Tag Archives: metastabile

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.

Annunci

Meteoriti sulla Terra e cataclisma Lunare

26 Mar

Rieccoci di nuovo a parlare di metoriti sulla Terra e rischio di impatto. Come sapete bene, dopo quanto accaduto in Russia:

Se fosse stato il meteorite di Roma?

Pioggia di meteore in Russia

e’ iniziata una vera e propria psicosi meteorite. Ovviamente, non vogliamo sminuire l’evento di Cheliabynsk. Su questa piccola cittadina russa un metorite di circa 18 metri e’ esploso in quota lanciando frammenti che hanno causato il ferimento di 1200 persone, questa e’ realta’.

Come spesso accade pero’, dopo questo avvenimento, soprattutto grazie ai tanti siti che hanno colto la palla al balzo:

Lezione n.1: come cavalcare l’onda

la paura asteroidi, la possibilita’ di avere una protezione contro corpi in rotta di collisione con la Terra e il monitoraggio dello spazio sono diventati temi di attualita’ generale e che, purtroppo, stanno assumendo caratteri simili a quelli del 21 Dicembre 2012.

Perche’ torniamo su questi argomenti?

Solo pochi giorni fa, un “bolide” e’ stato avvistato sui cieli della costa orientale americana. Come riportato da diversi giornali, la meteora e’ durata parecchi secondi con una luminosita’ molto alta. Di argomenti di questo tipo abbiamo parlato abbondantemente in diversi post:

Bolide a Novara?

Meteorite in Inghilterra provoca terremoti?

Palla di Fuoco nei cieli del Sud Italia

Altro bolide in Sicilia?

Come abbiamo visto, si tratta solamente di corpi di massa leggermente maggiore che, a contatto con la nostra atmosfera, bruciano ma possono durare diversi secondi. Generalmente, siamo abituati a chiamare questi fenomeni “stelle cadenti”. Quando la massa del frammento e’ piu’ grande, in un termine non accettato dalla scienza, li chiamiamo bolidi.

Zona di avvistamento del fireball negli USA

Zona di avvistamento del fireball negli USA

Questa almeno era la distinzione fino ad un mese fa. Ora, invece, un bolide e’ un pericolo che viene dal cielo. Questa e’ appunto la psicosi creata su internet su fenomeni che avvengono normalmente durante l’anno e che non hanno nula di straordinario, a parte la bellezza per chi riesce ad osservarli.

L’evento americano e’ stato anche filmato, come potete vedere in questo video pubblicato da Repubblica:

VIDEO Fireball USA

Secondo voi, i tanti siti potevano farsi scappare l’occasione di speculare anche su questo avvenimento? Assolutamente no.

Perche’ ci sono cosi’ tanti asteroidi che arrivano sulla Terra? Perche’ sta finendo il mondo, perche’ Nibiru e’ ormai entrato nel sistema solare e quindi, come visto in questo post:

Nibiru: la prova del trattore gravitazionale

spinge gravitazionalmente corpi verso di noi oppure perche’ la Terra si sta spostando in una zona misteriosa del Sistema Solare, come visto qui:

Meteorite anche a Cuba e Dark Rift

In questi giorni poi e’ stata formulata anche un’altra ipotesi: il lancio degli asteroidi sarebbe causato dallo spostamento dei giganti gassosi del sistema solare che porterebbero modificazioni agli equilibri cosmici. Questa ipotesi sarebbe stata formulata niente meno che da un nostro ricercatore che lavora negli Stati Uniti, Simone Marchi, e che tra l’altro collabora anche con la NASA. La prova di questo sarebbe un articolo pubblicato addirittura su “Nature” che spiegherebbe questi eventi cosmici prendendo in esame anche quello che e’ accaduto in tempi remoti nel sistema solare. Circa 4 miliardi di anni fa, lo stesso movimento di giganti come Giove e Saturno avrebbero spinto asteroidi dalla fascia di Kuiper verso il sistema solare interno. I segni di questo bombardamento sarebbero proprio i crateri ancora oggi visibili sulla Luna.

Cratere Lunare risalente al Cataclisma

Cratere Lunare risalente al Cataclisma

Accidenti dico io! C’e’ una teoria, ci sono scienziati veri, e questa volta sono veri, c’e’ la NASA, ci sono i segni e le evidenze di quanto accaduto nel passato, questa volta i siti catastrofisti hanno ragione. Scusate se li ho sempre denigrati e se dicevo che era tutta una montatura.

Sara’ proprio cosi’?

Ovviamente no. Quello che io mi chiedo e’ sempre: ma prima di scrivere castronerie del genere, le leggete le fonti? Non voglio sembrare quello che non sono, ma se volete citare articoli e persone, forse dovete essere in grado di “capire” gli articoli, altrimenti rischiate, come sempre, di fare figure barbine e di mettere in cattiva luce ricercatori reali che si occupano di scienza vera.

Scusate il piccolo sfogo, ma a volte si rischia veramente di distorcere la realta’ senza pensare alle consegenze.

Andiamo con ordine. Simone Marchi e’ veramente un ricercatore che lavora a Boulder in colorado e a Houston per la NASA. In quessti giorni, e’ veramente uscito un articolo su Nature a firma di Marchi e di altri ricercatori sul tema del “Cataclisma Lunare”, dunque proprio per lo studio di quanto avvenuto 3,9 miliardi di anni fa nel sistema solare. Questo e’ il link alla pagina di Nature con l’abstract dell’articolo:

NATURE Marchi

Ora, per quanto possibile, cerchiamo di far luce se questo “Cataclisma Lunare” provando a spiegare di cosa veramente si tratta.

Tra 4,1 e 3,8 miliardi di anni fa, i pianeti del Sistema Solare, ed in particolar modo la Luna, sono stati colpiti da moltissimi eventi astronomici. Questo effetto e’ noto anche come “intenso bombardamento tardivo” o LHB. La prova di questo bombardamento viene dai molti reperti lunari portati a terra dalle missioni Apollo e che hanno mostrato come la maggior parte delle rocce da impatto si sono formate proprio in questo periodo.

Il lavoro pubblicato su Nature ha messo in relazione per la prima volta questi reperti lunari con particolari tipi di meteoriti caduti sulla Terra. Proprio questa assonanza dimostra come, durante il cataclisma, anche la Terra sia stata colpita da fenomeni di questo tipo. Ovviamente, il discorso tra il nostro pianeta e la Luna e’ completamente diverso. Il nostro satellite, essendo sprovvisto di un’atmosfera protettiva, e’ molto piu’ esposto ad eventi di questo tipo non potendo contare sull’attrito con l’aria.

Ad oggi, non esiste ancora una spiegazione universalmente accettata per il cataclisma lunare, ma sono state formulate due ipotesi principali.

La prima, che e’ poi quella che viene distorta sui siti catastrofisti, e’ che durante questo periodo, ci sia stato un movimento dei giganti gassosi Giove e Saturno. In particolare, in una configurazione con una fascia di Kuiper molto massiccia, i corpi che la compongono avrebbero interagito gravitazionalmente con Giove modificandone l’orbita e creando una situazione di risonanza Giove-Saturno. In questo caso, la fascia di Kuiper sarebbe stata fortemente svuotata estraendo oggetti massivi lanciati verso il sistema solare interno. A seguito di questo svuotamente, i pianeti avrebbero ritrovato una nuova posizione di equilibrio gravitazionale, che e’ poi quella che vediamo oggi. Vi ricordo che della fascia di Kuiper abbiamo parlato in questo articolo:

Cos’e’ una cometa?

Ora, non stiamo parlando di fantasie, ma di teorie scientifiche formulate e simulate anche mediante l’utilizzo di potenti calcolatori.

Un’altra ipotesi vorrebbe invece l’LHB dovuto alla lenta formazione del pianeti piu’ esterni Nettuno e Urano. In questo caso, la bassa densita’ di materia ai bordi del Sistema Solare avrebbe causato un processo piu’ lento di formazione dei pianeti, creando instabilita’ gravitazionali nel sistema solare. Questa ipotesi risulta pero’ fortemente criticata perche’, alla luce delle attuali conoscenze, questi due pianeti si sarebbero formati con tempi non cosi’ lunghi e dunque non avrebbero offerto le condizioni per un cataclisma.

Esiste poi una terza ipotesi che vorrebbe l’esistenza di un pianeta aggiuntivo nel Sistema Solare, posizionato tra Marte e il confine interno della fascia degli asteroidi e con dimensioni minori dello stesso Marte. L’orbita di questo pianeta, da alcuni chiamato Pianeta V, sarebbe stata la causa del bombardamento dei pianeti interni ma, essendo non stabile, avrebbe poi portato il pianeta a schiantarsi contro il Sole.

Solo per completezza, anche se ormai sempre piu’ criticata dalla comunita’ scientifica, esiste anche un’ultima teoria secondo la quale l’LHB non sarebbe mai avvenuta. In questa ipotesi, le evidenze rinvenute studiando le rocce lunari sarebbero in realta’ frutto della raccolta di detriti in un solo cratere della Luna. Come detto, questa ipotesi e’ ormai quasi del tutto massa da parte dal momento che evidenze di questo periodo sono state trovate studiando l’asteroide Vesta e, come evidenziato proprio dall’articolo di Nature di questi giorni, anche studiando i reperti caduti sulla Terra.

Concludendo, al solito siamo partiti da fantasie costruite ad hoc per spingere maggiormente il pensiero delle persone a cedere ad una psicosi meteoriti o forse perche’ veramente chi le pubblica non ha capito l’articolo scientifico in questione. Nonostante questo, queste ipotesi fantasiose ci hanno permesso in primis di fare un bel riassunto dei tanti aspetti del nostro Sistema Solare visti negli articoli precedenti, ma soprattutto di parlare di un argomento nuovo come il “cataclisma lunare”.

 

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