Il rumore: un problema da eliminare

Il modo più semplice per tentare di eliminare il rumore è quello di utilizzare un filtro che “tagli” via i segnali con una intensità minore di un certo valore di soglia e distribuiti uniformemente, in modo da far risaltare il segnale desiderato, di norma più intenso. Nel caso di una conversazione con un amico per strada, infatti, la voce dell'amico (il “segnale”) è più alta del brusio di sottofondo (il “rumore”) e, contrariamente al brusio, proviene da una direzione particolare (il rumore, invece, proviene da tutte le direzioni). Spesso, però, i segnali da rivelare possono essere essi stessi alquanto deboli, e allora il metodo semplice di introdurre solo una soglia di rivelazione potrebbe eliminare, allo stesso tempo, anche informazioni utilissime. È il caso, per esempio, dei moderni esperimenti di precisione al CERN per rivelare delle nuove particelle, oppure della ricerca di informazioni astrofisiche trasportate da segnali debolissimi provenienti dalle zone più remote dell'Universo. In questi casi, l'unica alternativa è analizzare le possibili sorgenti di rumore e, attraverso lo studio dei fenomeni fisici che lo generano, individuare dei filtri specifici che eliminino solo quei particolari segnali di rumore.
Sorgenti di rumore possono essere le più disparate. In alcune osservazioni astrofisiche, ad esempio, l'emissione da parte del Sole di radiazioni elettromagnetiche disturba la ricezione del segnale desiderato, sia direttamente che indirettamente (tramite radiazioni secondarie che vengono prodotte durante l'interazione con materia di qualsiasi tipo). Il segnale, però, può essere disturbato o persino essere simulato da moltissimi altri oggetti stellari o interstellari, che possono rendere nulle le conclusioni dell'esperimento. Analogamente, in esperimenti di laboratorio di fisica nucleare o subnucleare, ad esempio, in cui ingenuamente ci si aspetterebbe di avere “tutto sotto controllo”, i segnali che dovrebbero confermare l'esistenza di una nuova particella o quelli che dovrebbero rivelare delle nuove proprietà (come, recentemente, la velocità superluminale dei neutrini), possono essere completamente ignorati o sovrastimati anche a causa di un solo cavo non controllato nei minimi dettagli. In generale, infatti, anche il solo moto disordinato degli elettroni all'interno di un conduttore elettrico genera dei segnali di disturbo (onde elettromagnetiche di particolare frequenza) noti come “rumore termico”, così come anche delle microscopiche variazioni casuali dello stato chimico-fisico di una qualunque parte dell'apparato di misura provoca segnali di rumore non controllabili.
Risulta allora chiaro come una parte fondamentale del successo di un esperimento di precisione è dovuto proprio ad una corretta ed accurata analisi delle possibili sorgenti di rumore.