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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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Le terribili armi scalari

31 Gen

Torniamo a parlare di catastrofismo con un argomento che da sempre viene molto discusso in rete. In diversi post, abbiamo parlato di ipotetici quanto falsi meccanismi in atto per modificare il clima, controllare le menti delle persone, provocare massicce morie di animali, causare terremoti ma anche eventi naturali di vasta portata. Le cause di questi sconvolgimenti, sempre secondo il dilangante complottismo mediatico, sarebbero da ricercarsi nelle scie chimiche, in HAARP o in altri metodi sviluppati per lo sfruttamento massimo delle risorse naturali:

Haarp e terremoti indotti?

Haarp, la causa di tutti i mali?

Alcune considerazione sulle scie chimiche

Scie Chimiche: il prelievo in quota

Scie chimiche e cloud seeding

Come difendersi dalle scie chimiche

Il Dibromoetano e le scie chimiche

A-380 modificato per spargere scie chimiche

Moria di uccelli nel mondo

Ad oggi, e come visto nei post precedenti, non vi e’ la minima prova a sostegno di queste ipotesi. In particolare, le presunte prove scientifiche, vengono sbriciolate con sempici ragionamenti o anche solo andando a cercare chi sarebbero questi scienziati che sostengono queste cause.

In questo post, vorrei tornare nuovamente su questi argomenti, per parlarvi delle cosiddette armi scalari, presunti sistemi da molti visti come l’unica causa di tutte queste problematiche.

Cosa sono le armi scalari?

Rispondere a questa domanda non e’ affatto semplice. Se provate a cercare in rete, anche solo nei siti italiani, trovate centinaia di risultati che ne parlano, ma nessuno di questi fa una descrizione semplice e corretta di questi armamenti. Con le stesse modalita’ di cui abbiamo piu’ volte parlato, tanti discutono di questi sistemi creando tantissima confusione e riempiendo pagine e pagine di termini scientifici di cui, come si evince provando a leggere, molto probabilmente si ignora anche il significato. In questo senso, trovate un enorme mescolamento di onde elettromagnetiche, campi vettoriali, monopolo magnetico, divergenze, rotazioni di operatori, termini scientifici relativi alla trattazione dell’elettromagnetismo, ma con un preciso significato molte volte stravolto su internet.

Cerchiamo di andare con ordine, mantenendo un profilo divulgativo e consentendo a tutti di potersi chiarire le idee.

Rappresentazione di un'onda elettromagnetica

Rappresentazione di un’onda elettromagnetica

Partiamo dalle basi, le onde elettromagnetiche. Senza utilizzare il formalismo scientifico, tutti sanno di cosa sto parlando, onde che si propagano nel vuoto o in un mezzo trasportando campi elettrici e magnetici. Nell’esempio classico, questi campi sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione dell’onda. Per la massima chiarezza, facciamo riferimento alla figura riportata, in cui viene mostrata una schematizzazione di onda elettromagnetica con i due campi e la direzione di propagazione, cioe’ quella verso cui si muove l’onda stessa. Cliccando sull’immagine potrete vedere l’animazione rappresentante il movimento stesso dell’onda.

Bene, questa e’ la descrizione dell’onda elettromagnetica. Come visto, i campi oscillano in direzioni ortogonali alla propagazione (fate sempre riferimento alla figura precedente) e proprio per questo motivo si parla di onda trasversale.

Rappresentazione di un'onda sonora

Rappresentazione di un’onda sonora

Diverso e’, ad esempio, il caso delle onde sonore. In questo caso, l’onda e’ costituita da una successione di compressioni e rarefazioni del mezzo, generalmente aria, che trasportano nello spazio le informazioni. Detto in termini semplici, le vibrazioni comprimono e rilasciano le molecole d’aria propagando il segnale. Immaginatelo come un serpente che si muove sul terreno e che si comprime e si allunga per spostarsi. Anche in questo caso, la figura riportata (cliccare per vedere l’animazione) puo’ aiutarci a comprendere meglio il fenomeno.

Se confrontate le figure, vi rendete conto che mentre per l’onda elettromagnetica le oscillazioni avvengono in direzione ortogonale al moto dell’onda, nel caso sonoro queste oscillazioni sono esattamente nella direzione di propagazione. In particolare, come ci dice la fisica, questo ultimo caso e’ riservato alle onde meccaniche, appunto come il suono.

Con il formalismo della scienza, ci si riferisce alle onde come quelle elettromagnetiche con il termine trasversali, mentre a quelle come il suono come onde longitudinali.

Bene, se siamo arrivati fino a questo punto senza cadere dalla sedia, siamo ormai in dirittura d’arrivo.

Cosa sono le armi scalari?

Questi sistemi sarebbero basati su onde scalari di natura elettromagnetica, cioe’ non piu’ con il comportamento visto prima, ma solo con un trasporto di energia nella direzione di propagazione, come nel caso delle onde sonore.

Se questo fosse possibile, la trattazione fatta fino a questo punto, non sarebbe completa. Come potete immaginare, la trattazione scientifica e’ completa, cioe’ che e’ sbagliato e’ il considerare onde elettromagnetiche scalari.

Stando a quanto si legge in rete, le onde scalari non solo esisterebbero, ma sarebbero gia’ impiegate per la realizzazione di armi di nuova concezione. Questi armamenti sarebbero talmente potenti da poter distruggere l’intero pianeta Terra, innescare i moti delle placche e dunque causare terremoti, modificare il clima a nostro piacimento ma anche controllare a distanza la mente delle persone. Alla luce dei post visti in precedenza, e’ inutile scomodare tante cause diverse, basta far fuoco con queste armi.

Cosa c’e’ di vero in tutto questo?

In rete ci sono persone pronte a fare di tutto per sostenere l’esistenza di queste armi. Se fate una ricerca su google, trovate anche molti filmati di esperimenti fatti in casa, o di sistemi testati in laboratori, in grado di generare o di misurare la presenza delle onde scalari. In tutti questi casi, vi vengono mostrati risultati incredibili con lampadine accese a distanza, correnti elevatissime che vengono fatte circolare nei circuiti o anche di campi elettromagnetici pazzeschi prodotti con piccole batterie.

Dunque, c’e’ la teoria delle onde scalari, ci sono gli esperimenti su internet che le dimostrano, non dovrebbe mancare niente. Quello che purtroppo manca e’ l’onesta’ di alcuni soggetti.

Il caso delle onde scalari, e in seguito delle armi basate su questa tecnologia, prende spunto, almeno da quanto si legge, da alcune ipotesi formulate da Nikola Tesla, si sempre lui. Tesla avrebbe scoperto l’esistenza delle onde scalari e avrebbe preparato degli esperimenti in grado di generare queste forme d’onda. I risultati sarebbero stati incredibili e avrebbero attirato da subito l’attenzione del governo americano. Dopo la morte di Tesla, i suoi appunti sarebbero stati sequestrati e catalogati come “top secret” dalla CIA. Il perche’ di questo e’ da ricercarsi nelle possibili applicazioni di queste nuove onde. Sempre leggendo in rete, oltre alle applicazioni belliche di cui abbiamo gia’ parlato, le onde scalari permetterebbero l’estrazione e l’utilizzo dell’energia del vuoto, praticamente gratis e illimitata, consentirebbero di viaggiare nel tempo deformando localmente l’universo grazie all’enorme energia in gioco e, non per ultimo, consentirebbero uno spostamento dalla nostra dimensione ad uno dei tanti universi a noi paralleli.

Sembra un film di fantascienza, perche’ infatti lo e’!

Di Tesla abbiamo gia’ parlato in altri post:

Il Raggio della Morte

Il Raggio del Dolore

Marconi, Tesla e l’evidenza aliena

Come detto, Tesla fu un grande scienziato, geniale e unico nella sua specie. Quello che pero’ avviene in rete e’ una mitizzazione della figura di Tesla che, in ultima analisi, piuttosto che rivalutare i suoi studi, lo rende quasi una figura pseudoscientifica.

Foto dello scienziato Nikola Tesla

Foto dello scienziato Nikola Tesla

Le applicazioni viste delle armi ad onde scalari, altro non sono che ipotesi speculative sul raggio del dolore. Gli studi di Tesla hanno dato una forte spinta in avanti alla conoscenza e alle applicazioni delle onde elettromagnetiche in diversi campi. Come visto nei post precedenti, l’utilizzo in particolare delle microonde ad alta potenza trova diversi impieghi nei settori piu’ disparati: armi ad energia diretta, ricostruzione del buco dell’ozono, trasporto di segnali a lunghissima distanza, ma anche radar, sistemi di controllo, datazione di opere artistiche, ecc. Tutte applicazioni gia’ utilizzate o futuribili in tempi brevi, ma da cui si passa facilmente alle ipotesi che abbiamo visto.

Per completezza, torniamo di nuovo alle onde. Come detto, ad oggi non vi sono assolutamente evidenze di onde elettromagnetiche scalari. Capite bene che se queste non esistono, non possono esistere armi basate su questa tecnologia. Come detto in precedenza, per arrivare a questa conclusione basterebbe che molte persone, convinte di questo complotto, prendessero in mano un qualsiasi libro di elettromagnetismo e capirebbero subito l’assurdita’ delle ipotesi.

Cosa dire allora dei tanti video che girano in rete e che utilizzano onde scalari?

Qui il discorso e’ molto semplice. I maggiori sostenitori di questa tecnologia, tra l’altro sono anche quelli che sostengono di poterla utilizzare, sono Bearden e Naudin. Questi avrebbero, in tempi diversi, realizzato apparecchiature in grado di creare onde scalari e di poterle utilizzare con gli scopi piu’ disparati.

Bene, sempre di video su internet si tratta. Mi spiego meglio. Ad oggi non esiste nessuna evidenza scientifica ne tantomeno brevetto a garanzia di quanto affermato. Questa storia e’ molto simile a quelle tanto discusse in rete sulla fusione fredda, sui fenomeni LENR o sulle invenzione di Keshe. In tutti questi casi, si parla di una teoria, si mostrano video rivoluzionari su internet, ma poi nessuno mostra nulla di concreto, propone brevetti e controprove scientifiche. Mi spiego meglio, se inventiamo qualcosa di rivoluzionario, lo rendiamo pubblico, ovviamente dopo averlo brevettato, e, consci del fatto che funzioni, chiediamo controprove a chiunque per dimostrare la correttezza dell’invenzione. Cosa avviene invece sempre piu’ spesso? La rete offre una vetrina per chiunque in cerca di un momento di gloria. Si parla di tante teorie in grado di rivoluzionare la nostra vita, generalmente in campo energetico che e’ uno dei problemi piu’ sentiti, e poi? Se ne continua a parlare e parlare e parlare. Nessuno mostra mai nulla di concreto o tangibile. Nel caso delle onde scalari avviene esattamente la stessa cosa.

Ripeto, ad oggi non vi e’ nessuna evidenza dell’esistenza di onde scalari, cosi’ come non vi e’ prova del monopolo magnetico, dell’utilizzo dell’energia del vuoto o di altri sistemi di questo tipo. Molto spesso, le ipotesi portate all’attenzione violano i principi primi della fisica stessa e sarebbero considerate assurde anche solo considerando la fisica classica. Su alcuni siti potete trovare affermazioni che sfiorano la “blasfemia scientifica” parlando di violazione del secondo principio della termodinamica, di moto perpetuo, di equazioni di Maxwell tenute nascoste o anche di propagazione di segnali nell’etere senza perdite di energia.

Solo per concludere, nelle ipotesi viste, soprattutto nelle pagine piu’ recenti, come conferma di queste teorie viene portata l’evidenza scientifica del neutrino che puo’ viaggiare piu’ velocemente della luce. Anche in questo caso, l’ignoranza dilaga. Nel 2012 si e’ molto parlato dei neutrini superluminali, cioe’ in grado di superare la velocita’ della luce, a seguito di una misura fatta presso l’esperimento OPERA ai Laboratori del Gran Sasso. Purtroppo pero’, molti dimenticano che dopo pochi mesi c’e’ stata la smentita ufficiale di questa misura il cui valore rivoluzionario era solo dovuto ad un errore sperimentale. In questo caso, oltre a riprendere i libri di fisica, si dovrebbero leggere anche i giornali.

Riassumendo, non vi sono evidenze scientifiche dell’esistenza delle onde scalari, ma l’unica trattazione fisica, e verificata in moltissimi studi, e’ quella di un’onda elettromagnetica che trasporta un campo elettrico e uno magnetico. In questa ottica, non ha dunque senso parlare di armi scalari dal momento che viene a mancare il “proiettile” da utilizzare. Come visto nei diversi post, molti dei fenomeni richiamati in questo contensto (moria di uccelli, modificazione climatica, scie chimiche, ecc) in molti casi sono falsi, mentre in altri e’ possibile trovare una spiegazione piu’ semplice e confermata da misure specifiche.

 

 

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

Due parole sull’antimateria

24 Dic

A pochissime ore dal tanto atteso 21/12, ci siamo divertiti a passare in rassegna le ultimissime catastrofi annunciate, mostrando la completa assurdita’ dal punto di vista scientifico.

In particolare, in questo post:

Lotteria profetica 2012

abbiamo parlato del racconto del presunto Maya circa la possibilita’ che in un collisore di particelle venissero formate particelle in grado di innescare terremoti.

Questo racconto ci offre lo spunto per parlare di due aspetti della scienza molto importanti e spesso poco conosciuti dal grande pubblico: l’antimateria e gli acceleratori di particelle. In questo primo post, vorrei parlarvi appunto delle antiparticelle e dell’antimateria, argomenti che spesso offrono importanti spunti per scenari complottisti e per film di fantascienza, rimandando ad un successivo post la trattazione degli acceleratori di particelle.

Ovviamente cercheremo di dare un’infarinatura di base comprensibile a tutti, senza scendere in particolari troppo avanzati che rischierebbero di annoiarvi.

In questo post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

abbiamo gia’ parlato di Modello Standard, mostrando come le particelle fondamentali, che altro non sono che i costituenti di tutto quello che vediamo o anche i responsabili delle interazioni, sono in realta’ in numero molto ridotto. Abbiamo in particolare diviso queste particelle in famiglie, parlando di leptoni, quark, neutrini e bosoni messaggeri.

Ora, come entrano in questo discorso le antiparticelle?

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Cerchiamo di prendere il discorso alla larga. Le particelle elementari, opportunamente combiate tra loro, formano la materia. Questo ci dovrebbe mettere sulla strada giusta. L’antimateria dunque sara’ ottenuta combinando in modo opportuno antiparticelle. Di nuovo, cosa sono le antiparticelle?

Nel modello standard, per ogni particella esiste una sua antiparticella. Quali sono le differenze tra una particella e la sua antiparticella?

Ciascuna particella e’ caratterizzata da quelli che vengono detti numeri quantici. Sicuramente tutti conoscono la carica elettrica. Bene, questo e’ il primo numero quantico, ma non il solo. Immaginate l’insieme dei numeri quantici come la carta d’identita’ delle particelle. Se volete descrivere una persona a qualcuno che non la conosce, cosa gli dite? E’ alto cosi’, ha i capelli di questo colore, carnagione cosi’, corporatura, ecc. Per descrivere una particella, si utilizzano i numeri quantici. Il set di numeri quantici utilizzato descrive completamente una particella.

Bene, senza scomodare tutti i numeri quantici, particella e corrispondente antiparticella hanno la stessa massa ma carica elettrica opposta. In alcuni casi, particella e antiparticella possono essere la stessa cosa, come nel caso del fotone in cui fotone e antifotone sono la stessa particella, molte volte invece si tratta di due entita’ distinte.

Se siamo giunti fino a questo punto, ormai la strada e’ in discesa.

Esistono le antiparticelle? Sono pericolose? Sono mai state osservate?

La antiparticelle sono una realta’ fisica. La prima osservazione avvenne nel 1932 quando Anderson trovo’ nei raggi cosmici gli antielettroni, anche detti positroni. Da li in avanti, molte altre particelle vennero osservate. Pensate che al giorno d’oggi le antiparticelle vengono prodotte tranquillamente nei nostri laboratori. Molti degli acceleratori nel mondo, fanno scontrare fasci di particelle con le corrispondenti antiparticelle. In questo senso, potete trovare collisori elettrone-positrone, protone-antiprotone, ecc.

Capito il discorso antiparticelle, torniamo a parlare di antimateria. Come detto sopra, se la materia e’ composta da particelle, l’antimateria sara’ composta da antiparticelle.

Facciamo un esempio molto semplice. Immaginate di voler realizzare un atomo di elio. In questo caso, basta prendere due neutroni e due protoni per fare il nucleo e due elettroni da mettere in rotazione. Se ora volessimo realizzare un atomo di antielio? Dobbiamo prendere due antiprotoni, due antineutroni e due positroni (come detto, antielettroni). In questo caso, invece di un atomo di materia ne avreste uno di antimateria.

Esiste l’antimateria?

Le antiparticelle possono essere osservate in natura come prodotti di decadimento di particelle o anche essere prodotte in laboratorio. Sempre in laboratorio, negli acceleratori, e’ stato possibile produrre antiatomi molto leggeri. La domanda dunque e’: in natura dove si trova l’antimateria?

La risposta in questo caso non e’ semplice. Secondo la teoria scientificamente piu’ probabile, nel big bang, l’antimateria e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia. Quest’ultima poi, secondo vari meccanismi, durante l’espansione ha poi formato le stelle, le galassie, i pianeti, ecc. Esistono teorie secondo le quali tracce di antimateria sarebbero ancora presenti da qualche parte. Nella nostra galassia non si e’ osservata antimateria.

Il perche’ di questo punto e’ facilmente comprensibile. Entrando in contatto, materia e antimateria danno luogo alla cosiddetta “annichilazione”, processo in cui particella e antiparticelle scompaiono producendo fotoni ed energia.

Ora, questo ragionamento vi fa capire varie cose. Tornando al discorso “lotteria profetica”, capite subito l’impossibilita’ di avere un pianeta di antimateria in rotta di collisione con le Terra.

Inoltre, capite bene anche un’altra cosa, cioe’ l’assurdita’ scientifica proposta dal film “Angeli e Demoni” in cui al CERN di Ginevra si producevano provette con dentro “antimateria”.

Concludendo, abbiamo finalmente capito cosa si intende parlando di antiparticelle e antimateria. Non c’e’ assolutamente nulla di sconvolgente nel parlare di questi argomenti. Capite bene come le ipotesi complottiste e catastrofiste create intorno a questi argomenti sono soltanto frutto di fantasie dettate da scenari fantascientifici o da qualcuno dotato di troppa fantasia.

 

 

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

Piccolo approfondimento sulla materia strana

23 Nov

Approfitto di questo post per aprire una piccola parentesi puramente scientifica.

Dopo l’articolo:

2012, fine del mondo e LHC

ho ricevuto alcune richieste di utenti che chiedevano maggiori informazioni sui cosiddetti “strangelet”. In particolare, alcuni di voi erano interessati a capire meglio di cosa si trattasse e perche’ sarebbero ipotizzati come potenziali cause di una fine del mondo.

Ovviamente anche in questo caso cerchero’ di mantenere un taglio estremamente divulgativo, cercando di farvi capire con parole semplici di cosa si tratta.

Prendiamo il discorso molto alla larga.

Tutti sapete che la materia e’ composta di atomi. All’interno degli atomi trovate un nucleo centrale e degli elettroni che girano intorno.  Ora, all’interno del nucleo ci sono protoni e neutroni. A loro volta, i protoni ed i neutroni non sono particelle elementari, ma sono formati da quark tenuti insieme dalla forza forte.

In parole povere, abbiamo una sorta di matrioska in cui il nostro gioco termina solo quando arriviamo ai costituenti fondamentali. Con questo si intendono quelle particelle che, ad oggi, non sono formate da “pezzi” piu’ piccoli. Se volete, siamo arrivati ai mattoncini fondamentali che formano la materia.

Il numero di mattoncini fondamentali non e’ elevatissimo, ma distinguiamo tra leptoni e quark.

Cercate di non perdere il filo del discorso. L’elettrone, di cui tutti conosciamo l’esistenza, appartiene alla famiglia dei leptoni. Oltre all’elettrone ci sono il muone, il tau e 3 neutrini, detti a loro volta elettronico, muonico e del tau.

Nella famiglia dei quark, ci sono invece 6 membri che hanno nomi alquanto fantasiosi: up, down, strange, charm, bottom, top. Tradotti in italiano: su, giu’, strano, affascinante, basso e alto.

Tabella riassuntiva dei costituenti fondamentali nel modello standard

Prima di far venire il mal di testa a chi legge, i mattoncini fondamentali che conosciamo sono solo i quark ed i leptoni. Per dirla tutta, a questi si dovrebbero aggiungere anche i mediatori delle forze fondamentali che sono: il fotone, il W, lo Z ed il gluone. Ma questi ultimi non ci servono nella nostra discussione.

La figura riportata ci puo’ aiutare a fissare in mente questi concetti.

Se siete riusciti a leggere fino a questo punto, ora avrete la strada in discesa.

Come detto prima, nel nucleo troviamo neutroni e protoni. Queste particelle, che come anticipato sono a loro volta composte di quark, sono in realta’ formati solo da combinazioni di quark up e down.

Facciamo ora questo ragionamento. Tutto cio’ che ci circonda, noi compresi, e’ formato da atomi. Rileggendo quanto detto, tutto cio’ che ci circonda e’ formato da elettroni e quark up e down (nei protoni e neutroni). La differenza tra i diversi atomi sta solo nel numero di protoni, neutroni e elettroni che abbiamo.

Cosa significa questo? Tutta la materia che ci circonda, e che vediamo intorno a noi, e’ formata solo da 3 particelle fondamentali. E tutte le altre che vediamo nell’immagine dei costituenti fondamentali che fine fanno?

Le altre particelle entrano nei processi di decadimento che osserviamo in natura e che, molto spesso, siamo in grado di riprodurre nei nostri laboratori. Molti di questi, chiamiamoli in modo improprio, “composti” sono instabili, cioe’ dopo un tempo molto breve decadono in altre particelle piu’ stabili.

In condizioni normali, sappiamo che il protone, il neutrone e l’elettrone, che stiamo ora discutendo, sono stabili nell’atomo. La prova di questo ce l’avete guardandovi intorno. Se, ad esempio, il protone decadesse in altre particelle, dovreste vedere la materia scomparire e lasciare il posto ad altro.

Bene, gli strangelets, di cui abbiamo parlato nell’articolo su LHC, altro non sono che stati legati contenenti quark strange. Proprio da questo, si parla di materia “strana”.

Nella teoria degli strangelet, queste particelle potrebbero essere stabili ed interagire con la materia ordinaria, trasformandola a sua volta in materia strana. Da qui la teoria vista per cui eventuali atomi di questo tipo potrebbero trasformare l’intera Terra in un blocco di materia strana.

La confutazione di questa teoria e’ stata gia’ fatta nel precedente articolo. Spero con questo post di essere riuscito a farvi capire meglio di cosa si parla quando si citano gli strangelet e la materia strana in generale.

Solo per completezza, si ipotizza che la materia strana possa essere contenuta all’interno delle stelle di neutroni. Per questi corpi, l’alta densita’ di materia nel nucleo e l’elevata pressione a cui questa materia e’ sottoposta, potrebbero generare stati legati stabili contenenti quark strani.

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