L’esperimento LSPE (Large Scale Polarization Explorer) è un polarimetro a onde mm a bordo di un pallone stratosferico e studia la polarizzazione del fondo cosmico a microonde (CMB), con l’obiettivo di misurare il debole segnale prodotto dall’inflazione cosmica, nei primi istanti dell’evoluzione dell’universo, ad energie dell’ordine di 1016 GeV, non riproducibili in nessun laboratorio.
Lo stato di polarizzazione dei fotoni del fondo a microonde è sensibile alle perturbazioni scalari (densità) e tensoriali (onde gravitazionali) presenti al momento della ricombinazione. Infatti, la maggior parte dei fotoni CMB viene diffusa (a causa dello scattering Thomson) da elettroni liberi per l’ultima volta sull’ultima superficie di scattering. Quindi, qualsiasi anisotropia di quadrupolo presente nei fotoni incidenti sugli elettroni produce un certo grado di polarizzazione lineare dei fotoni diffusi. Al momento della ricombinazione sono presenti sia le protostrutture (perturbazioni di densità), che formeranno le galassie e gli ammassi, sia le onde gravitazionali (perturbazioni tensoriali), prodotte dall’ipotetica inflazione, ed entrambe hanno una componente di quadrupolo che genera una polarizzazione lineare del diffuso fotoni CMB. Le proprietà di simmetria, invece, sono diverse: in caso di perturbazioni scalari si genera un campo di polarizzazione irrotazionale (E-modes), mentre le perturbazioni tensoriali producono un campo di polarizzazione con componenti sia irrotazionali che rotazionali (i cosiddetti B-modes).
L’attività di LISA nell’unità INFN di Roma Tor Vergata è attualmente focalizzata, in collaborazione con gruppi di TIFPA- Università di Trento e Università della Florida, sullo sviluppo e la sperimentazione di un sistema di gestione della carica migliorato, in grado di modificare lo stato di carica del test masse tramite effetto fotoelettrico con fotoni generati da LED UV profondi.
Finora, la rilevazione dei B-mode è stata eseguita da un solo esperimento (BICEP2), a una singola frequenza (140 GHz) e su una regione limitata del cielo (poche %). Inoltre, un’analisi combinata dei dati BICEP2 e Plank ha mostrato che il risultato è molto probabilmente inquinato da un grande contributo di polvere interstellare, quindi di origine non cosmologica. Sono necessari nuovi esperimenti, con una copertura più ampia del cielo e una gamma più ampia di frequenze osservate.
L’esperimento LSPE soddisfa questi requisiti, osservando un’ampia frazione del cielo (25%) in un’ampia gamma di frequenze, tra 40 e 250 GHz. Volerà su un pallone stratosferico nella notte polare, superando così il problema della trasmissione e dell’inquinamento acustico che impediscono agli esperimenti a terra, come BICEP2, di operare in modo efficiente a frequenze superiori a 140 GHz.
All’esperimento contribuiscono attivamente le sezioni INFN di Genova (F. Gatti, Nazionale), Pisa (G. Signorelli), Roma (P. de Bernardis) e Roma Tor Vergata (A. Rocchi).