, controlli, dati

10. Asiago Time and Frequency Unit 10 MHz Sinusoidal 10 MHz TTL FPGA 10 MHz to 40 MHz converter Sinusoidal to TTL converter SRS FS725 Rubidium Frequency Standard 40 MHz TTL 1 PPS CAEN VME Crate GPS - Mini-T TrimbleDisciplined OCXO

11. 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.

12. In vista dell’osservatorio europeo

13. Finalmente in cima

14. Montiamo Iqueye a NTT

15. 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

16. Tramonta il giorno

17. i nostri oggetti

18. L’ultima notte di dicembre 2009

19. 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.

20. 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

21. 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.

22. 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!

23. 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.

24. 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.

25. 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 • Se qualcuno è interessato mi contatti pure.