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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.

 

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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Nexus 2012: bomba a orologeria

23 Nov

Oggi vorrei parlarvi di una nuova ipotesi, o meglio profezia, fatta per giustificare la fine del mondo attesa per il 21 Dicembre.

Torniamo nuovamente in ambito astronomico, per parlare di un presunto allineamento tra corpi celesti che dovrebbe, a detta di molti catastrofisti, portare gravi conseguenze sulla Terra.

Per il 21 Dicembre 2012 sembrerebbe essere atteso un allineamento perfetto tra la Terra, il Sole e il centro della nostra Galassia.

Di questo, come di molti altri allineamenti, abbiamo parlato abbondantemente nel libro “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”. Nonostante questo, vorrei riproporvi anche su questo blog una discussione attenta di questo presunto avvenimento.

Prima di tutto, perche’ il 21 Dicembre dovrebbe esserci questo allineamento?

Su molti siti si parla di questo allineamento, ma pochi spiegano perche’ dovrebbe esserci proprio il giorno del solstizio d’inverno. Dunque, prima di parlare della presunta congiunzione, credo sia necessario spiegare di cosa si tratta.

Partiamo dalle basi. Sappiamo che la Terra si muove su un’orbita ellittica intorno al Sole. Dalla Terra, a causa del moto relativo, e’ come se vedessimo il Sole muoversi intorno a noi che siamo fermi. La particolare traiettoria percorsa dal Sole, che ripeto e’ relativa al nostro punto di osservazione, e’ quella che chiamiamo eclittica.

Eclittica, traiettoria del Sole vista da Terra

Fin qui ci siamo.

Se vedete una qualsiasi mappa stellare, vedete che ci sono tantissime costellazioni. Vi siete mai chiesti perche’ tra queste ne prendiamo 12 e le consideriamo costellazioni dello zodiaco? Astronomicamente, queste costellazioni non hanno nulla di speciale. L’unica particolarita’ e’ che sono posizionate a cavallo dell’eclittica.

Bene, ora passiamo a qualcosa solo un po’ piu’ difficile.

Tutti sappiamo che la Terra ruota intorno al Sole con un periodo di 365.25 giorni. Questo intervallo e’ quello che chiamiamo “anno”. Lo 0.25 in piu’ e’ il responsabile dell’aggiunta dell’anno bisestile ogni 4 anni. Oltre a questo movimento, la Terra ruota su se stessa compiendo un giro completo in 24 ore. Questo intervallo e’ il nostro giorno, responsabile dell’alternarsi del giorno e della notte.

Oltre a questi visti, la Terra compie anche altri movimenti. Prima di tutto, l’asse di rotazione della Terra non e’ dritto, ma e’ inclinato di 23.5 gradi. Nel corso del tempo, l’asse non rimane fermo, ma ruota in verso contrario alla rotazione. Al contrario degli altri, questo moto e’ estremamente lento e viene detto “precessione degli equinozi”. Il tempo necessario per compiere un giro completo e’ di circa 26000 anni.

Il moto di precessione dell’asse terrestre

A causa della precessione, in un dato giorno, il Sole non sorge sempre nella stessa costellazione dello zodiaco, ma ogni 2160 anni si cambia segno. Oggi, ad esempio, il giorno del solstizio d’inverno, il Sole sorge nella costellazione del Sagittario.

Bene, capiti questi semplici concetti, possiamo tornare a parlare di allineamenti.

Se il giorno del solstizio, dunque il 21 Dicembre, dalla Terra vediamo il Sole sorgere nella costellazione del Sagittario, significa che in quel giorno i tre oggetti sono allineati tra loro.

Qual’e’ il collegamento tra il Sagittario e il centro galattico?

Visto da Terra, il centro della nostra Galassia, cioe’ il punto attorno al quale ruotano tutti i corpi che la compongono, si trova all’interno della costellazione del sagittario. Di questo particolare punto, abbiamo ad esempio parlato in questo post:

Nuova sconvolgente teoria?

Inoltre, dal punto di vista prettamente astronomico, al centro della nostra Galassia c’e’ un buco nero super massivo detto Sagitarius A. Questa informazione non deve affatto sconvolgervi. Moltissime galassie osservate hanno un centro di rotazione in corrispondenza di un buco nero super massivo.

A questo punto, abbiamo tutti gli ingredienti che servono. Il 21 Dicembre, dalla Terra, vediamo il Sole sorgere nella costellazione del Sagittario e in questa si trova il centro della nostra galassia occupato da un buco nero.

Dunque?

La profezia vorrebbe per il 21 Dicembre 2012, un perfetto allineamento tra questi tre corpi. Questa configurazione, che a causa del moto di precessione avviene soltanto ogni 26000 anni, scatenerebbe una potente emissione di energia dal centro della Galassia in direzione della Terra. Su internet ci si riferisce a questa emissione come “Nexus 2012”. Come se non bastasse, e come riportato da alcune fonti, questa energia sarebbe in grado di scatenare catastrofi sulla Terra o addirittura riprogrammare il nostro DNA.

Prima di lasciarci andare agli effetti, e’ il caso di verificare se le cause sono reali o meno.

Prima di tutto, per il prossimo solstizio d’inverno ci sara’ veramente un allineamento perfetto? Come detto in precedenza, a causa del moto di precessione, ogni anno la Terra arriva in questo giorno leggermente spostata rispetto all’anno precedente. Dal dato sul periodo, lo spostamento e’ di circa 1 grado ogni 72 anni.

In questo contesto, parlare di allineamento perfetto, non ha molto senso. Stiamo parlando di tre corpi con una certa estensione spaziale che vediamo in prospettiva dalla Terra. Premesso questo, il miglior allineamento non sara’ assolutamente il 21/12/2012, ma in realta’ e’ avvenuto il 21/12/1998.

Vi siete accorti di una fine del mondo nel 1998? Dopo questa data, sempre a causa della precessione, ogni anno la Terra si presenta il giorno del solstizio sempre piu’ spostata rispetto al miglior allineamento.

Gia’ qui potremmo chiudere il discorso e’ catalogare la profezia come una bufala, ma e’ importante fare qualche altra considerazione.

Supponiamo per assurdo (avendo dimostrato il contrario) che ci sia questo allineamento perfetto. Perche’ il buco nero aspetterebbe questo momento per emettere un grande flusso energetico? Come potete immaginare, questa affermazione rappresenta un’assurdita’ scientifica. Non puo’ esistere assolutamente nessuna correlazione tra corpi cosi’ distanti.

Facciamo anche un ultima considerazione. Come visto nel precedente post, il nostro Sistema Solare si trova in una regione abbastanza periferica della Galassia. La distanza stimata tra il Sole e il centro galattico e’ di circa 26000 anni luce. Questo significa che, se anche l’emissione di radiazione venisse effettivamente fatta dal buco nero, e se questa si muovesse alla velocita’ della luce, la radiazione impiegherebbe 26000 anni per raggiungere la Terra. Dove sarebbe dunque la correlazione tra 21/12/2012 e allineamento con il centro galattico?

Riassumendo, prima di tutto non e’ assolutamente vero che il giorno del solstizio d’inverno di sara’ un allineamento perfetto tra Terra, Sole e centro galattico. Il miglior allineamento prospettico e’ in realta’ avvenuto nel 1998, senza nessuna conseguenza per la Terra e per il genere umano. Le considerazioni fatte ci fanno dunque capire che siamo di fronte ad una bufala senza nessun fondamento scientifico.

Parlare di 2012 e profezie per la fine del calendario ci consente di ragionare su argomenti spesso molto ostici della scienza moderna, ma sicuramente sempre attuali indipendentemente dal 2012. Per un’analisi attenta di tutti gli avvenimenti profetizzati, e per approfondire e scoprire altri allineamenti ipotizzati per il 21 dicembre, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.