Negli ultimi anni la ricerca in cosmologia ha fatto grandi passi avanti soprattutto nello studio della polarizzazione della Radiazione Cosmica di Fondo (CMB) grazie allo sforzo di numerosi esperimenti a terra (i.e. l'Atacama Cosmology Telescope e il South Pole Telescope) coadiuvati sia da importanti missioni satellitari (i.e. il satellite Planck) che da missioni su pallone stratosferico (i.e SPIDER, LSPE, OLIMPO).
Nonostante i notevoli miglioramenti in campo tecnologico (i.e. criogenia e detector, utilizzo di metameriali per i componeti ottici), gli esperimenti sono fortemente limitati dagli effetti sistematici introdotti dall'esperimento stesso e dai foregrounds, che inquinano la misura. Se da un lato si cerca di arginare il secondo problema costruendo degli esperimenti con il solo scopo di misurare i foregrounds, il primo problema non é di facile risoluzione e richiede diversi sforzi per essere mitigato.
Il progetto di ricerca presentato ha come scopo l'utilizzo di un nuovo approccio alla progettazione degli esperimenti inteso a migliorare la mitigazione delle sistematiche. Usando il formalismo di Muller generalizzato in tre dimensioni si riduce l'esperimento ad un operatore matematico 9X9 con il quale, senza fare approssimazioni, è possibile approcciare analiticamente gli effetti sistematici. Inoltre, tale rigorosità matematica permette di ibridizzare diverse tecniche di misura sfruttandone i rispettivi vantaggi. Ad esempio si può trasformare un semplice interferometro Martin-Pupplett, con una grande capacitá di ridurre le sistematiche tramite la self-calibration, in un polarimetro per la CMB.
Le tecniche di interferometria e polarimetria sviluppate dal nostro laboratorio negli utlimi anni, unitamente all'impiego innovativo del formalismo di Muller, ci consentono di progettare un esperimento che risponda non solo agli attuali quesiti cosmologici, ma che permetta anche di mitigare intrinsecamente gli effetti sistematici.
L'approccio analitico alle sistematiche degli esperimenti é un campo ancora poco esplorato in cosmologia. Questo probabilmente perché gli esperimenti tendono ad essere molto complicati e quindi la trattazione matematica puó risultare lunga e tediosa, nonstante l'approccio del formalismo di Muller presenti notevoli vantaggi. Infatti, date le elevate sensibilitá degli esperimenti di solito le sistematiche vengono misurate a posteriori attraverso l'osservazione di calibratori, che fanno parte dell'esperimento, oppure sorgenti di calibrazione. Tuttavia tale approccio non presenta tutti i vantaggi di uno analitico. La differenza sostanziale e l'avanzamento delle conoscenze rispetto lo stato dell'arte stanno nella possibilitá di produrre forecast realistici, sugli effetti sistematici oppure inserirli nella propria pipeline di analisi dati.
Sempre più esperimenti in fase progettuale inseriscono nei loro forecast effetti sistematici, o almeno quelli di maggiore impatto; tuttavia solitamente questi vengono inseriti come una variazione casuale di uno dei parametri dell'esperimento:
un errore statistico di misurazione, un glitch reale nella movimentazione di parti ottiche, ecc. Mentre il nostro approccio è molto più rigoroso e non solo consente di vedere nei forecast l'effetto della sistematica (a priori) ma rende possibilie, in fase di analsi dati, tentare di rimuovere la sistematica (a posteriori).
E' oltretutto, importante notare che alcuni effetti sistematici sono mitigabili solo se conosciuti analiticamente poiché si mescolano perfettamente nell'osservabile: i.e. la precessione indotta su un rotatore di polarizzazione crea degli effetti che si mescolano nel segnale con lo stesso spettro spaziale.