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Charged Lepton Flavour Violation

6 Ott

Oggi vorrei mettere da parte UFO, complotti, scie chimiche, fine del mondo, ecc., per tornare a parlare di scienza pura. Lo vorrei fare con questo articolo spceifico, per trattare nuovamente lo stato attuale della ricerca e mostrarvi quali sono i settori più “caldi” e più promettenti nel panorama della fisica delle alte energie.

Per prima cosa, in diversi articoli abbiamo parlato di modello standard:

Dafne e KLOE: alta energia in Italia

E parliamo di questo Big Bang

Universo: foto da piccolo

Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

Il primo vagito dell’universo

L’espansione metrica dell’universo

Come abbiamo visto, il Modello Standard è quella teoria che oggi abbiamo definito e che consente di prevedere molte delle proprietà che osserviamo per le particelle. Vi ricordo che in fisica parliamo sempre di modello proprio per indicare un qualcosa in grado di prevedere le proprietà sperimentali.

Anche se poco conosciuto ai non addetti ai lavori, il Modello Standard è stato molto citato parlando del Bosone di Higgs. Come tutti sanno, il nostro modello, che ha resistito per decenni, presenta una particolare mancanza: non è in grado di prevedere l’esistenza della massa delle particelle. Come correggere questa grave imprecisione? Che le particelle abbiano massa è noto a tutti e facilmente dimostrabile anche guardando la materia che ci circonda. Bene, per poter correggere questo “errore” è possibile inserire quello che è noto come Meccanismo di Higgs, una correzione matematica che consente al modello standard di poter prevedere l’esistenza della massa. Bene, dunque ora è tutto OK? Assolutamente no, affinché il meccanismo di Higgs possa essere inserito è necessario che sia presente quello che viene chiamato un Campo di Higgs e, soprattutto, un bosone intermedio che, neanche a dirlo, si chiama Bosone di Higgs.

Capite dunque perchè la scoperta sperimentale del Bosone di Higgs è così importante?

Del bosone di Higgs, di LHC e delle sue conseguenze abbiamo parlato in questi articoli:

Bosone di Higgs … ma cosa sarebbe?

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

Hawking e la fine del mondo

2012, fine del mondo e LHC

A questo punto si potrebbe pensare di aver raggiunto il traguardo finale e di aver compreso tutto. Purtroppo, o per fortuna a seconda dei punti di vista, questo non è assolutamente vero.

Perchè?

Come è noto a tutti, esistono alcuni problemi aperti nel campo della fisica e su cui si discute già da moltissimi anni, primo tra tutti quello della materia oscura. Il nostro amato Modello Standard non prevede assolutamente l’esistenza della materia oscura di cui abbiamo moltissime verifiche indirette. Solo per completezza, e senza ripetermi, vi ricordo che di materia e energia oscura abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Materia oscura intorno alla Terra?

Flusso oscuro e grandi attrattori

Troppa antimateria nello spazio

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

L’esistenza della materia oscura, insieme ad altri problemi poco noti al grande pubblico, spingono i fisici a cercare quelli che vengono chiamati Segnali di Nuova Fisica, cioè decadimenti particolari, molto rari, in cui si possa evidenziare l’esistenza di particelle finora sconosciute e non contemplate nel modello standard delle particelle.

Per essere precisi, esistono moltissime teorie “oltre il modello standard” e di alcune di queste avrete già sentito parlare. La più nota è senza ombra di dubbio la Supersimmetria, o SuSy, teoria che prevede l’esistenza di una superparticella per ogni particella del modello standard. Secondo alcuni, proprio le superparticelle, che lasciatemi dire a dispetto del nome, e per non impressionarvi, non hanno alcun super potere, potrebbero essere le componenti principali della materia oscura.

Prima importante riflessione, la ricerca in fisica delle alte energie è tutt’altro che ad un punto morto. La scoperta, da confermare come detto negli articoli precedenti, del Bosone di Higgs rappresenta un importante tassello per la nostra comprensione dell’universo ma siamo ancora molto lontani, e forse mai ci arriveremo, dalla formulazione di una “teoria del tutto”.

Detto questo, quali sono le ricerche possibii per cercare di scoprire se esiste veramente una fisica oltre il modelo Standard delle particelle?

Detto molto semplicemente, si studiano alcuni fenomeni molto rari, cioè con bassa probabilità di avvenire, e si cerca di misurare una discrepanza significativa da quanto atteso dalle teorie tradizionali. Cosa significa? Come sapete, le particelle hanno una vita molto breve prima di decadere in qualcos’altro. I modi di decadimento di una data particella possono essere molteplici e non tutti avvengono con la stessa probabilità. Vi possono essere “canali”, cioè modi, di decadimento estremamente più rari di altri. Bene, alcuni di questi possono essere “viziati” dall’esistenza di particelle non convenzionali in grado di amplificare questo effetto o, addirittura, rendere possibili modi di decadimento non previsti dalla teoria convenzionale.

L’obiettivo della fisica delle alte energie è dunque quello di misurare con precisione estrema alcuni canali rari o impossibili, al fine di evidenziare segnali di nuova fisica.

Ovviamente, anche in questo caso, LHC rappresenta un’opportunità molto importante per questo tipo di ricerche. Un collisore di questo tipo, grazie alla enorme quantità di particelle prodotte, consente di poter misurare con precisione moltissimi parametri. Detto in altri termini, se volete misurare qualcosa di molto raro, dovete prima di tutto disporre di un campione di eventi molto abbondante dove provare a trovare quello che state cercando.

Un esempio concreto, di cui abbiamo parlato in questo post, è l’esperimento LhCB del CERN:

Ancora sullo squilibrio tra materia e antimateria

Una delle ricerche in corso ad LhCB è la misura del decadimento del Bs in una coppia di muoni. Niente paura, non voglio tediarvi con una noiosa spiegazione di fisica delle alte energie. Il Bs è un mesone composto da due quark e secondo il modello standard può decadere in una coppia di muoni con una certa probabilità, estremamente bassa. Eventuali discordanze tra la probabilità misurata di decadimento del Bs in due muoni e quella prevista dal modello standard potrebbe essere un chiaro segnale di nuova fisica, cioè di qualcosa oltre il modello standard in grado di modificare queste proprietà.

Misurare la probabilità di questo decadimento è qualcosa di estremamente difficile. Se da un lato avete una particella che decade in due muoni facilmente riconoscibili, identificare questo decadimento in mezzo a un mare di altre particelle è assai arduo e ha impegnato moltissimi fisici per diverso tempo.

Purtroppo, o per fortuna anche qui, gli ultimi risultati portati da LhCB, anche in collaborazione con CMS, hanno mostrato una probabilità di decadimento paragonabile a quella attesa dal modello standard. Questo però non esclude ancora nulla dal momento che con i nuovi dati di LHC sarà possibile aumentare ancora di più la precisione della misura e continuare a cercare effetti non previsti dalla teoria.

Tra gli altri esperimenti in corso in questa direzione, vorrei poi parlarvi di quelli per la ricerca della “violazione del numero Leptonico”. Perdonatemi il campanilismo, ma vi parlo di questi semplicemente perchè proprio a questo settore è dedicata una mia parte significativa di ricerca.

Cerchiamo di andare con ordine, mantenendo sempre un profilo molto divulgativo.

Come visto negli articoli precedenti, nel nostro modello standard, oltre ai bosoni intermedi, abbiamo una serie di particelle elementari divise in quark e leptoni. Tra questi ultimi troviamo: elettrone, muone, tau e i corrispondendi neutrini. Bene, come sapete esistono delle proprietà in fisica che devono conservarsi durante i decadimenti di cui abbiamo parlato prima. Per farvi un esempio noto a tutti, in un decadimento dobbiamo mantenere la carica elettrica delle particelle, se ho una particella carica positiva che decade in qualcosa, questo qualcosa deve avere, al netto, una carica positiva. La stessa cosa avviene per il numero leptonico, cioè per quella che possiamo definire come un’etichetta per ciascun leptone. In tal caso, ad esempio, un elettrone non può decadere in un muone perchè sarebbe violato, appunto, il numero leptonico.

Facciamo un respiro e manteniamo la calma, la parte più tecnica è già conclusa. Abbiamo capito che un decadimento in cui un leptone di un certo tipo, muone, elettrone o tau, si converte in un altro non è possibile. Avete già capito dove voglio andare a finire? Se questi decadimenti non sono possibili per la teoria attuale, andiamo a cercarli per verificare se esistono influenze da qualcosa non ancora contemplato.

In realtà, anche in questo caso, questi decadimenti non sono del tutto impossibili, ma sono, come per il Bs in due muoni, fortemente soppressi. Per farvi un esempio, l’esperimento Opera dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, misura proprio l’oscillazione dei neutrini cioè la conversione di un neutrino di un certo tipo in un altro. Ovviamente, appartendendo alla famiglia dei leptoni, anche i neutrini hanno un numero leptonico e una loro trasformazione da un tipo all’altro rappresenta una violazione del numero leptonico, quella che si chiama Neutral Lepton Flavour Violation. Per la precisione, questi decadimenti sono possibili dal momento che, anche se estremamente piccola, i neutrini hanno una massa.

Bene, la ricerca della violazione del numero Leptonico in particelle cariche, è uno dei filoni più promettenti della ricerca. In questo settore, troviamo due esperimenti principali che, con modalità diverse, hanno ricercato o ricercheranno questi eventi, MEG a Zurigo a Mu2e a Chicago.

Mentre MEG ha già raccolto molti dati, Mu2e entrerà in funzione a partire dal 2019. Come funzionano questi esperimenti? Detto molto semplicemente, si cercano eventi di conversione tra leptoni, eventi molto rari e dominati da tantissimi fondi, cioè segnali di dcadimenti più probabili che possono confondersi con il segnale cercato.

Secondo il modello standard, questi processi sono, come già discusso, fortemente soppressi cioè hanno una probabilità di avvenire molto bassa. Una misura della probabilità di decadimemto maggiore di quella attesa, sarebbe un chiaro segnale di nuova fisica. Detto questo, capite bene perchè si parla di questi esperimenti come probabili misure da nobel qualora i risultati fossero diversi da quelli attesi.

L’esperimento MEG ha già preso moltissimi dati ma, ad oggi, ha misurato valori ancora in linea con la teoria. Questo perchè la risoluzione dell’esperimento potrebbe non essere sufficiente per evidenziare segnali di nuova fisica.

A livelo tecnico, MEG e Mu2e cercano lo stesso effetto ma sfruttando canali di decadimento diverso. Mentre MEG, come il nome stesso suggerisce, cerca un decadimento di muone in elettrone più fotone, Mu2e cerca la conversione di muone in elettrone senza fotone ma nel campo di un nucleo.

Ad oggi, è in corso un lavoro molto specifico per la definizione dell’esperimento Mu2e e per la scelta finale dei rivelatori da utilizzare. Il gruppo italiano, di cui faccio parte, è impegnato in uno di questi rivelatori che prevede la costruzione di un calorimetro a cristallo che, speriamo, dovrebbe raggiungere risoluzioni molto spinte ed in grado di evidenziare, qualora presenti, eventuali segnali di nuova fisica.

Concludnedo, la ricerca nella fisica delle alte energie è tutt’altro che morta ed è sempre attiva su molti fronti. Come detto, molti sforzi sono attualmente in atto per la ricerca di segnali di nuova fisica o, come noi stessi li abbiamo definiti, oltre il modello standard. Detto questo, non resta che attendere i prossimi risultati per capire cosa dobbiamo aspettarci e, soprattutto, per capire quanto ancora poco conosciamo del mondo dell’infinitamente piccolo che però regola il nostro stesso universo.

 

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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Triangolo delle Bermuda, risolto il “mistero”?

14 Mar

Un nostro caro lettore mi ha contatto privatamente per chiedere lumi circa una teoria in grado di spiegare gli incidenti avvenuti nel cosiddetto “Triangolo delle Bermuda”. Vi premetto subito che non si tratta di una di quelle teorie pseudoscientifiche che compaiono nei vari siti spazzatura di cui di sovente dobbiamo occuparci, ma di una teoria assolutamente scientifica e molto interessante.

Mappa del Triangolo delle Bermuda

Mappa del Triangolo delle Bermuda

Dal momento che non ne abbiamo mai parlato, credo sia necessario, prima di passare alla possibile spiegazione, dire qualcosa in piu’ di questo misterioso e molto citato fazzoletto di mare. Come sapete, il triangolo delle Bermuda e’ una zona di mare molto estesa, circa 1100000 Km^2, che si trova nell’Atlantico Settentrionale a largo delle coste di Porto Rico.

Cosa ha di famoso questo punto dell’oceano?

Non vi diro’ certo qualcosa di nuovo raccontando di come, negli anni, il Triangolo delle Bermude e’ divenuto famoso a causa della sparizione improvvisa di molte navi e aerei che, improvvisamente, mentre sorvolavano o si trovavano a passare sulla zona, sono misteriosamente scomparsi senza lasciare alcuna traccia. Di storie e racconti di questo tipo, tutti ne abbiamo sentito parlare, creando un’aura di mistero intorno a questo tratto di mare.

Le spiegazioni date per giustificare in qualche modo queste sparizioni sono davvero molto diversificate e, ovviamente, non possono mancare le ipotesi fantascientifiche. Per fare qualche esempio, si parla di area di volo per gli extraterrestri che non gradirebbero la presenza di esseri umani, di costruzioni risalenti ad Atlantide sul fondo dell’oceano ed in grado di creare forze sconosciute e invisibili, di fenomeno fisico naturale non compreso in grado di attirare qualsiasi cosa passi sopra la zona, di anomalie dello spazio tempo che creerebbero tunnel quantistici in grado di collegare diverse parti dell’universo e cosi’ via con una lunga serie di ipotesi piu’ o meno assurde che di volta in volta vengono riproposte da giornali, siti e, soprattutto, trasmissioni televisive che andrebbero lasciate in onda solo sovrapponendo, come si faceva una volta per i telefilm americani, le risate delle persone quando vengono mandati servizi del genere.

Ora pero’, prima di parlare di ipotesi concrete di spiegazione, credo sia utile fare il punto della situazione su questa storia per capire fino in fondo l’entita’ e il numero di questi incidenti.

Cercando in rete, trovate molto facilmente la lista degli incidenti misteriosi che sono avvenuti nel Triangolo nel corso degli anni. Quello che pero’ molti dimenticano di dire e’ che questa lista non e’ stata redatta da nessun organo ufficiale per il controllo dei mari. Cosa significa? Il mito del Triangolo delle Bermuda inizia intorno al 1950 con un articolo in cui si parlava della prima volta di misteriose sparizioni in questa zona di mare. Il boom mediatico arrivo’ poi nel 1974 con l’uscita di quello che diventera’ poi un bestseller della letteratura pseudo-scientifica, il libro “Bermuda, il triangolo maledetto”, scritto da Charles Berlitz. Per chi non lo conoscesse, Berlitz e’ proprio il fondatore della famosa scuola di lingue diffusa in tutto il mondo ed e’ autore di diversi libri sul tema della archeologia misteriosa e del complottismo piu’ spinto. Bene, l’uscita del libro di Berlitz segna l’inizio del vero e proprio mito del Triangolo delle Bermuda, libro che ha dato poi inizio a tutta una sequela di opere piu’ o meno romanzate che sono arrivate fino ai giorni nostri.

Cosa dire sul libro di Berlitz? Semplice, quella che doveva essere un’inchiesta storica con il resoconto dettagliato di tutti gli incidenti registrarti nel corso degli anni, si e’ rivelata un’enorme montatura gonfiata veramente a dismisura. Come dimostrato per la prima volta da Lawrence Kusche con il suo libro “The Bermuda Triangle Mystery: Solved” del 1975, molti degli episodi riportati nel libro di Berlitz sono inventati, gonfiati o riguardano incidenti non avvenuti nel triangolo. In particolare, Kusche che era un aviatore e istruttore di volo, parti’ con le sue ricerche dalla scomparsa di un volo commerciale ripreso da Berlitz come caso inspiegabile. Come spesso sentiamo dire, tutti gli incidenti accaduti nel Triangolo sono avvenuti in condizioni meteo perfette e senza lasciare traccia. Bene, i dati mostrati da Kusche dimostrano invece il contrario, potendo imputare la maggior parte degli incidenti, tra quelli realmente avvenuti nel Triangolo, alle avverse condizioni meteo e alle tempeste tropicali che di certo non mancano in quella zona.

Cosa significa questo?

Come potete capire, l’alone di mistero che da sempre circonda questo tratto di mare e’ solo frutto di una montatura, principalmente letteraria, avvenuta nel corso degli anni. Facendo una scrematura molto profonda, di tutti gli incidenti che trovate nei racconti, solo 3 o 4 non trovano una spiegazione immediata perche’ veramente avvenuti nella zona, in condizioni di meteo ottime ma, ovviamente, potrebbero essere dovuti a guasti improvvisi.

E’ possibile questo?

Assolutamente si. Per darvi un’idea, dalle statistiche elaborate sia dalla guardia costiera americana che dalla societa’ Lloyd’s di Londra, il numero di incidenti registrati nella zona e’ perfettamente in linea con le statistiche mondiali rapportando i numeri all’alto traffico aereo e navale che avviene nella zona. Ecco il link della USGC americana che ne parla:

USGC, Bermuda

mentre, per quanto riguarda i Lloyd’s, dal momento che questa e’ la compagnia che si occupa proprio del calcolo dei rischi assicurativi, se ci fosse un reale e misterioso pericolo nella zona, secondo voi continuerebbe a far assicurare i mezzi che transitano nel Triangolo?

Altra considerazione, anche se gli incidenti sono dovuti a guasti o avverse condizioni meteo, e’ vero che in moltissimi casi non sono stati rinvenuti i resti dei mezzi incidentati?

Questo e’ assolutamente vero, ma anche qui possiamo dare una spiegazione razionale senza doverci nascondere. Il fondale del Triangolo delle Bermuda e’ caratterizzato dalla presenza di fosse oceaniche molto profonde ed e’ interessato da correnti molto forti. La combinazione di questi due fattori fa si che, in caso di incidente, il mezzo possa essere risucchiato a fondo molto velocemente, e magari trasportato altrove, nel giro di pochissimi minuti.

Detto questo, esiste un mistero sul Triangolo delle Bermuda? Da quanto detto, possiamo escludere questa ipotesi dal momento che il tutto e’ frutto di una montatura prettamente letteraria basata su argomentazioni esagerate, falsificate e, ovviamente, atte solo a creare un business per chi le mette in piedi. Prima pero’ di chiudere, vorrei fare qualche altra considerazione. Come detto, ci sono ancora 3 o 4 incidenti la cui spiegazione non e’ nota e che possono essere imputati ad improvvisi guasti dei mezzi interessati.

E se non fossero guasti dovuti al mezzo?

Perche’ dico questo?

Semplice, non limitandoci al caso del Triangolo, nel corso della storia si sono verificati incidenti in mare apparentemente non spiegabili e che hanno fatto scomparire improvvisamente mezzi dai radar non lasciando assolutamente traccia. Una possibile spiegazione di questi incidenti, che e’ poi l’argomento della domanda iniziale da cui siamo partiti, potrebbe essere imputata ai cosiddetti “idrati di metano”. Fate attenzione, ora stiamo passando dallo smascherare storie fantascientifiche ad ipotesi scientifiche.

Cosa sono gli idrati di metano?

Si tratta di una struttura cristallina solida formata da acqua ghiacciata e metano. Per poter formare strutture di questo tipo e’ necessaria una combinazione di basse temperature e pressioni molto elevate. Queste condizioni sono ovviamente possibili sui profondi fondali oceanici dove l’acqua scende facilmente ad una temperatura prossima allo zero e la colonna di liquido sovrastante produce un’elevata pressione. Strutture di questo tipo sono molto frequenti a profondita’ tra i 500 e i 4000 metri e possono estendersi anche su superfici molto vaste.

Ora, immaginate la seguente situazione: qualcosa, ad esempio una scossa sismica, rompe lo strato di ghiaccio e metano. In queste condizioni, una grossa bolla di gas puo’ fuoriuscire e risalire verso la superficie. Se una nave si trova a passare sopra il punto in cui la bolla esce verso l’atmosfera, cosa succede? Semplice, le navi galleggiano grazie alla spinta di Archimede, dipendente dalla densita’ dell’acqua, che bilancia il peso stesso della nave. Poiche’ il metano ha una densita’ minore dell’acqua, nel momento della fuoriuscita, il peso della nave non sarebbe piu’ bilanciato e il mezzo verrebbe risucchiato verso il basso. E’ possibile questo? Assolutamente si e proprio nel corso degli ultimi anni, esempi di questo tipo sono stati anche documentati. Dal momento che, come anticipato, il Triangolo delle Bermuda presenta fondali molto profondi, correnti fredde e giacimenti di combustibili fossili, e’ assolutamente lecito pensare che la zona possa essere interessata da fenomeni di questo tipo. Ovviamente, in caso di un incidente del genere, la sparizione sarebbe improvvisa e senza lasciare traccia alcuna del mezzo.

Dal mio punto di vista, e’ assolutamente lecito pensare che, forse, alcuni degli incidenti rimasti senza spiegazione, il cui numero ripeto e’ perfettamente compatibile con le statistiche di ogni altra zona, potrebbero essere stati causati dalla rottura di strati di idrati di metano.

Eventi di questo tipo potrebbero anche spiegare, non solo per il Triangolo, incidenti aerei avvenuti a bassa quota sopra gli oceani. La bolla di metano uscita in atmosfera infatti, potrebbe rimanere densa e arrivare agli ugelli ad alta temperatura degli aerei. In questo caso, si svilupperebbe immediatamente un incendio che interesserebbe l’intero apparecchio facendolo precipitare.

Se credete che la spiegazione sia esagerata, pensate che da un metro cubo di idrati di metano ad alta pressione si formano, a pressione e temperatura normali, ben 168 metri cubi di gas e solo 0,87 metri cubi di acqua.

Attenzione, 168 metri cubi di gas da un solo metro cubo di idrati dal fondo dell’oceano. Perche’ allora non sfruttare questa enorme risorsa per estrarre gas? Questa idea e’ ovviamente venuta anche alle maggiori compagnie di estrazione e al momento ci sono diversi gruppi di ricerca, soprattutto americani e giapponesi, che stanno studiando il modo migliore, se possibile, di mettere le mani su questa enorme risorsa. Dalle stime fatte, la quantita’ di gas contenuta negli idrati sarebbe molto maggiore di quella contenuta in tutti i giacimenti tradizionali conosciuti al mondo. Al momento pero’, l’estrazione di questo gas sarebbe ancora troppo rischiosa e con efficienza troppo bassa. Come sapete, il metano e’ uno dei piu’ pericolosi gas serra, con effetti 30 volte maggiori di quelli dell’anidride carbonica. Una fuoriuscita incontrollata di questo gas provocherebbe effetti disastrosi per la nostra atmosfera. Inoltre, sulla base della spiegazione degli idrati per gli incidenti in mare, un’operazione di questo tipo sarebbe molto rischiosa per le piattaforme e le navi che si troverebbero in prossimita’ del punto di raccolta.

Concludendo, per quanto riguarda il Triangolo delle Bermuda, abbiamo visto come il mito creato nel corso degli anni sulla pericolosita’ della zona sia solo una montatura ad hoc. Molti degli incidenti considerati misteriosi sono in realta’ perfettamente spiegabili o avvenuti in zone diverse. Ci sono ancora un numero esiguo di casi non spiegabili in modo certo ma che comunque rientrano nelle statistiche calcolate su scala mondiale. Non pensando al semplice guasto, alcuni di questi avvenimenti potrebbero essere stati causati dalla liberazione di metano da idrati sul fondale. Queste strutture solide, conosciute e presenti sui freddi fondali di alcuni oceani, racchiudono enormi quantita’ di metano che puo’ essere liberato da fratture naturali o indotte dello strato solido. La quantita’ di metano liberata in questi casi e’ notevole al punto che diversi studi sono in corso per cercare di sfruttare questa risorsa.

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

Un vetro spesso solo due atomi

18 Set

Come sappiamo bene, la storia della ricerca e della scienza in generale e’ piena di scoperte avvenute in modo del tutto casuale. Spesso, queste scoperte si rivelano di fondamentale imporanza per l’uomo e quello che contribuisce ancora di piu’ alla notorieta’ della scoperta e’ la non intenzione di base di arrivare a questi risultati.

Perche’ avviene questo?

Non potendo dare una risposta provata, mi limitero’ ad esporre un mio personale pensiero. In questo caso, a mio avviso, quello che rende cosi’ affascinanti queste scoperte per i non addetti ai lavori e’ proprio la casualita’ della scoperta. Questi meccanismi rendono la ricerca scientifica piu’ umana e vicina alle persone comuni. Pensare ad uno sbadato scienziato che lascia i suoi campioni fuori posto o senza pulirli e poi, tornando il giorno dopo, trova la scoperta che lo rendera’ famoso, e’ qualcosa che avvicina molto i ricercatori alle persone comuni, tutte con le loro distrazioni, pensieri e cose piu’ “terrene” da fare.

Se ci pensiamo, la stessa cosa e’ avvenuta per Flemming con la scoperta della penicillina. Come sicuramente sapete, anche in questo caso, la scoperta fu del tutto fortuita. Lo scienziato lascio’ alcuni batteri su cui stava lavorando in una capsula di cultura e parti’ per una vacanza. Al suo ritorno si accorse che all’interno della capsula vi era una zona in cui i batteri non erano cresciuti ed in cui era presente una muffa. Proprio da questa muffa si arrivo’ poi, anche se in diversi passi nel corso del tempo e perfezionando i metodi di produzione, alla penicillina, quell’importante salvavita che tutti conosciamo. Se vogliamo, la bravura del ricercatore e’ nell’interpretare e nell’accorgersi di avere tra le mani qualcosa di importante e non un risultato sbagliato o della sporcizia lasciata per caso.

Perche’ ho fatto questo cappello introduttivo?

Come potete immaginare, vi voglio parlare di una scoperta fortuita, forse meno “vitale” della penicillina, ma sicuramente molto affascinante e con importanti risvolti per il futuro. Si tratta, come forse avrete letto su molti giornali, della produzione del vetro piu’ sottile al mondo, appena due atomi.

Andiamo con ordine, parlando proprio di come ‘e stata fatta questa scoperta.

Un team di scienziati stava lavorando alla produzione di fogli di grafene, una struttura atomica composta di carbonio, spessa appena un atomo, ma con importanti prorieta’ sia chimiche che meccaniche. La produzione di questo grafene era fatta utilizzando ovviamente atomi di carbonio ma anche fogli di quarzo utilizzati per la deposizione.

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservando al microscopio uno di questi fogli, gli scienziati si sono accorti che in una piccola parte era presente una regione di colorazione diversa rispetto al resto. Proprio mediante l’osservazione al microscopio e’ stato possibile determinare che si trattava di una struttura diversa da quella del grafene e composta di Silicio e Ossigeno. Questa non era una struttura casuale, ma gli atomi erano disposti in modo ordinato e formavano un foglio spesso appena due atomi.

Caratterizzando la struttura del foglio, gli scienziati si sono accorti che quello che stavano osservando era un vetro. non un vetro qualsiasi, ma il piu’ sottile vetro mai realizzato.

Dov’e’ la casualita’ della scoperta?

Ovviamente, nel laboratorio si stava producendo grafene che, come detto, e’ composto da atomi di carbonio. Da dove sono usciti Silicio e Ossigeno per il vetro? La risposta e’ quantomai banale ma affascinante. Secondo i ricercatori, una fuga d’aria all’interno della camera di produzione ha causato l’ingresso dell’ossigino e la conseguente reazione con il rame e con il quarzo contenuto all’interno per la produzione di grafene. Risultato, in una piccola zona del grafene si e’ formato un sottilissimo strato di vetro comune.

Come anticipato, parliamo di una scoperta affascinante ma che sicuramente non puo’ combattere con quella della penicillina. Perche’ pero’ e’ importante dal punto di vista scientifico?

Per prima cosa, il fatto che si tratti del piu’ sottile vetro mai realizzato e’ stato certificato inserendo questa scoperta nel libro dei Guiness dei Primati.

Oltre a questo, tornando invece a parlare di scienza, la struttura del vetro non e’ molto facile da capire. Come sapete, questo puo’ allo stesso tempo essere considerato sia un liquido che un solido. Detto questo, se si osserva un vetro al microscopio, non si riesce a distinguere bene la sua struttura atomica. Nella struttura amorfa della sostanza, si evidenziano sottoinsiemi disordinati di atomi, senza poter descrivere in dettaglio il posizionamento ed i legami che intercorrono tra di essi.

Nel caso dl vetro di cui stiamo parlando invece, proprio lo spessore cosi’ ridotto consente di poter distinguere chiaramente la posizione dei diversi atomi e quindi di avere una mappa delle posizioni di Ossigeno e Silicio. Come potete immaginare, dal punto di vista scientifico questa evidenza e’ di fondamentale importanza per poter classificare e comprendere a fondo i materiali amorfi a cui anche il vetro appartiene.

Oltre a questo, sempre gli scienziati coinvolti nella ricerca si sono accorti che la struttura ottenuta era molto simile a quella ipotizzata ben 80 anni prima, nel 1932, dal fisico norvegese Zachariasen. Costui dedico’ gran parte della sua carriera allo studio dei vetri e proprio nel 1932 pubblico’ l’articolo “The atomic Arrangement in Glass”. In questo articolo Zachariasen inseri’ alcuni suoi schemi relativi al posizionamento degli atomi all’interno del vetro. Come potete immaginre, si trattava di disegni ottenuti da considerazioni scientifiche personali. Bene, a distanza di oltre 80 anni, e’ stato possibile osservare direttamente la struttura del vetro e confermare le supposizoni fatte da Zachariasen.

Se vogliamo, fino a questo punto abbiamo mostrato il fascino della scoperta. La prossima domanda che potrebbe invece venire in mente e’: cosa ci facciamo con questo vetro?

Dal punto di vista applicativo, questa scoperta potrebbe avere negli anni a venire importanti ripercussioni su diversi campi. Per prima cosa, un vetro cosi’ sottile e’ praticamente privo di impurezze. Questo lo rende particolarmente appetibile per applicazioni di precisione su scala micrometrica, dove una minima variazione della struttura potrebbe comportare errori sistematici non prevedibili.

Inoltre, strutture come questa ottenuta, sono importantissime per la realizzazione di sistemi elettronici miniaturizzati. Anche qui, la purezza e’ uno dei requisiti fondamentali richiesti. Oltre a questa, un vetro cosi’ sottile puo’ essere pensato per applicazioni di microtrasmissione dei segnali, fondamentali, ad esempio, nei transistor.

Grazie a questa scoperta, possiamo dunque pensare di avere un metodo di produzione per spessori infinitesimali. I risultati di questa produzione potrebbero essere utilizzati per aprire la strada ad una miniaturtizzazione ancora piu’ spinta dei dispositivi elettroni che trovano largo uso in tantissimi “gadget” tecnologici che ci portiamo dietro.

Concludendo, la scoperta del vetro piu’ sottile al mondo e’ avvenuta quasi per caso. Dico “quasi” perche’ ovviamente stiamo parlando di scienziati seri e che erano impegnati su lavori molto importanti e di chiara importanza. Durante questi studi, si e’ evideniata la formazione fortuita di una zona vetrosa composta da ossigeno e silicio. Come visto nell’articolo, questa scoperta potrebbe avere importanti ripercussioni su tantissimi settori diversi che vanno dalla microelettronica, alla tramissione dei segnali, fino anche, perche’ no, ad applicazioni di fisica delle alte energie per lo studio e la realizzazione di rivelatori sempre piu’ innovativi.

 

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

E adesso abbiamo i “cani solari”

4 Giu

Solo qualche giorno fa, ho ricevuto un commento molto interessante riguardante quello che secondo la cultura popolare e’ un rarissimo evento naturale, spesso enfatizzato come portatore di qualche presagio o messaggio divino. Come evidenziato dal titolo, si tratta dei cosiddetti “Cani Solari”, dall’inglese “Sun Dog”, anche noti come “Parhelion”, dal greco “Accanto al sole”.

Non sapete di cosa si tratta? Senza tanti giri di parole, vi mostro una foto che vi lascera’ a bocca aperta:

Il fenomeno del Parhelion o Sun Dog

Il fenomeno del Parhelion o Sun Dog

Come vedete, si tratta di una sorta di arcobaleno che si manifesta intorno al sole ma che, a differenza del classico fenomeno conosciouto da tutti, ha i colori invertiti con il rosso all’interno e il violetto all’esterno. Quella mostrata e’ una foto di un Sun Dog completo, cioe’ completamente circolare. Spesso vengono riportate testimonianze di cerchi incompleti come se fossero presenti tre soli in cielo:

Sun dog incompleto come se vi fossero tre soli all'orizzonte

Sun dog incompleto come se vi fossero tre soli all’orizzonte

Come e’ evidente, si tratta di un fenomeno veramente affascinante e che, come riportato, lascia a bocca aperta le fortunate persone che riescono ad assistere al fenomeno.

Ora che abbiamo capito quello di cui stiamo parlando, cerchiamo di capire dal punto di vista scientifico come e perche’ si manifestano questi fenomeni.

Come e’ noto, i classici arcobaleni si formano a causa della dispersione dei raggi solari quando questi passano all’interno di minuscole gocce d’acqua in sospensione dopo un temporale. A causa della riflessione, la luce bianca del Sole, cioe’ composta da diverse lunghezze d’onda, viene scomposta e ciascuna frequenza esce con un angolo diverso, separandosi dalle altre.

Cosi’ per assonanza, possiamo pensare che anche il fenomeno dei Sun Dog sia dovuto ad un evento similare. Questo infatti e’ corretto. Quello che pero’ distingue questi fenomeni dagli altri piu’ noti, e’ nel mezzo che crea la dispersione.

I Parhelion sono creati dalla dispersione della luce solare a causa di minuscoli cristalli di ghiaccio in sospensione che restano a seguito di un violento temporale freddo o come residui del passaggio di cirri. Generalemente, questi mini cristalli, con spessori compresi tra 0.5 e 1 mm, hanno forma esagonale, per cui, al loro interno, la luce viene scomposta un po’ come avviene quando guardiamo un diamante.

Questa ragionamento, non e’ pero’ sufficiente a spiegare il fenomeno. Se ci pensiamo bene, avendo tanti cristalli esagonali in cielo, ognuno con la sua orientazione, come e’ possibile che venga creata questa forma esattamente circolare? La considerazione e’ corretta, ed infatti quanto detto non e’ ancora sufficiente a spiegare i Sun Dog.

In presenza di cristalli esagonali con orientazione casuale, quello che si forma e’ il fenomeno degli “aloni”, molto meno definiti. Affinche’ si formi un Parhelion e’ necessario che i cristalli siano tutti orientati verticalmente. In questo caso, la luce viene scomposta sullo stesso piano formando appunto queste meravigliose forme di cui abbiamo riportato le foto.

Al contrario di quello che si pensa, i Parhelion non sono cosi’ rari. Affinche’ il fenomeno si formi e’ necessario che, prima di tutto ci siano i cristalli di ghiaccio orientati in modo corretto, ma anche che il Sole sia all’altezza giusta. Geometricamente, quello che si ottiene e’ un angolo di dispersione di 22 gradi rispetto al nostro orizzonte. Ora, molto spesso pero’, questi fenomeni non sono facilmente visibili anche perche’, come vedete dalle foto, per poterli identificare e’ necessario guardare direttamente in direzione del Sole. Detto questo, se il Sole e’ troppo alto in cielo, la sua luce potrebbe arrecare danni alla vista oltre a far diminuire di intensita’ la luce scomposta.

All’inizio dell’articolo, dicevamo che spesso questi fenomeni sono riportati nella storia come presagi divini o segnali del destino. Partendo dai classici greci e latini, le opere sono piene di Parhelion riportati in concomitanza di grandi eventi o di luoghi specifici pregni di significato sociale e religioso. Per darvi qualche esempio, anche Cicerone nel De re publica parla dei Sun Dog ed in particolar modo della discussione nata nel senato romano dopo la comparsa di questi fenomeni. Shakespeare racconta invece nel suo Enrico VI del Parhelion comparso prima di una battaglia nella Guerra delle due Rose.

Concludendo, quello dei Parhelion e’ senza dubbio un fenomeno naturale estremamente affascinante e che, anche se formato in condizioni non rare, molto difficilmente risulta visibile all’occhio umano. Il meccanismo di formazione di questi fenomeni e’ oggi completamente compreso dal punto di vista scientifico ma nel passatto veniva spesso associato con un presagio divino ed importante.

 

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

Misteriosi pilastri di luce?

11 Dic

Piu’ volte, in questo blog, abbiamo parlato di fenomeni apparentemente strani, che molto spesso vengono utilizzati da siti catastrofisti come un chiaro segnale della prossima fine del mondo.

Di argomenti di questo tipo, ne abbiamo ad esempio parlato raccontando dei suoni dell’apocalisse, delle nuvole di forma particolare apparse in qualche angolo del mondo o di strani oggetti visti in prossimita’ del Sole:

I misteriosi suoni dell’Apocalisse

Di nuovo i suoni dell’apocalisse

Una nuvola che fa pensare alla fine del mondo

Altra strana nube, questa volta in Giappone

Altra strana nube a Tulsa

Strano arcobaleno a Conca della Campania

Scoperta nuova nuvola?

Missile vicino al Sole?

Tutte, e dico tutte, le volte, analizzando questi fenomeni, ci siamo resi conto che in realta’ non c’era assolutamente nulla di nuovo o di non conosciuto dalla scienza. Semplicemente, vengono presi eventi non standard, cioe’ non proprio manifestabili tutti i giorni, per far credere che qualcosa di strano sia in corso a livello naturale.

In questi ultimi giorni, un presunto nuovo fenomeno naturale sta facendo parlare molti siti catastrofisti che ovviamente vogliono far credere che sia in corso qualcosa di straordinario.

Come forse avrete gia’ letto in qualche sito, ma sicuramente questi articoli verranno rimbalzati nei prossimi giorni su molti forum predisposti al copia/incolla, in diverse parti del mondo si starebbero manifestando i cosiddetti “pilastri di luce”, misteriosi fasci luminosi che appaiono improvvisamente all’orizzonte e che salgono verso il cielo.

Eccovi un esempio delle immagini che trovate in rete in questi giorni:

Foto di pilastri di luce apparsi in diverse parti del mondo

Foto di pilastri di luce apparsi in diverse parti del mondo

Devo dire che artisticamente, e dal punto di vista fotografico, si tratta di un fenomeno molto suggestivo. E’ necessario premettere che si tratta di foto reali, scattate in diverse parti del mondo, soprattutto nell’ultimo periodo.

Come potete facilmente immaginare, e come premesso, sul web si legge che questi fasci sarebbero una manifestazione esclusivamente degli ultimi giorni e indicherebbero un chiaro segnale alla ormai prossima fine del mondo. Alcuni, devo dire dotati di una buona fantasia, vedrebbero in questi pilastri dei segnali divini o delle strade utilizzabili per l’ascensione verso nuovi mondi o verso civilta’ aliene molto avanzate.

Cosa c’e’ di vero in tutto questo? Purtroppo, solo le foto.

Anche in questo caso, si tratta di un fenomeno molto ben conosciuto dalla scienza e molto spesso anche da fotografi professionisti che a volte si trovano a dover combattere questo effetto. Ovviamente nessun sito catastrofista vi dice di cosa si tratta in realta’, ma trovate solo titoli pomposi e articoli pieni di enfasi. Il tutto sempre condito dalla solita argomentazione che “la scienza non sa di cosa si tratta” e che “i ricercatori stanno cercando di dare una spiegazione a questo misterioso effetto”.

Niente di piu’ falso.

In termini tecnici, questo effetto e’ noto proprio come “pilastro di luce” o anche “colonna di luce”, dall’inglese “light pillar”.

A cosa e’ dovuto?

Come sappiamo bene, in atmosfera possiamo trovare gocce d’acqua. Se la temperatura e’ bassa, alcune di queste gocce possono trasformarsi in cristalli di ghiaccio.

Fin qui tutto bene.

Ora, immaginate di avere una sorgente di luce di fronte a voi bassa in angolo, cioe’ radente al vostro orizzonte. Se i cristalli di ghiaccio sono paralleli al terreno, e’ possibile che a causa della riflessione della luce sul ghiaccio, la sorgente di luce puntiforme appaia allargata formando un fascio esteso. Data l’orientazione dei cristalli, e’ evidente che i fasci di luce cosi’ formati avranno una direzione verticale, cioe’ rivolta verso il cielo.

Per meglio comprendere la causa dei pilastri di luce, possiamo far riferimento a questa immagine:

Meccanismo ottico di formazione dei light pillar

Meccanismo ottico di formazione dei light pillar

Come vedete, la luce emessa dalla sorgente a terra, viene riflessa sul ghiaccio e l’osservatore, sempre a terra e lontano dalla sorgente, vede in cielo una linea luminosa estesa verso l’alto. Questo e’ esattamente il meccanismo alla base dei “light pillar”.

Ora, perche’ proprio in questi ultimi giorni si stanno riportando testimonianza di pilastri di luce?

La spiegazione e’ molto piu’ semplice di quanto si creda. Come abbiamo visto, per poter formare i pilastri e’ necessario che ci siano molecole d’acqua in atmosfera e che queste vengano ghiacciate. Quale momento migliore di un bel piovoso inizio inverno? Come potete capire, la spiegazione del fenomeno e’ proprio stagionale. Le basse temperature permettono il congelamento dell’acqua in atmosfera creando le condizini adatte per il fenomeno.

A questo punto, facciamo un esercizio semplice. Andiamo a rivedere le foto pubblicate prima e capiamo l’origine dei pilastri. Come vedete subito, in 3 foto su 4, la sorgente della colonna luminosa e’ il Sole basso all’orizzonte. Il tramonto e’ infatti uno dei momenti migliori per poter osservare fenomeni di questo tipo. Quando il Sole e’ basso, intorno agli 8-10 gradi all’orizzonte, si hanno le condizioni ottimali per la formazione dei pilastri. Vista l’alta probabilita’ di questi fenomeni, molto spesso ci si riferisce a questi chiamandoli proprio “sun pillar” per indicare che la sorgente e’ il Sole stesso.

Nella quarta foto invece, i numerosi pilastri visibili, sono dovuti a diverse sorgenti luminose poste dietro all’abitazione in primo piano. Come vedete, la foto e’ stata scattata da una posizione praticamente parallela al terreno e dunque alla stessa altezza delle sorgenti di luce che provocano i pilastri.

Quest’ultimo esempio in particolare, ci dimostra che la formazione dei pilastri di luce puo’ essere provocata indipendentemente sia da sorgenti naturali, come il Sole, che da sorgenti artificiali.

Dunque? Cosa c’e’ di particolare e misterioso in questi fenomeni?

Alla luce di quanto dimostrato, assolutamente nulla. Anche in questo caso, si tratta di fenomeni ben conosciuti dalla scienza e che di certo non hanno fatto la loro apparizione negli ultimi giorni.

Forse, sarebbe il caso che molti siti catastrofisti prima di pubblicare certe notizie, provassero a documentarsi o, come in questo caso, a studiare un po’ di ottica, tra l’altro molto semplice poiche’ basata solo sulla riflessione della luce, fenomeno noto praticamente a tutti.

Come sempre raccomandiamo, non credete ai titoli sensazionalistici che trovate in rete. Molto spesso, la spiegazione di alcuni fenomeni e’ molto piu’ semplice di quanto vorrebbero farvi credere. Come capite bene, un’analisi scientifica e profonda delle profezie del 2012, ci consente di parlare di scienza e di affrontare argomenti molto spesso poco noti e che possono aumentare il nostro bagaglio culturale indipendentemente dal 21 Dicembre. Per partire dall’analisi delle profezie del 2012, ma soprattutto per leggere un libro di divulgazione della scienza, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.