Visualizza wikitesto di BICEP

{{nd|il duo di musica dance|Bicep}}
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{{Telescopio
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'''''Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization''''' ('''BICEP''', bicipite in inglese) è un [[Esperimenti sulla radiazione cosmica di fondo|esperimento]] di [[astrofisica]] e [[cosmologia (astronomia)|cosmologia]] il cui scopo è la misura della [[polarizzazione della radiazione elettromagnetica|polarizzazione]] della [[radiazione cosmica di fondo]]. In particolare, l'esperimento scientifico punta a scoprire e misurare i [[Modo B|modi B]] della radiazione di fondo, che si suppone abbiano avuto origine durante l'[[Inflazione (cosmologia)|epoca dell'inflazione cosmica]] verificatasi poco dopo il [[Big Bang]].

BICEP ha conosciuto tre generazioni di strumenti: '''BICEP1''', '''BICEP2''', e '''Keck Array'''; inoltre nella [[estate|stagione estiva]] [[emisfero australe|australe]] 2014-15 avranno inizio le misurazioni con la nuova strumentazione '''BICEP3'''.

== Scopo ==
Lo scopo dell'esperimento BICEP è la misura della [[polarizzazione della radiazione elettromagnetica]] di cui è costituito il fondo cosmico a microonde<ref name="bicep_caltech">{{Cita web |url=http://bicep.caltech.edu/public/ |titolo=BICEP: Robinson Gravitational Wave Background Telescope |editore=[[California Institute of Technology|Caltech]] |accesso=13 marzo 2014 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140318045719/http://bicep.caltech.edu/public/ |urlmorto=sì }}</ref>.
Nello specifico, intende misurare i [[modi B]] (la componente [[Rotore (matematica)|rotazionale]]) della polarizzazione del fondo cosmico<ref name="CaltechPressRelease">{{Cita web |url=http://media.caltech.edu/press_releases/13201 |editore=Caltech |titolo=W.M. Keck Foundation Gift to Enable Caltech and JPL Scientists to Research the Universe's Violent Origin |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120302003022/http://media.caltech.edu/press_releases/13201 }}</ref>.

La rilevazione dei modi B permetterebbe di verificare l'esistenza di una [[radiazione gravitazionale di fondo]], un residuo lasciato dall'[[Inflazione (cosmologia)|inflazione cosmica]] e originato da vari fattori di natura casuale<ref name="LIGO">{{cita web |url= http://www.ligo.org/science/GW-Stochastic.php | titolo= Stochastic Gravitational Waves|editore = [[LIGO]] |accesso= 17 marzo 2014}}</ref>. Ne conseguirebbe una prova sia dell'esistenza delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] primordiali (dopo l'osservazione diretta da parte della collaborazione LIGO-VIRGO di quelle generate dalle coalescenze di buchi neri), sia dell'ipotesi inflazionaria. Inoltre, la rilevazione di tali modi di oscillazione permetterebbe di osservare l'[[Storia dell'universo|evoluzione dell'universo]] in un'epoca molto vicina al [[Big Bang]], in una scala temporale valutata tra i 10<sup>−36</sup> e i 10<sup>−32</sup> secondi dopo l'evento iniziale<ref name="LIGO"/>, e alla relativa [[Fisica delle particelle|scala di alte energie]]. L'osservazione del fondo cosmico a microonde, originatosi circa {{M|380000}} anni dopo il Big Bang, permette di studiare tramite la radiazione elettromagnetica lo stato dell'[[Universo]] in quel particolare periodo. Nell'epoca precedente non era presente radiazione elettromagnetica libera, quindi una possibile alternativa per studiare l'[[Universo]] nello stadio iniziale sarebbe l'utilizzo delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]]. Con BICEP non sono state ancora ottenute misure dirette delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]], ma solo prove indirette: la misura effettuata da BICEP indica un'interazione tra le [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] e la [[radiazione cosmica di fondo]]. 
Nel marzo 2014 è stato annunciato il risultato della collaborazione BICEP2 che mostrerebbe le prime evidenze sperimentali dirette dell'inflazione cosmica<ref name= News>{{cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/news/2014-05|titolo=First Direct Evidence of Cosmic Inflation|accesso=18 marzo 2014}}</ref>. Il risultato sarà da verificare con ulteriori esperimenti che aiuteranno a scegliere il modello teorico migliore per descrivere l'evoluzione dell'Universo<ref name = mediaINAF>[http://www.media.inaf.it/2014/03/17/inflazione-bicep-harvard/ Media INAF: Inflazione, c'è la prova]</ref>.

== Strumentazione ==
BICEP<ref>{{cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/bicep/|titolo=BICEP web site|urlmorto=sì}}</ref> opera nell'[[emisfero australe]], in [[Antartide]], dalla [[Base Amundsen-Scott|base permanente Amundsen–Scott]] del [[Polo sud]]<ref name="bicep_caltech" />.

{| class="wikitable" style="float: right;"
|+ | Principali caratteristiche della strumentazione BICEP
|-
! Strumento !! Inizio !! Fine !! Frequenza !! Num. sensori!! Fonte
|-
| rowspan=2 | [[#BICEP|BICEP]] || rowspan=2 | 2006 || rowspan=2 | 2008 || 100&nbsp;GHz || 98 ||<ref name="bicep_caltech" /><ref name="CaltechPressRelease" />
|-
| 150&nbsp;GHz || 98 ||<ref name="bicep_caltech" />
|-
| [[#BICEP2|BICEP2]] || 2010 || 2012 || 150&nbsp;GHz || 512 ||<ref name="keck_instrument">{{Cita web |url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/instrument.html/ |titolo=Instrument - Keck Array South Pole |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140311005004/http://www.cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/instrument.html |urlmorto=sì }}</ref>
|-
| rowspan=2 | [[#Keck Array|Keck Array]] || 2011 || — || 150&nbsp;GHz || 2560 (2011-13)<br />1536 (2013-) ||<ref name="keck_instrument" />
<ref name="keck">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/ |titolo=Keck Array South Pole |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>
|-
|| 2013 || — || 100&nbsp;GHz || ||<ref name="keck" />
|-
| [[#BICEP3|BICEP3]] || 2014 || — || 100&nbsp;GHz || 2560 ||<ref name="bicep3">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/bicep3/ |titolo=BICEP3 |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>
|}

=== BICEP1 ===
Il primo strumento BICEP ha osservato il cielo nello [[spettro elettromagnetico]] compreso tra 100 e 150&nbsp;GHz, rispettivamente con una [[risoluzione angolare]] di 1,0 e 0,7 gradi. Disponeva di un array di 98 sensori, sensibili alla polarizzazione del fondo cosmico a microonde<ref name="bicep_caltech" />. La strumentazione di BICEP venne realizzata come prototipo in vista di ulteriori miglioramenti. Iniziò l'osservazione nel gennaio [[2006]]<ref name="CaltechPressRelease" />, le misure sono proseguite fino alla fine del [[2008]]<ref name="bicep_caltech" />.

[[File:South pole spt dsl.jpg|thumb|A destra BICEP2, a sinistra il [[South Pole Telescope]]]]
=== BICEP2 ===
La seconda generazione di strumenti è stata BICEP2<ref name="bicep2">{{Cita pubblicazione|url=http://adsabs.harvard.edu/abs/2010SPIE.7741E..40O |titolo=The BICEP2 CMB polarization experiment |editore=Proceedings of SPIE |volume=7741 |p=11 |anno=2010 | doi=10.1117/12.857864}}</ref>, che ha operato dal [[2010]] fino al [[2012]]. Tra i miglioramenti attuati, si è riuscito a ottenere una velocità di mappatura 10 volte superiore rispetto a BICEP1, aumentando il numero di sensori fino a 512. I dati raccolti hanno permesso di giungere nel [[2014]] a una prima misura dei ''modi B'' della [[radiazione cosmica di fondo]], una possibile prova dell'esistenza delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] primordiali e dell'ipotesi della teoria dell'[[Inflazione (cosmologia)|universo inflazionario]].<ref name="bicep2 I">{{Cita pubblicazione |url=http://bicepkeck.org/b2_respap_arxiv_v1.pdf |titolo=BICEP2 I: Detection of B-mode Polarization at degree angular scales |editore=Preprint TBD Journal |anno=2014 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140317155352/http://bicepkeck.org/b2_respap_arxiv_v1.pdf }}</ref><ref name="bicep2 II">{{Cita pubblicazione |url=http://bicepkeck.org/b2_respap_arxiv_v1.pdf |titolo=BICEP2 II: Experiment and Three-Year data set |editore=Draft Version |anno=2014 |urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140317155352/http://bicepkeck.org/b2_respap_arxiv_v1.pdf }}</ref>

=== Keck Array ===
Il Keck Array consiste di cinque [[polarimetro|polarimetri]]. I primi tre iniziarono le loro osservazioni nell'[[estate]] [[emisfero australe|australe]] 2010-11; altri due iniziarono le loro osservazioni nel 2012. Tutti e cinque hanno osservato il cielo alla frequenza di 150&nbsp;GHz fino 2013, quando due di essi furono convertiti per l'osservazione a 100&nbsp;GHz<ref name="keck" />. Ciascun polarimetro consiste di un [[telescopio rifrattore]] (per minimizzare gli [[Errore sistematico|errori sistematici]]), che sono raffreddati a {{M|4|ul=K}} da un refrigeratore ''pulse tube'', e di un array di piani focali di 512 microcalorimetri a transizione di fase raffreddati a 250&nbsp;mK, per un totale di 2560 sensori<ref name="keck_instrument" />.

Il progetto è stato finanziato con una donazione di 2,3 milioni di dollari statunitensi dalla [[W. M. Keck Foundation]], a cui si aggiunge il sostegno finanziario della [[National Science Foundation]], della [[Gordon and Betty Moore Foundation]], della James and Nelly Kilroy Foundation e della [[Barzan Foundation]]<ref name="CaltechPressRelease" />.

=== BICEP3 ===
BICEP3 consisterà di 2560 sensori per osservare la radiazione alla frequenza di 100&nbsp;GHz. Sarà messo in opera nella [[estate|stagione estiva]] [[emisfero australe|australe]] del 2014-15.<ref name="bicep3" />

=== BICEP Array ===
Il Keck Array è stato sostituito dal BICEP Array, che consiste in quattro telescopi simili a BICEP3, per un totale di circa {{formatnum:32000}} sensori<ref>{{Cita web|url=https://arxiv.org/abs/2111.14785|titolo=
BICEP Array: 150 GHz detector module development|autore=|data=29 novembre 2021|lingua=en|accesso=8 gennaio 2024}}</ref>, su una montatura comune, operanti a 30/40, 95, 150 e 220/270 GHz.<ref>{{Cita pubblicazione|titolo=Design and Performance of the First BICEP Array Receiver|nome1=Alessandro |cognome1=Schillaci |rivista=Journal of Low Temperature Physics|volume=199 |numero=3–4 |pp=976-984 |data=17 febbraio 2020|doi=10.1007/s10909-020-02394-6 |bibcode=2020JLTP..199..976S |arxiv=2002.05228|url=http://orca.cf.ac.uk/130169/1/2002.05228.pdf}}</ref> L'installazione è iniziata tra le stagioni osservative 2017 e 2018. L'installazione completa è prevista per la stagione osservativa del 2020.<ref name=BICEPArray>{{cita web|titolo=BICEP Array - Caltech Observational Cosmology |url=http://cosmology.caltech.edu/projects/BICEP_Array |sito=cosmology.caltech.edu |lingua=en}}</ref><ref name="aps_physics_20201030">{{Cita pubblicazione|cognome1=Rini |nome1=Mateo |titolo=Hunting Season for Primordial Gravitational Waves |rivista=APS Physics |data=30 ottobre 2020 |volume=13 |p=164 |doi=10.1103/Physics.13.164 |url=https://physics.aps.org/articles/v13/164 |accesso=10 novembre 2020}}</ref>

Secondo il sito web del progetto: "BICEP Array misurerà il cielo polarizzato in cinque bande di frequenza per raggiungere una sensibilità finale all'ampiezza delle IGW [onde gravitazionali inflazionarie] di σ(r) < 0,005" e "Questa misura sarà un test definitivo dei modelli di slow-roll dell'inflazione, che generalmente prevedono un segnale di onde gravitazionali superiore a circa 0,01."<ref name=BICEPArray />

== Osservazioni ==
[[File:PIA17993-DetectorsForInfantUniverseStudies-20140317.jpg|thumb|[[Piano focale]] del [[radiotelescopio]] usato dall'esperimento BICEP2 per rivelare indirettamente le [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] dell'[[Inflazione (cosmologia)|universo inflazionario]]<ref>[http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-082 NASA Technology Views Birth of the Universe]</ref>]]
I tre esperimenti hanno compiuto misurazioni sulla stessa area del cielo, intorno al [[stella polare|polo sud celeste]]<ref name="bicep_caltech" /><ref name="keck_instrument" />.

=== Risultati ===
Nel mese di marzo 2014, è stato annunciato che l'esperimento BICEP2 ha rilevato tracce dei ''modi-B'' lasciati dalle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] nella [[radiazione cosmica di fondo]] dell'[[Cronologia del Big Bang#Le ere dell'Universo|Universo primordiale]] dopo il [[Big Bang]]. L'annuncio ufficiale è stato dato il 17 marzo 2014 in una [[conferenza stampa]] tenuta presso lo [[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]]<ref name="B-Modes">{{Cita news|url=https://www.theguardian.com/science/2014/mar/14/gravitational-waves-big-bang-universe-bicep |titolo=Gravitational waves: have US scientists heard echoes of the big bang? |editore=[[The Guardian]] |data=14 marzo 2014 |accesso=14 marzo 2014}}</ref>. La misura potrebbe essere una prova dell'[[Inflazione (cosmologia)|inflazione cosmica]], la repentina espansione dell'[[Universo]] che si sarebbe verificata circa 10<sup>−35</sup> secondi dopo il [[Big Bang]].<ref name = mediaINAF/> La [[Polarizzazione della radiazione elettromagnetica|polarizzazione]] della [[radiazione cosmica di fondo]] dovrebbe essersi generata tramite l'interazione tra le [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]] e la radiazione a microonde stessa. Questa misura sarebbe quindi un'ulteriore prova indiretta dell'esistenza delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]]. I dati analizzati da BICEP2 hanno prodotto una misura del rapporto <math>r</math> tra le fluttuazioni tensoriali (dei “modi B” primordiali, dovute alle onde gravitazionali) e le fluttuazioni scalari (in densità).<ref name = mediaINAF/><ref>[https://www.newscientist.com/article/dn25235-first-glimpse-of-big-bang-ripples-from-universes-birth.html#.UydmLqh5OSr New Scientist: First glimpse of big bang ripples from universe's birth]</ref> Il rapporto è stato misurato con un'altissima precisione (7 sigma, superiore al limite di 5 sigma), il valore trovato<ref name="bicep2 I"/><ref name="bicep2 II"/> corrisponde a r&nbsp;=&nbsp;{{M|0.2|0.07|-0.05}}, ben superiore rispetto al limite superiore r&nbsp;=&nbsp;0,1, suggerito dagli esperimenti precedenti [[WMAP]] e [[Planck Surveyor|Planck]].<ref name = mediaINAF/>

L'articolo scientifico<ref name="PRL-20140619">{{Cita pubblicazione |cognome=Ade|nome=P.A.R.|coautori=[[et al.]] (BICEP2 Collaboration) |titolo=Detection of B-Mode Polarization at Degree Angular Scales by BICEP2 <!--|url=http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.241101--> |data=19 giugno 2014 |rivista=[[Physical Review Letters]] |volume=112 |p=241101 |doi=10.1103/PhysRevLett.112.241101 | url = https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.112.241101 | formato=PDF|accesso=24 dicembre 2014 |arxiv = 1403.3985 |bibcode = 2014PhRvL.112x1101A| lingua= en }}</ref> pubblicato il 19 giugno 2014 contiene una nota aggiunta in appendice in cui si discute della possibile influenza che la [[polvere interstellare|polvere cosmica]] abbia avuto sulla misura. Il 19 settembre 2014 la collaborazione [[Planck Surveyor|Planck]] ha pubblicato i risultati<ref name="AXV-20140919">{{Cita pubblicazione |autore=Planck Collaboration Team |titolo=Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes |url=https://arxiv.org/abs/1409.5738 |data=19 settembre 2014 |arxiv=1409.5738 |accesso=24 dicembre 2014|lingua= en }}</ref> della misura della polarizzazione causata dalla [[polvere interstellare|polvere galattica]], ridimensionando l'importanza dei risultati della collaborazione BICEP: l'effetto causato dalla polvere galattica è della stessa dimensione della polarizzazione misurata da BICEP2.

== Collaborazioni ==
Le istituzioni scientifiche coinvolte nei vari strumenti sono: il [[California Institute of Technology|Caltech]], l'[[Università di Cardiff]], l'[[Università di Chicago]], l'[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]], il [[Jet Propulsion Laboratory]], l'[[Università del Minnesota]] e l'[[Università di Stanford]] (per tutti gli esperimenti), l'[[Università della California, San Diego]] (BICEP1 e 2), il [[National Institute of Standards and Technology]] (NIST) e l'[[Università della Columbia Britannica]] (BICEP2 e Keck Array)<ref>{{Cita web|lingua=it-IT|autore=mfreguglia@sportivi.it|url=https://correre.it/sofia-fatigoni-unastrofisica-che-corre-tra-le-stelle-e-i-ghiacci-del-polo-sud/|titolo=Sofia Fatigoni, l'astrofisica che corre al Polo Sud|sito=Correre|data=2025-02-04|accesso=2025-02-18}}</ref>, la [[Case Western Reserve University]] (Keck Array) e l'[[Università di Toronto]] (BICEP2, Keck Array, BICEP3)<ref name="CaltechPressRelease" />
<ref name="bicep1_collaboration">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/bicep1/collaboration.html |titolo=BICEP1 Collaboration |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>
<ref name="bicep2_collaboration">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/bicep2/collaboration.html |titolo=Collaboration - BICEP2 South Pole |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>
<ref name="keck_collaboration">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/collaboration.html |titolo=Collaboration - Keck Array South Pole |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>
<ref name="bicep3_collaboration">{{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/bicep3/collaboration.html |titolo=BICEP3 Collaboration |editore=[[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] |accesso=14 marzo 2014}}</ref>. Il progetto Keck Array è stato guidato da [[Andrew Lange]]<ref name="CaltechPressRelease" />.

== Note ==
<references/>

== Voci correlate ==
* [[Esperimenti sulla radiazione cosmica di fondo]]
* [[Big Bang]]
* [[Cronologia del Big Bang]]
* [[Radiazione cosmica di fondo]]
* [[Inflazione (cosmologia)]]
* [[Onda gravitazionale]]

== Altri progetti ==
{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==
* {{Cita web|url=https://www.cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/|titolo=Pagine web ufficiali dell'esperimento}}

{{Portale|astronomia|fisica}}

{{DEFAULTSORT:Bicep}}
[[Categoria:Radiotelescopi]]
[[Categoria:Esperimenti di fisica]]
[[Categoria:Esperimenti radiazione cosmica di fondo]]