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L’universo che si dissolve “improvvisamente”

21 Mar

Nella sezione:

Hai domande o dubbi?

una nostra cara lettrice ci ha chiesto lumi su una notizia apparsa in questi giorni sui giornali che l’ha lasciata, giustamente dico io, un po’ perplessa. La notizia in questione riguarda l’annuncio fatto solo pochi giorni fa della nuova misura della massa del quark top.

Perche’ questa notizia avrebbe suscitato tanto clamore?

Senza dirvi nulla, vi riporto un estratto preso non da un giornale qualsiasi, che comunque a loro volta hanno copiato da qui, ma dalla principale agenzia di stampa italiana:

Il più pesante dei mattoni della materia, il quark top, ha una misura più precisa e la sua massa, con quella del bosone di Higgs, potrebbe essere la chiave per capire se viviamo in un universo instabile, al punto di dissolversi improvvisamente.

Universo che si dissolve “improvvisamente”?

Vi giuro che vorrei mettermi a piangere. Solo pochi giorni fa abbiamo parlato di tutte quelle cavolate sparate dopo l’annuncio della misura di Bicep-2:

Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

Due notizie cosi’ importanti dal punto di vista scientifico accompagnate da sensazionalismo catastrofista nella stessa settimana sono davvero un duro colpo al cuore.

Al solito, e come nostra abitudine, proviamo a spiegare meglio l’importanza della misura ma, soprattutto, cerchiamo di capire cosa dice la scienza contrapposto a quello che hanno capito i giornali.

In diversi articoli abbiamo parlato di modello standard discutendo la struttura della materia che ci circonda e, soprattutto, presentando quelle che per noi, ad oggi, sono le particelle fondamentali, cioe’ i mattoni piu’ piccoli che conosciamo:

Due parole sull’antimateria

Piccolo approfondimento sulla materia strana

Bosone di Higgs …. ma che sarebbe?

Se ci concentriamo sui quark, vediamo che ci sono 6 componenti che, come noto, sono: up, down, strange, charm, bottom e top. Come gia’ discusso, i primi due, up e down, sono quelli che formano a loro volta protoni e neutroni, cioe’ le particelle che poi formano i nuclei atomici, dunque la materia che ci circonda.

Bene, il quark top e’ il piu’ pesante di questi oltre ad essere l’ultimo ad essere stato scoperto. Il primo annuncio di decadimenti con formazione di quark top e’ stato fatto nel 1995 grazie alla combinazione dei risultati di due importanti esperimenti del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, nei pressi di Chicago. A questi esperimenti, oggi in dismissione, ma la cui analisi dei dati raccolti e’ ancora in corso, partecipavano e partecipano tuttora moltissimi fisici italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

La cosa piu’ sorprendente del quark top e’ la sua enorme massa, circa 170 GeV, che lo rende la particella elementare piu’ pesante mai trovata. Per darvi un’idea, il top e’ circa 180 volte piu’ pesante di un protone con una massa paragonabile a quella di un atomo di oro nel suo complesso. Il perche’ di una massa cosi’ elevata e’ una delle chiavi per capire i meccanismi che avvengono a livello microscopico e che, come e’ normale pensare, determinano il comportamento stesso del nostro universo.

Bene, cosa e’ successo in questi giorni?

Come avete letto, nel corso della conferenza:

Rencontres de Moriond

che si svolge annualmente a La Thuille in Val d’Aosta, e’ stata presentata una nuova misura della massa del quark top. Prima cosa importante da dire e’ che la misura in questione viene da una stretta collaborazione tra i fisici di LHC e quelli che analizzano i dati del Tevatron, cioe’ il collissore dove nel 1995 fu scoperto proprio il top. Queste due macchine sono le uniche al mondo, grazie alla grande energia con cui vengono fatti scontrare i fasci, in grado di produrre particelle pesanti come il quark top.

Dalla misurazione congiunta di LHC e Tevatron e’ stato possibile migliorare notevolmente l’incertezza sulla massa del top, arrivando ad un valore molto piu’ preciso rispetto a quello conosciuto fino a qualche anno fa.

Cosa comporta avere un valore piu’ preciso?

Come potete immaginare, conoscere meglio il valore di questo parametro ci consente di capire meglio i meccanismi che avvengono a livello microscopico tra le particelle. Come discusso parlando del bosone di Higgs, il ruolo di questa particella, e soprattutto del campo scalare ad essa associato, e’ proprio quello di giustificare il conferimento della massa. Se il  top ha una massa cosi’ elevata rispetto agli altri quark, il suo meccanismo di interazione con il campo di Higgs deve essere molto piu’ intenso. Inoltre, il quark top viene prodotto da interazioni forti, ma decade con canali deboli soprattutto producendo bosoni W. Non sto assolutamente cercando di confondervi. Come visto negli articoli precedenti, il W e’ uno dei bosoni messaggeri che trasportano l’interazione debole e che e’ stato scoperto da Carlo Rubbia al CERN. Detto questo, capite come conoscere con precisione la massa del top, significhi capire meglio i meccanismi che avvengono tra top, W e campo di Higgs. In ultima analisi, la conoscenza di questi modelli e’ fondamentale per capire perche’, durante l’evoluzione dell’universo, si sono formate particelle cosi’ pesanti ma anche per capire se esistono meccanismi di decadimento non ancora considerati o anche effetti, come vengono definiti, di nuova fisica che possono mettere in discussione o integrare il modello standard delle particelle.

Concludendo, la spiegazione della frase “universo che si dissolve improvvisamente” non significa nulla. Una misura piu’ precisa della massa del top implica una migliore conoscenza dei modelli ora utilizzati e soprattutto apre le porte per capire meglio cosa e’ avvenuto durante durante i primi istanti di vita dell’universo. Al solito pero’, anche sulla scia del tanto citato annuncio di Bicep-2, si e’ ben pensato di sfruttare l’occasione e trasformare anche questa importante notizia in un teatrino catastrofista. Per chi interessato ad approfondire, vi riporto anche il link di ArXiv in cui leggere l’articolo della misura in questione:

ArXiv, quark top

 

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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Fascio di anti-idrogeno? FATTO!

22 Gen

Uno degli aspetti della fisica che suscita maggior interesse nei non addetti ai lavori e’ senza dubbio il concetto di antimateria. Molto probabilmente, il motivo di questo interesse e’ da ricercarsi nelle tante storie fantascientifiche che sono state ispirate dall’esistenza di un qualcosa molto simile alla materia, se non fosse per la carica delle particelle che la compongono, che era presente prima del Big Bang ma che ora sembra totalmente scomparsa. Inoltre, come tutti sanno, se materia e antimateria vengono messe vicine tra loro si ha il fenomeno dell’annichilazione, qualcosa di assolutamente esotico nella mente dei non addetti ai lavori e che ha offerto trame sensazionali per tanti film e serie TV.

Come detto tante volte, dobbiamo fare una distinzione precisa tra quelle che chiamiamo antiparticelle e quella che invece viene intesa come antimateria. Cosi’ come avviene per la materia ordinaria, composta di particelle che, in questo schema, possiamo pensare come elettroni, protoni e neutroni, l’antimateria e’ a sua volta composta da anti-particelle. Spesso si tende a confondere questi due concetti, facendo, come si suole dire, di tutta l’erba un fascio.

Produrre anti-particelle e’ semplice e siamo in grado di farlo gia’ da diversi anni. Per darvi un esempio, molti collisori utilizzati per la ricerca nella fisica delle alte energie fanno scontrare fasci di particelle con antiparticelle. In questo contesto, molto usati sono i positroni, cioe’ gli anti-elettroni, e gli anti-protoni.

Completamente diverso e’ invece il caso dell’antimateria.

Per formare anti-atomi e’ necessario assemblare insieme le anti-particelle per comporre qualcosa simile nella struttura alla materia, ma composto a partire da mattoncini di anti-particelle.

Di questi concetti abbiamo gia’ parlato in articoli precedenti che trovate a questi link:

Troppa antimateria nello spazio

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Come anticipato, prima del Big Bang, erano presenti in eguale quantita’ materia e anti-materia. Ad un certo punto pero’, l’anti-materia e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia che ha poi formato l’universo che vediamo oggi. Anche se questo meccanismo e’ in linea di principio ipotizzato dalla fisica, ci sono ancora punti da chiarire in quella che viene chiamata “asimmetria materia-antimateria”. Anche di questo abbiamo gia’ parlato in questi articoli:

E parliamo di questo Big Bang

Ancora sullo squilibrio tra materia e antimateria

Se, da un lato, produrre antiparticelle e’ semplice, metterle insieme per formare antiatomi non e’ assolutamente banale.

Nel 2011 al CERN di Ginevra era stato annunciato per la prima volta un risultato molto importante: atomi di anti-idrogeno erano stati formati e osservati per un tempo di circa 1000 secondi prima si scomparire. Questa osservazione aveva permesso di osservare alcune importanti proprieta’. Nel 2012, sempre al CERN, un altro esperimento era riuscito a misurare altre importanti proprieta’ di questi anti-atomi, facendo ben sperare per il futuro.

Ora, invece, sempre il CERN ha annunciato di essere riuscito per la prima volta a produrre addirittura un fascio di anti-idrogeni. L’annuncio ‘e stato dato sul sito del laboratorio svizzero:

CERN, ASACUSA NEWS

e pubblicato sull’autorevole rivista Nature.

La scoperta e’ stata realizzata dalla collaborazione internazionale ASACUSA, di cui fanno parte anche alcuni ricercatori del nostro Istituto Nazionale di Fiscia Nucleare.

Cosa sarebbero questi anti-idrogeni?

Seguendo il ragionamento fatto, questi speciali atomi sono composti dagli analoghi di antimateria di protone e elettrone. Se l’idrogeno ha un nucleo composto da un protone con un elettrone che gira intorno, un anti-idrogeno e’ composto da un anti-protone, carico negativamente, e un positrone che gira intorno, carico positivamente. Come potete facilmente capire, in questo gioco di costruzione di atomi, siamo alla struttura piu’ semplice conosciuta ma, come vedremo tra poco, fondamentale per la comprensione dell’universo.

Come e’ stato fatto questo esperimento?

L'esperimento ASACUSA del CERN

L’esperimento ASACUSA del CERN

Senza annoiarvi con tecnicismi, gli anti-idrogeni sono prodotti da un deceleratore di antiprotoni e poi allontanati dal punto di produzione ad una distanza sufficiente a non risentire dei campi magnetici. Questo accorgimento e’ fondamentale per stabilizzare gli anti-atomi che altrimenti si scomporrebbero scomparendo. Come vedete nella foto riportata, la camera da vuoto utilizzata e’ infatti un lungo tubo e gli anti-idrogeni sono stati osservati e immobilizzati ad una distanza di quasi 3 metri dal punto di produzione.

Perche’ e’ cosi’ importante l’anti-idrogeno?

La sua semplicita’ rispetto agli atomi piu’ pesanti, sia per materia che per anti-materia, ha fatto si che questi siano stati i primi atomi stabili creati nell’universo in espansione. Secondo la teoria, idrogeno e anti-idrogeno dovrebbero avere esattamente lo stesso spettro di emissione. Poter disporre in laboratorio di un fascio stabile di anti-atomi consentira’ di studiare a fondo le caratteristiche di questa struttura analizzando nei minimi dettagli ogni minima possibile discrepanza con l’idrogeno. Queste caratteristiche aiuterebbero notevolmente nella comprensione dell’asimmetria tra materia e anti-materia dando una notevola spinta in avanti nella comprensione della nascita del nostro universo e nella ricerca di ogni possibile accumulo di anti-materia.

Concludendo, questa importante notizia apre nuovi scenari nello studio della fisica di base, offrendo un’occasione fondamentale per comprende il nostro universo. Come spesso avviene, molti siti e giornali si sono lanciati in speculazioni parlando di pericoli o applicazioni fantascientifiche che lasciano un po’ il tempo che trovano. Sicuramente, il futuro in questa branca della ricerca ha ancora molto da offrire e non possiamo che essere entusiasti delle novita’ che ancora ci attendono.

 

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Dafne e KLOE: alte energie in Italia

31 Ago

In questi mesi, diversi lettori mi hanno chiesto di cosa mi occupassi precisamente. Come abbiamo imparato a conoscere attraverso alcuni articoli specifici, la fisica delle alte energie e’ molto vasta, con diversi esperimenti sparsi per il mondo. Nel mio caso specifico, ho partecipato e partecipo tutt’ora a diversi progetti in Italia, in Svizzera e negli Stati Uniti. Per darvi un’idea piu’ precisa, vorrei in questo articolo parlarvi di uno di questi progetti, KLOE, al quale sono per motivi affettivi piu’ legato, e che si trova ai Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Perche’ sono affezionato a questo esperimento? Semplice, oltre a trovarsi nel paese in cui sono nato, cresciuto ed in cui tutt’ora vivo, proprio su questo esperimento ho iniziato la mia carriera di fisico nel 2003, prima con la tesi di laurea, poi con il dottorato di ricerca e su cui, ancora oggi, lavoro.

Prima di tutto, e’ necessario che vi dia qualche informazione aggiuntiva. Purtroppo, mentre tutti hanno sentito parlare di CERN e LHC, pochi sanno che anche in Italia si fanno studi importanti e molto sofisticati di fisica delle alte energie. I laboratori Nazionali di Frascati sono il piu’ grande laboratorio di Fisica delle alte energie dell’INFN. Sono stati fondati nel 1955 e proprio qui e’ nata la fisica degli acceleratori. Da un’intuizione di Bruno Touschek proprio a Frascati e’ stata realizzata AdA nel 1960. Cosa sarebbe Ada? Come sapete, nei moderni acceleratori quello che si fa e’ far girare fasci di particelle ad altissima energia per farli poi scontrare in un punto preciso. Da questo scontro, grazie alla relazione di Einstein E=mc^2, possiamo creare particelle diverse da studiare per comprendere importanti meccanismi della natura. Facendo aumentare l’energia, possiamo di volta in volta scoprire particelle nuove. Fino al 1960, quest’idea nemmeno esisteva. Grazie all’esperimento AdA, che sta per Anello di Accumulazione, venne dimostrato come fosse possibile impacchettare fasci di particelle, farle muovere su orbite circolari e poi farle scontrare in un punto deciso a priori. Grazie proprio ad AdA vennero compresi importanti effetti di fisica dei fasci, importanti ancora oggi, tra questi, ad esempio, il cosiddetto Effetto Touchek dovuto all’interazione delle particelle nello stesso pacchetto.

Dal punto di vista delle particelle, AdA non scopri’ nessuna particella nuova. Questo e’ naturale se vedete la foto:

AdA: anello di accumulazione

AdA: anello di accumulazione

L’esperimento aveva un diametro di poco superiore al metro ed un’energia bassissima. Nonostante questo, AdA apri’ la strada ai futuri acceleratori. Subito dopo AdA, sempre a Frascati, si inizio’ a studiare qualcosa di piu’ grande, un vero e proprio collissore si particelle che oltre a far circolare i fasci, potesse accelerarli e curvarli. Nel 1967 venne dunque innaugurato Adone, che sta appunto per Big-AdA. Eccovi una foto di Adone:

Adone ai Laboratori Nazionali di Frascati

Adone ai Laboratori Nazionali di Frascati

Si tratta di un anello vero e proprio, molto piu’ simile a quelli attuali, con un diametro inferiore ai 100 metri e che poteva raggiungere la folle energia per l’epoca di 3GeV, ottenuta facendo scontrare fasci di elettroni e positroni. Per fare un confronto, oggi LHC e’ stato progettato per avere un’energia di 14TeV, cioe’ 14000GeV. Adone e’ stato il primo acceleratore moderno della storia. Capite dunque che la fisica dei collissori e’ nata a Frascati, laboratorio con una grandissima tradizione in questo settore e che, ancora oggi, ricopre un ruolo importante nei laboratori di tutto il mondo.

Ora cosa si studia a Frascati? Oggi in questi laboratori ci sono tantissimi gruppi che si occupano di fisica nucleare, fisica delle alte energie, astrofisica, astroparticelle, fisica della materia, fisica medica. Tra questi settori, un ruolo fondamentale e’ ricorperto ancora oggi dala fisica degli acceleratori e dal progetto KLOE a Dafne.

Dafne, il collisore attualmente in funzione ai Laboratori di Frascati

Dafne, il collisore attualmente in funzione ai Laboratori di Frascati

Dafne e’ l’attuale collissore dei laboratori che ha preso i primi dati utili nel 2000. Si tratta di sistema costituito da due anelli, uno per elettroni ed uno per positroni, che vengono fatti scontrare ad un’energia di poco superiore ad 1GeV. Perche’ un’energia cosi’ bassa? Al contrario di LHC, che e’ un esperimento di scoperta, in cui dunque si deve raggiungere la massima energia possibile per creare nuove particelle, Dafne e’ una macchina di precisione. Questa categoria di anelli, lavorano ad un’energia ben precisa, calibrata per massimizzare la produzione di determinate particelle. Nel caso di Dafne, la macchina e’ una fabbrica di mesoni Phi, Phi-factory.

Di modello standard, materia strana, antimateria, ecc, abbiamo parlato in questi post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

Due parole sull’antimateria

Antimateria sulla notra testa!

Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

La materia oscura

Cosa sarebbe invece la Phi? Detto molto semplicemente, si tratta di una risonanza, cioe’ uno stato legato tra due quark (uno strange ed un anti-strange), che vive un tempo brevissimo dopo di che decade in qualche altra cosa. Tra i possibili canali di decadimento, tra i piu’ probabili ci sono quelli in coppie di Kaoni. Attenzione, il discorso sembra complicato, ma non lo e’. In fisica, ogni particella ha il suo nome. I kaoni sono soltanto una famiglia di particelle in cui rientrano diversi elementi: K carichi, K neutri, K lunghi, K corti, ecc.

Bene, a Dafne si vogliono studiare questi Kaoni e per produrli e’ necessario avere una macchina in grado di creare tantissime Phi. Perche’?

In questo articolo:

E parliamo di questo Big Bang

abbiamo parlato del meccanismo del Big Bang, vedendo come in seguito a questa esplosione, si e’ verificato uno sbilancio tra materia ed antimateria, che ha portato alla scomparsa della seconda e alla formazione di un universo di materia. Se ben ricordate, abbiamo anche detto come, dal punto di vista teorico, questo meccanismo e’ teoricamente possibile supponendo che siano avvenute determinate condizioni, dette di Sacharov. Tra queste, vi e’ una violazione di CP, cioe’ proprio uno squilibrio tra materia ed antimateria che porta nei decadimenti a preferire stati finali piu’ ricchi di materia.

Cosa c’entrano i kaoni con la violazione di CP?

Nel 1974, decadimenti con violazione di CP venero osservati per la prima volta per un membro della famiglia dei Kaoni, il K long. Ad oggi, oltre che nei Kaoni, la violazione di CP e’ stata osservata anche nei mesoni B. Detto questo, capite bene l’importanza di questi studi. Comprendere a fondo la violazione di CP e le sue conseguenze, ci permette di capire meglio l’origine stessa dell’universo.

L’esperimento operante a Dafne e che studia proprio i decadimenti delle particelle e’ KLOE, un complesso sistema di rivelatori pensato per registrare ed osservare tutte le particelle che entrano nei vari decadimenti.

L'esperimento KLOE installato all'interno di Dafne

L’esperimento KLOE installato all’interno di Dafne

Attraverso i dati raccolti e’ possibile ricostruire l’intero evento e capire che tipologia di decadimento e’ avvenuto. Per fare questo sono necessari diversi rivelatori, ognuno specializzato per determinate particelle, pensati e realizzati in modo del tutto unico direttamente ai laboratori di Frascati.

Perche’ ancora oggi a distanza di anni KLOE e Dafne sono in funzione?

Vista la rarita’ dei decadimenti che si vogliono studiare, e’ necessario raccogliere un campione molto vasto di dati. Detto in altri termini, poiche’ la probabilita’ di avere il decadimento che cercate e’ molto bassa, dovete raccogliere un campione molto grande di Phi per poter avere la statistica necessaria a fare questi studi.

KLOE ha preso dati fino al 2006 raccogliendo un campione cospicuo di Phi. Oltre alla violazione di CP,  KLOE ha posto importanti limiti in tantissimi decadimenti, studiato la gravita’ quantistica, osservato per la prima volta decadimenti mai visti prima, ecc. Tutti risultati di prim’ordine che hanno dato lustro alla fisica delle alte energie in Italia.

Nel 2008 e’ stato poi pensato, sempre a Frascati, un nuovo meccanismo di collissione dei fasci che permetterebbe a KLOE di raggiungere “luminosita’” piu’ elevate, cioe’, modificando solo la zona di interazione dei fasci, si potrebbero accumulare molti piu’ dati a partita’ di tempo. Questa modifica e’ importantissima per un esperimento di precisione come KLOE che dunque potrebbe andare a studiare nuovi settori e migliorare notevolmente i canali gia’ studiati. Proprio per questo motivo, si e’ deciso di iniziare un nuovo periodo di presa dati per KLOE.

Cosa e’ successo tra il 2009 e il 2013?

In questo periodo di tempo, KLOE, costruito come detto un decennio prima, ha pensato di realizzare nuovi rivelatori da installare vicino alla zona di interazione, proprio per migliorare la sua sensibilita’ sfruttando idee nuove e le ultime migliorie pensate in questi anni. Questi nuovi dispositivi sono rivelatori molto complessi e compatti che hanno richiesto diversi anni prima di essere ottimizzati e realizzati. Prima di questa estate, i nuovi rivelatori sono stati installati con successo ed in questi giorni si sta lavorando per ottimizzare il tutto e prepararci alla nuova presa dati dell’esperimento KLOE, ora chiamato KLOE-2. L’accensione di tutto il sistema e’ prevista per il 9 settembre, giorno di inizio di una lunga presa dati che portera’ sicuramente a nuovi ed importanti studi.

Come potete capire, la fisica delle alte energie non e’ riservata al CERN. I fisici italiani, oltre ad avere ruoli importanti nei grandi laboratori del mondo, sono anche attivi nel nostro paese con esperimenti di precisione, importantissimi per capire come funziona il nostro universo.

 

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Perforazione geotermica e terremoto in Svizzera

22 Lug

Come sapete bene, il tema del fracking e’ sempre di grande attualita’, non solo per il possibile sfruttamento dello shale gas, importantissimo per il nostro fabbisogno energetico, ma anche per la dimostrata relazione tra il ricorso a queste tecniche e l’insorgenza di lievi scosse di terremoto.

Di fracking abbiamo parlato in questi articoli:

Una prova del fracking in Emilia?

Fratturazione idraulica

mentre il discorso sul gas di scisto e’ stato affrontato in questo articolo:

Scisti e gas naturale

Anche nel post di ieri:

Ancora sulla terra che ribolle

parlando del fenomeno della terra che ribolle in Emilia, eravamo tornati a parlare di questa tecnica, commentando i risultati delle presunte analisi indipendenti condotte su campioni di fango prelevati nella zona. Molto interessante, per chi non l’avesse seguita, e’ la discussione che si e’ scatenata nei commenti, con punti di vista differenti sui terremoti in generale.

La connessione tra fracking e terremoti e’ presto compresa. Come sappiamo, in questa tecnica fluidi ad alta pressione vengono inniettati nel sottosuolo appunto per rompere le rocce ed estrarre il gas. Le sollecitazioni portate da queste rotture possono, in alcuni casi, innescare leggere scosse di terremoto indotte. Come e’ facile capire, parliamo di scosse che non superano mai il quarto grado della scala Richter e che hanno l’epicentro localizzato molto vicino alla superficie.

Perche’ torniamo su questi argomenti?

Proprio oggi sono apparsi su diversi quotidiani gli articoli che parlano di una nuova evidenza di connessione tra questi fenomeni. Come sicuramente avrete letto, sabato, nelle prime ore del mattino, in Svizzera, precisamente nella zona di San Gallo, e’ stata avvertita una scossa di M3.6.

Da cosa e’ stata generata?

Sia il servizio sismico Svizzero che il Servizio sismologico del Politecnico federale di Zurigo concordano che la scossa potrebbe essere legata, con notevole probabilita’, alle perforazioni in corso per la realizzazione di una nuova centrale geotermica nel Cantone.

La centrale geotermica, prevede l’estrazione di acqua a 140 gradi ad una profondita’ di 4500 metri dalla superificie. Questo calore dovrebbe essere usato per produrre una quantita’ di energia sufficiente ad alimentare la meta’ delle case di San Gallo. Ovviamente, per realizzare l’opera, sono necessarie trivellazioni fino alla profondita’ citata.

Nei giorni scorsi, gli abitanti della zona avevano gia’ avvertito leggerissime scosse di terremoto dovute a queste perforazioni, ma niente superiore a M2.

Cosa e’ successo in seguito?

Ovviamente, parlando di centrale geotermica, non stiamo parlando di fratturazione idraulica. La connessione viene pero’ in seguito ad un inconveniente che si e’ avuto nella zona dei lavori. Durante le perforazioni, i tecnici si sono accorti della fuoriuscita di gas ad alta pressione nel pozzo di trivellazione. Capite bene che questa fuoriuscita poteva rappresentare un pericolo reale, non solo per gli operai coinvolti nel lavoro. Per arginare la fuga, la decisione e’ stata quella di pompare 650 metri cubi di fango per interrompere la fuoriscita di gas.

L’immissione di fango nel sottosuolo, molto simile alla tecnica utilizzata per la fratturazione idraulica ha scatenato, dopo poche ore, un terremoto di M3.6 con un epicentro a soli 4 kilometri di profondita’, esattamente dove era stata localizzata la fuga.

Fortunatamente, non ci sono stati danni a seguito del sisma ma un terremoto di questa intensita’, con un epicentro cosi’ superficiale, potrebbe, in alcuni casi, provocare danni alle abitazioni.

A seguito di questo accaduto, si e’ deciso di interrompere i lavori per la realizzazione della centrale, rimandando dopo qualche giorno la decisione se continuare o meno l’opera.

Questa non e’ la prima volta che in Svizzera si registra un caso del genere. Nel 2006, sempre durante i lavori per la realizzazione di una centrale geotermica, venne registrato uno sciame sismico, con un picco M3, nella zona di Basilea. A seguito di questo sciame, ‘lopera venne definitivamente abbandonata.

Ora, come evidenziato negli altri articoli, non mi sento assolutamente di demonizzare l’utilizzo della fratturazione idraulica o l’estrazione del gas di scisto. A mio avviso, questa tecnica necessiterebbe pero’ di ulteriori studi atti a capire meglio le procedure e soprattutto gli effetti di queste immissioni nel terreno. Come detto in precedenza, il risvolto economico ha spinto troppo velocemente all’utilizzo del fracking. Parlando di shale gas, parliamo di riorse enormi che aspettano solo di essere sfruttate. Questo ovviamente ha fatto chiudere gli occhi per estrarre il gas, tralasciando importanti e necessari studi che dovrebbero essere condotti a livello di ricerca.

Questa nuova notizia, non fa altro che confermare la relazione tra fracking, o comunque immissione di fluidi nel terreno, e terremoti di lieve intensita’. Mio personale punto di vista e’ che se le societa’ private, ma anche i governi, sono cosi’ interessati allo sfruttamento di queste risorse, allora dovrebbero prima di tutto investire capitali in ricerca, in modo da rendere queste tecniche le piu’ sicure e controllate possibile.

 

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Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

25 Mar

In tanti mi avete chiesto informazioni circa la scoperta del bosone di Higgs. Come sapete bene, negli ultimi mesi, molto si e’ parlato di questa probabile scoperta, dando ampio spazio su giornali e telegiornali al CERN, all’acceleratore LHC e agli esperimenti principali, Atlas e CMS, che hanno lavorato alla ricerca di questa particella.

La scoperta, ripeto probabile come vedremo in seguito, del bosone di Higgs e’ stata fondamentale per la fisica e per la nostra conoscenza della materia e, lasciatemelo dire, mi ha riempito di gioia avendo lavorato per circa quattro anni alla costruzione proprio dell’esperimento Atlas.

Quello che pero’ molti mi chiedono e’: si parla tanto di questo bosone di Higgs, tutti ne parlano dicendo che e’ “quello che spiega la massa delle particelle”, ma, in soldoni, di cosa si tratta? Perche’ spiegherebbe la massa delle particelle?

Purtroppo le domande sono ben poste, dal momento che spesso, girando per la rete, non si trovano risposte semplicissime a questi quesiti. Cerchiamo dunque, per quanto possibile, di rispondere a queste domande, mantenendo sempre un profilo divulgativo e accessibile a tutti.

Detto nel linguaggio della fisica, la spiegazione sarebbe piu’ o meno questa:

L’universo e’ permeato da un campo a spin zero, detto campo di Higgs, doppietto in SU(2) e con ipercarica U(1), ma privo di colore. I bosoni di gauge e i fermioni interagiscono con questo campo acquisendo massa.

Chiaro? Ovviamente no.

Cerchiamo di capirci qualcosa di piu’.

In questi post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

Due parole sull’antimateria

Abbiamo parlato del “Modello Standard” delle particelle. Come visto, la materia ordinaria, anche se apparentemente sembrerebbe molto variegata, e’ in realta’ composta di pochi ingredienti fondamentali: i quark, i leptoni e i bosoni messaggeri. Niente di difficile, andiamo con ordine.

Le particelle del Modello Standard

Le particelle del Modello Standard

Protoni e neutroni, ad esempio, non sono particelle fondamentali, ma sono composti da 3 quark. Tra i leptoni, sicuramente il piu’ conosciuto e’ l’elettrone, quello che orbita intorno ai nuclei per formare gli atomi. E i bosoni messaggeri? In fisica esistono delle interazioni, chiamiamole anche forze, che sono: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza forte e la forza debole. La forza forte, ad esempio, che viene scambiata mediante gluoni, e’ quella che tiene insieme i quark nelle particelle. Il fotone invece e’ quello che trasporta la forza elettromagnetica, responsabile, in ultima analisi, delle interazioni chimiche e delle forze meccaniche che osserviamo tutti i giorni.

Bene, fin qui sembra tutto semplice. L’insieme di queste particelle forma il Modello Standard. Ci sono gli ingredienti per formare tutte le particelle ordinarie e ci sono i bosoni messaggeri che ci permettono di capire le forze che avvengono. Dunque? Con il Modello Standard abbiamo capito tutto? Assolutamente no.

Il Modello Standard funziona molto bene, ma presenta un problema molto importante. Nella trattazione vista, non e’ possibile inserire la massa delle particelle. Se non c’e’ la massa, non c’e’ peso. Se un pezzo di ferro e’ composto di atomi di ferro e se gli atomi di ferro sono fatti di elettroni, protoni e neutroni, le particelle “devono” avere massa.

Dunque? Basta inserire la massa nel modello standard. Facile a dirsi ma non a farsi. Se aggiungiamo a mano la massa nelle equazioni del modello standard, le equazioni non funzionano piu’. I fisici amano dire che l’invarianza di Gauge non e’ rispettata, ma e’ solo un modo complicato per spiegare che le equazioni non funzionano piu’.

Se non possiamo inserire la massa, e noi sappiamo che la massa c’e’ perche’ la testiamo tutti i giorni, il modello standard non puo’ essere utilizzato.

A risolvere il problema ci ha pensato Peter Higgs negli anni ’60. Ora la spiegazione di Higgs e’ quella che ho riportato sopra, ma cerchiamo di capirla in modo semplice. Supponiamo che effettivamente le particelle non abbiano massa. Hanno carica elettrica, spin, momento angolare, ma non hanno massa intrinseca. L’universo e’ pero’ permeato da un campo, vedetelo come una sorta di gelatina, che e’ ovunque. Quando le particelle passano attraverso questa gelatina, vengono frenate, ognuna in modo diverso. Proprio questo frenamento sarebbe responsabile della massa che le particelle acquisiscono.

Tradotto in equazioni, questo ragionamento, noto come “meccanismo di Higgs”, funzionerebbe benissimo e il modello standard sarebbe salvo. Perche’ dico funzionerebbe? Come facciamo a dimostrare che esiste il campo di Higgs?

Il campo di Higgs, se esiste, deve possedere un quanto, cioe’ un nuovo bosone la cui esistenza non era predetta nel modello standard, detto appunto “bosone di Higgs”. Detto proprio in termini semplici, riprendendo l’esempio del campo di Higgs come la gelatina di frenamento, questa gelatina ogni tanto si dovrebbe aggrumare formando una nuova particella, appunto il bosone di Higgs.

Dunque, se esiste il bosone di Higgs, allora esite il campo di Higgs e dunque possiamo spiegare la massa delle particelle.

Capite dunque l’importanza della ricerca di questa particella. La sua scoperta significherebbe un notevole passo avanti nella comprensione dell’infinitamente piccolo, cioe’ dei meccanismi che regolano l’esistenza e la combinazione di quei mattoncini fondamentali che formano la materia che conosciamo.

Oltre a questi punti, il bosone di Higgs e’ stato messo in relazione anche con la materia oscura di cui abbiamo parlato in questo post:

La materia oscura

In questo caso, la scoperta e lo studio di questa particella potrebbe portare notevoli passi avanti ad esempio nello studio delle WIMP, come visto uno dei candidati della materia oscura.

Dunque? Cosa e’ successo al CERN? E’ stato trovato o no questo bosone di Higgs?

In realta’ si e no. Nella prima conferenza stampa del CERN si parlava di evidenza di una particella che poteva essere il bosone di Higgs. In questo caso, le affermazioni non sono dovute al voler essere cauti dei fisici, semplicemente, l’evidenza statistica della particella non era ancora sufficiente per parlare di scoperta.

L’ultimo annuncio, solo di pochi giorni fa, ha invece confermato che si trattava proprio di “un” bosone di Higgs. Perche’ dico “un” bosone? In realta’, potrebbero esistere diverse tipologie di bosoni di Higgs. Ad oggi, quello trovato e’ sicuramente uno di questi, ma non sappiamo ancora se e’ proprio quello di cui stiamo parlando per il modello standard.

Anche se tutte le indicazioni fanno pensare di aver fatto centro, ci vorranno ancora diversi anni di presa dati per avere tutte le conferme e magari anche per evidenziare l’esistenza di altri bosoni di Higgs. Sicuramente, la scoperta di questa particella apre nuovi orizzonti nel campo della fisica delle particelle e prepara il campo per una nuova ricchissima stagione di misure e di scoperte.

Onde evitare commenti del tipo: “serviva spendere tutti questi soldi per una particella?”, vi segnalo due post molto interessanti proprio per rispondere a queste, lasciatemi dire lecite, domande:

Perche’ la ricerca: scienza e tecnologia

Perche’ la ricerca: economia

In realta’, LHC ed i suoi esperimenti, oltre a portare tantissime innovazioni tecnologiche che non possiamo ancora immaginare, sono state un importante volano per l’economia dei paesi europei. Investendo nel CERN, l’Italia, e soprattutto le nostre aziende, hanno avuto un ritorno economico molto elevato e sicuramente superiore a quanto investito.

 

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

I lanci spaziali del futuro

18 Mar

Tutti noi, almeno una volta, abbiamo visto in TV il lancio di un velivolo spaziale. Quell’enorme torre dove, ad esempio, veniva agganciato lo shuttle e, al termine del conto alla rovescia, i potenti razzi necessari per vincere la gravita’ terrestre producevano quelle enormi colonne di vapore. Come e’ facilmente comprensibile, questi lanci prevedono una pianificazione nei minimi dettagli e l’investimento di enormi risorse sia umane che economiche.

Dai primi lanci spaziali ad oggi, questa tecnica per inviare missioni nello spazio e’ rimasta piu’ o meno invariata, mentre la tecnologia delle missioni e’ via via cresciuta sia dal punto di vista tecnico che scientifico.

Velivolo S3 su Airbus A300

Velivolo S3 su Airbus A300

Possibile che non ci sia un altro modo per inviare satelliti nello spazio?

In realta’, proprio in questi ultimi anni, diverse societa’, anche private, stanno studiando metodi alternativi, piu’ economici e semplici, per inviare piccoli oggetti in orbita. Al giorno d’oggi, non parliamo piu’ soltanto di grandi missioni di esplorazione, ma anche molte compagnie private necessitano di questo genere di lanci. Pensate soltanto alle telecomunicazioni, campo da sempre ad appannaggio di compagnie private. Per garantire la trasmissione dei segnali, sempre piu’ spesso si ricorre a satelliti geostazionari che orbitano sulle nostre teste.

Una valida alternativa al classico lancio, e’ in corso di sperimentazione molto avanzata per opera della “Swiss Space System”, una societa’ svizzera che gode della sponsorizzazione di molte importanti agenzie come la NASA e l’ESA.

Il metodo pensato dalla Space System e’ molto semplice. Satelliti fino a 250 Kg potranno essere portati nella parte alta della nostra atmosfera utilizzando un comune Airbus A300, si, proprio l’aereo utilizzato dalle compagnie di tutto il mondo per il trasporto di passeggeri.

Il satellite viene agganciato all’aereo che lo porta fino a circa 10 Km di quota, a questo punto la navetta viene sganciata e sale, mediante motori, fino a circa 80 Km di altitudine. A questo punto viene aperto il portellone superiore e viene fatto uscire il satellite che dunque sale fino all’orbita prestabilita.

Come avviene tutto questo? La scelta dell’A300 non e’ casuale. Questo aereo e’ gia’ certificato per i cosiddetti voli a gravita’ zero. La navetta spaziale che sale fino a 80 Km utilizza combustibile aereonautico standard consentendo livelli di inquinamento paragonabili a quelli di un comune volo di linea. Inoltre, durante la fase di discesa, la navetta spaziale plana come un aliante non richiedendo l’utilizzo dei motori ed e’ subito pronta per un nuovo lancio. Tutta la procedura e’ riassunta in questo disegno:

Le diverse fasi della messa in orbita

Le diverse fasi della messa in orbita

Cosa sarebbe un volo a zero gravita’?

Con questo termine si intende un volo in grado di ottenere la condizione di assenza di peso anche in presenza di gravita’. Per ottenere questo risultato si sfrutta la caduta libera ottenuta mediante un volo su traiettoria parabolica. L’aereo in questione sale molto velocemente con un’angolazione di circa 45 gradi e con una forte accelerazione. Arrivato nel punto piu’ alto della parabola, il pilota stacca i motori lasciando praticamente l’aereo in caduta libera. In questa condizione, i passeggeri si trovano in completa assenza di peso. Questa fase, generalmente, dura un intervallo di circa 20-30 secondi. Al termine di questa fase, il pilota riprende il controllo riaccendendo i motori e pronto, dopo un certo tempo, a ripetere l’operazione.

I voli a gravita’ zero vengono utilizzati per diversi scopi. Prima di tutto possono essere una buona palestra per i futuri astronauti per permettergli di sperimentare l’assenza di peso. Inoltre, anche dal punto di vista commerciale, questo genere di voli vengono utilizzati da compagnie private per testare in questa particolare condizione strumenti e soluzioni innovative, magari da lanciare in orbita per gli scopi piu’ disparati.

Volo zero gravity dell'ESA

Volo zero gravity dell’ESA

La nostra agenzia spaziale europea dispone proprio di un A300 per questi scopi, mentre la NASA utilizza un C-9 in grado, in un volo di due ore, di descrivere circa 40 parabole e sperimentare l’assenza di peso per intervalli di 25 secondi. Solo per completezza, questo genere di velivoli vengono definiti in gergo tecnico “comete del vomito”. Visto come funzionano, non credo ci sia bisogno di spiegare l’origine del nome.

Tornando ai lanci spaziali, solo pochi giorni fa e’ stato fatto il primo volo di prova con la tecnica vista. I risultati sono stati molto promettenti al punto che la Space System ha promesso di iniziare i primi voli commerciali gia’ a partire dal 2017. Stando a quanto riportato sul sito della compagnia, il prezzo di questi lanci dovrebbe essere 4 volte inferiore a quelli tradizionali e la societa’ prevede di costruire il proprio spazioporto in Svezia anche se, per come viene pensato il lancio, il decollo puo’ essere fatto da un qualsiasi aeroporto.

Per chi fosse interessato, vi riporto direttamente il link della Space System in cui potete trovare tutte le informazioni sui voli insieme alal documentazione tecnica sul lancio:

S3 Home

A questo punto non rimane che aspettare. Finalmente e’ stata portata un po’ di innovazione non solo alle missioni spaziali, ma anche nei sistemi di lancio che per troppo tempo erano rimasti fermi.

 

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

 

World Economic Forum: gli alieni sono tra di noi

27 Gen

Ci risiamo. Capisco il voler cercare le notizia sempre e comunque, anche a costo di invertarla, ma ad un certo punto si arriva anche ad un limite di separazione tra cio’ che e’ legale e quello che costituisce reato.

Perche’ dico questo?

Abbiamo dedicato alcuni post alla questione aliena ed in particolare a dichiarazioni, piu’ o meno felici e piu’ o meno allegre, fatte da personaggi pubblici del mondo della politica:

21 Dicembre: fenomeno italiano?

Il 21/12 in Australia

Se lo dice Borghezio …

Gli UFO sbarcano anche al parlamento italiano

In particolare, molto interesse avevano riscosso le dichiarazioni fatte dal presidente russo Medvedev durante un fuori onda:

Russia, Medvedev tranquillizza i suoi!

Come visto nell’articolo, ma soprattutto nel video allegato, si tratta di dichiarazioni fatte in modo del tutto allegro, chiamando in causa il film “Men in Black” e i presunti dossier top secret conservati nella valigetta del presidente in carica insieme ai codici di lancio delle testate nucleari.

Dunque? Perche’ torniamo sulla questione?

Il logo del World Economic Forum

Negli ultimi giorni, sul web sono apparsi tantissimi articoli a caratteri cubitali, secondo i quali, in concomitanza con il “World Economic Forum”, proprio Medvedev sarebbe intenzionato a dichiarare al mondo intero l’esistenza degli alieni e dare la conferma ufficiale che forme di vita extraterrestre sarebbero gia’ mescolate con la popolazione umana. Addirittura, in questi articoli, si parla di un documento russo inviato al presidente Obama, in cui Medvedev minaccia il suo omologo americano che “se gli Stati Uniti non vorranno rendere pubbliche queste informazioni, allora ci pensera’ il Cremlino da solo”.

Cerchiamo di analizzare i fatti e capire da dove nascono, sempre che siano reali, notizie di questo tipo.

Piccola premessa, il gia’ menzionato “World Economic Forum” si e’ concluso poche ore fa, e nessuna dichiarazione di questo tipo e’ stata fatta. Questo solo per chiarire subito il contesto.

Da dove nascono dunque le affermazioni di cui stiamo parlando?

Prima di tutto, e’ necessario aprire una parentesi e capire meglio cos’e’ il World Economic Forum. Si tratta di un’associazione senza fini di lucro con sede a Ginevra. Ogni anno il forum organizza un incontro a Davos in cui vengono invitati i dirigenti politici ed economici di tutto il mondo, insieme anche ad esperti del settore e giornalisti selezionati. Scopo dell’incontro e’ quello di discutere le questioni piu’ urgenti che il mondo dovra’ affrontare, sia dal punto di vista economico che sociale, ambientale e di sicurezza. Al termine degli incontri, vengono prodotti diversi report delle riunioni che vengono poi resi pubblici su internet e liberamente consultabili da tutti.

Medvedev al WFE forum 2013

Fin qui tutto chiaro. Qual’e’ allora la relazione tra Medvedev, Obama, gli alieni e il Forum Economico?

Semplice, sia Medvedev che Obama hanno preso parte al forum. Il primo pero’, si era reso autore del fuori onda che abbiamo gia’ discusso sugli alieni. Russia e Stati Uniti, sono da sempre viste come le super potenze del complotto e del top secret. Gia’ questi ingredienti dovrebbero essere sufficienti a far capire la linea guida. Ora, manca da aggiungere l’elemento fondamentale, cioe’ una particolare discussione inserita nel programma del World Economic Forum, e che ha fatto da miccia alla speculazione sul web.

Andando a consultare i report pubblici su internet, che trovate a questa pagina:

WEF Report 2013

Tra i tanti temi trattati, prendiamo quello sui “Rischi Globali del 2013”. Se ora aprite questo report, vedete una lunga lista di potenziali pericoli per il mondo che vanno dal rischio ambientale a quello economico. Sfogliando i titoli, trovate anche il paragrafo “X Factor” che a sua volta include: “Discovery of Alien Life”, cioe’ “Scoperta di vita aliena”:

X Factor nei rischi globali 2013

Per chi avesse difficolta’ a trovare la pagina, vi riporto anche il link diretto:

WEF, X Factor

Ecco l’elemento che mancava all’appello. Perche’ ad un forum economico, in cui partecipano tra gli altri i grandi della Terra, si discute di cose di questo tipo?

La risposta in realta’ e’ semplice e molto meno misteriosa di quanto si potrebbe pensare.

Come potete leggere, questo paragrafo “X Factor” viene scritto in collaborazione con la famosa rivista scientifica Nature. Se sfogliate i vari temi, trovate tutti argomenti molto noti e davvero molto attuali: geoingegneria, allungamento della vita, variazioni climatiche ed ovviamente scoperta di forme di vita aliene.

Come potete leggere, le recenti osservazioni fatte grazie alle missioni spaziali, hanno conesentito di scoprire ed identificare diversi pianeti lontani, molto simili alla Terra. Continuando questo andamento, tra qualche anno si potrebbe arrivare ad un segnale inconfutabile che uno di questi pianeti ospita forme di vita aliene intelligenti. Questo discorso deve anche essere ampliato, partendo dal presupposto che fino ad oggi siamo stati in grado di esplorare soltanto una piccolissima frazione del nostro universo. Visto l’enorme numero di pianeti simili alla Terra che potrebbero esserci, dobbiamo pensare che prima o poi potremmo avere la prova che uno di questi e’ abitato, cioe’ che esistono civilta’ aliene oltre a noi.

Cosa c’e’ di strano in questo discorso?

Personalmente, non credo ci sia nulla da discutere o su cui speculare. In fondo, quanto detto, rientra esattamente nel punto di vista che abbiamo gia’ discusso parlando di alieni, e, come detto, personalmente non mi sorprenderei se venissero trovate altre forme di vita nel nostro universo. Parlando da scienziato, o meglio da amante della statistica, mi meraviglierei del contrario, cioe’ se la razza umana fosse la sola nell’universo.

Proprio questo argomento di discussione ha scatenato il mare di fandonie che potete leggere su internet sul presunto intervento di Medvedev pronto a parlare al mondo intero, con o senza l’appoggio degli Stati Uniti. Ancora oggi, su internet, trovate diversi siti sicuri che questo annuncio ci sara’. Purtroppo, al solito l’ignoranza la fa da padrona in questo contesto, dimenticando che il Forum e’ gia’ finito. Come potete vedere dal sito riportato in precedenza, il tutto si e’ svolto tra il 23 e il 27 Gennaio, cioe’ si e’ concluso stamattina.

Proprio per concludere, vi segnalo anche un articolo del “Fatto quotidiano” scritto da Giulietto Chiesa che incontrando Gorbaciov ha chiesto, tra le altre cose, se fosse vero che la valigetta del presidente russo contiene documenti sugli UFO. Trovate la risposta alla fine dell’articolo:

Chiesa-Gorbaciov

 

 

 

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”.

2012, fine del mondo e LHC

16 Nov

Dopo aver parlato di pianeti erranti, fenomeni atmosferici, asteroidi, rifugi sotterranei e chi piu’ ne ha, piu’ ne metta, in questo post vorrei tornare a qualcosa piu’ vicino alla Fisica in senso stretto.

Tutti avranno sentito parlare di LHC, cioe’ l’acceleratore di particelle lungo 27 Km costruito sottoterra tra Francia e Svizzera. Stiamo parlando del pu’ grande e potente acceleratore di particelle mai costruito e dove solo pochi mesi fa e’ stata annunciata la scoperta del bosone di Higgs.

In questo post, non voglio entrare nel merito dei parametri dell’acceleratore, ne tantomeno parlare di fisica. Voglio parlare di LHC solo in relazione al 2012 e a tutte le voci che vorrebbero questo acceleratore come una potentissima arma in grado di mettere in pericolo l’intera razza umana.

Gia’ prima dell’accensione di LHC, numerose critiche erano state mosse a questo acceleratore e molte di queste sono anche arrivate in tribunale. Proprio di questi giorni e’ l’ultimo rigetto da parte della corte europea per una richiesta di spegnimento proposta da una cittadina tedesca.

In questo post, vorrei cercare di ragionare sulle critiche mosse nei confronti di LHC e capire quali sono i concetti sui quali si basano queste richieste di spegnimento.

Una delle piu’ seguite teorie catastrofiste su LHC e’ stata proposta da Steve Alten nel suo libro: “2012. La fine del mondo”. Secondo Alten, l’aumento di terremoti a livello mondiale, che stiamo viviendo in questi ultimi mesi, sarebbe proprio connessa con LHC.

Prima di tutto, facciamo una premessa importante. In numerosi articoli abbiamo gia’ parlato di terremoti dal momento che questi fenomeni vengono anche messi in relazione con l’influenza gravitazionale del decimo pianeta. Consultando i vari database sparsi in rete, e’ stato possibile analizzare statisticamente il numero dei terremoti, smentendo assolutamente un aumento sia nel numero che nell’intensita’ delle scosse:

Riassunto sui terremoti

Analisi statistica dei terremoti

Dati falsi sui terremoti

Terremoti, basta chiacchiere. Parliamo di numeri.

Terremoti: nuove analisi statistiche

Fatta questa premessa, e’ comunque interessante capire perche’ LHC verrebbe imputato come una causa dell’insorgenza di terremoti.

Sempre secondo Alten, all’interno di LHC verrebbero prodotte delle particolari strutture potenzialmente pericolose: mini buchi neri e perticelle “strangelet”. Vediamo singolarmente di cosa si tratta capendo anche se la loro esistenza e’ veramente possibile.

Una tratto dell’acceleratore LHC

Per quanto riguarda i mini buchi neri, l’ipotesi di produzione non e’ formalmente corretta. In molti siti, anche a carattere scientifico, si parla di produzione di mini buchi neri, ma assolutamente non pericolosi. Per capire l’affermazione fatta, cerchiamo di ragionare insieme. Come si forma un buco nero? Affinche’ questo venga prodotto, e’ necessario che la natura concentri una quantita’ molto elevata di massa in uno spazio ristretto. In questo modo si ottiene una regione ad altissima densita’ di energia, da cui potrebbe formarsi un buco nero. Ora, per quanto potente sia LHC, l’energia dei fasci utilizzati non e’ neanche lontanamente vicina a quelle che troviamo in natura nei raggi cosmici. Esiste pero’ una teoria scientifica, secondo la quale all’interno di acceleratori di particelle si potrebbero formare precursori di mini buchi neri, cioe’ particelle potenzialmente in grado di accrescere un buco nero risucchiando la materia circostante. Ad oggi, queste particelle non sono mai state osservate.

Dunque, siamo nel campo delle ipotesi, la formazione di questi che possiamo chiamare pre-buchi-neri non e’ neanche certa. Nonostante questo, per analizzare e scongiurare ogni possibile scenario, possiamo studiare l’evoluzione nel tempo nel caso in cui queste particelle venissero formate.

Come anticipato, per far accrescere un buco nero e’ necessario che questo assorba materia dall’ambiete circostante. Proprio questo meccanismo ha contribuito all’ipotesi secondo la quale i buchi neri all’interno di LHC avrebbero risucchiato, nel giro di pochi minuti, l’intera Terra. Premettiamo subito che questo effetto non e’ possibile! Prima di tutto, i tubi in cui vengono fatti circolare i fasci sono tenuti ad un vuoto molto spinto. Questo riduce da subito la quantita’ di materia in prossimita’ dell’eventuale buco nero e che dunque potrebbe essere utilizzata per l’accrescimento.

Se ancora non foste convinti della non pericolosita’ dell’ipotesi fatta, possiamo ragionare anche sull’eventuale esistenza del buco nero. Una delle maggiori teorie formulate dal fisico Stephen Hawking e’ la cosidetta teoria dell’evaporazione dei buchi neri. Secondo questa ipotesi, il buco nero emette radiazione, nota come di Hawking, e l’effetto di questa emissione e’ la perdita di particelle dal buco nero verso l’esterno. La continua emissione di radiazione di Hawking e’ artefice, in un tempo piu’ o meno lungo, della completa evaporazione di un buco nero. Per un buco nero di media massa, il tempo necessario all’evaporazione e’ di qualche miliardo di anni.

Per media dimensione intendiamo qualcosa con una massa dell’ordine di 10^12 Kg. Se ora pensiamo ad un buco nero formato al limite di una sola leggerissima particella, capite bene che l’evaporazione del pre-buco nero sarebbe istantanea, scongiurando definitivamente ogni possibilita’ di accrescimento.

Risolto il problema dei buchi neri, resta da chiarire il discorso strangelet. Uno strangelet e’ una particella, del tutto ipotetica, pensata come uno stato legato di quark strange. Per completezza di informazioni, mentre i protoni ed i neutroni sono stati legati formati da quark “up” e “down”, gli strangelet sarebbero composti da quark “strange”, cioe’ un’altra tipologia di quark, e proprio per questo parliamo di materia “strana”. In questo contesto, la cosa importante da capire e’ il perche’ queste particelle, ripeto per il momento solo teorizzate, potrebbe essere pericolose.

Date le proprieta’ di uno strangelet, se un acceleratore riuscisse a produrre una di queste particelle a carica negativa, questa potrebbe interagire immediatamente con le particelle ordinarie,e trasformare anche queste in materia strana. Il risultato sarebbe un effetto a catena di conversioni che, nel giro di pochissimo tempo, trasformerebbero l’intera Terra in un blocco di materia strana.

Cme abbiamo anticipato, la probabilita’ di formazione di materia strana e’ abbastanza remota anche alle potenze di LHC. Teniamo sempre conto del fatto che, se anche venisse formata, dato il vuoto all’interno del’acceleratore, la probabilita’ di interazione tra materia strana e ordinaria sarebbe del tutto impossibile.

Come vi anticipavo, gia’ prima dell’accensione di LHC molti avevano puntato il dito contro l’acceleratore e il CERN. Proprio per l’insistenza di queste voci, il laboratorio svizzero ha anche messo online una pagina molto completa con le risposte scientifiche a tutte queste ipotesi catastrofiche:

CERN LHC Safety

Il concetto della sicurezza di LHC in relazione al 2012 e alla fine del mondo e’ stato anche ribadito dal Dott. Sergio Bertolucci, direttore di divisione ricerca e calcolo del CERN di Ginevra, nella sua prefazione scritta proprio per il libro “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.

Vi riporto qui un brevissimo estratto interessante per capire la posizione del CERN nei confronti delle tante richieste di chiarimento che ogni giorno riceve:

(Di annunci sulla fine del mondo) Ne sono stato testimone privilegiato alla partenza di LHC, il grande collisionatore di protoni entrato in funzione alla fine del 2008 nel laboratorio del CERN di Ginevra: uno sparuto gruppo di «colleghi», ogniqualvolta un nuovo acceleratore di particelle entra in operazione, si affretta a rispolverare un vecchio e indifendibile modello teorico, prevedendo che la nuova macchina produrrà dei piccoli buchi neri, che incominceranno a risucchiare le cose attorno a loro, divorandosi il laboratorio, Ginevra, la Svizzera, la Terra e così via…

LHC è in funzione dal 2009 e ovviamente non ha causato nessuna fine del mondo. Malgrado ciò, riceviamo almeno una lettera al mese dai quattro angoli del globo, che presenta la prossima teoria sulla fine del mondo: rispondiamo a tutte.

Come potete leggere, e come abbiamo visto in precedenza, si tratta di teorie vecchie e rispolverate alla partenza di ogni nuovo acceleratore di particelle.

Concludendo, non c’e’ assolutamente nessun pericolo che macchine di questo tipo possano causare la fine del mondo.

Per analizzare scientificamente ogni possibile profezia sul 2012, sfruttando queste teorie per parlare di scienza e divulgare concetti molto spesso poco compresi e sempre attuali, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”