Teoria dei sistemi infiniti

SauroClaudio · June 11, 2023

EFFETTO SERRA

In precedenza vi avevo detto che l’effetto serra è causato dalla CO2 e se non ci fosse la CO2 la temperatura media della terra sarebbe di –18 gradi. In realtà approfondendo l’argomento vengo a sapere che l’effetto serra è un fenomeno estremamente complesso. Nella preistoria ci sono stati lunghi periodi estremamente caldi seguiti da glaciazioni che hanno determinato fenomeni glaciali perfino nel Deserto del sahara. Da cosa sono stati determinati questi cambiamenti climatici talvolta repentini?? Ancora non si sa anche se circolano numerose ipotesi. Ma parliamo un po delle cause che determinano l’effetto serra e pure l’effetto opposto, le glaciazioni.

La superficie terrestre viene riscaldata sfruttando l'energia proveniente dal Sole in 2 modi: per 1/3 grazie all'assorbimento diretto dell'energia proveniente dal Sole e per 2/3 a causa del contatto con l'atmosfera che riesce a rimanere calda trattenendo, grazie all'effetto serra, l'energia "solare" riemanata dalla superficie terrestre sotto forma di radiazione infrarossa (l'atmosfera infatti non è scaldata direttamente dai raggi solari ma dalla superficie terrestre quando assorbe i raggi solari). Analizzando il Bilancio energetico Sole - Terra si può notare che parte dell'energia proveniente dal Sole (il 55%) viene immediatamente riflessa dalle nubi e dagli aerosol presenti nell'atmosfera, mentre parte (il 45%) riesce a raggiungere la superficie terrestre e viene assorbita dalla Terra (assorbita dai mari, dalle rocce, dai suoli, dalla vegetazione). La Terra riemette l'energia assorbita sotto forma di radiazioni infrarosse e parte di esse (il 35%) riescono a sfuggire all'atmosfera venendo irradiate nello spazio, parte (il 65%) vengono imprigionate e trattenute dall'atmosfera che per questo motivo si scalda (soprattutto negli strati più vicini alla superficie terrestre).

Quando si parla di aumento o diminuzione dell'effetto serra ci si riferisce proprio all'aumento o alla diminuzione della capacità di trattenere calore da parte dell'atmosfera dovuta ad una variazione della concentrazione dei gas serra: è ovvio che se l'atmosfera riesce a trattenere più calore si avrà un innalzamento della temperatura interna del pianeta, se l'atmosfera riesce a trattenere meno calore si avrà una diminuzione delle temperature.

Tuttavia l'effetto serra non coincide e non deve essere confuso con il semplice aumento o diminuzione della temperatura terrestre. Non è detto infatti che un aumento o diminuzione della temperatura della Terra sia dovuta alla sola variazione dell'effetto serra: ad esempio quando nel passato è arrivata maggior energia dal Sole sulla Terra (a causa di variazioni orbitali terrestri e/o maggiore attività solare), si è avuto un innalzamento delle temperature senza che sia necessariamente variato il peso dovuto all'effetto serra. In questo caso la capacità dell'atmosfera di trattenere calore non è variata e l'aumento di temperatura è dovuto solo al fatto che maggior energia dal Sole è entrata in gioco nel sistema climatico terrestre.

Sebbene l'effetto serra sia un fenomeno legato all'equilibro termico terrestre sul medio-lungo periodo cioè a scala climatica, esistono molti altri fattori che contribuiscono ad alzare o abbassare l'effetto serra localmente e su scala temporale meteorologica: alcuni di questi fattori sono interni all'atmosfera (piogge, spostamenti di masse d'aria umide, annuvolamenti, contenuto di vapore acqueo, CO2, metano,…) altri sono esterni (evaporazione dei mari, scambio di CO2 tra mare e atmosfera, respirazione del mondo vegetale e animale, azione batterica nei terreni, emissioni vulcaniche,…). In una situazione di equilibrio termico ideale (tanta energia assorbita quanta riemessa) tutti questi fattori compartecipano, apportando localmente contributi tali da annullarsi a vicenda, facendo rimanere il sistema in equilibrio termico sul lungo periodo in media globale.

Quando si parla di aumento o diminuzione dell'effetto serra si parla della tendenza di tutti questi fattori a trovare un nuovo equilibrio globale verso una situazione di più alta o più bassa temperatura. Va sottolineato che i fattori che formano il clima (venti, piogge, evaporazione, correnti oceaniche,...) sono sempre generati da situazioni di non equilibrio termico locale: ad esempio i venti, le piogge, lo spostamento di nuvole e masse d'aria, ecc. nascono tutti dagli squilibri termici generati dalla diversa insolazione che subiscono le varie parti del globo terrestre (si formano così i campi di alta e bassa pressione, i movimenti delle correnti oceaniche,...). L'effetto serra è dunque elemento riequilibratore del clima, agisce a carattere locale, viene alterato continuamente su aree più o meno estese ma dona un equilibrio termico a carattere globale. Proprio l'equilibrio termico globale fa sì che si possano riequilibrare le alterazioni a carattere locale e proprio grazie alla compensazione delle alterazioni locali (alcune positive altre negative) si può mantenere un determinato equilibrio termico globale. Per capire quanto siano importanti i gas serra.

I fattori che influenzano l'effetto serra sono molti (alcuni ancora non ben conosciuti) e si comportano in maniera diversa tra loro. Alcuni sono fenomeni locali (piogge, evaporazione, venti, annuvolamenti ecc...) altri hanno comportamenti più globali (campi di alta o bassa pressione, spostamenti di masse d'aria, variazione del contenuto atmosferico globale di vapore acqueo, CO2 o metano, correnti oceaniche,…), alcuni provocano variazione di breve durata (ore, giorni, settimane) altri di lunga durata (anni, decenni, secoli,…):

L'aumento di evaporazione provoca un effetto di riscaldamento: l'atmosfera diventa più umida (sale il contenuto di vapore acqueo) e l'atmosfera che diventa più umida trattiene più calore;

L'aumento delle piogge provoca un effetto di raffreddamento: l'atmosfera diventa meno umida (perde vapore acqueo) e trattiene meno calore.

L'aumento di nuvolosità svolge un duplice effetto: principalmente ha un effetto di raffreddamento isolando la superficie terrestre dai raggi del sole (e quindi meno raggi arrivano dal sole alla superficie terrestre meno calore entra in gioco); in altri casi ha un effetto di riscaldamento bloccando la dispersione del calore già contenuto dall'atmosfera (come un tappo).

I campi di alta e bassa pressione regolano lo spostamento “rapido” di aria più calda o più fredda, più o meno umida, intervenendo direttamente e rapidamente sulla capacità dell'atmosfera di trattenere più o meno calore.

Spostamenti di masse d'aria, cicloni,… sono fortemente connessi a quanto già detto per le piogge, le nuvole, e i campi di alta o bassa pressione.

Le correnti oceaniche sembrano svolgere un ruolo importantissimo e fondamentale per riequilibrare il clima, simile a quello degli spostamenti di masse d'aria in atmosfera.

Aumento del livello del mare di circa 20 cm annui tramite il fenomeno delle piogge e dello scioglimento dei ghiacciai;

Le variazioni globali nel contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano, provocano variazioni di più lunga durata sulla temperatura e sono equilibrate dall'effetto serra perché fortemente connesse con alcune variazioni nei mari e nella biologia presente sulla Terra, tipo:

Il consumo di CO2 da parte delle piante (maggiore CO2 c'è in atmosfera maggiore sarà il consumo da parte delle piante)

Il passaggio di vapore acqueo o CO2 dai mari all'atmosfera (più è caldo più vapore e CO2 passano in atmosfera ma più vapore c'è in atmosfera e più nuvolosità e piogge si avranno, ma la nuvolosità determina raffreddamento)

Il passaggio di metano dalla terra all'atmosfera causato dai batteri (più è caldo maggior metano viene immesso in atmosfera).

Il sistema climatico è caratterizzato da due principali fattori:

La ciclicità (cicli giornalieri, stagionali, annuali, decennali, millenari,…) legata principalmente ai movimenti della Terra (rotazione, rivoluzione, effetto dell'inclinazione dell'asse, ecc.) o ad altre cause cicliche (fasi solari, macchie solari,…);

La variabilità all'interno dei cicli, dovuta a cause non cicliche principalmente interne al pianeta (movimenti delle masse d'aria, eruzioni vulcaniche, correnti oceaniche,…) ma anche esterne (meteoriti, interazione con altre stelle o pianeti,…).

Ma quali sono i gas serra più importanti?? Se rapportati ad 1 tonnellata di CO2 il metano ha effetto serra 28 volte più potente, i fluorocorocarburi 13.900 volte più potenti, il trifluoruro di azoto 16.800 volte più potente, e l’esafluoruro di zolfo fino a 23.500 volte più potente. Questi ultimi tre gas sono emessi soprattutto durante le eruzioni vulcaniche, per cui è plausibile che dopo un intensa attività vulcanica si abbia un effetto serra considerevole, mentre il metano è facile che venga liberato dalla terra dopo forti terremoti. Inoltre credo che nei cosi detti cicli climatici. Le variazioni dell’orbita terrestre siano estremamente importanti. Sappiamo che Marte ha un orbita che varia molto spesso con avvicinamenti ed allontanamenti dal sole. La Terra ha un orbita più regolare anche se subisce delle variazioni anche considerevoli in periodi che variano da 230.000 anni a 450.000 anni. E’ chiaro che un avvicinamento al sole determina un riscaldamento globale ed un allontanamento un raffreddamento globale. Per questo l’effetto serra è un fenomeno difficile da calcolare e che si presta a numerose interpretazioni. Che attualmente si stia vivendo un effetto serra per un aumento della CO2 è probabile, ma le attività umane hanno un effetto limitato dal momento che il 90% della CO2 è rilasciata dagli oceani. Che serva poi fare il “cappotto” alla casa per ridurre l’effetto serra è ancora più utopistico, dal momento che ne sarebbe interessata solo l’Europa con una riduzione della CO2 solo dello 0,11%. Nel frattempo tagliano piante le quali determinerebbero un assorbimento della CO2 ben più considerevole di quello che possono fare i “cappotti alla casa” e le “auto elettriche”. Ma viviamo in un mondo distopico, e questo spiega tutto.

SauroClaudio · June 14, 2023

La prima foto di singoli atomi:

https://leganerd.com/2023/06/03/la-prima-radiografia-al-mondo-di-un-singolo-atomo-e-ora-su-nature/?utm_source=pocket-newtab-bff

SauroClaudio · June 30, 2023

I NEUTRINI E LE SCOPERTE DI BRUNO PONTECORVO

http://www.scienzainrete.it/italia150/bruno-pontecorvo

In uno studio del 1959, culminato in una pubblicazione intitolata Neutrini elettronici e muonici, Bruno è il primo a ipotizzare e a dimostrare, per via teorica, che esistono diversi tipi di neutrini, associati ai leptoni carichi (elettroni e muoni, non era ancora conosciuta la particella tau) le cui differenti proprietà sono rilevabili. Questo lavoro è particolarmente importante perché, secondo lo stesso Pontecorvo, «segna l'inizio della fisica dei neutrini ad alta energia». L'Urss non dispone dell'acceleratore adatto per provare l'ipotesi di Pontecorvo. Però pochi anni dopo, all'inizio degli anni '60, tre fisici americani – Leon Ledermann, Melvin Schwartz e Jack Steinberger – dimostreranno che Pontecorvo aveva ragione. I tre ottengono il Nobel. A molti sembra strano che il premio non sia conferito anche al fisico teorico che ha effettuato la previsione.

2. I neutrini solari

Pontecorvo, sia come fisico teorico che come fisico sperimentale, ha partecipato a tutte le tappe (e spesso le ha anticipate) del problema noto come «enigma dei neutrini solari». Ha messo a punto i sistemi di rilevamento con cui i neutrini solari sono stati rilevati. Ha fornito una spiegazione, oggi la più accettata, per il deficit di neutrini solari che si riscontra tra le previsioni teoriche e i rilevamenti.

3. Le «oscillazioni» dei neutrini

Tra il 1957 e il 1967, infine, Pontecorvo elabora la teoria, forse, più affascinante, quella del mescolamento leptonico. Dalla teoria consegue che, per un fenomeno di interferenza, i diversi tipi di neutrini possano «oscillare», cioè trasformarsi gli uni negli altri. Se i neutrini oscillano, sostiene Pontecorvo, devono avere anche una massa, sia pure piccolissima.

IL PARADOSSO DEI GEMELLI(CLAUDIO SAURO)

Io penso che voi tutti abbiate sentito parlare del “paradosso dei gemelli”, dove un gemello resta sulla terra ed un gemello viaggia su un razzo che accelera fino quasi alla velocità della luce e voi tutti saprete che secondo la relatività ristretta di Einstein il gemello che è sulla terra invecchia mentre il gemello che viaggia a velocità prossima a quella della luce resta giovane, cioè per lui il tempo scorre in modo infinitamente più lento rispetto all’altro gemello che è sulla terra.

Per questo il gemello che andasse con il razzo poniamo su Proxima Centauri , per lui il tempo di raggiungere la stella sarebbe minimo e così pure il tempo per ritornare, solo che ritornando sulla terra troverebbe l’altro gemello molto invecchiato perché per lui sarebbero passati come minimo otto anni fra l’andata ed il ritorno.

Ora io in precedenza avevo posto una frase provocatoria “per me il tempo dei gemelli scorre nello stesso modo perché secondo me non possiamo arbitrariamente assumere la terra come unico sistema di riferimento visto che può essere un sistema di riferimento altrettanto valido anche il razzo per cui non possiamo arbitrariamente assumere ai due sistemi (terra e razzo) un valore assoluto.

Ora avevo riportato anche un passo del Todeschini per il quale l’unico sistema di riferimento è lo spazio al quale il Todeschini attribuisce una densità minima (etere)

Ora è intervenuto un mio amico che mi ha detto che quella dell’etere è una solenne cavolata e mi ha dimostrato che in questo caso è la terra da prendere come sistema di riferimento perché è il razzo accelerando che rompe la simmetria rispetto alla terra. Effettivamente è un obbiezione valida, ma ora ragioniamo per assurdo e poniamo che il razzo non acceleri ma viaggi già alla velocità della luce e il gemello riesca con un balzo a saltarci sopra, in questo caso qual è il sistema di riferimento??

Ma a parte questo io volevo porre un'altra obbiezione: indipendentemente dall’etere, anche se consideriamo lo spazio vuoto, questo resta comunque un insieme di forze, cioè anche per la fisica quantistica lo spazio vuoto è un pieno di forze. Basti solo considerare la forza di gravità che varia continuamente appena ci allontaniamo dalla terra; cioè le forze che ci sono qui dove scrivo non sono le stesse che ci sono 100 km sopra la mia testa, e così pure variano continuamente a 1000 km, a 10000 km e così via. E per quale motivo non possiamo prendere lo spazio, visto che è un pieno di forze che variano continuamente come sistema di riferimento?? Forse perché queste forze variano continuamente?? Non è un buon motivo, perché anche se le forze variano continuamente lo spazio resta comunque una realtà.

Anche la terra a causa del pulviscolo cosmico che cade continuamente varia continuamente la sua gravità anche se in maniera infinitesimale. Però basta quell’infinitesimale per mettere in crisi tutta la faccenda.

Oltretutto anche per la Fisica Quantistica lo spazio vuoto non è vuoto, ma è un pieno di forze che possono variare da un punto ad un altro, pertanto anche per la Quantistica lo spazio vuoto proprio non esiste.

PARADOSSI IN ALGEBRA (DI CLAUDIO SAURO)

Paradossi in algebra, dai che ci divertiamo.......

Allora prendiamo un cubo che è la struttura più semplice che esista.

Poniamo di prendere un cubo che ha un metro di lato ed avremo esattamente 1 m^3 ma la superfice sarà di 6 m^2

Sup.= 6 m^2

Vol = 1^3

Rapporto Sup/Vol = 6

Ci aspetteremmo di trovare questo rapporto sempre invece succede un paradosso. Si intende che io considero solo il valore numerico e non considero che si tratta di m^2 e di m^3. Ma anche il rapporto nell'ambito del solo valore numerico dovrebbe rimanere costante.

Ma invece no, prendiamo un cubo che ha due metri di lato, questo avrà

Sup= 24 m^2

Vol= 8 m^3

Il rapporto Sup /Vol è di 3

Ma prendiamo un cubo che ha un lato di 4 metri, avremo:

Sup = 96 m ^2

Vol=64 m^3

Il rapporto Sup/Vol è di 1,5

Ora prendiamo un cubo di 8 metri di lato:

Sup = 384 m^2

Vol = 512 m^3

Il rapporto Sup/Vol è di 0,75

Ora prendiamo un cubo di 16 metri di lato:

Sup = 1536 m^2

Vol = 4096 m^3

Il rapporto Sup/Vol = 0,375

Ora facciamo un salto in avanti, consideriamo un Km^3, questo avrà mille metri di lato

Avremo:

Sup : 6 milioni m ^2

Vol = 1 miliardo di m^3

In questo caso il rapporto Sup/Vol sempre tenendo in considerazione solo l'aspetto numerico è 0,006

Cosa ne possiamo dedurre: quanto più è grande il cubo il rapporto Sup/Vol tenderà allo zero.

Ma perchè????, vorrei che un matematico me lo spiegasse.

Chiaramente non utilizzando l'unità ma dei sottomultipli dell'unità andiamo incontro a questo risultato.

Perchè sono io che ho stabilito convenzionalmente che il metro è l'unità di misura.

Se io considerassi il Km come unità di misura, avremmo un Km^3 con lo stesso rapporto numerico che avevamo per il metro e cioè

Sup = 6 Km ^2

Vol= 1 Km^3

Rapporto Sup/Vol = 6

Siamo passati dallo 0,006 considerando il metro al 6 considerando il Km

Ovviamente avremmo gli stessi risultati con il Km se lo prendiamo come unità di misura e consideriamo un cubo di 2 Km di lato e cos' via....

VI PRESENTO IL BOSONO DI HIGGS (PIER)

Vi presento il bosone di Higgs

03/07/2012 - Dal nulla alla materia. Dal vuoto alla massa. A colloquio con l'esperto Giuseppe Ballone per capire qualcosa in più della particella di Dio. All'alba di uno degli annunci più importanti della fisica moderna. Anche se, secondo Nature...

di Tommaso Caldarelli

C’era una volta il nulla. Il nulla, però, è diventato qualcosa. Da dove saltò fuori questo nulla, questa energia primordiale, ci spiegano, non si sa: ed difficile che si potrà mai sapere. Come si sia trasformata, da nulla in tutto, invece, potremmo essere vicini a saperlo. Parliamo di come funziona il nostro mondo, come funzionò quando era importante che funzionasse, per creare la materia, l’universo esistente, quello che vediamo, che viviamo. Che indaghiamo e cerchiamo di capire: la curiosità dell’essere umano, infinita, scruta il mondo e tenta di comprenderlo, imbrigliarlo. E l’uomo sta per annunciare, pare, di aver capito come l’universo sia diventato proprio come lo conosciamo.

LA MATERIA - Dove per “come” si intende essenzialmente “in che modo”. Quale è stato il meccanismo, il sistema, che ha condotto all’emersione della materia che ci circonda, che osserviamo e tocchiamo, usiamo e trasformiamo tutti i giorni.

VORTICI E NEUTRINI (CLAUDIO)

E’ incredibile quello che ci riservano i neutrini:

Citazione :

Chi l’avrebbe detto che grazie allo studio di particelle provenienti dallo spazio si possono scoprire fenomeni che avvengono negli abissi! Eppure è proprio così grazie a un progetto di ricerca sui neutrini dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) è stato possibile osservare per la prima volta nel Mediterraneo la presenza di catene di vortici marini alla profondità di oltre 3000 metri. Si tratta di grandi strutture d’acqua del diametro di circa10 chilometri, lentamente in moto alla velocità di circa3 centimetrial secondo.

L’articolo che descrive questa scoperta dal titolo Abyssal undular vortices in the Eastern Mediterranean basin è stato pubblicato il 15 maggio sul giornale scientifico online Nature Communications e firmato tra gli altri da ricercatori delle sezioni INFN di Roma1 e Catania e dei Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN.

Questa scoperta è stata fatta grazie alle misure oceanografiche svolte nell’ambito dell’esperimento NEMO (Neutrino Mediterranean Observatory), un progetto dell’INFN che prevede la realizzazione di un apparato strumentale per la rivelazione su fondali oceanici del passaggio di neutrini di alta energia provenienti dallo spazio profondo. Per lo studio del sito più opportuno per la realizzazione di questo apparato, l’esperimento NEMO ha posto a3500 metri di profondità, nel mar Ionio, una serie di strumenti per la misura delle correnti e della temperatura, raccogliendo lunghe serie temporali annuali di dati. L’analisi di questi dati, svolta da Angelo Rubino, oceanografo dell’Università Ca’ Foscari di Venezia, e dai suoi collaboratori ha messo in luce la presenza di catene di vortici marini profondi che la comunità oceanografica non si attendeva in un bacino chiuso come il Mediterraneo.

Di questi vortici va chiarita l’origine. Potrebbe essere locale ma gli autori della ricerca non escludono un’origine remota legata a processi di instabilità fluidodinamica nelle acque del Mar Adriatico e/o del Mar Egeo: questi processi darebbero luogo a strutture rotanti e lentiformi in grado di percorrere centinaia di chilometri senza perdere le loro caratteristiche dinamiche e idrografiche. Simulazioni numeriche, risultati teorici e precedenti misure su diversi siti sembrano confermare queste conclusioni, quindi i vortici osservati avrebbero un ruolo di particolare interesse nell’ambito delle variabilità climatiche del Mar Mediterraneo.

Cinque anni fa l’esperimento NEMO, con un apparato acustico posto a2000 metri di profondità davanti a Catania, aveva rivelato una presenza altrettanto inaspettata, per quantità di soggetti, di cetacei e in particolare di capodogli in quella zona di mare. Staremo a vedere cos’altro i neutrini saranno in grado di far scoprire nei nostri mari

Il punto è, che se i neutrini generano vortici nell’acqua (anche se potrebbero essere solo spettatori ed utili per le misurazioni come dice l'articolo)), perché non dovrebbero farlo anche nello spazio. Nello spazio più che di vortici dovremmo parlare di spirali; ovviamente è un assurdo perchè i neutrini non generano nessun vortice, almeno che si sappia.

Ed in effetti questo spiegherebbe perché la maggior parte delle galassie si dispone in spirali, ma questo certamente non per opera dei neutrini.

In fondo anche i sistemi planetari sono delle spirali, e nel modello più semplice dell’atomo, anche il sistema atomico è una spirale sia pure con delle palesi distinzioni (orbitale, funzione d’onda), nascono dal fatto che il sistema è potenzialmente infinito anche nel subatomico.

Quello che mi stupisce è che siano riusciti ad imbrigliarli sul fondale oceanico visto che hanno difficoltà ad imbrigliarli con mezzi ciclopici, sotto il Gran Sasso

P.S questi processi darebbero luogo a strutture rotanti e lentiformi in grado di percorrere centinaia di chilometri senza perdere le loro caratteristiche dinamiche e idrografiche (c'è qualche analogia con le galassie)

E' incredibile come nell'astronomico come nel subatomico queste strutture si ripetano continuamente.

Così pure per i tornado la cui struttura resta costante per centinaia di km anche quando le correnti calde e fredde sono cessate, per il perseverare della struttura restano ancora delle ipotesi neppure ben consolidate.

Anche per le correnti elettriche negli oceani si sono invocati i neutrini, perchè si sa per certo che possono incidere sull'elettrone, e se non incidonono loro incidono per certo i neutralini freddi (recentemente scoperti sotto il Gran Sasso) i quali restano imbrigliati nella struttura atomica modificandone con il tempo le caratteristiche.

(Carlo Rubbia)

I neutrini, secondo le recenti teorie hanno massa variabile, da quella di un elettrone a quella di un milionesimo di elettrone. Vista la loro densità per centimetro cubo, non potrebbero essere loro quel famoso etere che era stato gettato dalla finestra ed ora rientra dalla porta.

Teorie portate avanti da fisici famosi, quali Roberto Monti, che sull'etere ha scritto anche un libro.

Anzi ne porrò fra poco la sintesi; eccola:

http://www.cartesio-episteme.net/trr.html

SCIENZA, UN ANNO DI SCOPERTE (PIER)

Neutrino e bosone in poleCon Televideo in viaggio tra laicità e religiosità

di Emanuela Gialli

“Sono trascorsi quindici miliardi di anni - uno più uno meno, poco importa- dal Big Bang, la grande esplosione che produsse la materia e l’energia nella forma che ci è nota, la stoffa di cui è fatto l’universo. In questi quindici miliardi di anni, una parte della materia si è trasformata nella vita, ha preso coscienza, e da oltre un milione di anni ha assunto il nome di ‘genere umano’ sul nostro pianeta. Come escludere che ciò sia accaduto anche su altri mondi, con nomi e con forme diverse?”. E’ questo che si legge sulla seconda di copertina del libro “Cosmo”, di Carl Sagan, pubblicato nel 1981 da Mondadori. Sagan è stato Direttore del laboratorio di Studi Planetari e titolare della cattedra di Astronomia e Scienze spaziali alla Cornell University, Ithaca, di New York. Astronomo e divulgatore scientifico. E’ morto nel 1996. Il suo libro è fantastico, ma non fantascientifico. Vi si trovano citazioni dei Maya, dei Sumeri. E poi riferimenti a principi universali tratti dalla Bibbia, o filosofici, come quelli estrapolati dai “Pensieri” di Blaise Pascal.

Oltre quindici miliardi di anni dal Big Bang. Su queste colonne si è parlato del Big Bang, ora come simbolo, ora come evento scientifico e tecnico da analizzare.

Marzo, Laboratori del Gran Sasso, L’Aquila. Il Premio Nobel per la Fisica, Carlo Rubbia, si sofferma con i giornalisti sulla notizia del momento: lo tsunami in Giappone, conseguente al sisma dell’11 marzo, che ha danneggiato i reattori della centrale di Fukushima.

“Quello che è accaduto in Giappone, avrà conseguenze enormi per il futuro”, dice Rubbia a Televideo.

Il nucleare va spazzato via?

Io non ho detto questo. Sarebbe troppo facile sostenerlo. Occorre invece una riflessione profonda sui motivi che hanno portato alla drammatica situazione in Giappone.

Ma si potrebbe cominciare a pensare anche al torio?

Le posso dire quali sono i numeri. Per sviluppare mille Megawatt di occorrono ogni anno 200 ton di uranio naturale, per un reattore nucleare, oppure 3,5 milioni di carbone, mentre sarebbe sufficiente una ton di torio, l’anno.

Sul piano della sicurezza?

Con il torio non si parlerebbe più di bomba atomica, di Chernobyl, nè di scorie. Il reattore al torio non ha il problema delle fughe radioattive, perché il reattore è controllato da un fascio di particelle. Si spegne il fascio, si ferma il reattore.

Si trova facilmente in natura?

E' molto più abbondante dell'uranio. E' reperibile tanto quanto il piombo. Le riserve di torio conosciute in Cina sono sufficienti per 20 mila anni di produzione di elettricità alla potenza totale di oggi. In India, basterebbero per 30 mila anni. E dico un'altra cosa: l'Italia è ricca di torio, soprattutto nella zona degli Appennini, in Umbria e anche qui, in Abruzzo.

Ma Rubbia a marzo si trovava al Gran Sasso anche per presentare il suo progetto “Icarus”, inaugurato nel maggio del 2010, che studia il Big-Bang, perché è un “cacciatore di materia oscura”. "La materia oscura è la cosa più straordinaria ancora da capire, e' una parte della materia che ci attraversa, che ci domina e che noi non conosciamo", ha spiegato ancora Rubbia a Televideo.

Nel romanzo di Dan Brown, “Angeli e Demoni” ,una ricercatrice gira con un’ampolla di antimateria, per distruggere l’universo. Pura immaginazione? A novembre del 2010, 38 atomi di antidrogeno furono catturati al Cern di Ginevra per decimi di secondo. Nel maggio scorso, i ricercatori del Rhic, Relativistic Heavy Ion Collider, l’acceleratore di particelle che si trova nei laboratori nazionali di Brookhaven, a Long Island, sotto la direzione del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, hanno fissato un nucleo di anti-elio 4, chiamato particella Alfa. Lucia Votano, direttore del Laboratorio del Gran Sasso, con l’occasione ha risposto alle domande di Televideo.

Ci tolga un peso, dottoressa Votano. L’antimateria è veramente così prevalente e distruttiva, come racconta Dan Brown? Voi scienziati avete sempre detto che il “Big Bang” ha sprigionato una quantità enorme di materia e di antimateria, ma che ha vinto la prima, altrimenti l’Universo non ci sarebbe mai stato.

L’anti-materia è la materia con carica opposta, guardata allo specchio. Quando si incontrano si “annichilano” (da “annihilation”, termine inglese), si annullano trasformandosi in energia. Più esattamente, dopo il Big Bang, a causa della piccola dissimmetria creatasi tra materia e antimateria ha prevalso la prima. Quindi si è annichilita l’antimateria.

E l’hanno intrappolata al Cern?

L’antimateria esiste da sempre, per esempio si trova nei raggi cosmici nell’atmosfera. E’ stata teorizzata alla fine degli anni venti del secolo scorso. E la prima particella trovata è stata quella del positrone. Basti pensare alla Pet (Esame diagnostico oncologico, ndr), la Positron Emission Tomography, che utilizza il positrone, l’antiparticella dell’elettrone. Occorre spiegare che quello che sono riusciti a catturare è l’antidrogeno, cioè un atomo completo. Un atomo di idrogeno normale è fatto da un protone e da un elettrone che gli ruota intorno. L’antiatomo di idrogeno è composto dall’antiprotone e dal positrone, antiparticella dell’elettrone. Al Cern hanno intrappolato per circa un decimo di secondo 38 atomi di antidrogeno, facendo avvicinare l’antiprotone e il positrone, in modo da ricostituire l’antiatomo. Poi li hanno “confinati” per un tempo relativamente lungo, perché se fossero entrati in contatto con la materia ordinaria si sarebbero “annichiliti” subito.

Per il matematico Piergiorgio Odifreddi , quello del Cern è sicuramente “un ottimo risultato, ma non stupefacente per la scienza”. Anche lei la pensa così?

E’ importante dal punto di vista tecnico e tecnologico e della capacita’ di realizzazione di campi magnetici speciali per intrappolare gli antiatomi. E’ dunque propedeutico, rispetto a eventuali scoperte future. Perché lo scopo ultimo della ricerca è comunque ancora una volta quello di capire sottili differenze tra l’antiatomo e l’atomo e di riflesso la dissimmetria tra materia e antimateria del “dopo Big Bang” e arrivare a spiegare perché l’Universo è fatto solo di materia.

E anche cosa ha scatenato il “Big Bang”?

Bella domanda questa, ancora nessuno lo sa. Diciamo che nell’”istante zero” c’era solo energia pura, poi perché l’energia stava lì, proprio non lo sappiamo. Tornando all’antimateria intrappolata dal Cern, non credo che nessuno prenderà mai il premio Nobel per questo risultato, mentre per l’antineutrino sì, perché sarebbe una scoperta di fisica fondamentale.

Il direttore dei Laboratori di Fisica Nucleari del Gran Sasso aveva con questa frase preconizzato ciò che poi è avvenuto qualche mese più tardi, in estate, sotto il massiccio abruzzese: venne individuato il neutrino più veloce della luce.

Si è gridato subito alla “rivoluzione”. Ma il responsabile del progetto, l’italiano Antonio Ereditato, dell’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che collabora con il Cern, da dove i neutrini, vengono inviati al Gran Sasso, ha voluto da subito mantenere un “low profile” e parlare soltanto di “misurazioni”, attendibili sì, ma tutte da verificare. Nei seminari organizzati nei giorni successivi all’annuncio, i ricercatori impegnati nel Progetto hanno spiegato in che modo fossero arrivati a un risultato così sorprendente. Tra algoritmi, equazioni algebriche, orologi atomici e Gps il dato emerso era uno e uno soltanto: il fascio di neutrini spediti dal Cern al Gran Sasso avevano coperto la distanza fra i due centri alla velocità di 300.006 chilometri al secondo, 6 chilometri oltre il limite teorico, cioè quello fissato dalla teoria di Einstein e applicabile, tra l’altro, esclusivamente alle particelle prive di massa. E invece i neutrini svizzero-italiani la massa ce l’hanno eccome, anche se infinitesimale.

Una misura da verificare, dunque. Qualche giorno fa il primo test, sempre sotto le rocce dell’Appennino abruzzese e sempre nell’ambito del progetto-padre, “Opera”. Tutto confermato. Ma qualcuno non ci sta. Non un “qualcuno” qualsiasi, ma gruppi di scienziati della comunità internazionale che lavorano gomito a gomito, ogni giorno, sotto il Gran Sasso. Perché “Icarus” (Immaging cosmic and rare underground signals), ritornando a Rubbia, è un enorme rivelatore contenente 600 tonnellate di Argon liquido e esamina "eventi rari", tra questi le interazioni dei neutrini.

Già a settembre si era sparsa la voce che alcuni studiosi dei 30 gruppi della collaborazione “Opera” non abbiano voluto firmare il documento ufficiale. “Dieci ricercatori del Cern hanno ritenuto legittimamente di non firmare il preprint dei risultati”, aveva allora spiegato Ereditato. Poi però le contestazioni sono arrivate da un altro esperimento in corso al Gran Sasso, “Icarus”, che si ricollega a teorie d’oltreoceano. Provenienti da Boston. Due fisici dell’Università, Andrew Cohen e il premio Nobel Sheldon Glashow, hanno sostenuto che se il neutrino superasse effettivamente la velocità della luce, dovrebbe perdere energia al punto da non riuscire a percorrere i 730 km tra il Cern e il Gran Sasso e dunque a non arrivare a destinazione. In base a quale legge dicono questo Mr. Cohen e Mr. Glashow? A spiegarlo a Televideo è stato Fernando Ferroni, presidente dell’INFN, fresco di nomina, subentrato a Roberto Petronzio. “Esiste un lavoro teorico di Glashow il quale dice che se una particella va più veloce della luce nella fisica che noi conosciamo questa particella deve perdere energia. Questo è in analogia con un fenomeno osservato in tutte le particelle che vanno più veloci della luce, cosa quest’ultima possibile non nel vuoto ma in un mezzo, come ad esempio nell’acqua. La luce per esempio nell’acqua non va alla sua velocità ma più piano, perché si deve dividere la velocità della luce per l’indice di rifrazione che nell’acqua è di “1,4”, quindi la luce nell’acqua va meno veloce del 40%. Però una particella di acqua può andare più veloce della luce, a questo punto perché non è limitata dall’indice di rifrazione ma è condizionata solo dal fatto che possa essere mandata più o meno veloce o sparata con l’acceleratore. In tal caso però attenzione: la particella perde energia, perché emette radiazione. Quindi alla fine di questo percorso nell’acqua la particella esce con un’energia minore rispetto a quella che aveva all’ingresso. E questo è l’”effetto Cerenkov”. Ma il neutrino di “Opera” si muove nel vuoto, no? “Però l’indice di rifrazione nel vuoto è di “1”, dunque ugualmente emetterebbe radiazione e di conseguenza, secondo Glashow, si deve indebolire e perdere energia. Cioè quando arrivano, i neutrini devono avere un’energia diversa, rispetto a quella di partenza”.

Invece gli scienziati di “Icarus” affermano che i neutrini targati Italia-Svizzera giungono a destinazione in Abruzzo con la stessa energia. Ha spiegato Ferroni: “Allora, dice Glashow, i neutrini non sono più veloci della luce”. A questo punto come si esce da questo “cul de sac” scientifico? Ferroni è stato chiaro: “Io e molti altri colleghi pensiamo che se la particella va più veloce della luce, e nessuno sa ancora perché, non si possono usare teorie ‘normali’ per spiegarlo. Serve qualcosa di più importante. Non si possono invocare teorie che si applicano a particelle ‘normali’ per spiegare il comportamento di questa particella che sembra molto anormale”. Nulla da eccepire al riguardo. Di nuovo però la domanda: “Come se ne esce?”. Secondo Ferroni, “da un lato c’è un esperimento che deve fare solo misure, dall’altro il teorico che fa il suo mestiere. Ma non si può dire che siccome il teorico sostiene che non può succedere allora non succede. Questo non è previsto. Invece bisogna guardare ai nuovi test, sempre al Gran Sasso, ma soprattutto, e questa sarà la cosa che mi convincerà più di tutte essendo comunque anch’io scettico, è necessario attendere i risultati di esperimenti in altri posti e che siano completamente indipendenti. Cioè, che non usino lo stesso fascio di neutrini, non usino lo stesso Gps, etc.. Ne sono previsti due negli Stati Uniti e in Giappone e prima o poi sapremo”. Quando? Ferroni si è sbilanciato: “Entro il 2012”. E un pronostico quale potrebbe essere? Qui Ferroni è tornato ad essere prudente: “Mi gioco la tripla: 1X2”. Ma se i risultati venissero confermati, per Ferroni “sarà la rivoluzione del XXI secolo, vorrà dire che la fisica avrà fatto un passo avanti, come molto spesso è già accaduto in passato. Ogni tanto esce una cosa che sconvolge tutto”. E gli scienziati si stanno già attrezzando, stanno cioè già con la mente rivolta a questa “rivoluzione”? ”I teorici sicuramente sì, stanno scrivendo molti articoli. Noi invece siamo sperimentali, ce la prendiamo con un po’ più di calma”.

Pochi i dubbi da Antonino Zichichi che a Televideo ha parlato al riguardo di certezze. Tutte personali.

“Se la misurazione venisse confermata, prima di tutto bisognerebbe capire perché il neutrino va più veloce della luce. Perché questo fa a pugni con tutto quello che finora abbiamo capito. Ad esempio, lo studio nel quale mi trovo ha un’altezza, una lunghezza e una larghezza. Giusto? Tre dimensioni di spazio. In più ci dobbiamo mettere il tempo. E una delle conquiste della Relatività è che queste quattro cose stanno insieme, nella cosiddetta dimensione spazio-tempo. Se la scoperta sarà confermata bene, si potrà concludere che lo spazio-tempo non può avere solo 4 dimensioni. Io dico che ne potrebbe avere 43”. Perché, professor Zichichi? “Perché il ‘supermondo’ prevede questo. Ed io da molto tempo studio la matematica del ‘supermondo’, senza trovare però prove sperimentali. Quella del neutrino superveloce potrebbe essere la prima prova dell’esistenza del supermondo. Ma solo ripeto se questa misurazione venisse confermata”. Quali altre dimensioni potrebbero esserci? Ce ne può dire qualcuna? Oltre le 4 che conosciamo quali potrebbero essere le altre dimensioni secondo Lei? “Il ‘Big Bang’ è avvenuto in uno spazio-tempo a 43 dimensioni. Poi queste dimensioni si sono espanse, ma le altre sarebbero rimaste compresse. Attenzione, però: queste cose le sto dicendo senza essere sicuro della scoperta che hanno fatto. E senza conferma, non c’è scienza”.

A pochi giorni dal Natale, un altro annuncio shock, dal Cern di Ginevra: trovate tracce del “bosone di Higgs”, o “particella di Dio”. A Televideo, l‘astrofisica Margherita Hack ha spiegato cosa è realmente accaduto.

Come già è successo per il neutrino più veloce della luce, anche questa volta, c’è chi ha arricchito di significati la novità scientifica e chi l’ha minimizzato. Quanto è importante ciò che hanno rilevato al Cern sul bosone?

"Sarà molto importante se riusciranno a confermare i risultati. Alla base di tutto c’è una Teoria e un modello standard di riferimento che spiega tutti i fenomeni osservati per le particelle elementari. Però questa teoria prevede che esista una particella, il bosone, che avrebbe una massa molto maggiore della massa del protone, che è il nucleo dell’atomo di idrogeno, la quale dimostrerebbe come le altre particelle acquistano massa. In un certo senso si potrebbe dire che il bosone sarebbe il babbo o la mamma di tutte le altre particelle. Il bosone però finora era un’ipotesi. Bisognava appunto trovarlo. Siccome c’è equivalenza fra massa ed energia, se abbiamo a disposizione sufficiente energia si può creare una particella. Il Cern disponeva della maggior quantità di energia proprio nella speranza di riuscire a trovare il bosone. Finora ogni risultato era stato negativo. Ora sembra che cominci ad esserci qualche indizio, qualche traccia, di questo bosone. Questo sarebbe molto importante, perché se non si trova il bosone le alternative sono due: o non c’è sufficiente energia per produrlo o la teoria è sbagliata e bisogna cambiarla. Se si riesce a trovare, potrebbe spiegare anche concretamente il modo come si sono create tutte le altre particelle elementari. Quindi aspettiamo il risultato. Che se confermato, sarebbe importante perché arriverebbe a pochi giorni dall’altra sensazionale notizia per la quale il neutrino avrebbe viaggiato a una velocità superiore a quella della luce dal Cern al Gran Sasso".

Perché sono così importanti le particelle elementari?

Perché la materia è fatta di particelle. Noi stessi siamo fatti di particelle. Gli atomi, le molecole che costituiscono il nostro corpo sono fatti di particelle. Vuol dire capire l’intima essenza della materia. Quanto aggiunge, o aggiungerebbe di fatto se confermata, alla nostra conoscenza questa notizia? Significherebbe capire cos’è realmente la materia. E’ curiosità: la curiosità di conoscere la natura. Questa curiosità, che sembra non abbia altro scopo che la curiosità stessa, può portare invece a risultati applicativi estremamente importanti. Ad esempio Einstein vinse il premio Nobel all’inizio del Novecento per le sue ricerche sull’effetto fotoelettrico. Sembrava che fosse ricerca pura, che servisse a capire solo la struttura della materia. Mentre dall’effetto fotoelettrico sono derivate tutte le ‘diavolerie’ elettroniche che allietano, o complicano, a seconda dei punti di vista, la nostra vita.

Ancora però non sembra sia chiaro perché il bosone viene chiamata ‘particella di Dio’? Spiega l’origine del Mondo?

Spiegherebbe l’origine delle particelle. Ripeto, ‘particella di Dio’ nel senso che sarebbe il babbo e la mamma di tutte le particelle. Quindi il bosone sarebbe l’elemento che spiega la formazione della materia.

Anche il neutrino è una particella. Come definirlo? Dove si trova? A cosa serve?

Il neutrino è una particella che non ha carica, è appunto neutra, con una massa estremamente piccola, tanto che si pensava fino a poco tempo fa che addirittura non l’avesse. Che il neutrino cioè fosse come il fotone, che è una particella di luce priva di massa. Invece la massa c’è, è stata misurata e si sa che è più piccola di un centomilionesimo della massa dell’elettrone. Il neutrino è un po’ strano, birichino, perché cambia aspetto, si può trasformare cioè da neutrino elettronico, in muonico o neutrino tauonico. I neutrini vengono prodotti in gran quantità nelle redazioni nucleari che avvengono all’interno delle stelle, quindi anche nel Sole. E siccome si conosceva bene l’interno del Sole, si sa che temperatura ha, che densità, si sapeva anche che dovevano arrivare tot neutrini e invece se ne trovavano sempre di meno. E questo è stato un grosso mistero negli anni Sessanta: tutte le misurazioni registravano questo difetto, questa mancanza di neutrini. Come mai? Gli scienziati hanno proposto un’idea innovativa, hanno cioè ipotizzato che cambiassero aspetto nel loro viaggio dal centro del Sole alla superficie. Perché allora i misuratori potevano rilevare solo i neutrini elettronici. Però se questi nel corso del viaggio dentro il Sole da elettronici si trasformano in muonici o tauonici, dicevano i ricercatori, non li misuriamo più. Allora è partito l’esperimento “Opera”, dal Cern al Gran Sasso, che consiste nell’inviare fasci di neutrini muonici e vedere se al Gran Sasso arriva un neutrino diverso. Così dopo miliardi di neutrini muonici abbiamo ricevuto un neutrino tauonico, confermando l’ipotesi degli scienziati. Il “mistero del neutrino mancante” è stato dunque risolto. Poi si è visto anche che la velocità è superiore a quella della luce.

Secondo Lei, professoressa Hack, è una coincidenza che nel giro di pochi giorni siano stati fatti due annunci così rilevanti per la scienza? Queste scoperte così ravvicinate,l’una all’altra, entrambe con al centro l’attività del Cern di Ginevra, dove lavorano ricordiamo molti italiani, sono una coincidenza?

E’ un caso.

Con il professor Antonino Zichichi, il discorso è proseguito fino a osare una domanda: Si può semplificare? Il “bosone” potrebbe spiegare l’origine del mondo, nel senso che senza il bosone il mondo non sarebbe nato niente?

No, no, no! L’origine del mondo è nel “Big Bang”. Attenzione: quando è scattato il “Big Bang”, le leggi fondamentali della natura erano tutte scritte, inclusa l’esistenza del bosone di Higgs, ovvero la “Particella di Dio”, ovvero era già stato scritto, nell’istante del “Big Bang”, che doveva esistere la “Particella di Dio”. Allora il tempo era computato in modo diverso. Quanto dura questa nostra conversazione? Cinque minuti. Bene. Il nostro cuore batte al ritmo di un colpo al secondo. Ma il ritmo del “Big Bang” è cinque volte un miliardesimo di secondo. Quindi, l’istante del “Big Bang” è piccolissimo, non è come il nostro cuore.

Perché dice che tutto questo è stato scritto ai tempi del “Big Bang”? E’ stato scritto da chi e quando? Nel momento in cui la Teoria fu elaborata?

Io mi riferisco a ciò che sappiamo: se non fosse stato scritto tutto, non potrebbe esistere il mondo.

Scritto da chi, professor Zichichi?

Se c’è una logica, ci deve essere un autore. Io dico che è Dio, gli atei dicono che è il “Nulla”. L’ateismo è un atto di fede nel “Nulla”. Un ateo non mi sa spiegare quello che è accaduto dal “Big Bang” ad oggi. Mentre il “Big Bang” si capisce se immediatamente si includono le leggi fondamentali. Alla base c’è una logica rigorosa. Che fine fatto questa logica? Ma qui stiamo parlando di filosofia, non più di fisica.

E’ bellissimo che lei riesca a coniugare queste due materie così essenziali per la nostra esistenza. E’ un vero miracolo. Cosa ci dobbiamo aspettare in futuro e ancora, Lei ci parla dal Cern di Ginevra: come mai queste due scoperte così sensazionali, il neutrino più veloce della luce e le tracce di “bosone”, a breve distanza l’una dall’altra?

Perché è stata messa in moto una struttura formidabile. La supermacchina che c’è qui è la più potente al mondo. Cominciamo finalmente a farla funzionare. Io sono stato membro del Comitato che ha deciso nel 1979 che il circuito dovesse essere di 27 km, non di 13, come volevano altri. E adesso stiamo studiando una macchina ancora più potente.

Stiamo parlando degli acceleratori di particelle, vero Professore?

Sì, acceleratori di protoni. Però mi scusi la sua domanda è enciclopedica. L’origine di tutto quello che facciamo sono le interazioni forti tra protoni e contro-protoni e neutroni. Noi portiamo queste particelle all’energia massima per produrre cose che non esistono nel nostro mondo. Tra queste cose c’è il “bosone di Higgs”. Perché finora non è stata scoperto? Perché la sua massa doveva essere più grande di 114 masse di protoni. L’avremmo potuta scoprire prima, se la macchina fosse andata a energia più alta. Conclusione: il motivo per cui ci sono tante novità è perché è in moto una struttura che è unica al mondo.

Una struttura che fornisce due diverse interpretazioni: si vuole dimostrare che certi elementi fondamentali della nostra esistenza derivano dal “caso”, dicono i più laici, altri invece possono dire che si creano per effetto di un disegno originario.

Però i laici non sanno dimostrare perché questi elementi fondamentali derivano dal “Kaos”. Se riescono a farlo, significa che hanno scoperto che non siamo figli di una logica che ha un autore, se invece non riescono, il loro è un mero atto di fede nel “Nulla”. Queste domande però non sono di fisica, mi scusi ancora, ma di filosofia.

L’acceleratore del Cern di fatto riproduce il “Big Bang” o no?

Ma no! Riproduce com’era il mondo un decimo di miliardesimo di secondo dopo il “Big Bang”. Sicuramente penserete: che tempo piccolissimo! Invece no: bisogna confrontare questo tempo con il battito del “cuore” del “Big Bang”, che è miliardi di miliardi di miliardi di volte più veloce del nostro cuore.

Laicità e religiosità dunque si fondono nella scienza, perché ogni ricercatore, ogni studioso, e anche ogni giornalista che di questa materia si occupa, porta con sé i suoi “fondamentali”, da applicare alla conoscenza. Quella conoscenza che è il preludio a una presa di coscienza dei problemi, pratici e morali, legati al vivere quotidiano, e condizione indispensabile per lo sviluppo interiore dell’individuo.

TRACCE DELLA PARTICELLA DI DIO(PIER)

L'impronta fotografata al CernDiffusi i risultati degli esperimenti Atlas e Cms condotti nell'acceleratore Lhc: i ricercatori credono di aver osservato un'impronta del bosone di Higgs, l'ultimo elemento mancante per spiegare la struttura dell'universo. "Entro il 2012 la prova definitiva"

dal nostro inviato ELENA DUSI

Il tunnel del Large Hadron Collider (Lhc)

GINEVRA - Inseguita da quasi 50 anni, un'impronta della "particella di Dio" è stata finalmente osservata dagli esperimenti del Cern di Ginevra. A produrla è stato il Large Hadron Collider (Lhc) il più potente acceleratore di particelle del mondo, un anello sotterraneo di 27 chilometri di diametro capace di far scontrare protoni a velocità prossime a quelle della luce. E a "fotografare" le sue tracce sono stati due degli enormi rilevatori piazzati nei punti di collisione fra i protoni: Atlas e Cms, guidati dagli italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli.

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"Abbiamo iniziato a notare il segnale alla fine dell'estate. Ma analisi così complesse hanno richiesto mesi di lavoro e la collaborazione di migliaia di fisici in tutto il mondo", racconta Sergio Bertolucci, che al Cern è direttore della ricerca. Dei circa 10mila fisici del Cern impegnati nella ricerca della particella di Dio, circa mille sono italiani. La presenza del nostro paese nel Centro di Ginevra è coordinata dall'Istituto nazionale di fisica nucleare. Il bosone di Higgs (il cui soprannome di "particella di Dio" nasce dal titolo di un libro del Nobel americano Leon Lederman) si sarebbe dunque affacciato nei rivelatori del Cern contemporaneamente alla misurazione dei

neutrini più veloci della luce 2.

"Anche se i risultati sono significativi, i dati non bastano ancora a confermare con assoluta certezza l'esistenza del bosone di Higgs", mette in guardia il direttore del Centro, il fisico tedesco Rolf Heuer. Nella scala che i fisici chiamano "sigma" o "deviazione standard" siamo ancora al livello 3: per dichiarare con certezza una scoperta si richiede un livello minimo di 5. Ma Lhc continuerà ad accumulare dati. "Ed entro il 2012 saremo certamente in grado di dare una risposta definitiva" assicura Heuer.

Nel puzzle delle 17 particelle elementari che compongono la materia così come la conosciamo, il bosone di Higgs era l'ultimo pezzo mancante. La sua esistenza era stata ipotizzata nel 1964 dal fisico teorico inglese Peter Higgs. Come una chiave di volta, la "particella di Dio" ha il compito di tenere in piedi il Modello Standard della fisica moderna. Il compendio di teorie sul funzionamento dell'universo comunemente accettato dagli scienziati, senza questo bosone si trovava a descrivere un mondo fatto esclusivamente di particelle elementari senza massa, libere di schizzare via nell'universo alla velocità della luce e incapaci di formare stelle, pianeti ed esseri viventi.

Paradossalmente, il bosone di Higgs ha il compito di spiegare come mai la materia abbia un peso, ma la sua massa era proprio il parametro che mancava per descriverne l'identità. Gli esperimenti di Ginevra ora hanno fissato questo valore in 125 Gev (pari a oltre cento volte la massa di un protone), ma con un margine di incertezza che ancora impedisce al Cern di gridare alla scoperta definitiva. Per confermare il risultato serviranno almeno altri sei mesi di collisioni fra protoni al 99,9 per cento della velocità della luce oltre ai 400 trilioni avvenuti dal marzo del 2010 a oggi.

Fino all'annuncio ufficiale di oggi pomeriggio, i gruppi di ricerca di Cms e di Atlas erano stati tenuti all'oscuro l'uno dei dati dell'altro affinché i due risultati non si influenzassero a vicenda. Il Cern ha evitato così anche fughe di notizie e annunci prematuri di scoperta.

Il valore di 125 Gev, per quanto ampiamente atteso, apre però un nuovo problema ai fisici teorici che cercano di spiegare la struttura dell'universo. Il bosone di Higgs sarebbe infatti troppo leggero per assicurare l'equilibrio della materia alle altre energie. L'ipotesi che subentra ora è che per ogni particella nota ne esista un'altra, detta supersimmetrica, molto più pesante. Trovare questi nuovi ingredienti del mondo che ci circonda, e capire se possono anche spiegare il mistero della massa mancante dell'universo - la cosiddetta materia oscura - saranno le prossime missioni della macchina per l'esplorazione scientifica più grande del mondo, soprannominata "le piramidi del XXI secolo" per le sue dimensioni e la sua complessità.

(13 dicembre 2011)

Hack: il bosone origine della materiaL'astrofisica spiega cosa è successo al Cern

di Emanuela Gialli

E’ arrivato un importante annuncio dal Cern, il secondo in poco tempo. Dopo il neutrino, è la volta del bosone o ‘particella di Dio’, prodotto nell’Acceleratore. Come già accaduto per il neutrino più veloce della luce, anche questa volta, c’è chi arricchisce di significati la novità scientifica e chi la minimizza. Quanto è importante ciò che hanno rilevato al Cern sul bosone?

Sarà molto importante se riusciranno a confermare i risultati. Alla base di tutto c’è una Teoria e un modello standard di riferimento che spiega tutti i fenomeni osservati per le particelle elementari. Però questa teoria prevede che esista una particella, il bosone, che avrebbe una massa molto maggiore della massa del protone, che è il nucleo dell’atomo di idrogeno, la quale dimostrerebbe come le altre particelle acquistano massa. In un certo senso si potrebbe dire che il bosone sarebbe il babbo o la mamma di tutte le altre particelle. Il bosone però finora era un’ipotesi. Bisognava appunto trovarlo. Siccome c’è equivalenza fra massa ed energia, se abbiamo a disposizione sufficiente energia si può creare una particella. Il Cern disponeva della maggior quantità di energia proprio nella speranza di riuscire a trovare il bosone. Finora ogni risultato era stato negativo. Ora sembra che cominci ad esserci qualche indizio, qualche traccia, di questo bosone. Questo sarebbe molto importante, perché se non si trova il bosone le alternative sono due: o non c’è sufficiente energia per produrlo o la teoria è sbagliata e bisogna cambiarla. Se si riesce a trovare, potrebbe spiegare anche concretamente il modo come si sono create tutte le altre particelle elementari. Quindi aspettiamo il risultato. Che se confermato, sarebbe importante perché arriverebbe a pochi giorni dall’altra sensazionale notizia per la quale il neutrino avrebbe viaggiato a una velocità superiore a quella della luce dal Cern al Gran Sasso.

Perché sono così importanti le particelle elementari?

Perché la materia è fatta di particelle. Noi stessi siamo fatti di particelle. Gli atomi, le molecole che costituiscono il nostro corpo sono fatti di particelle. Vuol dire capire l’intima essenza della materia.

Quanto aggiunge, o aggiungerebbe di fatto se confermata, alla nostra conoscenza questa notizia?

Significherebbe capire cos’è realmente la materia. E’ curiosità: la curiosità di conoscere la natura. Questa curiosità, che sembra non abbia altro scopo che la curiosità stessa, può portare invece a risultati applicativi estremamente importanti. Ad esempio Einstein vinse il premio Nobel all’inizio del Novecento per le sue ricerche sull’effetto fotoelettrico. Sembrava che fosse ricerca pura, che servisse a capire solo la struttura della materia. Mentre dall’effetto fotoelettrico sono derivate tutte le ‘diavolerie’ elettroniche che allietano, o complicano, a seconda dei punti di vista, la nostra vita.

Ancora però non mi sembra sia chiaro perché il bosone viene chiamata ‘particella di Dio’? Spiega l’origine del Mondo?

Spiegherebbe l’origine delle particelle. Ripeto, ‘particella di Dio’ nel senso che sarebbe il babbo e la mamma di tutte le particelle. Quindi il bosone sarebbe l’elemento che spiega la formazione della materia.

Anche il neutrino è una particella. Come definirlo? Dove si trova? A cosa serve?

Il neutrino è una particella che non ha carica, è appunto neutra, con una massa estremamente piccola, tanto che si pensava fino a poco tempo fa che addirittura non l’avesse. Che il neutrino cioè fosse come il fotone, che è una particella di luce priva di massa. Invece la massa c’è, è stata misurata e si sa che è più piccola di un centomilionesimo della massa dell’elettrone. Il neutrino è un po’ strano, birichino, perché cambia aspetto, si può trasformare cioè da neutrino elettronico, in muonico o neutrino tauonico. I neutrini vengono prodotti in gran quantità nelle redazioni nucleari che avvengono all’interno delle stelle, quindi anche nel Sole. E siccome si conosceva bene l’interno del Sole, si sa che temperatura ha, che densità, si sapeva anche che dovevano arrivare tot neutrini e invece se ne trovavano sempre di meno. E questo è stato un grosso mistero negli anni Sessanta: tutte le misurazioni registravano questo difetto, questa mancanza di neutrini. Come mai? Gli scienziati hanno proposto un’idea innovativa, hanno cioè ipotizzato che cambiassero aspetto nel loro viaggio dal centro del Sole alla superficie. Perché allora i misuratori potevano rilevare solo i neutrini elettronici. Però se questi nel corso del viaggio dentro il Sole da elettronici si trasformano in muonici o tauonici, dicevano i ricercatori, non li misuriamo più. Allora è partito l’esperimento “Opera”, dal Cern al Gran Sasso, che consiste nell’inviare fasci di neutrini muonici e vedere se al Gran Sasso arriva un neutrino diverso. Così dopo miliardi di neutrini muonici abbiamo ricevuto un neutrino tauonico, confermando l’ipotesi degli scienziati. Il “mistero del neutrino mancante” è stato dunque risolto. Poi si è visto anche che la velocità è superiore a quella della luce.

Secondo Lei, professoressa Hack, è una coincidenza che nel giro di pochi giorni siano stati fatti due annunci così rilevanti per la scienza? Queste scoperte così ravvicinate,l’una all’altra, entrambe con al centro l’attività del Cern di Ginevra, dove lavorano ricordiamo molti italiani, sono una coincidenza?

E’ un caso.

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MessaggioTitolo: Il Bosone, ‘era scritto nel Big Bang’- Parla Zichichi Ven Dic 23, 2011 11:04 am

‘Nella grande esplosione che originò il mondo tutto era presente’

di Emanuela Gialli

Sono state trovate tracce del “Bosone di Higgs”, una particella che potrebbe spiegare molte cose. Lei come interpreta questa novità che arriva dal mondo scientifico?

Questa novità come lei la chiama era già stata discussa per a prima volta nel 1964, quando lei non era ancora nata. Il problema non è nuovo. Raffinando sempre di più il modo in cui noi descriviamo il mondo si è arrivati alla conclusione che si può descrivere tutto, a condizione però che sia pieno di massa. Tutto ciò che esiste, ad esempio il nostro corpo, è dotato di massa. E come si fa a mettere la massa nella descrizione fondamentale dei fenomeni fisici, quindi dell’Universo? Ciò che regge il mondo ha una certa logica. In questa logica la massa non può entrare. E questa è una cosa assurda. Come si fa allora? A un certo punto si arrivò a questa conclusione: tutto ciò che esiste –il nostro corpo, gli spaghetti, la luna, il sole- è fatto da “trottoline”, cioè da palline che girano. E questo non è banale.

Aspetti, questo che vuol dire?

Tutto è fatto con masse reali e “trottoline”. Questa particella che non ha il movimento di”trottolina” e una massa immaginaria permette di avere un mondo dotato di massa e fa il miracolo di produrre una massa senza creare più mondi. Se lei fa il calcolo: quanto debbo spendere per i regali di Natale? Lei potrebbe dire, ad esempio, 300 euro. Però, se venisse fuori una spesa di 3 miliardi di euro lei direbbe: “Beh, forse ho sbagliato in qualche punto”. Se, ripetendo lo stesso calcolo, venisse fuori “infinito”, lei direbbe ancora: “Ma cosa sto combinando?”. Quando noi calcoliamo qualche cosa, qualunque cosa, con massa, i calcoli esplodono. Non come Hiroshima e Nagasaki, certamente. Le nostre sono esplosioni pacifiche, di calcoli, di grande civiltà. Ma quando un calcolo dà un risultato infinito, può esserci un guaio. Noi quel “guaio” lo cerchiamo da mezzo secolo. Finalmente , a furia di migliorare le cose, è venuto fuori che c’è una soluzione. E questa soluzione è la “Particella di Dio”, così chiamata perché dopo 30 anni di ricerche senza mai trovarla, per via del miracolo che farebbe, cioè di produrre massa senza provocare esplosioni, si potrebbe appunto denominare “Particella di Dio”.

E’ come se ci fosse una creazione in laboratorio?

Assolutamente no. E’ una fatto puramente matematico. Questa particella si mette in calcolo con massa immaginaria e produce massa per tutti, anche per una particella simile a sé stessa, che però ha massa reale. E’ questa che noi cerchiamo. Se questa particella con massa immaginaria dà massa a tutto, agli spaghetti, all’Universo, ma non produce una particella con massa simile a sé stessa, noi non avremmo mai potuto scoprire la “Particella di Dio”. Per nostra grande gioia e fortuna le cose vanno in modo tale che anche la stessa “Particella di Dio”, con massa immaginaria, diventa particella con massa reale. In questi giorni, si sono lette molte cose non vere su questa conquista.

Ad esempio?

Legga i giornali. Uno ha scritto che ai tempi del “Big Bang” non c’era la massa. Invece caspita se c’era. Il mondo non era fatto come oggi. Non c’erano le galassie, non c’erano le stelle. Non c’era il mondo così come lo conosciamo, però esistevano eccome le masse. Infatti, ai tempi del ”Big bang” sono venuti fuori i “buchi neri”, attorno ai quali sono nate le galassie. Lasciamo dunque in pace le cose vere e discutiamo di quelle che dobbiamo ancora capire.

Massa e materia sono equivalenti?

Ma no. Fino al 1905, anno in cui Einstein elaborò l’equazione energia=massa per velocità della luce al quadrato, tutti pensavano che materia e massa fossero la stessa cosa. Manco per sogno. La materia, attenzione, è massa con “cariche”.

Per volgarizzare, anzi mi perdoni se faccio questo con Lei, la massa è come se fosse un pongo da plasmare, che ha un peso, oppure non ha niente a che vedere con questo?

No, no: la massa pesa. Eccome se pesa. Caspita. Lei deve immaginare la carica come un lucchetto. Immagini di avere un bicchiere d’acqua, pari a 100 grammi di massa. Ne basterebbero 3 grammi, per provocare un’esplosione simile a Hiroshima e Nagasaki, se si aggiungesse una “carica”. Attualmente, si conoscono 12 tipi di carica. Sono queste che stabiliscono la stabilità della materia, non la massa. Pensiamo ai greci, che dicevano: “Più pesante è la colonna, più robusta è”. Ma manco per sogno. Una colonna peserà, non so, 10 tonnellate. Di cemento. E se si mettono 10 tonnellate di gelsomino o di zucchero, si può fare un tempio sufficientemente robusto? Sì. Si possono avere mille chili di gelsomino e mille chili di cemento armato: la massa è la stessa. Sono le cariche che fanno la struttura della materia. La materia dunque vuol dire massa con cariche. Come la fiamma, che non è altro che un insieme di strutture atomiche eccitate, che si trasformano, emettendo fotoni.

Il “bosone” è solo massa?

Il “bosone” ha solamente una carica detta “debole”. Di fatto, non ha carica. Il “bosone” è pallina, non trottolina. E’ una particella diversa da tutto ciò che esiste, che è fatto di trottoline e di massa reale. La trottolina è fatta di cariche. Prendiamo ad esempio i neutrini, che sono le particelle più leggere che esistano, ma non sono di massa zero, anche se è piccolissima. Il neutrino ha carica debole, altrimenti non potrebbe attraversare la Terra. L’elettrone, per spiegare meglio, non attraversa nemmeno un centimetro di ferro. Mentre un neutrino attraversa un muro di cemento armato spesso quanto la distanza Terra-Sole, senza problemi. E sono 150 milioni di chilometri. Perché non hanno una carica elettrica forte, hanno solo carica debole.

Dunque il bosone è la madre o il padre di qualunque tipo di massa?

Esatto. Ha detto una cosa formidabile. Il “bosone”, dotato di massa immaginaria, attraverso la matematica che si sviluppa da questo concetto produce anche la luce, che è una trottolina senza massa. Incredibile ma vero. Cioè, il “bosone” produce sia particelle con massa, sia particelle di massa zero, come la luce. Altrimenti, la luce non potrebbe esistere. E questo è un fatto spettacolare. Io ho studiato queste cose circa 30 anni fa.

Posso semplificare ulteriormente? Potrebbe spiegare l’origine del mondo, nel senso che senza il bosone non sarebbe nato niente?

No, no, no! L’origine del mondo è nel “Big Bang”. Stia attenta: quando è scattato il “Big Bang”, le leggi fondamentali della natura erano tutte scritte, inclusa l’esistenza del bosone di Higgs, ovvero la “Particella di Dio”, ovvero era già stato scritto, nell’istante del “Big Bang”, che doveva esistere la “Particella di Dio”. Allora il tempo era computato in modo diverso. Quanto dura questa nostra conversazione? Cinque minuti. Bene. Il nostro cuore batte al ritmo di un colpo al secondo. Ma il ritmo del “Big Bang” è cinque volte un miliardesimo di secondo. Quindi, l’istante del “Big Bang” è piccolissimo, non è come il nostro cuore.