Il rumore primordiale: la radiazione cosmica di fondo
Il 'rumore', genericamente considerato privo di senso, con la scoperta della radiazione cosmica di fondo si trasforma, paradossalmente, nella più pregnante espressione di senso.
La radiazione cosmica di fondo è il residuo della radiazione prodotta dal Big Bang che ancora pervade l'Universo. Già prevista teoricamente da diversi astronomi, venne scoperta in modo involontario nel 1965 dagli ingegneri A. Penzias e R. Wilson, dei Laboratori Bell, che erano impegnati a scoprire la causa di un eccesso di rumore misurato su un'antenna per telecomunicazioni su cui stavano lavorando. La storia di questa scoperta è stata descritta da Corrado Ruscica nel libro 'L'Universo Infante' (Macro Ebook), del quale riportiamo il brano che descrive le condizioni della scoperta:
La radiazione fossile prevista dal modello di Lemaître, ossia l’eco della grande esplosione iniziale dovuta al Big Bang e che aveva dato origine all’Universo, doveva essere là fuori e sarebbe stata misurata. Dicke, sostenitore della teoria di Lemaître, persuase i suoi colleghi a costruire un radiometro al fine di misurare la temperatura dello spazio. Intanto, le notizie di questo esperimento circolavano tra gli scienziati e persino gli ingegneri americani Arno Penzias e Robert Wilson ne erano venuti a conoscenza. A quell’epoca Penzias e Wilson, due ingegneri della compagnia telefonica “Bell Laboratories”, erano impegnati a perfezionare il sistema di comunicazioni satellitari nel New Jersey. Essi, utilizzando un’antenna a tromba, cioè una specie di ricevitore di segnali radio basato sul principio del radiometro di Dicke, notarono la presenza di un ‘rumore costante’ simile a quello su un canale che non trasmette. In altre parole, i due ingegneri avevano trovato qualcosa di anomalo, cioè la presenza di un disturbo radio che non doveva esserci. Essi, perciò, misurarono un segnale persistente avente una lunghezza d’onda di 7,35 centimetri che si originava al di fuori della Via Lattea e che corrispondeva ad un eccesso di temperatura d’antenna di circa 3,5 gradi Kelvin. Dunque la domanda era: cos’era quel disturbo e, soprattutto, da dove proveniva? Si trattava, forse, di un segnale terrestre proveniente dalla vicina New York, o di un segnale proveniente da un aeroplano o, ancora, di un segnale dovuto agli escrementi degli uccelli depositati all’interno dell’antenna? In realtà, Penzias e Wilson notarono che quel rumore misterioso proveniva da ogni direzione del cielo, era ovunque. Dopo aver ricevuto una telefonata dai due ingegneri, Dicke esclamò una famosa frase: “Ragazzi, l’abbiamo trovata".
In tutte le misure fisiche la precisione associata alla misura è altrettanto importante quanto la misura stessa. La precisione è misurata dall’indeterminazione (errore) associata alla misura. Per motivi storici l’errore associato alle misure elettriche ed elettroniche è chiamato Rumore (Noise) con evidente riferimento al “disturbo”
associato alla ricezione di un segnale elettrico. La qualità di una misura è definita in termini di errore percentuale, ovvero del rapporto tra l'errore e il valore della misura stessa: minore è questo rapporto migliore è la misura. Normalmente si utilizza l’inverso di questa quantità, ovvero il rapporto tra Segnale e Rumore, normalmente scritto S/N (Signal to Noise, o anche SNR, Signal to Noise Ratio). Maggiore è il rapporto S/N migliore è la misura. Il rapporto Segnale/Rumore o più comunemente SNR (Signal to Noise Ratio) è il parametro più utilizzato per misurare la qualità della trasmissione dell’informazione. Benchè sia nato in ambito analogico, esso è utilizzato anche in ambito digitale dato che, seppure in modo non-lineare, può essere riportato ad esso anche l’errore digitale di trasmissione o BER (Bit-Error-Rate).
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Mapping the UNIVERSE to the Beginning of TIME - SciDac Review
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Pagina aggiornata il 14 maggio 2014
