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La stella in laboratorio

3 Ott

Attraverso le pagine del forum di Psicosi 2012:

Psicosi 2012, forum

mi e’ stato segnalato un articolo molto interessante. Perche’ lo definisco in questo modo? Semplice, l’articolo e’ talmente assurdo che merita di essere presentato qui sul blog.

Come diceva un proverbio: “Dagli amici mi guardi Dio perche’ da nemici mi guardo io”. Cosa significa? Mentre siamo guardinghi nei confronti dei nostri nemici,  ci sentiamo tranquilli verso gli amici. A volte questo puo’ creare la condizione per poter essere, come si dice, accoltellati alle spalle.

Cosa voglio dire con queste parole? Mentre ormai abbiamo capito bene quali sono i siti complottisti e catastrofisti e, almeno spero, abbiamo imparato a leggerli con occhio attento e guardingo, a volte quelli che dovrebbero essere siti seri e scientifici si lasciano prendere un po’ troppo la mano.

Questo e’ purtroppo il caso di una notiizia apparsa su ben due noti giornali online nazionali che, copiandosi spudoratamente tra di loro, hanno finito per sparare cavolate veramente fuori dalla grazia del Signore.

Prima di tuttto, vi segnalo gli articoli in questione:

Articolo 1

Articolo 2

Potete anche leggerne uno solo, tanto le parole utilizzate sono le stesse, ergo, non so chi dei due, ha fatto copia/incolla.

Avete letto bene? I ricercatori dell’istituto americano NIF, stanno per accendere una stella in laboratorio. Una stella? Proprio cosi’ dicono gli articoli. Si tratta di un esperimento di fusione in cui sono stati utilizzati laser con una potenza di 500 Tera Watt, 500 mila miliardi di watt di potenza. Come recita l’articolo, questa potenza e’ pari a 1000 volte quella che gli Stati Uniti stanno consumando in quel momento.

Signori, scusate le sfogo, ma questa e’ disinformazione scientifica sulle pagine di giornali nazionali che pretendono di avere una sezione di scienze! Poi, non ci sorprendiamo quando le persone pensano che al CERN si creeranno buchi neri che distruggeranno la Terra. Dall’altra parte dell’oceano stanno creando una stella in laboratorio.

Finito il mio piccolo sfogo personale, vorrei passare a commentare questa notizia. Al contrario di quanto fatto sui giornali citati, per poter capire questa notizia, e’ necessario capire bene il campo in cui ci andiamo a muovere, cioe’ la fusione nucleare.

Cercando di mantenere un approccio semplice e divulgativo, tutti conoscono le centrali nucleari per la produzione di energia elettrica. Questi reattori funzionano attraverso la fissione nucleare, cioe’ la scissione di un nucleo pesante, il combustibile, in nuclei piu’ leggeri. Questo processo, oltre ai due nuclei figli, produce un eccesso di energia. Il processo si dice dunque esoenergetico perche’ rilascia energia.

Detto in modo molto improprio, il processo inverso a quello di fissione nucleare e’ quello di fusione. In questo caso, si prendono due nuclei leggeri per fonderli insieme e formare un nucleo piu’ pesante. Questo processo e’ conveniente solo per nuclei molto leggeri, in linea di principio fino al ferro. Come viene fatto il processo? Quelli che dovete avvicinare sono degli atomi. Come sapete, nel nucleo sono presenti protoni con carica positiva. Avvicinando tra loro due cariche di segno uguale, queste si respingono tra loro con una forza che aumenta al diminuire della distanza. Sotto una certa distanza pero’, la forza coulombiana repulsiva, cioe’ quella tra cariche elettriche, diviene piu’ piccola della cosiddetta forza nucleare forte. Questa interazione e’ molto intensa, ma solo a distanze molto piccole. Detto in altri termini, dovete comprimere molto i nuclei tra loro, fino ad arrivare al punto in cui questi si attirano grazie alla forza forte.

Questa caratteristica rende il processo di fusione nucleare molto difficile da realizzare o meglio, molto difficile da sfruttare. Come anticipato, si tratta di un processo che rilascia energia. Per poter comprimere i nuclei tra loro dovete pero’ spendere un certo quantitativo di energia in qualche forma. Bene, per poter sfruttare questo processo, o meglio per guadagnarci, dovete fare in modo che l’energia spesa per attivare il processo, quella di compressione, sia minore di quella che poi viene rilasciata dai nuclei che si fondono.

Una delle possibili e piu’ studiate reazioni di fusione nucleare e’ quella del deuterio con il trizio:

D + T → 4He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)

In questa reazione i due reagenti, che altro non sono che isotopi piu’ pesanti dell’idrogeno, vengono fusi per formare un nucleo di elio, detto anche particella alfa, liberando anche un neutrone di una certa energia.

Vedete bene il processo. Indipendentemente da quello che ognuno di noi pensa delle centrali nucleari a fissione, il processo di fusione risolve automaticamente il problema delle scorie. In questo caso, non abbiamo sottoprodotti radioattivi a lunga vita media. Proprio per questo motivo, la costruzione di centrali di questo tipo e’ vista come la chimera della fisica nucleare e da diversi anni sono in corso ricerche per cercare di rendere il processo di fusione conveniente dal punto di vista energetico.

Il punto cruciale di questi studi e’ ovviamente come innescare il processo, cioe’ come far avvicinare tra loro i nuclei per far partire la fusione. Il caso visto negli articoli da cui siamo partiti e’ il cosiddetto confinamento inerziale ad ignizione laser. Detto in parole semplici, si utilizzano fasci laser per riscaldare e comprimere i nuclei e far partire la fusione.

Bene, a questo punto siamo in grado di rileggere gli articoli e di capire veramente quello che e’ successo nei laboratori del NIF.

Il laboratorio in questione utilizza 192 fasci laser per riscaldare e comprimere un sferetta di deuterio-trizio. Il numero elevato di laser serve prima di tutto per avere l’energia necessaria ma anche per poter riscaldare uniformemente la sfera di combustibile. Ovviamente, non serve irradiare continuamente il composto, ma e’ necessario che in un tempo molto breve l’energia arrivi tutta insieme sul campione. Quindi, proprio per questo si utilizzano fasci impulsati, cioe’ raggi molto intensi ma molto brevi nel tempo. Questo spiega l’enorme potenza in gioco. Data un’energia del fascio, tanto piu’ corto e’ il raggio, maggiore sara’ la potenza in gioco. Esattamente come in fisica definite la potenza come il rapporto tra lavoro e tempo per compierlo. Capite dunque da dove viene fuori quel valore enorme di 500 terawatt di potenza. Secondo voi, se fosse necessario avere 1000 volte la potenza che gli USA stanno consumando in quell’istante, chi sarebbe in grado di alimentare i laser? Nella migliore delle ipotesi, acceso il sistema salterebbe la corrente a tutti gli Stati Uniti. Direi che quanto affermato e’ quantomeno azzardato e dimostra la totale non conoscenza di quello che si sta raccontando.

Poi, cosa dice l’articolo? A questo punto, il sistema implode e si accende una stella.

Capiamo bene, perche’ implode? Lo schema semplificato del processo di fusione che avviene e’ questo:

Il meccanismo di ignizione laser per la fusione nucleare

Il meccanismo di ignizione laser per la fusione nucleare

Per compressione interna, si ha un implosione cioe’ un collassamento dei nuclei verso l’interno. Da come viene raccontato nell’articolo, sembra che ci sia una deflagrazione in laboratorio.

Poi si accende una stella ….

Perche’? Anche qui, si tratta di un’assurdita’ letta scopiazzando in giro. Il processo di fusione e’ quello grazie alla quale, ad esempio, le stelle producono la loro energia. Il nostro sole “funziona” grazie alla fusione degli atomi di idrogeno in elio. Quando si parla di processo vitale del sole e di passaggio allo stadio successivo, ci si riferisce proprio al momento in cui il combustibile finira’. Inoltre, se si vede la pagina Wikipedia dedicata al NIF:

Wikipedia, NIF

si legge una frase molto importante:

Oltre allo studio della fusione nucleare in campo energetico, al NIF si studieranno anche i segreti delle stelle; infatti quello che si sta tentando di fare è riprodurre il fenomeno della fusione dell’idrogeno che avviene sul Sole e su tutte le altre stelle.

Ecco da dove e’ nata l’idea che in laboratorio venga “accesa una stella”. Come vedete, l’autore dell’articolo ha provato a documentarsi sulla rete, ma non ha capito proprio il senso della frase riportata.

A questo punto, credo che l’assurdita’ di tali articoli sia evidente a tutti.

Tornando di nuovo a cose serie, perche’ e’ stata data questa notizia? Il motivo principale, e molto importante, e’ che, per la prima volta, e’ stato raggiunto il pareggio energetico. Cosa significa? Per la prima volta, si e’ riusciti ad ottenere la stessa quantita’ di energia che e’ stata necessaria per attivare il processo. Se prima l’energia per accendere la reazione era molto maggiore di quella che poi veniva prodotta, ora siamo in pareggio. Si tratta di un risultato molto importante, che dimostra i notevoli passi avanti fatti in questo campo. Certo, e’ vero che al momento non stiamo guadagnando nulla, ma prima, con lo stesso processo, ci rimettevamo tantissimo. Diciamo che il trend e’ dunque molto positivo.

Ovviamente, allo stato attuale, siamo ancora in un campo pioneristico. Magari, andando avanti, ci potremmo accorgere che si sono dei limiti alla produzione di energia che non siamo in grado di superare. Speriamo questo non avvenga e si riesca, in tempi rapidi, a spostare il bilancio energetico a nostro favore. Come detto prima, questa e’ la condizione per poter sperare nella realizzazione di centrali nucleari a fusione per la produzione di energia.

 

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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IceCube e l’esplorazione del cosmo con i neutrini

22 Mag

Nell’articolo precedente, abbiamo parlato di neutrini:

EniGma con Nadir Mura

come visto nell’intervista, e come sicuramente ricorderete, queste particelle sono balzate agli onori delle cronache soprattutto a seguito della misura, poi trovata affetta da errori strumentali, che voleva i neutrini viaggiare ad una velocita’ superiore a quella della luce.

Ora, vorrei tornare nuovamente a parlare di queste particelle, a causa di una nuova misura fisica che sta facendo molto discutere.

Come sappiamo bene, i neutrini sono particelle molto particolari soprattutto a cusa della loro bassa probabilita’ di interazione con la materia, che li rende difficilmente rivelabili. Fino a pochi ani fa, si pensava addirittura che i neutrini non avessero massa, cosa smentita poi grazie alla ricerca e all’osservazione dell’oscillazione dei neutrini, cioe’ della proprieta’ di queste particelle di trasformarsi durante il cammino da una famiglia all’altra.

Proprio a causa di queste proprieta’ cosi’ particolari, i neutrini vengono studiati in diversi esperimenti e, molto spesso, in condizioni quasi estreme. Come detto, la bassa probabilita’ di osservazione, impone agli esperimenti di eliminare all’origine tutto il “rumore” da altre fonti, cioe’ quanto piu’ possibile, ogni altro evento prodotto da particelle diverse e che rischierebbe di coprire, a cuasa della maggiore probabilita’, i neutrini da rivelare.

Proprio per qusto motivo, si sente spesso parlare di rivelatori disposti in angoli remoti del mondo, all’interno delle miniere, sotto kilometri di roccia come nei laboratoridel Gran Sasso o anche immersi ad elevate profondita’ nel mare. Il motivo di questo e’, come anticipato, avere uno schermo naturale in grado di fermare le altre particelle lascinado passare i neutrini. Questi ultimi, a causa della bassa probabilita’ di interazione, passano con molta facilita’ kilometri di materiale senza interagire con la materia.

Posizionamento di uno dei rivelatori di IceCube nel ghiaccio

Posizionamento di uno dei rivelatori di IceCube nel ghiaccio

Dopo questa doverosa introduzione, vorrei parlarvi di IceCube, uno dei maggiori rivelatori di neutrini, costruito addirittura sotto i ghiacci dell’Antartide. IceCube e’ composto da un elevato numero di elementi sensibili, sepolti ad ua profondita’ variabile tra 1500 e 2500 metri di ghiaccio. La matrice cosi’ ottenuta consente di avere una superficie da rivelare dell’odine di 1 kilometro cubo.

Perche’ sto parlando di neutrini ed in particolare di IceCube?

Scopo di questi esperimenti e’ quello di studiare i neutrini provenienti dal sole o dai raggi cosmici, anche per rivelare nuove sorgenti astrofisiche. Il motivo di questo e’ molto semplice: studire le emissioni di neutrini da parte di oggetti nell’universo, consente di ottenere una sorta di telescopio con queste particelle e dunnque poter analizzare, anche in questo modo, lo spazio che ci circonda.

Bene, l’anno scorso, quasi per caso, IceCube ha individuato due neutrini con l’energia piu’ alta mai registrata sulla Terra, dell’ordine del petaelettronvolt. Per capire quanto sia elevata questa energia, basti pensare che LHC, il grande collisore del CERN, fa scontrare particelle con energia di 3.5 teraelettronvolt, cioe’ circa 300 volte inferiore a quella osservata da ICeCube. Durante l’analisi dei dati condotta per studiare questi eventi particolari, ci si e’ accorti che tra il 2010 e il 2012, il rivelatore avrebbe visto 26 eventi di alta energia, circa 10 volte quella di LHC.

Perche’ sono importanti questi eventi? Nel nostro sistema solare, l’unica sorgente di neutrini presente e’ il Sole. Questi pero, avendo energia molto piu’ bassa, non possono aver generato quanto osservato dai fisici di IceCube. Come potete capire, si tratta, con ottima probabilita’, di una sorgente extragalattica, non ancora identificata.

Dai modelli elaborati, le sorgenti di neutrini nello spazio potrebbero essere le esplosioni di Supernovae, i gamma ray burst o i quasar. Nell’idea, come anticipato, di realizzare un telescopio a neutrini dell’universo, molto interessante sarebbe individuare questa sorgente. Purtroppo, ad oggi, questo non e’ stato ancora possibile, soprattutto a causa dei pochi eventi raccolti all’esperimento.

Anche se manca la spiegazione ufficiale, possaimo provare a formulare ipotesi circa l’origine di questi eventi, soprattutto per capire l’importanza di questo risultato.

Dei gamma ray burst abbiamo parlato in questo post:

WR104: un fucile puntato verso la Terra?

Ccome visto, la conoscenza di questi eventi, ma soprattutto, eventualmente, il poter studiare il loro comportamento diretto, ci permetterebbe di aumentare la nostra conoscenza dell’universo e, perche’ no, magari in futuro farci confermare o smentire idee catastrofiste.

In passato, precisamente nel 1987, sulla Terra arrivarono, ad esempio, i neutrini prodotti da una supernova molto distante nella Nube di Magellano. Anche in questo caso, eventi come quelli delle esplosioni di supernovae ci consentono di comprendere meglio importanti meccanismi alla base dell’universo.

Altre ipotesi formulate riguardano invece la materia oscura, di cui abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Troppa antimateria nello spazio

Come visto, ad oggi, ci accorgiamo della presenza di materia oscura mediante considerazioni indirette. Purtroppo, non e’ stato ancora possibile individuare questa curiosa forma di materia, anche se molte ipotesi sono state formulate. Proprio l’astrofisica a neutrini potrebbe aiutare a sciogliere qualche riserva. Secondo alcune ipotesi infatti, i neutrini potrebbero essere stati prodotti dallo scontro di materia oscura nel centro della nostra Galassia. In questo caso, studiare in dettaglio i parametri dei candidati, aiuterebbe molto ad individuare la sorgente di produzione dei neutrini ma anche, e soprattutto, di ottenere maggiori informazioni sull’origine della Via Lattea e sulla natura della meteria oscura.

Concludendo, IceCube ha individuato 26 neutrini di alta energia che hanno attraversato i suoi rivelatori. Statisticamente, la probabilita’ che si tratti di un errore e’ inferiore  allo 0,004% per cui sara’ interessante analizzare i dati e capire meglio quali test organizzare nel futuro per cercare di risolvere importanti dubbi che ormai da troppo tempo sono in attesa di una spiegazione ufficiale.

 

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