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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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Ancora Nibiru, ancora un’altra smentita

5 Dic

Penso che, complice anche il 21 dicembre 2012, l’argomento principe che ci ha fornito piu’ spunti per ragionare e parlare di scienza sia stato senza ombra di dubbio Nibiru.

Di questo misterioso quanto fantasioso pianeta abbiamo parlato veramente decine di volte. Solo per farvi qualche esempio, vi riporto esclusivamente gli ultimi articoli:

Il Vaticano a caccia di Nibiru

Nibiru, il pianeta degli innamorati

Nibiru e’ vicino, la prova delle orbite

Nibiru e la deviazione delle Pioneer

Nibiru: la prova del trattore gravitazionale

Asteroide Nibiru: considerazioni scientifiche

Storia astronomica di Nibiru

La NASA torna a parlare di Nibiru

2012, la NASA non smentisce?

WISE scopre e ritiriamo fuori Nibiru

Ogni volta una teoria diversa per cercare di dimostrare l’esistenza di questo pianeta e ogni volta una smentita piu’ o meno rapida che e’ stata data.

Perche’ torno sull’argomento?

Qualche giorno fa, abbiamo avuto una discussione molto interessante insieme ad un nostro lettore nella sezione:

Hai domande o dubbi?

Come ricorderete, si parlava di un’immagine catturata dalla missione STEREO che attraverso lo strumento SECCHI e’ impegnata nell’osservazione del Sole per lo studio dei parametri fisici della nostra stella. In particolare, durante la discussione avevamo analizzato un video in cui compare apparentemente un corpo estraneo nel sistema solare di dimensioni molto notevoli.

Ora, torno su questo argomento perche’, al solito, i nostri amici catastrofisti approfittano sempre di queste notizie per creare delle bufale gigantesche. Molto spesso pero’, la disinformazione che fanno e’ talmene evidente da farli apparire anche grotteschi.

Mi spiego meglio. Su molti siti in questi giorni si parla di questa notizia. In che modo? Ovviamente, non mostrando tutte le informazioni, ma solo quelle che fanno comodo a loro per cercare di convincere le persone.

Il cuore della notizia e’ rappresentato da questa immagine:

STEREO A, SECCHI. Immagine di Nibiru?

STEREO A, SECCHI. Immagine di Nibiru?

Come vedete, si distinguono molto bene le sue emissioni solari verso l’esterno e altri corpi. I due puntini che vedete sono rispettivamente la Terra e Mercurio. Subito a sinistra pero’, si osserva qualcosa di circolare e molto grande se paragonato con gli altri due pianeti che appaiono come puntini.

Di cosa si tratta?

Ma che domande, di Nibiru. Ora, prima osservazione. Se quel cerchio fosse reale, vi rendete conto di cosa stiamo parlando? Praticamente, questo pianeta avrebbe una dimensione paragonabile a quella del Sole. Altro che 4 volte Giove come anunciato diverse volte sempre dai catastrofisti. Pratiamente avremmo un secondo Sole nel Sistema Solare e nessuno se ne e’ accorto. In questo caso, non vi potreste nemmeno interpellare alla NASA che nasconde prove, un corpo di queste dimensioni lo vedreste ad occhio nudo da soli!

Dov’e’ il trucco? Semplice, questa foto che viene mostrata e’ solo un fermo immagine di un video della durata di qualche secondo.

Ecco il link dove potete vedere il filmato compelto:

Filmato, STERO A

Come vedete, il misterioso pianeta appare e scompare nel giro di pochi frame catturati dalla sonda.

Prima osservazione: un pianeta, una nana bruna o qualsiasi cosa vogliate, non gioca a nascondino comparendo e scomparendo a suo piacimento.

Molto probabilmente, l’oggetto ripreso dalla sonda non e’ reale ed e’ solo un lens flare. Di questa anomalia delle immagini, a cui sono dovuti anche molti avvistamenti di UFO sulla Terra, abbiamo parlato in un post specifico:

Lens Flare e avvistamenti UFO

Come visto, questo fenomeno puo’ avvenire tra le altre cause per una forte illuminazione da parte della sorgente, per sporcizia sulla lente o per una concausa tra le due dovuta ad angoli particolari di esposizione. Non credo sia il caso di dover dimostrare che il Sole puo’ essere considerato una forte sorgente luminosa.

Detto questo, l’oggetto di cui tanto si sta parlando in questi giorni sui siti catastrofisti e’ assolutamente non reale. Le prove di questo sono prima di tutto il suo enorme diametro che lo renderebbe assolutamente non occultabile ma anche il fatto, come evidenziato dal video, che appare e scompare in poco tempo dal nulla. Mettere solo un fermo immagine e’ ovviamente una distorsione della realta’ che serve per cercare di convincere le persone. Allo stess modo, e voglio dare un suggerimento ai catastrofisti, si potrebbe far credere che da Mercurio e’ stato sparato un potente raggio luminoso verso lo spazio. Se infatti vedete l’immagine riportata prima, si nota un’anomalia dell’immagine come se un fascio luminoso fuoriuscisse dai poli dei pianeti osservati. Purtroppo, la fantasia e’ sempre tanta e di volta in volta ci tocca smentire l’esistenza di Nibiru. Chissa’ se prima o poi si stancheranno di provarci.

 

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

Cos’e’ una cometa?

4 Gen

Piu’ volte ci siamo trovati a parlare di comete. Molti spunti a questo discorso vengono ovviamente dai tanti eventi attesi per il 2013 e per il passaggio in particolare della cometa ISON:

Che la ISON abbia pieta’ di noi!

2013 o ancora piu’ oltre?

E se ci salvassimo?

Fino a questo punto, abbiamo parlato di traiettoria, di probabilita’ di impatto, di afelio, di perielio, di magnitudo, ecc. La domanda che pero’ molti si pongono e’ la seguente: “cos’e’ una cometa?”. Apparentemente questa domanda puo’ sembrare molto semplice. Fin da bambini ci hanno detto che le comete altro non sono che palle di neve sporca che passando in prossimita’ del Sole vengono in parte sciolte formando una lunga coda in cielo.

Diciamo che questa premessa potrebbe anche essere giusta, ma, dal momento che stiamo parlando molto dettagliatamente di comete, credo sia giunto il momento di provare a rispondere ad alcune domande molto importanti. Oltre a quella anticipata sulla natura delle comete, l’altro punto importante da sciogliere e’, ad esempio, “da dove provengono le comete?”.

Cerchiamo di andare con ordine su questi punti parlando di scienza, ma senza creare confusione con concetti troppo avanzati e non utili ad una comprensione di base.

Una cometa e’ composta da un nucleo centrale, detto appunto “nucleo cometario”, e, durante il suo moto, da una lunga coda. Per quanto riguarda il nucleo, questo e’ composto di roccia, polvere e gas congelati, tra cui acqua, metano e ammoniaca. Da questa informazione capite perche’ si parla di “palle di neve sporca” riferendosi ai nuclei cometari. Per quanto riguarda le dimensioni, si pensa che la maggior parte dei nuclei abbia diametri inferiori ai 20Km.

Un'immagine della cometa di Holmes

Un’immagine della cometa di Holmes

Per quanto riguarda la coda, come anticipato, il passaggio delle comete in prossimita’ del Sole fa sciogliere gli strati piu’ esterni del nucleo. Fate attenzione su questo punto, in generale si deve distinguere tra coda e chioma di una cometa. I gas evaporati per effetto del Sole, formano un alone intorno alla cometa detto appunto chioma. L’effetto esercitato invece dal vento solare sulla chioma della cometa forma appunto la lunga scia che chiamiamo “coda della cometa”.

Fin qui tutto bene. Facciamo pero’ un’osservazione importante che ci permette di andare al secondo punto della discussione. Abbiamo detto che le comete hanno un nucleo composto da qualcosa di ghiacciato. Come e’ possibile questo? Parliamo anche di vapore acqueo, da dove proviene?

La risposta a queste domande ci permette di fare un’importante considerazione sia sull’origine che sulla provenienza delle comete.

Ad oggi, si pensa che la maggior parte delle comete provenga da quella regione del Sistema Solare detta “Nube di Oort”. Questa zona sarebbe ricca di nuclei cometari che, come discuteremo in seguito, vengono a volte strappati e messi in orbita nel sistema solare rendendo le comete visibili anche dalla Terra.

Dunque? Cos’e’ questa nube di Oort e perche’ si comporta come un surgelatore di nuclei cometari?

oort

Questa regione venne ipotizzata per la prima volta proprio dal fisico olandese Oort il quale fece un’analisi statistica delle orbite delle comete conosciute, cercando di individuare la regione di massimo allontanamento dal Sole. Da questi calcoli ricavo’ una probabile fascia compresa tra 0.3 e 1.5 anni luce di distanza dal Sole, dunque molto periferica nel nostro sistema solare e ben oltre l’orbita di Plutone.

Secondo le ipotesi, la nube di Oort sarebbe quindi composta da una miriade di nuclei cometari quasi fermi.

Perche’ esiste una regione di questo tipo?

In questo caso entriamo nel campo delle ipotesi. Secondo la teoria piu’ accreditata, la nube di Oort sarebbe un residuo della formazione del nostro sistema solare. Mi spiego meglio. Il nostro sistema solare si e’ formato circa 5 miliardi di anni fa a causa di un addensamento di polveri stellari e gas. Il collasso di questa nuvola ha creato il Sole ed i pianeti rocciosi interni, mentre il materiale piu’ lontano, non addensato completamente, ha formato i pianeti gassosi piu’ grandi e periferici. Andando ancora piu’ verso l’esterno, le forze in gioco non erano sufficienti ad addensare gas per cui questi residui sono rimasti nella parte periferica formando appunto la nube di Oort. Le basse temperature hanno contributo a creare piccoli nuclei di addensamento che sarebbero appunto le comete che popolano la regione.

Questa teoria spiegherebbe sia la nascita della regione particolare sia la presenza di nuclei cometari ghiacciati. Vi ripeto che siamo nel campo delle ipotesi. Purtroppo, anche l’esistenza della nube di Oort stessa e’ un’ipotesi. L’enorme distanza dal Sole e la presenza di relativamente piccoli oggetti orbitanti, rende questa regione invisibile anche ai nostri modermi telescopi.

A questo punto, resta da chiarire perche’, a volte, qualche nucleo si stacca entrando in orbita e formando le comete cosi’ come le vediamo da Terra.

Come detto molte volte, cio’ che e’ responsabile del moto dei corpi nel nostro sistema solare, e’ la forza di gravita’. Il moto dei pianeti intorno al Sole puo’ essere sufficiente a modificare l’equilibrio dei nuclei nella nube, trainandoli nella parte interna del sistema solare. Questo spostamento dal punto di equilibrio, mette gli oggetti in moto su orbite che, in base ai parametri meccanici, possono assumere forme diverse, divenendo orbite chiuse, e quindi generando oggetti periodici nel loro passaggio, oppure orbite aperte, creando corpi che passeranno una sola volta.

Abbiamo gia’ parlato di questi effetti analizzando, ad esempio, alcune delle ipotesi circa l’esistenza di Nibiru. Anche in questo caso, la presenza di un corpo anomalo all’interno del sistema solare, provocherebbe degli squilibri alla nube di Oort spingendo una quantita’ maggiore di nuclei all’interno. Per chi lo avesse perso, potete trovare questa discussione in questo post:

Nibiru: la prova del trattore gravitazionale

A questo punto, resta da fare solo un’altra breve considerazione sulle comete. Come detto, la nube di Oort si troverebbe ad una distanza molto grande dal Sole e dai pianeti interni. A causa di questo, si pensa infatti che la teoria dell’esistenza di questa regione potrebbe spiegare solo l’origine delle comete a lungo raggio, cioe’ con orbite molto lunghe. Per spiegare invece le molte comete a breve periodo che si osservano anche dalla Terra, viene ipotizzata una seconda regione, questa volta piu’ interna al sistema solare, e nota come fascia di Kuiper. Per quanto riguarda l’origine, tutte e due le regioni sarebbero un ricordo della formazione del sistema solare.

Come potete vedere anche dall’immagine riportata in precedenza, la fascia di Kuiper si trova oltre l’orbita di Nettuno. Questa zona non solo e’ stata osservata direttamente, ma sono stati scoperti anche diversi corpi orbitanti in questa zona e che rientrano nella categoria dei planetoidi. Vista la minore distanza rispetto alla nube di Oort, si e’ ipotizzato invece che le comete a corto raggio provengano proprio da questa regione piu’ vicina e che vengano spinte all’interno del sistema solare sempre per lo stesso squilibrio gravitazionale dovuto al moto dei pianeti interni.

Detto questo, spero di essere riuscito a farvi comprendere in modo semplice la nascita delle comete. Solo per curiosita’, vi dico che le stime scientifiche prevedono un numero di nuclei cometari nella nube di Oort dell’ordine delle centinaia di miliardi. Questo ci fa capire la grandezza del serbatoio a disposizione.

Per quanto riguarda invece la morte di una cometa, in questo caso il discorso e’ molto piu’ semplice. Nel caso di comete periodiche, i ripetuti passaggi al perielio possono esaurire la cometa che andrebbe dunque a perdere la sua coda. Per le comete con nucleo piu’ denso, abbiamo dunque la formazione di un asteroide, per quelle con nuclei piu’ fragili o che subiscono stress meccanici dovuti all’interazione gravitazionale, il nucleo si puo’ vaporizzare facendo completamente scomparire la cometa.

Questi semplici concetti dovrebbero essere sufficienti per farci capire non solo cos’e’ una cometa, ma anche la sua origine e la sua morte all’interno del sistema Solare.

 

 

 

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.

Parlare di 2012 e profezie per la fine del mondo ci consente di esplorare aree e argomenti della scienza moderna, molto spesso considerati ostici e poco divulgabili al grande pubblico. Per continuare ad analizzare le profezie sul 2012, ma soprattutto a parlare di scienza vera e sempre attuale, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.

Missile vicino al Sole?

17 Nov

In questi giorni, su diversi siti internet, si sta discutendo circa un’immagine veramente molto particolare in cui sembrerebbe esserci uno strano oggetto, dalla forma simile ad un missile, in prossimita’ del Sole.

Prima di continuare, vi mostro la foto in questione:

Immagine da Helioviewer con lo strano oggetto vicino al Sole

La domanda che tutti si stanno facendo e’: cosa potrebbe essere?

Per poter rispondere, dobbiamo analizzare bene l’immagine.

Come potete leggere in basso, lo screenshot e’ stato catturato utilizzando il servizio “helioviewer”. Approfittiamo di questa notizia, per spiegare il funzionamento di questo utilissimo sito.

Trovate helioviewer al seguente indirizzo:

Helioviewer

Dalla pagina iniziale, potete visualizzare immagini del Sole impostando la data e l’ora esatta che vi interessa. C’e’ anche la possibilita’ di trasformare le immagini in video o semplicemente di salvare degli screenshot.

La potenza del servizio e’ la possibilita’ di selezionare la visualizzazione sfruttando diversi telescopi in orbita, tra cui SOHO, PROBA-2,  STEREO-A, STEREO-B e SDO. Inoltre, per le singole sonde, e’ possibile scegliere tra i diversi strumenti, visualizzando il Sole anche a diverse lunghezze d’onda. Questo ci consente di osservare emissioni di massa coronale, variazioni sul disco del Sole o anche di contare le macchie solari presenti sulla superficie.

Immagine ingrandita dell’oggetto

 

Premesso questo, torniamo alla nostra immagine iniziale.

Per prima cosa, vediamo che lo screenshot riporta la data e l’ora esatta a cui la situazione si riferisce. Impostando su helioviewer i dati trovati e impostando la sonda PROBA-2, troviamo esattamente lo stesso risultato.

Questo ci dimostra che la foto e’ reale e non siamo di fronte ad un falso.

Utilizzando i pulsanti di navigazione a lato, possiamo cercare di ingrandire lo strano oggetto, come mostrato nell’immagine riportata. La forma assomiglia molto ad un missile. Quello che resta da capire e’ di cosa si tratta e se veramente l’oggetto e’ presente vicino al Sole.

Prima di tutto, per capire se effettivamente si tratta di un oggetto reale, vediamo se e’ in movimento. Utilizzando i pulsanti di navigazione e modificando l’intervallo di tempo tra le immagini, vedete che l’oggetto appare improvvisamente alle ore 07.10.09, e rimane fermo esattamente nella stessa posizione fino alle 07.12.18. In questo preciso istante il missile riscompare improvvisamente.

Prima considerazione. Se fosse una cometa o un altro corpo che si schianta sul Sole, dovremmo vederlo arrivare e muoversi. Il fatto che appaia improvvisamente e resti fermo in quella posizione, ci fa pensare ad un difetto dell’immagine.

Di difetti delle immagini, ad esempio nei presunti avvistamenti UFO, ne abbiamo parlato in questo post:

Lens Flare e avvistamenti UFO

Prima pero’ di arrivare a questa conclusione, facciamo qualche altra considerazione.

Se l’oggetto fosse reale, che dimensioni avrebbe? Possiamo sempre sfruttare le immagini per confrontare le dimensioni dell’oggetto con quelle del Sole. Da una breve misurazione a spanne, sapendo che il diametro del Sole e’ di 1.4 milioni di kilometri, il presunto missile sarebbe lungo circa 100000 kilometri, cioe’ almeno 8 volte il diametro della Terra. Diciamo che per essere qualcosa di reale sarebbe veramente troppo grande.

Ulteriore verifica a sostegno del difetto dell’immagine, viene proprio dalle altre sonde disponibili su helioviewer. Nelle immagini visualizzate, stiamo utilizzando la sonda PROBA2 ed in particolare il telescopio SWAP. Questo acronimo indica un telescopio sull’ultravioletto che utilizza la tecnologia a pixel attivi. Se l’oggetto in esame fosse reale, dovrebbe essere visibile anche per le altre sonde che abbiamo a disposizione. In particolare, se anche l’oggetto emettesse solo nell’ultravioletto, abbiamo telescopi come l’EUVI disponibili sulle sonde STEREO.

Come potete facilmente verificare, se visualizzate nello stesso istante, la stessa porzione di spazio, cambiando telescopio a disposizione, in nessun caso potete visualizzare questo corpo anomalo.

Questo controllo incrociato, ci fornisce dunque la conferma che quello che stiamo vedendo e’ solo un difetto dell’immagine catturata dal telescopio SWAP.

Solo per completezza, perche’ ci dovrebbero essere difetti di immagine? Per maggiori informazioni sulla missione PROBA2 dell’ESA, potete visitare la pagina:

ESA PROBA

Active Pixel Sensors in tecnologia CMOS

Come anticipato, lo SWAP utilizza pixel attivi. Questi altro non sono che matrici di fotodiodi direttamente connessi con un amplificatore. La stessa tecnologia e’ anche utilizzata nelle fotocamere digitali degli smartphone al posto delle CCD.

Questa tecnologia e’ attualmente in studio per la visualizzazione spaziale, e la missione PROBA e’ proprio atta a dimostrare la possibilita’ di utilizzare APS fornendo strumentazione a costo inferiore.

Uno dei difetti della tecnologia a pixel e’ il cosiddetto “hot pixel”, cioe’ una zona ristretta del sensore che, per cause elettriche o ottiche, fornisce un segnale molto elevato, dunque apparendo molto piu’ chiaro degli altri. A questo, si deve poi aggiungere il cosiddetto “crosstalk” tra i pixel, cioe’ il trasferimento di parte del segnale da un pixel a quelli immediatamente vicini.

La commistione di questi due effetti puo’ creare effetti simili a quelli che abbiamo visto nell’immagine in esame. Molto probabilmente uno o piu’ pixel si sono portati ad un livello elettrico elevato e questi segnali si sono trasferiti ai pixel vicini giustificando anche l’effetto sfumato che vediamo intorno al presunto oggetto. I tempi necessari affinche’ i pixel ritornino in uno stato normale, puo’ essere anche di qualche minuto, come nel caso in questione, dove l’immagine e’ tornata normale in un paio di minuti.

Concludendo, il presunto missile che compare nell’immagine catturata da PROBA non e’ assolutamente un oggetto reale. Nel nostro caso, non ci siamo nascosti dietro la tipica frase “e’ un difetto dell’immagine” senza argomentare, ma siamo andati proprio nei dettagli costruttivi del telescopio. Studiando i dati e la costruzione dello SWAP abbiamo capito che l’effetto molto probabilmente potrebbe essere dovuto ad un problema elettrico nella matrice dei pixel utilizzati. Abbiamo inoltre visto che lo strano oggetto non compare in nessuna immagine catturata  dalle altre sonde.

Nascondersi dietro alla frase “e’ tutto falso” e’ del tutto equivalente a credere a qualsiasi spiegazione ci venga data su internet. Per poter smentire o confermare una notizia, e’ sempre necessario ragionarci sopra e fare considerazioni. Non fermatevi alle apparenze, cercate sempre di farvi domande e cercare autonomamente le risposte.

Per analizzare a fondo tutte le profezie del 2012, non perdete in libreria Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.