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VIRGO

Virgo è un interferometro laser con due bracci perpendicolari lunghi 3 km: il suo scopo è rilevare le onde gravitazionali provenienti da sorgenti astrofisiche. È ospitato presso l’Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO), nella campagna vicino a Pisa, in Italia.

Vista di Virgo presso EGO
Il rivelatore è un interferometro di Michelson, capace di rilevare le minuscole variazioni di lunghezza nei suoi due bracci da 3 km (1,9 miglia) indotte dal passaggio delle onde gravitazionali. La precisione richiesta è raggiunta grazie a numerosi sistemi che lo isolano dal mondo esterno, tra cui il mantenimento degli specchi e della strumentazione in ultra-alto vuoto e la loro sospensione tramite complessi sistemi di pendoli.

Uno dei due tunnel lunghi 3 km dove la luce dei laser si propaga


La Collaborazione Virgo lavora insieme agli scienziati della Collaborazione Scientifica LIGO e della Collaborazione KAGRA per formare la Collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). La Collaborazione LVK è una rete di scienziati che coordina e collabora sia nell’operazione dei rivelatori che nella produzione dei risultati scientifici.

Attivita’

Il gruppo Virgo di Bologna è formato da diversi colleghi del “Dipartimento di Fisica e Astronomia ‘Augusto Righi’ dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna” (DIFA), e della “Sezione di Bologna dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare” (INFN-Bo), ed è entrato a far parte della collaborazione Virgo nel febbraio 2025.
Gli interessi scientifici e tecnologici sono distribuiti su diversi ambiti di ricerca e coprono tutte le principali attività di Virgo, come segue.

Analisi dei Dati

Gli interessi principali riguardano l’utilizzo delle onde gravitazionali (GW) come sonde cosmologiche, la ricerca di segnali transitori (brevi e lunghi) e l’astrofisica multi-messaggera. Inoltre, è previsto un contributo attraverso lo sviluppo di pipeline per l’analisi di GW simulate e di dati multi-messaggeri, incluso lo studio e l’implementazione di pipeline innovative basate su approcci di Machine Learning. L’attività del gruppo sarà inserita nell’analisi CBC con il contributo di nuove forme d’onda. L’attività include la ricerca di evidenze di discretizzazione dell’area nei dati delle coalescenze di sistemi binari compatti (CBC). A partire dalle forme d’onda previste dalla Relatività Generale (GR), l’obiettivo è calcolare gli effetti suggeriti dalla quantizzazione dell’area. Ciò comporta l’uso di una metrica specifica sviluppata da colleghi in India e INFN-Bologna, che incorpora una scala di lunghezza fondamentale nello spaziotempo. Lo scopo è stimare una nuova forma d’onda che includa questi effetti. Questa forma d’onda modificata sarà poi applicata ai dati per determinare se la GR standard sia sufficiente entro i margini di errore o se vi siano indizi che richiedano l’inclusione di tali effetti di quantizzazione.
L’analisi burst si concentrerà su due aree principali: il miglioramento e l’ottimizzazione della pipeline burst WDF per la ricerca all-sky di segnali brevi e la sua applicazione alla ricerca di segnali da collasso di supernovae (CCSN). Inoltre, verrà integrato uno stadio di machine learning nella pipeline WDF per analizzare le coincidenze tra i tre rivelatori.

Calcolo

L’interesse principale è lo sviluppo di schede elettroniche basate su FPGA e del relativo firmware, per implementare flussi di lavoro a bassa latenza e progettazione di algoritmi paralleli, acquisizione dati (DAQ) in tempo reale/online e processamento dati, sincronizzazione temporale con la tecnologia White Rabbit per una temporizzazione accuratissima e stabilità dell’orologio, tecniche software e di calcolo incluso l’uso di workflow di Intelligenza Artificiale e la progettazione di modelli di dati e calcolo. Collaboreremo anche con il centro CNAF per l’implementazione di pipeline di ricerca GW e multimessaggera.

Operazioni

Caratterizzazione del Rivelatore
I membri con grande esperienza nell’analisi dei dati Virgo per lo studio del rumore del rivelatore potranno contribuire all’analisi del rumore Virgo e al testing di nuove pipeline per la classificazione dei segnali transitori dovuti al rumore. Lo studio e la messa in produzione di soluzioni basate su ML per l’identificazione dei glitch farà parte dell’attività del gruppo DIFA-INFN, con l’obiettivo di supportare il gruppo di noise hunting.

Rivelatore

  • Rivestimenti (Coating): studi esplorativi su materiali come ossidi, utili anche come attività di R&S per Virgo Next.
  • Elettronica: membri del gruppo sono già coinvolti nello studio e produzione di schede elettroniche per SAT in collaborazione con altri gruppi della collaborazione Virgo.

Commissioning (ENV)
Il gruppo di geofisica del DIFA vanta un’esperienza decennale nella modellizzazione teorica e nell’analisi del rumore sismico e ambientale. Le sue applicazioni hanno riguardato la caratterizzazione del suolo e l’imaging della litosfera, l’inversione congiunta di deformazioni e risposte sismiche, la rilevazione e comprensione di processi ambientali a bassissima frequenza e profondi della Terra. La ricerca si basa sia su modellizzazione che su esperimenti, fornendo vincoli ideali per la riduzione del rumore e la caratterizzazione del rivelatore. Contribuiremo all’ulteriore caratterizzazione del sito tramite competenze in sismicità e rumore sismico, stabilità dei versanti e frane, studi dello stress in situ, determinazioni di spostamenti verticali ad alta precisione mediante gravimetria di nuova generazione, modelli di deformazione.

Formazione e Didattica

Attraverso i corsi di Laurea, Magistrale e Dottorato del DIFA (con oltre 130 studenti iscritti ogni anno) e il contributo dell’unità INFN e dell’INAF al dottorato DIFA, il gruppo avrà anche un ruolo unico nell’offrire un ambiente formativo dove studenti e giovani ricercatori potranno acquisire competenze all’interno della collaborazione Virgo.

Il gruppo VIRGO a Bologna

Member Role Main  Institution Virgo Role Interests
Elena Cuoco Professore Ordinario DIFA Group Leader

Data analysis: Burst analysis, Machine Learning, detector characterization

Riccardo Travaglini Primo tecnologo INFN-BO INFN-BO local representative Electronics: Mirror Position Control

Gabriele Balbi

 Tecnologo INFN-BO    Electronics: Mirror Position Control

Alessandro Pesci

 Primo Ricercatore INFN-BO   
Data analysis: CBC

Nicola Borghi 

 Assegnista di ricerca DIFA  
Data analysis: Cosmology

Matteo Tagliazucchi

 Dottorando DIFA  
Data analysis: Cosmology

Maurizio Spurio

 Professore Ordinario DIFA  
Data Analysis: Multimessenger physics. External coincidences

Annarita Margiotta

 Professoressa associata DIFA  
Data Analysis: Multimessenger physics. External coincidences

Beatrice Fraboni

 Professore Ordinario DIFA  
Detector: Coating techniques

Sara Cepic

 Dottoranda DIFA  
Detector: Coating techniques

Luca Pasquini

 Professore Ordinario DIFA  
Detector: Coating techniques

Daniele Bonacorsi

 Professore Ordinario DIFA  
Low latency. Low latency system architecture

Luca De Siena

 Professore Associato DIFA  

Detector characterization “Monitoring known or new DQ issues” Commissioning/ENV

Enrico Paolucci 

 RTDA DIFA  

Detector characterization “Monitoring known or new DQ issues” Commissioning/ENV

Enrico Gianfranco Campari

 Professore Associato DIFA  

Detector: Coating techniques

Simone Dall’Osso

   INAF  

 

Antonio Ghinassi

 Laureando DIFA  

Data analysis: Machine Learning

Maria Giuliana Stratta

 Ricercatrice INAF  

 

Giovanni Mastropasqua

 Tecnico Elettronico INFN-BO  

Electronics: Mirror Position Control

Immagini e Link

Alcuni membri del gruppo di Bologna in visita a Virgo