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Buon appetito Sagitarius A*

5 Mag

Un nostro caro lettore, nella sezione:

Hai domande o dubbi?

ci ha segnalato delle pagine davvero molto interessanti, dal nostro punto di vista, riguardanti un evento cosmico molto affascinante che sta iniziando proprio in questi mesi e durera’ per almeno una decina di anni.

Di cosa si tratta?

Molto probabilmente, se siete appassionati di astronomia e eventi cosmici, avrete sentito parlare di G2, una nube di gas che si sta avvicinando verso il centro della nostra galassia. Cosa c’e’ di speciale in questo movimento? In alcuni articoli abbiamo gia’ parlato del centro della Galassia e soprattutto di Sagitarius A*, il buco nero super massivo che si trova in questo punto:

Nube assassina dallo spazio

Meteorite anche a Cuba e dark rift

Nuova sconvolgente Teoria

Come visto, non c’e’ assolutamente nulla di anormale nella presenza di questo buco nella nostra galassia anzi, per dirla tutta, si pensa che oggetti di questo tipo siano presenti nel centro di molte galassie.

Ora, cosa sarebbe G2? Anche in questo caso, dietro questo nome misterioso, non c’e’ nulla di sorprendente. Si tratta di una nube di gas con una massa circa 3 volte quella della Terra che pero’ si trova molto vicina a Sagitarius. Come e’ ormai noto, parlando cosmologicamente di “molto vicino”, intendiamo comunque dimensioni molto elevate. Nel caso di G2, la sua orbita prevede un passaggio ravvicinato con una minima distanza dal buco nero di circa 260 unita’ astronomiche. Come visto in questo articolo:

I buchi neri che … evaporano

questa distanza corrisponde pero’ a circa 3000 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi del buco nero. Come potete facilmente immaginare, ad una distanza cosi’ “piccola”, la nube sara’ attratta dalla gravita’ del buco nero per cui gli effetti di questa forza saranno molto intensi per il gas.

G2 e’ stata scoperta nel 2002, ma solo nel 2012 si e’ iniziato a studiarla in dettaglio proprio quando si e’ ricostruita con maggiore precisione la sua orbita. Il passaggio ravvicinato con Sagitarius A*, rappresenta un evento cosmico molto importante dal punto di vista dell’astrofisica. Durante questo incontro, sara’ infatti possibile studiare in dettaglio diverse caratteristiche dei buchi neri, ancora poco noti, come, ad esempio, il processo di accrescimento, la gravita’, l’orizzonte degli eventi, ecc..

Perche’ questo evento viene richiamato da alcuni siti catastrofisti? La motivazione e’ sempre, purtroppo, la stessa: speculare su eventi assolutamente non pericolosi pur di aumentare le visite ai propri siti. Come visto negli articoli precedenti, la Terra si trova a circa 26000 anni luce dal centro della Galassia. Questo significa che, anche volendo, qualunque cosa, radiazione o materia, sparata da Sagitarius A verso la Terra impieghera’ al minimo 26000 anni per raggiungerci. Detto questo, non credo sia il caso di preoccuparci ne’ di questo incontro, ne’ di qualunque altro evento cosmico che possa interessare il centro della nostra galassia.

Oltre a questa speculazione “scontata”, come sottolineato nel commento iniziale da cui siamo partiti, ci sono alcuni siti, apparentemente camuffati da siti scientifici, che propongono teorie “alternative” per G2 e per il suo passaggio ravvicinato. La prima ipotesi che salta agli occhi e’ che si vorrebbe far credere che G2 non sia in realta’ una nube di gas ma una stella. E’ possibile questo? In realta’ si, ma questa ipotesi, prima che su questi siti, e’ stata discussa a livello scientifico. Esistono infatti diverse ipotesi sull’origine e sulla struttura di G2. Come detto all’inizio, si pensa con maggiore probabilita’ che questa sia una nube di gas. Da dove proviene? Ipotesi possibili potrebbero essere che si tratti di una nube di gas cosmico isolata oppure che si tratti dell’atmosfera di una qualche stella strappata da eventi cosmici. Un’idea alternativa prevede invece, da studi sull’orbita, che non si tratti esclusivamente di gas, ma che, all’interno della nube osservata, ci sia un corpo massivo come una stella nelle fasi finali della propria esistenza. Altre ipotesi alternative prevedono che G2 sia un proto-pianeta, cioe’ quello che rappresentava un disco di accrescimento di un corpo massivo che pero’ non e’ riuscito a formarsi a causa della temperatura troppo alta dei gas. Tutte ipotesi possibili scientifiche e su cui ancora oggi si dibatte.

Dal punto di vista del passaggio ravvicinato, cosa comporterebbe una struttura diversa di G2?

Ovviamente, la reale natura della nube, continuiamo a chiamarla cosi’, determinera’ uno “spettacolo” diverso durante il passaggio. Per essere precisi, e per smentire alcuni siti e giornali che hanno usato titoli pomposi, questo passaggio non rappresentera’ un lauto pasto per Sagitarius A*, ma piu’ che altro uno spuntino. La minima distanza di passaggio sara’ tale da far avvertire l’attrazione gravitazionale da parte del buco nero ma, molto probabilmente, G2 sopravvivera’ all’incontro perche’ troppo distante dall’orizzonte degli eventi.

Diverse simulazioni condotte in questi mesi hanno mostrato scenari possibili in cui G2 sopravvivera’ anche se la sua orbita e la sua struttura saranno fortemente modificati. In particolare, dopo l’incontro, la nube di gas potrebbe essere talmente diffusa da non apparire piu’ come compatta. Inoltre, se G2 fosse composta solo ed esclusivamente di gas, durante l’assorbimento da parte di Sagitarius A*, verranno emessi brillamenti di radiazione soprattutto nei raggi X. Al contrario, se all’interno fosse presente un corpo massivo, questo effetto sarebbe notevolmente ridimensionato. Come potete capire molto bene, dall’emissione di radiazione nel passaggio, sara’ dunque possibile capire anche la struttura intima di G2.

Vi mostro anche una simulazione di uno degli scenari possibili dell’attrazione di G2 da parte del buco nero:

Simulazione dell'attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Simulazione dell’attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Come vedete, l’orbita seguita dalla nube viene deviata verso la parte centrale a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata da Sagitarius A*.

Concludendo, a partire dal 2013 e’ iniziato il passaggio ravvicinato di una nube di gas, G2, in prossimita’ del buco nero che occupa il centro della nostra galassia, Sagitarius A*. Questo evento cosmico durera’ uan decina di anni che rappresentano comunque un intervallo molto breve sulle scale del nostro universo. A parte le speculazioni sempre presenti per eventi di questo tipo, si tratta di un evento assolutamente non pericoloso, ma estremamente affascinante dal punto di vista scientifico. Come visto nell’articolo, osservando questo passaggio, sara’ possibile ottenere informazioni molto importanti sulla nube di gas, sulla sua struttura interna ma, soprattutto, sara’ possibile carpire informazioni molto importanti per comprendere meglio i buchi neri e i processi che ne regolano il loro accrescimento.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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L’universo e’ stabile, instabile o meta-stabile?

25 Mar

Negli ultimi articoli, complici anche i tantissimi commenti e domande fatte, siamo tornati a parlare di ricerca e delle ultime misure scientifiche che tanto hanno fatto discutere. Come fatto notare pero’, molto spesso, queste discussioni che dovrebbero essere squisitamente scientifiche lasciano adito ad articoli su giornali, anche a diffusione nazionale, che male intendono o approfittano del clamore per sparare sentenze senza senso e, lasciatemelo dire, assolutamente fuori luogo.

In particole, nell’articolo precedente, abbiamo discusso l’ultima misura della massa del quark top ottenuta mediante la collaborazione dei fisici di LHC e del Tevetron. Questo risultato e’ il piu’ preciso mai ottenuto prima e ci consente, di volta in volta, di migliorare la nostra conoscenza, come spesso ripeto, sempre troppo risicata e assolutamente lontana dalla comprensione del tutto.

Per discutere la misura della massa del top, siamo partiti da una notizia apparsa sui giornali che parlava di un universo pronto a dissolversi da un istante all’altro. Premesso che, come fatto notare, questa notizia era completamente campata in aria, su suggerimento di una nostra cara lettrice, ci e’ stato chiesto di discutere con maggior dettaglio quello che molti chiamano il destino ultimo del nostro universo. Come forse avrete sentito, su alcune fonti si parla spesso di universo stabile, instabile o meta-stabile farfugliando, nel vero senso della parola, come questa particolarita’ sia legata alla massa di qualche particella.

Cerchiamo dunque di spiegare questo importante e non banale concetto cercando sempre di mantenere un approccio quanto possibile divulgativo.

Per prima cosa, dobbiamo tornare a parlare del bosone di Higgs. Come forse ricorderete, in un articolo specifico:

Bosone di Higgs, ma che sarebbe? 

abbiamo gia’ affrontato la sua scoperta, cercando in particolare di spiegare il perche’ l’evidenza di questa particella sarebbe cosi’ importnate nell’ambito del modello standard e della fisica delle alte energie. Come fatto notare pero’, anche in questo caso, parliamo ancora di “evidenza” e non di “scoperta”. Visto che me lo avete chiesto direttamente, ci tengo a sottolineare questa importante differenza.

Come sapete, la fisica e’ detta una “scienza esatta”. Il motivo di questa definizione e’ alquanto semplice: la fisica non e’ esatta perche’ basata su informazioni infinitamente esatte, ma perche’ ogni misura e’ accompagnata sempre da un’incertezza esattamente quantificata. Questa incertezza, e’ quella che comunemente viene chiamato “errore”, cioe’ il grado di confidenza statistico che si ha su un determinato valore. Per poter parlare di evidenza, e’ necessario che la probabilita’ di essersi sbagliati sia inferiore di un certo valore, ovviamente molto basso. Per poter invece gridare alla scoperta, la probabiita’ statistica che quanto misurato sia un errore deve essere ancora piu’ bassa. Questo grado di confidenza, ripeto prettamente statistico, e’ quello che spesso sentiamo valutare riferendosi alla “sigma” o “all’incertezza”.

Bene, tornando al bosone di Higgs, perche’ si dice che ancora non c’e’ la sicurezza che quanto osservato sia proprio quell’Higgs che cerchiamo? Semplice, il grado di confidenza, non ci consente ancora di poter affermare con sicurezza statistica che la particella osservata sia proprio il bosone di Higgs che cerchiamo e non “un” bosone di Higgs o un’altra particella. Come ormai sappiamo, il bosone di Higgs tanto cercato e’ proprio quello relativo al campo di Higgs che determina la massa delle particelle. Per poter essere quel bosone, la particella deve essere, in particolare, scalare e con spin zero. Che significa? Praticamente, queste sono le caratteristiche che definiscono l’identikit dell’Higgs che cerchiamo. Se per quanto riguarda il fatto di essere scalare siamo convinti, per lo spin della particella, dal momento che decade in due fotoni, potrebbe avere spin 0 o 2. Per poter essere sicuri che lo spin sia proprio zero, sara’ necessario raccogliere ancora piu’ dati per determinare con sicurezza questa proprieta’ anche se statisticamente possiamo escludere con una certa incetezza che lo spin sia 2.

Detto questo, e supposto, con una buona confidenza statistica, che quanto trovato sia proprio il bosone di Higgs, sappiamo che la massa trovata per questa particella e’ 125.6 GeV con un un’incertezza totale di 0.4 GeV. Questo valore della massa ha pero’ aperto le porte per una discussione teorica molto accesa e di cui si inizia a parlare anche sui giornali non prettamente scientifici.

Perche’?

Come anticipato, la massa del bosone di Higgs determina la condizione di stabilita’ o instabilita’ del nostro universo. Perche’ proprio l’Higgs? Ovviamente, questo bosone e’ correlato con il campo scalare di Higgs, cioe’ quello che assegna la massa delle particelle. Ora pero’, nel modello standard, troviamo particelle che hanno masse anche molto diverse tra loro. Se osserviamo i quark, passiamo dall’up, il piu’ leggero, al top, il piu’ pesante, con una differenza di massa veramente enorme per particelle che appartengono alla stessa “famiglia”. Detto questo, per determinare la condizione di equilibrio, e tra poco spiegheremo cosa significa, del nostro universo, e’ possibile ragionare considerando proprio le masse dell’Higgs e del top.

In che modo?

Senza spendere troppe parole, vi mostro un grafico molto significativo:

 

Stabilita' dell'universo data dalla correlazione delle masse Top-Higgs

Stabilita’ dell’universo data dalla correlazione delle masse Top-Higgs

Cosa significa questo grafico? Come potete vedere, incrociando il valore della massa del top con quella dell’Higgs e’ possibile capire in quale zona ci troviamo, appunto: stabile, instabile o meta-stabile. Scientificamente, queste sono le condizioni in cui puo’ trovarsi quello che e’ definito vuoto quantomeccanico dell’universo. Se l’universo fosse instabile, allora sarebbe transitato in una successione di stati diversi senza poter formare strutture complesse dovute all’evoluzione. Come potete facilmente capire, in questo caso, noi oggi non saremo qui ad interrogarci su come e’ fatto l’universo dal momento che non avremmo avuto neanche la possibilita’ di fare la nostra comparsa. In caso di universo stabile invece, come il termine stesso suggerisce, tutto rimane in uno stato stazionario senza grosse modificazioni. Meta-stabile invece cosa significa? Questo e’ un termine ricavato direttamente dalla termodinamica. Detto molto semplicemente, un sistema meta-stabile si trova in una posizione di minimo di energia non assoluto. Cioe’? Detto in altri termini, il sistema e’ in uno stato di equilibrio, ma sotto particolari condizioni puo’ uscire da questo stato e scendere verso qualcosa di piu’ stabile ancora. Per capirlo meglio, immaginate di mettere una scodella sul pavimento con dentro una pallina. Se muovete di poco la pallina questa oscillera’ e ricadra’ sul fondo, posizione di equilibrio meta-stabile. Se date un colpo piu’ forte, la pallina uscira’ dalla scodella e andra’ sul pavimento. A questo punto pero’ il vostro sistema immaginario ha raggiunto la posizione piu’ stabile.

Ora, capite bene quanto sia importante e interessante capire che tipo di sistema e’ il nostro universo per determinare eventuali e future evoluzioni temporali che potrebbero avvenire. Come visto nel grafico precedente, per capire lo stato dell’universo possiamo valutare le masse del top e dell’Higgs.

Cosa otteniamo con i valori delle masse oggi conosciuti? Come potete vedere, come per un simpatico scherzo, la massa dell’Higgs ci posizione proprio nella strettissima zona di meta-stabilita’ del nostro universo. Come anticipato, il fatto di non essere nella zona di instabilita’ e’ assolutamente comprensibile pensando al fatto che noi oggi siamo qui. Certo, una massa superiore a 126 GeV ci avrebbe piazzato nella zona stabile dove, come si dice nelle favole, “vissero felici e contenti”. Cosa comporta il fatto di essere nella regione di meta-stabilita’? Come qualcuno, incurante della scienza, cerca di farvi credere, siamo in bilico su una corda. Il nostro universo da un momento all’altro potrebbe transitare verso uno stato piu’ stabile modificando radicalmente le proprieta’ del vuoto quantomeccanico. In questo caso, il nostro universo collasserebbe e segnebbe la nostra fine.

E’ vero questo?

Assolutamente no. Prima di tutto, cerchiamo di ragionare. Come detto, la massa attuale del bosone di Higgs e’ 125.6+/-0.4 GeV. Questo significa che entro una certa probabilita’, piu’ del 15%, la massa del bosone potrebbe essere maggiore di 126 GeV. In questo caso la misura sarebbe pienamente della regione “stabile” dell’universo. Ovviamente, per poter determinare con precisione questo valore e’ necessario ridurre l’incertezza che accompagna la misura in modo da “stringere” l’intervallo entro cui potrebbe essere compresa questa massa.

Se anche l’universo fosse in uno stato meta-stabile, non possiamo certo pensare che da un momento all’altro questo potrebbe uscire dallo stato di equilibrio e transitare verso altro se non in particolari condizioni. Vi ripeto nuovamente come in questo caso ci stiamo muovendo all’interno di ragionamenti prettamente teorici in cui gli stessi principi della fisica che oggi conosciamo potrebbero non essere validi. Secondo alcuni infatti, la stessa evoluzione dell’universo che ha portato oggi fino a noi potrebbe essere stata possibile proprio grazie alla natura meta-stabile del vuoto quantomeccanico.

Come ricorderete, in questi articoli:

Universo: foto da piccolo

Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

cosi’ come in tutti quelli richiamati a loro volta, abbiamo parlato dell’inflazione, cioe’ di quel particolare periodo nell’evoluzione dell’universo che ha portato ad una notevole espansione in tempi brevissimi. Conseguenza dell’inflazione e’ l’avere un universo omogeneo ed isotropo ed in cui le fluttuazione della radiazione di fondo sono molto ridotte. Bene, il bosone di Higgs potrebbe avere avuto un ruolo decisivo per l’innesco del periodo inflazionario. Secondo alcune teorie, infatti, le condizioni fisiche per poter accendere l’inflazione potrebbero essere state date da una particella scalare e l’Higgs potrebbe appunto essere questa particella. Se proprio devo aprire una parentesi, per poter affermare con sicurezza questa cosa, dobbiamo essere sicuri che la fisica che conosciamo oggi possa essere applicata anche in quella particolare fase dell’universo, cioe’ che i modelli attualmente conosciuti possano essere estrapolati a quella che viene comunemente definita massa di Planck dove tutte le forze fondamentali si riunificano. Ovviamente, per poter affermare con sicurezza queste teorie sono necessarie ancora molte ricerche per determinare tutti i tasselli che ancora mancano a questo puzzle.

Seguendo questa chiave di lettura, il fatto di essere in un universo meta-stabile, piu’ che un rischio potrebbe essere stata proprio la caratteristica che ha permesso l’evoluzione che poi ha portato fino ai giorni nostri, con la razza umana presente sulla Terra.

Altro aspetto curioso e importante della meta-stabilita’ dell’universo e’ la possibilita’ di includere i cosiddetti multiversi. Detto molto semplicemente, il fatto che l’universo sia meta-stabile apre gli scenari ad una serie di universi paralleli tutti uno di seguito all’altro caratterizzati da valori continui di alcuni parametri fisici. Non si tratta di racconti fantascientifici o di fantasia ma di vere e proprie teorie fisiche riguardanti il nostro universo.

Concludendo, la scoperta, o l’evidenza, del bosone di Higgs e’ stata sicuramente un ottimo risultato raggiunto dalla fisica delle alte energie, ma certamente non un punto di arrivo. La misura, ancora solo preliminare, della massa della particella apre le porte a scenari di nuova fisica o di considerazioni molto importanti circa la natura del nostro stesso universo. Come visto in questo articolo, quelli che apparentemente potrebbero sembrare campi del sapere completamente diversi e lontani, l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande, sono in realta’ correlati tra loro proprio da singole misure, come quella della massa dell’Higgs. A questo punto, capite bene come lo scneario si fa sempre piu’ interessante e sara’ necessario fare ancora nuove ricerche prima di arrivare a qualcosa di certo.

 

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Buongiorno Rosetta!

26 Gen

Solo pochi giorni fa, e’ stata data una notizia che, purtroppo, e’ passata un po’ in sordina sui siti di informazione: dopo ben 31 mesi, la sonda Rosetta si e’ risvegliata dal suo periodo di ibernazione ed e’ pronta ad effetturare una missione che non puo’ che richiamare alla mente scenari fantascientifici.

Di cosa si tratta?

La missione della sonda Rosetta e’ estremamente interessante dal punto di vista scientifico. Il suo compito e’ quello di avvicinarsi alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e, per la prima volta, far scendere un modulo di atterraggio pensato per esplorare la cometa.

Il nome Rosetta viene proprio dalla stele di Rosetta. Cosi’ come il manufatto, gli studiosi del settore pensano di poter scoprire importanti segreti del nostro universo analizzando da vicino la cometa. Come abbiamo visto in questo articolo:

Cos’e’ una cometa

le comete sono dei veri e propri fossili del nostro universo, dal cui studio e’ possibile raccogliere informazioni fondamentali sull’origine della Via Lattea e dell’universo stesso.

Non a caso, il lander destinato a scendere sulla cometa si chiama Philae e prende spunto dal nome di un’isola dove e’ stato ritrovato un importante manufatto che ha consentito di decifrare la Stele di Rosetta.

Torniamo alla missione. Perche’ la sonda e’ stata ibernata?

Rosetta e’ stata lanciata nel 2004. Il percorso ha previsto ben quattro fionde gravitazionali,  3 intorno alla Terra ed una intorno a Marte, per consentire alla sonda di acquistare suffciente velocita’ per il suo viaggio. Terminata questa prima fase, la sonda e’ stata messa in stato di ibernazione per risparmiare importanti risorse inutili per il viaggio.

In questi giorni, dopo ben 31 mesi, Rosetta e’ stata risvegliata in automatico dal suo computer di bordo. Come potete facilmente immaginare, il risveglio e’ stato un procedimento molto lungo ed estremamente delicato. Per prima cosa, e’ stato un successo ricevere da Terra il primo segnale da Rosetta che indicava il corretto funzionamento della strumentazione.

Ora, la sonda ha ripreso il suo viaggio verso la 67P/Churyumov-Gerasimenko. Per darvi qualche informazione aggiuntiva, si tratta di una cometa periodica del nostro Sistema Solare con un periodo di 6.45 anni terrestri. Una volta raggiunta la cometa, dalla sonda si stacchera’ il modulo Philae destinato a posarsi sulla superficie del piccolo corpo. Parliamo infatti di una dimensione di 2×4 kilometri quadrati.

Ricostruzione 3D del nucleo della cometa

Ricostruzione 3D del nucleo della cometa

Anche se durante la preparazione della missione, e’ stato utilizzato il telescopio Hubble per ricostruire un’immagine 3D della cometa, come potete facilmente immaginare, non e’ possibile pianificare alla perfezione il momento dell’atterraggio. Questa delicatissima operazione sara’ infatti eseguita in diretta per correggere eventuali variazioni di piano e consentire al lander di atterrare.

Una volta in posizione, Philae utilizzera’ i suoi strumenti per fare un’analisi assolutamente esclusiva di un corpo di questo tipo. Il lander e’ dotato anche di un trapano in grado di scavare a profondita’ fino a 20 cm. I frammenti raccolti saranno anche scaldati in piccoli fornetti fino a 1200 gradi per permettere un’analisi chimico-fisica dei materiali.

Come potete facilmente capire, si tratta di un’operazione estremamente complessa ma che potrebbe consentire di raccogliere informazioni importantissime per la comprensione del nostro universo. Una missione di questo tipo, come anticipato all’inizio, non puo’ che richiamare gli scenari di alcuni film di fantascienza degli anni ’90. Sicuramente, l’operazione presenta alcuni punti oscuri ma grandi speranze sono affidate a questa missione pensata e sviluppata dall’ESA con un contributo italiano davvero notevole. L’arrivo intorno alla cometa e’ atteso per la seconda meta’ del 2014. Non resta ancora molto da aspettare. Daremo ulteriori aggiornamenti su questa missione, seguendo passo dopo passo ogni evoluzione di Rosetta.

 

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Fascio di anti-idrogeno? FATTO!

22 Gen

Uno degli aspetti della fisica che suscita maggior interesse nei non addetti ai lavori e’ senza dubbio il concetto di antimateria. Molto probabilmente, il motivo di questo interesse e’ da ricercarsi nelle tante storie fantascientifiche che sono state ispirate dall’esistenza di un qualcosa molto simile alla materia, se non fosse per la carica delle particelle che la compongono, che era presente prima del Big Bang ma che ora sembra totalmente scomparsa. Inoltre, come tutti sanno, se materia e antimateria vengono messe vicine tra loro si ha il fenomeno dell’annichilazione, qualcosa di assolutamente esotico nella mente dei non addetti ai lavori e che ha offerto trame sensazionali per tanti film e serie TV.

Come detto tante volte, dobbiamo fare una distinzione precisa tra quelle che chiamiamo antiparticelle e quella che invece viene intesa come antimateria. Cosi’ come avviene per la materia ordinaria, composta di particelle che, in questo schema, possiamo pensare come elettroni, protoni e neutroni, l’antimateria e’ a sua volta composta da anti-particelle. Spesso si tende a confondere questi due concetti, facendo, come si suole dire, di tutta l’erba un fascio.

Produrre anti-particelle e’ semplice e siamo in grado di farlo gia’ da diversi anni. Per darvi un esempio, molti collisori utilizzati per la ricerca nella fisica delle alte energie fanno scontrare fasci di particelle con antiparticelle. In questo contesto, molto usati sono i positroni, cioe’ gli anti-elettroni, e gli anti-protoni.

Completamente diverso e’ invece il caso dell’antimateria.

Per formare anti-atomi e’ necessario assemblare insieme le anti-particelle per comporre qualcosa simile nella struttura alla materia, ma composto a partire da mattoncini di anti-particelle.

Di questi concetti abbiamo gia’ parlato in articoli precedenti che trovate a questi link:

Troppa antimateria nello spazio

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Come anticipato, prima del Big Bang, erano presenti in eguale quantita’ materia e anti-materia. Ad un certo punto pero’, l’anti-materia e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia che ha poi formato l’universo che vediamo oggi. Anche se questo meccanismo e’ in linea di principio ipotizzato dalla fisica, ci sono ancora punti da chiarire in quella che viene chiamata “asimmetria materia-antimateria”. Anche di questo abbiamo gia’ parlato in questi articoli:

E parliamo di questo Big Bang

Ancora sullo squilibrio tra materia e antimateria

Se, da un lato, produrre antiparticelle e’ semplice, metterle insieme per formare antiatomi non e’ assolutamente banale.

Nel 2011 al CERN di Ginevra era stato annunciato per la prima volta un risultato molto importante: atomi di anti-idrogeno erano stati formati e osservati per un tempo di circa 1000 secondi prima si scomparire. Questa osservazione aveva permesso di osservare alcune importanti proprieta’. Nel 2012, sempre al CERN, un altro esperimento era riuscito a misurare altre importanti proprieta’ di questi anti-atomi, facendo ben sperare per il futuro.

Ora, invece, sempre il CERN ha annunciato di essere riuscito per la prima volta a produrre addirittura un fascio di anti-idrogeni. L’annuncio ‘e stato dato sul sito del laboratorio svizzero:

CERN, ASACUSA NEWS

e pubblicato sull’autorevole rivista Nature.

La scoperta e’ stata realizzata dalla collaborazione internazionale ASACUSA, di cui fanno parte anche alcuni ricercatori del nostro Istituto Nazionale di Fiscia Nucleare.

Cosa sarebbero questi anti-idrogeni?

Seguendo il ragionamento fatto, questi speciali atomi sono composti dagli analoghi di antimateria di protone e elettrone. Se l’idrogeno ha un nucleo composto da un protone con un elettrone che gira intorno, un anti-idrogeno e’ composto da un anti-protone, carico negativamente, e un positrone che gira intorno, carico positivamente. Come potete facilmente capire, in questo gioco di costruzione di atomi, siamo alla struttura piu’ semplice conosciuta ma, come vedremo tra poco, fondamentale per la comprensione dell’universo.

Come e’ stato fatto questo esperimento?

L'esperimento ASACUSA del CERN

L’esperimento ASACUSA del CERN

Senza annoiarvi con tecnicismi, gli anti-idrogeni sono prodotti da un deceleratore di antiprotoni e poi allontanati dal punto di produzione ad una distanza sufficiente a non risentire dei campi magnetici. Questo accorgimento e’ fondamentale per stabilizzare gli anti-atomi che altrimenti si scomporrebbero scomparendo. Come vedete nella foto riportata, la camera da vuoto utilizzata e’ infatti un lungo tubo e gli anti-idrogeni sono stati osservati e immobilizzati ad una distanza di quasi 3 metri dal punto di produzione.

Perche’ e’ cosi’ importante l’anti-idrogeno?

La sua semplicita’ rispetto agli atomi piu’ pesanti, sia per materia che per anti-materia, ha fatto si che questi siano stati i primi atomi stabili creati nell’universo in espansione. Secondo la teoria, idrogeno e anti-idrogeno dovrebbero avere esattamente lo stesso spettro di emissione. Poter disporre in laboratorio di un fascio stabile di anti-atomi consentira’ di studiare a fondo le caratteristiche di questa struttura analizzando nei minimi dettagli ogni minima possibile discrepanza con l’idrogeno. Queste caratteristiche aiuterebbero notevolmente nella comprensione dell’asimmetria tra materia e anti-materia dando una notevola spinta in avanti nella comprensione della nascita del nostro universo e nella ricerca di ogni possibile accumulo di anti-materia.

Concludendo, questa importante notizia apre nuovi scenari nello studio della fisica di base, offrendo un’occasione fondamentale per comprende il nostro universo. Come spesso avviene, molti siti e giornali si sono lanciati in speculazioni parlando di pericoli o applicazioni fantascientifiche che lasciano un po’ il tempo che trovano. Sicuramente, il futuro in questa branca della ricerca ha ancora molto da offrire e non possiamo che essere entusiasti delle novita’ che ancora ci attendono.

 

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Troppa antimateria nello spazio

5 Apr

Uno dei misteri che da sempre affascina i non addetti ai lavori e che spinge avanti la ricerca scientifica di base e’ la comprensione del nostro universo. In particolare, come sapete, ad oggi sappiamo veramente molto poco su cosa costituisce il nostro universo. Cosa significa questo? Dalle misure affettuate, solo una piccola frazione, intorno al 5%, e’ composta da materia barionica, cioe’ di quella stessa materia che compone il nostro corpo e tutti gli oggetti che ci circondano. La restante frazione e’ composta da quelli che spesso sentiamo chiamare contributi oscuri, materia oscura ed energia oscura. Mentre sulla materia oscura ci sono delle ipotesi, anche se ancora da verificare, sull’energia oscura, responsanbile dell’espansione dell’universo, sappiamo ancora molto poco.

Detto questo, la comprensione di questi contributi e’ una sfida tutt’ora aperta ed estremamente interessante per la ricerca scientifica.

Di questi argomenti, abbiamo parlato in dettaglio in questo post:

La materia oscura

Perche’ torno nuovamente su questo argomento? Solo un paio di giorni fa, e’ stata fatta una conferenza al CERN di Ginevra nella quale sono stati presentati i dati preliminari dell’esperimento AMS-02. I dati di questo rivelatore, realizzato con un’ampia collaborazione italiana, sono veramente eccezionali e potrebbero dare una spinta in avanti molto importante nella comprensione della materia oscura.

Andiamo con ordine.

Cosa sarebbe AMS-02?

AMS installato sulla Stazione Spaziale

AMS installato sulla Stazione Spaziale

AMS sta per Alpha Magnetic Spectrometer, ed e’ un rivelatore installato sulla Stazione Spaziale Internazionale. Compito di AMS-02 e’ quello di rivelare con estrema precisione le particelle dei raggi cosmici per cercare di distinguere prima di tutto la natura delle particelle ma anche per mettere in relazione queste ultime con la materia ordinaria, la materia oscura, la materia strana, ecc.

In particolare, lo spettrometro di AMS e’ estremamente preciso nel distinguere particelle di materia da quelle di antimateria e soprattutto elettroni da positroni, cioe’ elettroni dalle rispettive antiparticelle.

Vi ricordo che di modello standard, di antimateria e di materia strana abbiamo parlato in dettaglio in questi post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

Bene, fin qui tutto chiaro. Ora, cosa hanno di particolarmente speciale i dati di AMS-02?

Numero di positroni misurato da AMS verso energia

Numero di positroni misurato da AMS verso energia

Utilizzando i dati raccolti nei primi 18 mesi di vita, si e’ evidenziato un eccesso di positroni ad alta energia. Detto in parole semplici, dai modelli per la materia ordinaria, il numero di queste particelle dovrebbe diminuire all’aumentare della loro energia. Al contrario, come vedete nel grafico riportato, dai dati di AMS-02 il numero di positroni aumenta ad alta energia fino a raggiungere una livello costante.

Cosa significa questo? Perche’ e’  cosi’ importante?

Come detto, dai modelli della fisica ci si aspettarebbe che il numero di positroni diminuisse, invece si trova un aumento all’aumentare dell’energia. Poiche’ i modelli ordinari sono corretti, significa che ci deve essere qualche ulteriore sorgente di positroni che ne aumenta il numero rivelato da AMS-02.

Quali potrebbero essere queste sorgenti non considerate?

La prima ipotesi e’ che ci sia una qualche pulsar relativamente in prossimita’. Questi corpi possono emettere antiparticelle “sballando” di fatto il conteggio del rivelatore. Questa ipotesi sembrerebbe pero’ non veritiera dal momento che l’aumento di positroni e’ stato rivelato in qualsiasi direzione. Cerchiamo di capire meglio. Se ci fosse una pulsar che produce positroni, allora dovremmo avere delle direzioni spaziali in cui si vede l’aumento (quando puntiamo il rivelatore in direzione della pulsar) ed altre in cui invece, seguendo i modelli tradizionali, il numero diminuisce all’aumentare dell’energia. Come detto, l’aumento del numero di positroni si osserva in tutte le direzioni dello spazio.

Quale potrebbe essere allora la spiegazione?

Come potete immaginare, una delle ipotesi piu’ gettonate e’ quella della materia oscura. Come anticipato, esistono diverse ipotesi circa la natua di questa materia. Tra queste, alcune teorie vorrebbero la materia oscura come composta da particelle debolmente interagenti tra loro e con la materia ordinaria ma dotate di una massa. In questo scenario, particelle di materia oscura potrebbero interagire tra loro producendo nello scontro materia ordinaria, anche sotto forma di antimateria, dunque di positroni.

In questo scenario, i positroni in eccesso rivelati da AMS-02 sarebbero proprio prodotti dell’annichilazione, per dirlo in termini fisici, di materia oscura. Capite dunque che questi dati e la loro comprensione potrebbero farci comprendere maggiormente la vera natura della materia oscura e fissare i paletti su un ulteriore 20% della materia che costituisce il nostro universo.

Dal momento che la materia oscura permea tutto l’universo, questa ipotesi sarebbe anche compatibile con l’aumento dei positroni in tutte le direzioni.

Ora, come anticipato, siamo di fronte ai dati dei primi 18 mesi di missione. Ovviamente, sara’ necessario acquisire ancora molti altri dati per disporre di un campione maggiore e fare tutte le analisi necessarie per meglio comprendere questa evidenza. In particolare, i precisi rivelatori di AMS-02 consentiranno di identificare o meno una sorgente localizzata per i positroni in eccesso, confermando o escludendo la presenza di pulsar a discapito dell’ipotesi materia oscura.

Per completezza, spendiamo ancora qualche parola su questo tipo di ricerca e sull’importanza di questi risultati.

Come detto in precedenza, per poter confermare le ipotesi fatte, sara’ necessario prendere ancora molti dati. Ad oggi, AMS-02 potra’ raccogliere dati ancora per almeno 10 anni. Come anticipato, questo strumento e’ installato sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questa scelta, piuttosto che quella di metterlo in orbita su un satellite dedicato, nasce proprio dall’idea di raccogliere dati per lungo tempo. La potenza richiesta per far funzionare AMS-02 consentirebbe un funzionamento di soli 3 anni su un satellite, mentre sulla ISS il periodo di raccolta dati puo’ arrivare anche a 10-15 anni.

AMS-02 e’ stato lanciato nel 2010 sullo Shuttle dopo diversi anni di conferme e ripensamenti, principalmente dovuti agli alti costi del progetto e alla politica degli Stati Uniti per le missioni spaziali.

Perche’ si chiama AMS-02? Il 02 indica semplicemente che prima c’e’ stato un AMS-01. In questo caso, si e’ trattato di una versione semplificata del rivelatore che ha volato nello spazio a bordo dello shuttle Discovery. Questo breve viaggio ha consentito prima di tutto di capire la funzionalita’ del rivelatore nello spazio e di dare poi la conferma definitiva, almeno dal punto di vista scientifico, alla missione.

Confronto tra AMS e missioni precedenti

Confronto tra AMS e missioni precedenti

Il risultato mostrato da AMS-02 in realta’ conferma quello ottenuto anche da altre due importanti missioni nello spazio, PAMELA e FERMI. Anche in questi casi venne rivelato un eccesso di positroni nei raggi cosmici ma la minore precisione degli strumenti non consenti’ di affermare con sicurezza l’aumento a discapito di fluttuazioni statistiche dei dati. Nel grafico a lato, vedete il confronto tra i dati di AMS e quelli degli esperimento precedenti. Come vedete, le bande di errore, cioe’ l’incertezza sui punti misurati, e’ molto maggiore negli esperimenti precedenti. Detto in termini semplici, AMS-02 e’ in grado di affermare con sicurezza che c’e’ un eccesso di positroni, mentre negli altri casi l’effetto poteva essere dovuto ad incertezze sperimentali.

Concludendo, i risultati di AMS-02 sono davvero eccezionali e mostrano, con estrema precisione, un aumento di positroni ad alta energia rispetto ai modelli teorici attesi. Alla luce di quanto detto, questo eccesso potrebbe essere dovuto all’annichilazione di particelle di materia oscura nel nostro universo. Questi risultati potebbero dunque portare un balzo in avanti nella comprensione del nostro universo e sulla sua composizione. Non resta che attendere nuovi dati e vedere quali conferme e novita’ potra’ mostrare questo potente rivelatore costruito con ampio contributo italiano.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

La danza degli storni

30 Gen

 

Questa volta, vorrei scrivere un post diverso rispetto ai soliti. Non fraintendete, parliamo sempre di scienza e di fenomeni naturali, ma per un momento vorrei mettere da parte tutte quelle teorie catastrofiste che tutti i giorni ci vengono proposte in rete.

Guardando dalla finestra, mi sono incantato qualche minuto a vedere uno dei piu’ belli spettacoli naturali che, soprattutto in questo periodo, abbiamo la possibilita’ di ammirare, il movimento in cielo di uno stormo di uccelli. In questo caso, tutti sanno a quale fenomeno mi sto riferendo. Migliaia di uccelli, in genere “storni”, volano insieme formando delle figure che cambiano rapidamente forma offrendo allo spettatore uno spettacolo come di ombre in movimento armonico.

Uno stormo di storni in movimento

Uno stormo di storni in movimento

Le domande interessanti che possiamo porci sono: perche’ avviene questo? Come fanno migliaia di storni a decidere quale movimento eseguire con un perfetto sincronismo?

Quello che forse non tutti sanno e’ che la scienza si e’ interrogata su queste questioni, organizzando dei veri e propri gruppi di studio comprendenti fisici, biologi, ornitologi e matematici.

Fino a qualche tempo fa, ad esempio, si pensava che lo stormo seguisse una singola traiettoria decisa da un leader del gruppo e che di conseguenza il movimento osservato fosse solo dovuto agli altri uccelli intenti a seguire il volo del capo. In realta’, questa ipotesi non e’ reale, ma la risposta scientifica e’ assai piu’ complessa e affascinante.

Il movimento collettivo che possiamo osservare per gli storni in volo, non e’ in realta’ l’unico di questo tipo. Discorso analogo puo’, ad esempio, essere fatto per i branchi di pesci nei mari, per gli erbivori che si spostano in branco o anche per alcuni tipi di insetti abituati a volare in gruppi numerosi. Capite dunque che comprendere queste dinamiche, permette di capire meglio e piu’ a fondo i meccanismi cognitivi seguiti nel mondo animale.

Il progetto europeo STARFLAG nasce appunto per trovare una risposta a questi comportamenti. Come anticipato, questo gruppo multidisciplinare nasce con lo scopo di modellizzare i movimenti complessi di alcuni animali, ma anche di capire il perche’ questi moti, apparentemente disordinati, vengano eseguiti.

La metodologia di ricerca seguita non e’ affatto semplice ed ha richiesto l’utilizzo di filmati ad alta definizione, immagini in sequenza ravvicinata per osservare i singoli spostamenti, ma anche l’utilizzo di potenti supercomputer per modellizzare e prevedere il comportamento nel tempo di un sistema complesso formato da migliaia di esemplari.

I risultati di questa ricerca sono stati estremamente positivi ed hanno trovato le risposte a molte delle domande che ci siamo posti all’inizio.

Per prima cosa, come anticipato, l’ipotesi del leader che segna la traiettoria e’ da scartare. Movimenti, comportamenti e decisioni non si basano su un singolo, bensi’ su un organizzazione locale basata su pochi elementi. Cosa significa questo? Ciascun animale cerca di imitare quello che fanno i suoi primi vicini, cioe’ gli altri animali presenti in un ristretto spazio tridimensionale. Detto in altri termini, uno storno si muove copiando i movimenti solo di 6 o 7 uccelli vicini a lui. Lo stesso fanno tutti gli animali, creando in questo modo un sistema di trasmissione a catena dei movimenti, capace di far viaggiare l’informazione ad una velocita’ abbastanza elevata.

Questa prima informazione e’ molto significativa e ci spiega perche’, osservando il movimento dello stormo, l’intero gruppo sembra muoversi in aria quasi disegnando un ombra in movimento. Se il sistema di trasmissione delle informazioni fosse diverso, ad esempio dei movimenti stabiliti e eseguiti in sequenza, vedremo un movimento piu’ rigido e molto piu’ simile a quello delle nuotatrici sincronizzate.

Perche’ vengono eseguiti questi movimenti?

Come spesso accade in natura, la spiegazione a determinati comportamenti e’ da ricercarsi nella lotta alla sopravvivenza. Anche nel caso degli storni, questo raggruppamento di elementi e’ una buona difesa contro l’attacco dei predatori.

In questo caso pero’, basterebbe formare un gruppo. Perche’ avviene il movimento di cui stiamo discutendo? Parlando sempre di leggi di natura, il piu’ delle volte un predatore, e questo e’ vero non solo per gli uccelli ma anche, ad esempio, per le battute di caccia dei leoni, il predatore non attacca l’intero gruppo, bensi’ concentra la sua caccia su un singolo elemento. Bene, il continuo movimemento degli elementi del gruppo, crea un rimescolamento in grado di confondere il predatore che dunque non riesce piu’ a seguire la sua preda.

Il progetto STARFLAG, di cui abbiamo parlato, ha concentrato la sua ricerca al caso degli storni nei cieli di Roma. In questo caso, il principale predatore per gli uccelli e’ il falco pellegrino. In particolare, nei giorni in cui la concentrazione di falchi era maggiore, si sono osservate forme degli stormi piu’ compatte e con movimenti piu’ rapidi. Questa evidenza conferma l’ipotesi di cui abbiamo parlato.

Inoltre, per aumentare ancora di piu’ la protezione degli individui, durante il movimento, avviene anche un continuo rimescolamento tra gli animali al centro e quelli al bordo della distribuzione. Questi ultimi infatti, sono quelli maggiormente esposti all’attacco dei predatori non godendo di una protezione a 360 gradi.

I modelli comportamentali ottenuti dal progetto STARFLAG sono stati esportati con ottimi risultati anche al caso delle sardine in acqua e degli gnu a terra. In questi casi, cambia l’ambiente, cambia il predatore, cambiano le prede, ma i meccanismi di difesa sono molto simili tra loro. Questo importante risultato ci dimostra come il movimento apparentemente disordinato di specie animali diverse, sia in realta’ una legge di natura studiata proprio per contrastare gli attacchi dei predatori.

 

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Eclissi del 13 Novembre: la rivelazione?

17 Nov

Nei mesi scorsi, abbiamo visto come i fenomeni astronomici legati al passaggio, o comunque all’allineamento, di pianeti, vengano spesso messi in relazione con sconvolgimenti sulla Terra. In particolare, l’ipotesi piu’ accreditata e’ sempre quella del fenomeno delle maree solide, cioe’ le variazioni di attrazione gravitazionale in grado di modificare l’equilibrio tra le placche e dunque provocare terremoti sulla Terra:

Allineamenti e terremoti

Piu’ volte ci siamo cimentati su questi argomenti, parlando ad esempio del transito di Venere del 5 Giugno:

Tutto anticipato al 6 giugno?

– L’archeologia e la profezia del 5 giugno

– Dopo l’archeologia, l’astrofisica

Come abbiamo visto nei precedenti post, il 13 Novembre c’e’ stata una eclissi totale di Sole, visibile solo in una ristretta fascia del pacifico:

Eclissi totale il 13 Novembre, cosa dire …

Secondo voi, questo fenomeno naturale poteva passare in sordina tra i catastrofisti del 2012? Assolutamente no.

Foto dell’eclissi del 13 Novembre

Fortunatamente, nei giorni a cavallo del 13, non ci sono stati particolari fenomeni sismici, per cui le solite supposizioni di cui abbiamo parlato, non possono essere utilizzate.

Nonostante questo, molti si sono interessati al fenomeno per cercare eventuali segni della presenza di Nibiru o per cercare evidenze di variazioni a livello solare. Avere la Luna davanti al Sole, consente di osservare attentamente la regione di spazio intorno alla nostra stella, proprio per cercare eventuali presenze anomale.

In rete si sta discutendo molto di un video girato in Australia, proprio durante l’eclissi del 13. Prima di continuare, vi riporto il link dove vedere il video in questione:

Video del 13

Nel video si vede chiaramente un oggetto massivo circolare uscire dal disco del Sole. Di cosa si tratta? Ovviamente nel video si fanno le ipotesi circa un UFO nascosto vicino al Sole o, in laternativa, di un corpo massivo allineato tra la Terra , la Luna e il Sole.

Facciamoci anche noi la stessa domanda: cos’e’ quell’ombra che si vede nel video?

Mentre in rete si parla dell’attesa rivelazione, della manifestazione di Nibiru, dell’evidenza di extraterrestri, noi cerchiamo di mantenere un profilo scientifico e di ragionare sul video.

Prima cosa, astronomicamente che tipo di movimento farebbe questo corpo? Vediamo qualcosa che si allontana, rispetto al passaggio della Luna, molto rapidamente dal disco del Sole. Una velocita’ del genere ci sembra un attimo troppo elevata per un corpo celeste posto a questa distanza.

Inoltre, nel video si vede questo oggetto uscire da dietro al Sole, muoversi verso destra e poi improvvisamente scomparire. Dove e’ andato? In rete qualcuno dice che ritorna dietro il disco del Sole. Allora, ragionando con un minimo di cognizione di causa, e’ impossibile che un pianeta possa uscire e rientrare da dietro al Sole. Se invece si trattasse di un qualcosa mosso da motori, per quanto veloce possa essere il suo movimento, non potrebbe scomparire e ritornare dietro al Sole.

Se osservate bene il video, si vede chiaramente come il corpo scompaia del tutto in un istante ben preciso.

Gia’ queste osservazioni ci fanno capire che siamo di fronte ad un video falso e in cui e’ stato aggiunto in un secondo momento il disco scuro.

Non contenti, facciamo una piccola considerazione aggiuntiva.

Con centinaia di persone intente a vedere e filmare l’eclissi, se l’oggetto fosse stato reale, la rete sarebbe letteralmente esplosa con video e foto di questa evidenza. Ovviamente, quello che vi ho riportato e’ l’unico video incriminato.

Basta utilizzare youtube per cercare un qualsiasi altro video dell’eclissi:

Video eclissi Australia

e vedere che non c’e’ traccia di corpi anomali dietro al Sole.

Concludendo, come abbiamo visto, basta ragionare e fare considerazioni sul video, per capire che siamo di fronte ad un documento completamente falso. Quello che mi sorprende e’ che il video in questione non e’ apparso solo su youtube, ma anche su siti molto seguiti, ma di chiaro stampo catastrofista. Purtroppo, siamo sempre allo stesso punto:

Homo homini lupus

Imparare a ragionare in modo scientifico, facendo considerazioni sulle notizie e confrontando sempre diverse fonti, e’ l’unico modo per smentire moltissime catastrofi ed evidenze che troviamo in rete. Per analizzare le profezie del 2012, senza preconcetti e senza nasconderci dietro formule incomprensibili, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.