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I buchi neri che … evaporano

16 Ago

Uno degli aspetti che da sempre fa discutere e creare complottismi su LHC, e’ di sicuro la possibilita’ di creare mini buchi neri. Questa teoria nasce prendendo in considerazione le alte energie in gioco all’interno del collissore del CERN e la possibilita’ che nello scontro quark-quark possa venire a crearsi una singolarita’ simile a quella dei buchi neri.

Se avete perso i precedenti articoli, di LHC abbiamo parlato in questi post:

2012, fine del mondo e LHC

Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

Sia ben chiaro, la storia dei buchi neri non e’ la sola creata su LHC. Il CERN ogni giorno riceve lettere che chiedono la chiusura dell’esperimento per il pericolo che questo rappresenta per l’intera terra. Diverse volte il CERN e’ anche stato chiamato in giudizio a fronte di vere e proprie denuncie di pseudo scienziati che lo accusavano farneticando teorie senza capo ne’ coda. Come potete immaginare, tutte le volte le accuse sono state rigettate e non solo LHC il prossimo anno ripartira’, ma a gia’ fornito risultati fisici di prim’ordine.

Perche’ si discute tanto di buchi neri? Qui ognuno puo’ formulare la propria ipotesi. Io ho una mia idea. Parlare di buchi neri, e’ qualcosa che da sempre stimola la curiosita’ e il timore delle persone. Un buco nero e’ visto come qualcosa di misterioso che vive nel nostro universo con caratteristiche uniche nel suo genere: mangia tutto cio’ che gli capita a tiro senza far uscire nulla. L’idea di poter avere un mostro del genere qui sulla terra, scatena gli animi piu’ catastrofisti pensando a qualcosa che nel giro di qualche minuto sarebbe in grado di divorare Ginevra, la Svizzera, il mondo intero.

Come anticipato, LHC e’ ora in stato di fermo. Si sta lavorando incessantemente per migliorare i rivelatori che vi operano al fine di ottenere risultati sempre piu’ accurati e affidabili. Alla ripartenza, avendo ormai preso piu’ confidenza con la macchina, si pensa anche di poter aumentare l’energia del centro di massa, cioe’ quella a disposizione per creare nuove particelle, portandola da 7 a 10 TeV. Come e’ ovvio, questa notizia non poteva che riaccendere gli animi catastrofisti. Al momento non si e’ creato nessun buco nero perche’ l’energia era troppo bassa, gli scienziati stanno giocando con il fuoco e porteranno alla distruzione della Terra. Queste sono le argomentazioni che cominciate a leggere in rete e che non potranno che riaumentare avvicinandoci al momento della ripartenza.

Se anche dovesse formarsi un mini buco nero, perche’ gli scienziati sono tanto sicuri che non accadra’ nulla? Come sapete, si parla di evaporazione dei buchi neri. Una “strana” teoria formulata dal fisico inglese Stephen Hawking ma che, almeno da quello che leggete, non e’ mai stata verificata, si tratta solo di un’idea e andrebbe anche in conflitto con la meccanica quantistica e la relativita’. Queste sono le argomentazioni che leggete. Trovate uno straccio di articolo a sostegno? Assolutamente no, ma, leggendo queste notizie, il cosiddetto uomo di strada, non addetto ai lavori, potrebbe lasciarsi convincere che stiamo accendendo una miccia, pensando che forse si spegnera’ da sola.

Date queste premesse, credo sia il caso di affrontare il discorso dell’evaporazione dei buchi neri. Purtroppo, si tratta di teorie abbastanza complicate e che richiedono molti concetti fisici. Cercheremo di mantenere un profilo divulgativo al massimo, spesso con esempi forzati e astrazioni. Cio’ nonostante, parleremo chiaramente dello stato dell’arte, senza nascondere nulla ma solo mostrando risultati accertati.

Cominciamo proprio dalle basi parlando di buchi neri. La domanda principale che viene fatta e’ la seguente: se un buco nero non lascia sfuggire nulla dal suo interno, ne’ particelle ne’ radiazione, come potrebbe evaporare, cioe’ emettere qualcosa verso l’esterno? Questa e’ un’ottima domanda, e per rispondere dobbiamo capire meglio come e’ fatto un buco nero.

Secondo la teoria della relativita’, un buco nero sarebbe un oggetto estremamente denso e dotato di una gravita’ molto elevata. Questa intensa forza di richiamo non permette a nulla, nemmeno alla luce, di sfuggire al buco nero. Essendo pero’ un oggetto molto denso e compatto, questa forza e’ estremamente concentrata e localizzata. Immaginatelo un po’ come un buco molto profondo creato nello spazio tempo, cioe’ una sorta di inghiottitoio. La linea di confine tra la singolarita’ e l’esterno e’ quello che viene definito l’orizzonte degli eventi. Per capire questo concetto, immaginate l’orizzonte degli eventi come una cascata molto ripida che si apre lungo un torrente. Un pesce potra’ scendere e risalire il fiume senza problemi finche’ e’ lontano dalla cascata. In prossimita’ del confine, cioe’ dell’orizzonte degli eventi, la forza che lo trascina giu’ e’ talmente forte che il pesce non potra’ piu’ risalire e verra’ inghiottito.

Bene, questo e’ piu’ o meno il perche’ dal buco nero non esce nulla, nemmeno la luce. Dunque? Come possiamo dire che il buco nero evapora in queste condizioni?

La teoria dell’evaporazione, si basa sulle proprieta’ del vuoto. Come visto in questo articolo:

Se il vuoto non e’ vuoto

nella fisica, quello che immaginiamo come vuoto, e’ un continuo manifestarsi di coppie virtuali particella-antiparticella che vivono un tempo brevissimo e poi si riannichilano scomparendo. Come visto nell’articolo, non stiamo parlando di idee campate in aria, ma di teorie fisiche dimostrabili. L’effetto Casimir, dimostrato sperimentalmente e analizzato nell’articolo citato, e’ uno degli esempi.

Ora, anche in prossimita’ del buco nero si creeranno coppie di particelle e questo e’ altresi’ possibile quasi in prossimita’ dell’orizzonte degli eventi. Bene, ragioniamo su questo caso specifico. Qualora venisse creata una coppia di particelle virtuali molto vicino alla singolarita’, e’ possibile che una delle due particelle venga assorbita perche’ troppo vicina all’orizzonte degli eventi. In questo caso, la singola particella rimasta diviene, grazie al principio di indeterminazione di Heisenberg, una particella reale. Cosa succede al buco nero? Nei testi divulgativi spesso leggete che il buco nero assorbe una particella con energia negativa e dunque diminuisce la sua. Cosa significa energia negativa? Dal vuoto vengono create due particelle. Per forza di cose queste avranno sottratto un po’ di energia dal vuoto che dunque rimarra’ in deficit. Se ora una delle due particelle virtuali e’ persa, l’altra non puo’ che rimanere come particella reale. E il deficit chi lo paga? Ovviamente il buco nero, che e’ l’unico soggetto in zona in grado di pagare il debito. In soldoni dunque, e’ come se il buco nero assorbisse una particella di energia negativa e quindi diminuisse la sua. Cosa succede alla particella, ormai reale, rimasta? Questa, trovandosi oltre l’orizzonte degli eventi puo’ sfuggire sotto forma di radiazione. Questo processo e’ quello che si definisce evaporazione del buco nero.

Cosa non torna in questo ragionamento?

Il problema principale e’, come si dice in fisica, che questo processo violerebbe l’unitarieta’. Per le basi della meccanica quantistica, un qualunque sistema in evoluzione conserva sempre l’informazione circa lo stato inziale. Cosa significa? In ogni stato e’ sempre contenuta l’indicazione tramite la quale e’ possibile determinare con certezza lo stato precedente. Nel caso dei buchi neri che evaporano, ci troviamo una radiazione termica povera di informazione, creata dal vuoto, e che quindi non porta informazione.

Proprio da questa assunzione nascono le teorie che potete leggere in giro circa il fatto che l’evaporazione non sarebbe in accordo con la meccanica quantistica. Queste argomentazioni, hanno fatto discutere anche i fisici per lungo tempo, cioe’ da quando Hawking ha proposto la teoria. Sia ben chiaro, la cosa non dovrebbe sorprendere. Parlando di buchi neri, stiamo ragionando su oggetti molto complicati e per i quali potrebbero valere  leggi modificate rispetto a quelle che conosciamo.

Nonostante questo, ad oggi, la soluzione al problema e’ stata almeno “indicata”. Nel campo della fisica, si racconta anche di una famosa scommessa tra Hawking e Preskill, un altro fisico teorico del Caltech. Hawking sosteneva che la sua teoria fosse giusta e che i buchi neri violassero l’unitarieta’, mentre Perskill era un fervido sostenitore della inviolabilita dei principi primi della meccanica quantistica.

La soluzione del rebus e’ stata indicata, anche se ancora non confermata, come vedremo in seguito, chiamando in causa le cosiddette teorie di nuova fisica. Come sapete, la teoria candidata a risolvere il problema della quantizzazione della gravita’ e’ quella delle stringhe, compatibile anche con quella delle brane. Secondo questi assunti, le particelle elementari non sarebbero puntiformi ma oggetti con un’estensione spaziale noti appunto come stringhe. In questo caso, il buco nero non sarebbe piu’ una singolarita’ puntiforme, ma avrebbe un’estensione interna molto piu’ complessa. Questa estensione permette pero’ all’informazione di uscire, facendo conservare l’unitarieta’. Detto in altri termini, togliendo la singolarita’, nel momento in cui il buco nero evapora, questo fornisce ancora un’indicazione sul suo stato precedente.

Lo studio dei buchi neri all’interno della teoria delle stringhe ha portato al cosiddetto principio olografico, secondo il quale la gravita’ sarebbe una manifestazione di una teoria quantistica che vive in un numero minore di dimensioni. Esattamente come avviene in un ologramma. Come sapete, guardando un ologramma, riuscite a percepire un oggetto tridimensionale ma che in realta’ e’ dato da un immagine a 2 sole dimensioni. Bene, la gravita’ funzionerebbe in questo modo: la vera forza e’ una teoria quantistica che vive in un numero ridotto di dimensioni, manifestabili, tra l’altro, all’interno del buco nero. All’esterno, con un numero di dimensioni maggiori, questa teoria ci apparirebbe come quella che chiamiamo gravita’. Il principio non e’ assolutamente campato in aria e permetterebbe anche di unificare agevolmente la gravita’ alle altre forze fondamentali, separate dopo il big bang man mano che l’universo si raffreddava.

Seguendo il ragionamento, capite bene il punto in cui siamo arrivati. Concepire i buchi neri in questo modo non violerebbe assolutamente nessun principio primo della fisica. Con un colpo solo si e’ riusciti a mettere insieme: la meccanica quantistica, la relativita’ generale, il principio di indeterminazione di Heisenberg, le proprieta’ del vuoto e la termodinamica studiando la radiazione termica ed estendendo il secondo principio ai buchi neri.

Attenzione, in tutta questa storia c’e’ un pero’. E’ vero, abbiamo messo insieme tante cose, ma ci stiamo affidando ad una radiazione che non abbiamo mai visto e alla teoria delle stringhe o delle brance che al momento non e’ confermata. Dunque? Quanto sostenuto dai catastrofisti e’ vero? Gli scienziati rischiano di distruggere il mondo basandosi su calcoli su pezzi di carta?

Assolutamente no.

Anche se non direttamente sui buchi neri, la radiazione di Hawking e’ stata osservata in laboratorio. Un gruppo di fisici italiani ha osservato una radiazione paragonabile a quella dell’evaporazione ricreando un orizzonte degli eventi analogo a quello dei buchi neri. Come visto fin qui, l’elemento fondamentale del gioco, non e’ il buco nero, bensi’ la curvatura della singolarita’ offerta dalla gravita’. Bene, per ricreare un orizzonte degli eventi, basta studiare le proprieta’ ottiche di alcuni materiali, in particolare il loro indice di rifrazione, cioe’ il parametro che determina il rallentamento della radiazione elettromagnetica quando questa attraversa un mezzo.

Nell’esperimento, si e’ utilizzato un potente fascio laser infrarosso, in grado di generare impulsi cortissimi, dell’ordine dei miliardesimi di metro, ma con intensita’ miliardi di volte maggiore della radiazione solare. Sparando questo fascio su pezzi di vetro, il punto in cui la radiazione colpisce il mezzo si comporta esattamente come l’orizzonte degli eventi del buco nero, creando una singolarita’ dalla quale la luce presente nell’intorno non riesce ad uscire. In laboratorio si e’ dunque osservata una radiazione con una lunghezza d’onda del tutto paragonabile con quella che ci si aspetterebbe dalla teoria di Hawking, tra 850 e 900 nm.

Dunque? Tutto confermato? Se proprio vogliamo essere pignoli, no. Come visto, nel caso del buco nero gioca un ruolo determinante la gravita’ generata dal corpo. In laboratorio invece, la singolarita’ e’ stata creata otticamente. Ovviamente, mancano ancora degli studi su questi punti, ma l’aver ottenuto una radiazione con la stessa lunghezza d’onda predetta dalla teoria di Hawking e in un punto in cui si genera un orizzonte degli eventi simile a quello del buco nero, non puo’ che farci sperare che la teoria sia giusta.

Concludendo, l’evaporazione dei buchi neri e’ una teoria molto complessa e che richiama concetti molto importanti della fisica. Come visto, le teorie di nuova fisica formulate in questi anni, hanno consentito di indicare la strada probabile per risolvere le iniziali incompatibilita’. Anche se in condizioni diverse, studi di laboratorio hanno dimostrato la probabile esistenza della radiazione di Hawking, risultati che confermerebbero l’esistenza della radiazione e dunque la possibilita’ dell’evaporazione. Ovviamente, siamo di fronte a teorie in parte non ancora dimostrate ma solo ipotizzate. I risultati ottenuti fino a questo punto, ci fanno capire pero’ che la strada indicata potrebbe essere giusta.

Vorrei chiudere con un pensiero. Se, a questo punto, ancora pensate che potrebbero essere tutte fantasie e che un buco nero si potrebbe creare e distruggere la Terra, vi faccio notare che qui parliamo di teorie scientifiche, con basi solide e dimostrate, e che stanno ottenendo le prime conferme da esperimenti diretti. Quando leggete le teorie catastrofiste in rete, su quali basi si fondano? Quali articoli vengono portati a sostegno? Ci sono esperimenti di laboratorio, anche preliminari ed in condizioni diverse, che potrebbero confermare quanto affermato dai catastrofisti?

 

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

Haarp, la causa di tutti i mali!

28 Dic

Il titolo del post la dice molto lunga. Vorrei tornare nuovamente a parlare del sistema Haarp, dal momento che viene molto spesso citato su tantissimi siti catastrofisti, complottisti o denigratori della scienza in generale.

Di questo sistema abbiamo gia’ parlato in questo post:

Haarp e terremoti indotti?

mostrando il vero scopo scientifico di questa installazione, e mostrando in particolare il perche’ si fanno questi studi, perche’ proprio in Alaska e anche perche’ si usano queste tipologie di onde nella ionosfera. In soldoni, abbiamo gia’ parlato di Haarp sotto il profilo ufficiale e scientifico. Restano pero’ da discutere molte ipotesi, alcune veramente fantasiose, che vedrebbe in Haarp una potente arma pronta a fare fuoco sugli esseri umani.

Array di antenne nell'istallazione Haarp

Array di antenne nell’istallazione Haarp

Oltre al gia’ citato articolo, piu’ volte abbiamo chiamato in causa questa installazione per rispondere a tutte quelle fonti che vorrebbero Haarp colpevole di terremoti in varie parti del mondo, della formazione di strane nuvole in cielo o anche solo un contributo per aumentare la distruzione apportata dalle scie chimiche.

Nel prossimo articolo, vi parlero’ sempre di Haarp, ma per rispondere agli ultimi articoli apparsi in rete che lo vedrebbero come una sorgente del “raggio della morte” di Tesla. Prima di poter rispondere a queste fonti e’ necessario aprire una parentesi sull’installazione e sulle basi “scientifiche” mosse dalle tante accuse.

In realta’, al solito basta utilizzare la rete internet in modo giusto per avere tutte le informazioni che si cercano. Stranamente, ovviamente sono ironico, se cercate Haarp sui motori di ricerca, trovate la homepage dell’esperimento con tutte le notizie tecniche a riguardo:

Sito ufficiale Haarp

Ora, molti di voi staranno pensando: “certo, sul sito internet mica mettono la verita’, scrivono solo quello che fa piu’ comodo!”. Diciamo che in linea di principio anche questo potrebbe essere un punto di vista accettabile. Per rispondere a questa affermazione, andiamo allora a vedere, tra i sostenitori del complotto, quali sono le basi scientifiche chiamate in causa.

Prima di tutto, fatemi fare un piccolo appunto. Sul sito ufficiale di Haarp, trovate anche una pagina di FAQ con incluse le risposte alle accuse piu’ comuni mosse in rete:

Haarp, FAQ

Detto questo, sfogliando i vari siti complottisti e catastrofisti, trovate che il principale accusatore di questa installazione e’ un certo prof. Fran de Aquino.

Chi e’ costui?

Basandoci su quello che troviamo in rete, scopriamo che Fran de Aquino e’ un grande fisico, docente all’universita’ di Maranhao in Brasile, autore di moltissime pubblicazioni su riviste internazionali, scopritore della quantizzazione della gravita’ e profondo conoscitore delle onde radio e dei meccanismi di interazione delle onde ELF con la ionosfera.

Un curriculum niente male. Sicuramente non conoscevo un collega cosi’ illustre per mia ignoranza. Perdonatemi …

Possibile che un genio di questa levatura sia cosi’ passato in sordina?

Andiamo con ordine e passiamo attraverso il curriculum di Fran de Aquino. Cercando in rete, trovate che de Aquino e’ realmente un docente di questa universita’ brasiliana e ha addirittura un suo blog personale:

Blog Fran de Aquino

Leggendo il riquadro a lato, vedete che vengono confermate le cose dette sopra sulla sua attivita’ e che trovate anche in rete, stranamente pero’ solo su determinati tipi di siti.

Andiamo con ordine dunque e cerchiamo di capire meglio.

Su alcuni siti viene addirittura messo il collegamento al sito di arXiv con le numerose, cosi’ viene detto, pubblicazioni di questo ricercatore:

arXiv de Aquino

Solo 14 pubblicazioni? Un po’ poche per un genio di questa levatura. Facciamo un piccolo esperimento. Non per mettermi al centro dell’attenzione, ma solo per avere un metro di giudizio su cui basarmi, ho cercato invece il mio nome sempre su arXiv. Questo e’ il risultato:

arXiv Martini KLOE

ho selezionato solo uno degli esperimenti a cui partecipo e ho trovto 24 risultati, quasi il doppio di de Aquino. Non commento oltre su questo punto.

Andiamo pero’ avanti nel suo CV.

Su internet e sul suo blog trovate: “scopritore della quantizzazione della gravita’”. Ora, questa e’ la cosa piu’ assurda in assoluto. Vi spiego brevemente. Nella teoria quantistica, scopo ultimo e’ quello di unire tra loro le quattro forze fondamentali: forte, dobole, elettromagnetica e gravitazionale. Mentre per le prime 3 il meccanismo teorico e’ abbastanza chiaro, a livello scientifico, la forza di gravita’ risulta molto diversa dalle altre. Per poter unire questa ultima forza alle altre, e’ necessario ricorrere a teorie di nuova fisica, ovvero diversa da quella quantistica relativistica, ricorrendo ad esempio alla teoria delle stringhe, delle brane, della supergravita’, ecc. Tutte teorie molto affascinanti e attualmente sotto studio da parte dei teorici. Come sapete bene, ad oggi non si ha certezza di quale di queste ipotesi potrebbe essere quella corretta, sempre se una di queste lo sia.

Dunque? Fran de Aquino ha quantizzato la gravita’? Capite bene l’assurdita’ scientifica di questa affermazione, fatta ovviamente su un blog pubblico frequentato da non addetti ai lavori, che forse potrebbero essere portati fuori strada sparando termini pomposi ma senza senso.

Fin qui abbiamo visto tanto fumo, ma assolutamente niente arrosto. Cerchiamo di capire quando, come e dove Fran de Aquino avrebbe parlato di Haarp.

Ovviamente i siti complottisti sono molto attenti alla bibliografia e vi indicano il link dove vedere l’articolo scientifico in questione:

Fran de Aquino, Haarp

La prima cosa che mi e’ saltata agli occhi e’ la mancanza di qualsiasi dicitura che rimandasse ad una rivista scientifica o a qualche istituzione internazionale.

Leggendo anche solo l’abstract, cioe’ il riassunto dell’articolo, trovate scritto di come Haarp sarebbe in grado di generare terremoti, di modificare il clima mondiale, di variare addirittura la struttura del tempo tutto questo mediante l’emissione di onde ELF con una potenza di 3.6GW.

Attenzione a questo punto.

Vi ho gia’ riportato sia il post in cui abbiamo parlato di Haarp, sia il sito ufficiale dell’installazione. La potenza di emissione di onde da parte di Haarp e’ di 3.6MW, cioe’ milioni di Watt, non GW, cioe’ “miliardi” di Watt. Forse il professor de Aquino non ha ripassato i multipli delle unita’ di misura comunemente usate in fisica!

Vi farei notare un altro particolare molto importante. Il link che vi ho dato per scaricare l’articolo in questione, punta ad un sito che si chiama “viXra.org”. Prima, ad esempio, per vedere il numero di articoli pubblicati da un ricercatore, facevamo riferimento ad un sito che si chiama arXiv.org. Molto curioso, un nome e’ l’anagramma dell’altro.

Per spiegare questo punto, devo illustrarvi molto brevemente come funziona il processo di pubblicazione di un articolo scientifico.

Immaginate di voler pubblicare un articolo di fisica. La prima cosa che fate e’ inviare il vostro lavoro al sito arXiv.org che e’ un database ufficiale di articoli scientifici gestito dalla Cornell University. Questo sito valuta inizialmente il vostro articolo e lo mette sotto forma di pre-print. Questa dicitura indica gli articoli scientifici non ancora pubblicati su riviste ufficiali. Successivamente, mandate il vostro articolo ad una rivista. Qui inizia quello che si chiama, in gergo, processo di referaggio. La rivista nomina un referee, esperto internazionale nel campo della vostra pubblicazione, che deve valutare il lavoro. Il referee giudica il tutto e puo’ decidere di chiedere spiegazioni o approfondimenti su una parte del lavoro, accettare il lavoro o anche rigettarlo. Dopo questo processo, se tutto va nel verso giusto e il vostro lavoro e’ meritevole, l’articolo viene pubblicato su quella rivista. Come potete immaginare, le riviste non sono tutte uguali tra loro, ma vengono classificate in base all’importanza scientifica. Maggiore e’ l’impatto scientifico della rivista, piu’ difficile sara’ il processo di referaggio.

Premesso questo, che differenza c’e’ tra arXiv e viXra? Abbiamo detto che arXiv e’ il database ufficiale. ViXra in realta’ e’ un database privato creato per accogliere tutti i lavori che sono stati rigettati anche nella fase di pre-print. Per conferma, vi riporto anche la pagina di wikipedia che parla di questo servizio:

Wikipedia, viXra

Dunque, il lavoro di de Aquino su Haarp non e’ stato pubblicato su nessuna rivista scientifica ed e’ stato rigettato anche dal database ufficiale della Cornell University. Perche’ questo? Semplicente perche’ e’ stato valutato scientificamente sbagliato!

Quindi? Di cosa stiamo parlando?

Le basi scientifiche su cui si baserebbero le teorie complottiste su Haarp sono proprio queste. Vi invito a cercare su internet il nome di Fran de Aquino e verificare da voi stessi come viene indicato questo ricercatore sui tanti siti complottisti. Siamo di fronte a teorie completamente campate in aria, prive di qualsiasi fondamento scientifico e rifiutate da qualsiasi rivista di settore.

Ovviamente, capite bene il giochino. Leggendo su qualche sito di un ricercatore universitario, autore di tantissime ricerche, scopritore di questo e quest’altro che parla di Haarp mostrando, attraverso un articolo, le conseguenze dell’utilizzo delle ELF nella ionosfera, chiunque potrebbe credere a queste teorie e credere dunque al grande complotto.

Fate sempre attenzione a tutto quello che vi viene detto, soprattutto su internet. E’ molto facile fornire informazioni sbagliate e spingere il pensiero comune in una direzione precisa. Cercate sempre di informarvi autonomamente. Solo in questo modo potrete avere un metro di giudizio insindacabile e non influenzato da terze parti.

 

 

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