Esperimenti sulla radiazione cosmica di fondo
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Dalla scoperta nel 1964 della radiazione cosmica di fondo, da parte degli astronomi Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson, si sono susseguiti una varietà di esperimenti finalizzati alla ricezione e allo studio della CMB. Tra i tanti esperimenti, i più importanti sono stati:
- COBE, il primo esperimento che ha misurato le temperature delle anisotropie nella CMB, scoprendo anche che presenta uno spettro elettromagnetico simile ad un corpo nero.
- DASI, il primo a determinare il segnale di polarizzazione della CMB.
- Telescopio CBI, il primo ad ottenere osservazioni in alta risoluzione, e il primo ad ottenere lo spettro di polarizzazione E-mode.
- WMAP, l'esperimento che ha dato osservazioni della CMB a più alta risoluzione.
La progettazione degli esperimenti cosmica di fondo è un compito molto impegnativo. I maggiori problemi sono i ricevitori, le ottiche del telescopio e l'atmosfera. Sono state sviluppate molte tecnologie per i ricevitori a microonde, come l'HEMT, il superconduttore-isolante-superconduttore, il circuito integrato monolitico a microonde e il bolometro. Generalmente, gli esperimenti montano complicati sistemi di criogenia per mantenere bassa la temperatura dell'amplificatore. Altri esperimenti consistono in uno o più interferometri, che si limitano a misurare le fluttuazioni spaziali dei segnali provenienti dal cosmo, e sono insensibili alla temperatura media di fondo di 2,7 K.
Un altro problema per questi esperimenti è il rumore 1/f intrinseco a tutti i rilevatori. Solitamente, gli esperimenti vengono progettati in maniera tale da minimizzare questo tipo di rumore. Per minimizzare i lobi secondari del segnale, i gruppi ottici solitamente usano elaborati sistemi di lenti e antenne a tromba alimentate. Infine, l'atmosfera è un problema perché l'acqua assorbe le radiazioni a microonde (principio utilizzato nei forni a microonde): essendo la radiazione di fondo un segnale alla lunghezza d'onda delle microonde, questo problema ne rende difficoltosa l'osservazione da terra. Per questo, lo studio della CMB fa sempre più uso di esperimenti aerei o spaziali. Gli esperimenti a terra, invece, si trovano quasi sempre in posti secchi come le Ande cilene o il Polo sud.