Il mistero delle WIMPs

wimps.jpg

Cosa sono le WIMPs?
Avete ragione. Spieghiamo.
Diciamo subito che sono particelle. O per meglio dire, sarebbero dovute essere delle particelle particolari. Ma per capire bisogna raccontare un po’ tutta la storia partendo dalla ipotesi della loro esistenza.

Tutto ha inizio quando gli scienziati hanno ipotizzato la presenza di un’altra materia nell’universo in aggiunta alla materia ordinaria che vediamo e di cui noi siamo composti.

Molti ne hanno parlato, molti ne parlano, alcuni la cercano, nessuno sa cos’è: è quella che comunemente viene chiamata “materia oscura”.
Di questa materia sappiamo cosa non è, e come si comporta, ma nessuno finora è riuscito a capire di che cosa è fatta.

Come facciamo a sapere che c’è?
L’esistenza della materia oscura è stata postulata alcuni decenni fa per rendere conto della dinamica delle galassie, e in particolare della velocità delle loro porzioni più periferiche. La sola materia osservabile infatti non è sufficiente a far quadrare le osservazioni con le leggi della dinamica newtoniana. E non si tratterebbe di una presenza marginale: secondo le stime, la materia oscura sarebbe quattro volte più abbondante di quella ordinaria, e costituirebbe tra il 25 e il 27 per cento dell’universo.

Spiego meglio.
Nell’osservare le galassie è stato notato qualcosa di sorprendente. Per la legge di Keplero le stelle più esterne dovrebbero girare più lentamente di quelle interne. Invece si è visto che vanno incredibilmente alla stessa velocità di quelle più vicine al centro.

La causa di questo fenomeno è la forza di gravità esercitata da qualcosa di invisibile che eserciterebbe una spinta gravitazionale aggiuntiva.

Questa cosa invisibile è la materia oscura, una specie di nuvola, un alone molto più grande delle galassie stesse. Questa nuvola di materia è molto più sferica delle galassie stesse, e si estende per un raggio molto più vasto della galassia.
In pratica la velocità con cui le galassie orbitano negli ammassi è troppo alta, quindi devono essere avvolte da una materia sconosciuta.

Questa enorme quantità di materia sconosciuta ha fatto capire solo recentemente che la materia ordinaria di cui è composto l’universo, (e per ordinaria intendo voi, io, i pianeti, le stelle, le galassie) costituisce solo una piccola percentuale di quello che è contenuto nell’universo. Quasi il 4%, approssimativamente, mentre il 26% di tutta la materia nell’universo, è costituito di sostanza invisibile. La parte rimanente dell’universo è costituita da un componente altrettanto misterioso pari al 70% chiamate energia oscura.

la-materia-delluniverso

Perché invisibile?
Per invisibile si intende che non assorbe nello spettro elettromagnetico. Non emette nello spettro elettromagnetico. Non riflette. Praticamente non interagisce con lo spettro elettromagnetico, che è ciò che utilizziamo per rilevare le cose. Non interagisce in alcun modo. Questo fa sì che la materia non è visibile. Per questo è chiamata materia oscura.

E’ proprio materia?
La materia oscura, per quanto misteriosa, ha gli stessi comportamenti della materia comune almeno per ciò che riguarda l’interazione con lo spazio e con il tempo: si diluisce quando può espandersi in un volume più ampio ed esercita la stessa attrazione gravitazionale della materia ordinaria.

Non interagendo con la materia ordinaria, la materia oscura è il primo tipo di elemento che si espande insieme all’Universo e il primo a formare strutture grazie alla sua stessa forza gravitazionale.
La materia oscura dà cioè forma ai primi filamenti che formano la struttura delle galassie. Si addensa attorno a questi, attratta dalla loro forza di gravità, converge la materia ordinaria, ma non forma materia solida. La sua interazione è troppo debole perché riesca a formare oggetti densi come pianeti, ma si condensa in “nuvole” che si muovono nelle galassie. La densità di queste nuvole varia ed è maggiore verso il centro delle galassie stesse. E poiché la materia oscura non ruota insieme alle stelle, sistemi solari come il nostro si muovono all’interno di un vento di particelle di materia oscura.

Fin qui tutto chiaro? Ma allora di che cosa è fatta la materia oscura?

WIMPs
Sappiamo che esiste ma nessuno sa di che cosa sia fatta, anche se sono state avanzate diverse ipotesi.
Fino a qualche anno fa, la risposta più comune sarebbe stata che la materia oscura fosse fatta di una classe di particelle sconosciute a cui è stato dato il nome di WIMPs (da weakly interacting massive parcicles), ovvero particelle massive debolmente interagenti con sé stesse e con il resto della materia.
Le WIMPs fanno parte della materia esotica (particelle effimere) e interagirebbero con la materia ordinaria solo tramite la forza di gravità e la interazione debole.
Sono particelle “fredde” ovvero particelle che si sono disaccoppiate dall’equilibrio termico dell’Universo primordiale.

Questi presunti corpuscoli non emettono (né riflettono) luce e attraversano come fantasmi la materia ordinaria.

Dal momento che interagisce debolmente con la materia ordinaria, deve avere una massa sufficientemente grande da poter spiegare con la sua influenza gravitazionale la formazione e la dinamica delle strutture cosmiche osservate dagli astronomi.

Tuttavia le WIMP non fanno riferimento ad una precisa teoria delle interazioni fondamentali. Sono necessarie motivazioni fisiche più profonde per spiegare l’esistenza di particelle con tali caratteristiche. Tanto è vero che non sono contemplate nel Modello Standard della fisica delle particelle.

Chi l’ha vista?
Finora nessuno. Per scovarla si è fatto ricorso all’esperimento LUX ubicato a 1500 metri di profondità in una miniera del South Dakota.
L’idea è molto semplice: si prende una gran quantità di materiale (Xenox liquido) con le giuste caratteristiche, la si colloca al riparo da sorgenti di disturbo esterne, e si aspetta con pazienza di osservare le rarissime interazioni tra particelle di materia oscura e nuclei degli atomi del materiale.

Dopo 20 mesi di osservazioni non è stata trovata nessuna prova della esistenza delle WIMPs. Un colpo di grazia per chi ci aveva sperato.
Le WIMPs, dunque, non esisterebbero.

Quindi?
Un bel pasticcio. Secondo il fisico israeliano Mordehai Milgrom, per esempio, la materia oscura non esiste affatto: è la gravità che bisognerebbe riscrivere. Ai margini delle galassie, afferma, questa forza sarebbe più intensa di quanto ipotizzato dalle attuali teorie.

Stealth
Una nuova teoria ipotizza che la materia oscura non sia formata da un unico tipo di particella ma che, come la materia ordinaria, abbia una natura composita, formata da una sorta di “quark oscuri” confinati in nuclei con una massa pari a centinaia di volte quella di un protone o un neutrone.
Questa forma di materia oscura composita, che i ricercatori hanno chiamato stealth (furtiva, nascosta) ed è diversa dagli altri tipi di materia oscura ipotizzata finora, sarebbe inoltre formata da componenti elettricamente cariche, a dispetto del fatto che la materia oscura non interagisce direttamente con la forza elettromagnetica, nemmeno con le forze nucleari deboli e forti, ma solo con la forza gravitazionale. Motivo per cui sappiano dell’esistenza della materia oscura solo grazie ai suoi effetti gravitazionali sulla materia ordinaria.
A tenere insieme questi nuclei e a far sì che abbiano interazioni minime con la materia ordinaria sarebbe una forza ancora sconosciuta, che avrebbe un ruolo in qualche modo corrispondente a quello della forza forte che consente ai nuclei di materia ordinaria di restare coesi.

Insomma molte idee e poche certezze.
Non rimane ai fisici teorici di ritornare alla lavagna per inventare nuove spiegazioni al fenomeno della materia oscura. Se esiste per davvero.

(fonte: Le Scienze, Focus, INFN)

Pubblicato in Astrofisica, I misteri dell'universo, Universo | Contrassegnato , | 6 commenti

Interazione debole


decadimento radiattivo

Il 16 agosto del 2010 moriva a Roma il fisico Nicola Cabibbo.
Si laureò in fisica nel 1958 discutendo una tesi sulle interazioni deboli e successivamente descrisse tutti i processi che possono prevedibilmente nascere dall’urto ad alta energia fra elettroni e positroni.

Ancora non si conoscevano i quark, ma Cabibbo già spiegava come tre di loro potessero, per esempio, ritrovarsi in un protone o in un neutrone. Spiegava, in altri termini, come possa esistere quella che noi chiamiamo la “materia ordinaria”.

In pratica il “mescolamento” di quark spiegato in anticipo da Nicola Cabibbo è oggi alla base della cromodinamica quantistica e del Modello Standard delle Alte Energie; ovvero di tutta la fisica delle particelle elementari.

Ma cosa sa la gente di questa interazione debole?
La gente comune sa poco o nulla o comunque in maniera confusa. Allora voglio schiarirmi le idee anch’io e con me chi lo vuole senza andare troppo in profondità, perchè è cosa complicata anche per i fisici teorici.

La interazione (forza) debole è responsabile del decadimento beta dei nuclei atomici, associato alla radioattività.

Questa è la definizione classica, ma detta in questa maniera, sinceramente è difficile immaginare che la casalinga di Verona abbia capito, né tanto meno tutti noi.
Allora cerchiamo di capirci qualcosa, o per meglio dire vi racconto come  l’ho capita io.

Il fatto che la materia delle galassie, la Terra e noi stessi siamo tenuti assieme implica una stabilità delle particelle dell’atomo e la esigenza di una notevole quantità di energia.

Ogni atomo è formato da un nucleo contenente protoni, neutroni e da un numero di elettroni che gli orbitano intorno, equivalente a quello dei protoni. Essendo i protoni carichi positivamente essi tendono a respingersi per via della forza di Coulomb e, se non ci fossero altre forze a tenerli uniti, i nuclei non sarebbero stabili.
A rendere stabili i nuclei atomici ci pensa la cosiddetta “forza nucleare forte”.

Forza nucleare forte.
interazione forteOra sappiamo che i protoni e neutroni sono composti rispettivamente da tre quark. Sappiamo anche come agisce la forza nucleare forte a tenerli uniti, anche se non è tutto ancora completamene chiaro, infatti è di recente la scoperta di tetraquark e pentaquark, neutroni e protoni con quattro e cinque quark.

Possiamo dire per semplificare le cose che i tre quark sono tenuti assieme da particelle, gluoni, che li incollano e li tengono confinati all’interno del nucleo. Queste particelle, apparentemente prive di massa, trasmettono la più intensa forza di tutte le forze.  Per distinguerli dalle altre particelle elementari i fermioni (quark, elettroni, neutrini), vengono chiamati “mediatori” della forza nucleare forte ed agiscono come degli elastici la cui forza (interazione forte) diventa più debole nelle vicinanze dei quark, diventa più intensa da lontano e assente al difuori dei neutroni e protoni.

A tenere assieme i quark ci sono altre particelle anche loro mediatrici della interazione forte, pioni e mesoni composti da un quark e antiquark, che non stiamo qui a trattare per non complicare le cose.
Ogni qual volta quark e gluoni interagiscono tra loro in questa mutua azione di tira e molla i quark variano di carica (forza) che i fisici chiamano carica di colore.

E’ con questo meccanismo di tira e molla tra quark e gluoni che i quark sono tenuti assieme rendendo il nucleo stabile.

I fisici spiegano che tutto questo fa parte di un meccanismo chiamato “simmetria di gauge”, simmetria in scala locale, difficile da spiegare.
In poche parole sappiamo che una figura è simmetrica se la sua forma non varia quando viene sottoposta a trasformazioni quali traslazioni, rotazioni o riflessioni, al variare cioè della sua posizione nello spazio. Questo avviene anche nel campo delle particelle. Quindi la simmetria è considerata come indice di equilibrio, di stabilità. Ovvero per quanto le particelle (quark) cambino colore (forza) “mescolandosi” tra loro, il nucleo mantiene tutte le sue caratteristiche di simmetria.

Fin qui tutto facile mi pare.
A questo punto potremmo concludere dicendo che tutto è chiarito. La interazione forte rende stabile il nucleo e di conseguenza l’universo, la Terra, noi stessi. La simmetria rispettata.

Ma quando le forze all’interno del nucleo non sono però perfettamente bilanciate (ovvero il nucleo è instabile) questo tende spontaneamente a raggiungere uno stato stabile attraverso l’emissione di una o più particelle.
Perché?

Anche stavolta parto da lontano per capire meglio.
Molti degli isotopi esistenti in natura sono stabili, però alcuni isotopi naturali e buona parte degli isotopi artificiali sono instabili. Tale instabilità induce la spontanea trasformazione in altri isotopi (rottura della simmetria) che si accompagna con l’emissione di particelle atomiche. Questi isotopi sono chiamati isotopi radioattivi. La disintegrazione (o decadimento radioattivo) è la trasformazione di un atomo radioattivo che decade in un altro atomo, il quale può essere anch’esso radioattivo oppure stabile.

Questo fenomeno viene chiamato decadimento beta dei nuclei atomici, associato alla radioattività, per il quale un neutrone si trasforma in un protone con l’emissione di elettroni (radiazione beta) e neutrini.

Ebbene la causa di tutto ciò è attribuita alla forza nucleare debole.

Forza nucleare debole.
interazione-nucleare-debole-neutrone-protoneL’interazione debole è l’unica a provocare un cambiamento nella carica di sapore (forza) delle particelle coinvolte, e soprattutto è l’unica forza a violare la simmetria (rottura della simmetria), e più precisamente la simmetria di parità P, la simmetria di carica C e la simmetria CP delle particelle. (vedi mio articolo).
La forza nucleare debole è l’unica forza che provoca la trasformazione di un atomo, poco stabile, che decade in un altro atomo più stabile.

In altre parole:

mentre l’interazione forte tende a rendere uniti i quark con la collaborazione dei suoi mediatori, “gluoni”, la forza debole non contribuisce alla coesione dei quark quanto alla sua “trasformazione”. In sostanza contribuisce a rendere stabile la materia.

Ok, penserete voi, ma chi è causa di tutto ciò? Ovvero in che modo agisce la forza nucleare debole sui quark?
Bene, siamo arrivati al nocciolo della questione.
Anche la interazione debole agisce attraverso i suoi mediatori “personali”, le particelle con le quali i quark si scambiano le forze. Questo avviene tramite alcune particelle chiamate bosoni, i bosoni del gauge, i cosiddetti “bosoni deboli” W e Z, che non funzionano come dei collanti tra i quark come i loro cugini gluoni. Essi sono responsabili del cambiamento di coesione (colore) tra i quark. Sappiamo infatti che ogni quark di tipo “up” (up, charm e top) può cambiarsi in un quark di tipo “down” (down, strange e bottom) e viceversa.

Questo, sotto l’azione della interazione debole, avviene quando uno dei quark di tipo down (d) del neutrone (udd) decade in un quark di tipo up (u) emettendo il suo bosone virtuale W che trasforma il neutrone in un protone con due quark up  ed un quark down (uud). Il bosone W decade in un elettrone e un antineutrino elettronico.

betameno

Il meccanismo di trasformazione del sapore provoca un processo radioattivo chiamato decadimento beta.

A questo punto (credo) che vi state domandando perchè è considerata una forza debole.
Chiariamo anche questo.

I bosoni di gauge sono particolarmente massivi, l’interazione debole ha un raggio dell’interazione molto ridotto e dunque azioni molto deboli. Infatti proprio a causa della grande massa di W e Z (circa 80 e 90 GeV/c²), la vita media di questi bosoni è molto breve di circa 3 × 10−24 secondi.

Questo aspetto limita considerevolmente il raggio d’azione dell’interazione debole, che risulta  più o meno 10−18 metri, circa mille volte più piccolo del diametro del nucleo atomico.
La debole intensità dell’interazione debole fa sì che i decadimenti in cui è coinvolta siano più lenti di quelli elettromagnetici (che hanno tempi tipici di decadimento dell’ordine di 10−16 secondi) o di quelli relativi all’interazione forte (con tempi di decadimento dell’ordine di 10−23 secondi).

La contraddizione.
In tutto questo ragionamento c’è una contraddizione di fondo che contrasta con il Modello Standard.
Infatti perché sia conservata l’invarianza di gauge (simmetria locale delle particelle),  i bosoni di gauge sono descritti matematicamente come particelle prive di massa e di conseguenza per forze a lungo raggio. La contraddizione tra questa teoria e l’evidenza sperimentale riguardante il corto raggio della interazione elettrodebole ha richiesto ulteriori approfondimenti teorici sfociati nel meccanismo di Higgs. Si ritiene che questo meccanismo del bosone di Higgs che da materia alle particelle conduca alla formazione dei bosoni W e Z massivi a partire da particelle inizialmente senza massa.

 In conclusione l’interazione debole rappresenta un equilibrio fra le forze interiori dei diversi quark. Ha raggio d’azione breve ed è 100.000 volte più debole della forza forte. Questa forza non è in grado di tenere unite delle particelle e, data la sua debolezza, si spezza l’equilibrio tra i quark e permette al neutrone di scindersi in un protone, elettrone e neutrino (decadimento beta).

Possiamo concludere dicendo che questo evento è regolato dal decadimento dovuto alla forza di interazione debole.

Tutto chiaro?
Mica tanto – osserva il mio cane che sembrava che dormisse.
Beh, io ci ho provato.

Pubblicato in Fisica | Contrassegnato , | 6 commenti

Scie chimiche, fine della storia.

Sto zitto

Il problema è davvero grave. Secondo uno studio internazionale del 2011, infatti, quasi il 17% degli intervistati credeva che ci fosse un complotto per riversare sostanze chimiche nel cielo per chissà quali malefici propositi. Ed ancora più grave che costoro infestano la rete palando di un argomento che non conoscono ma con la pretesa di essere creduti.

Ovviamente, qualsiasi scienziato degno di tal nome – o comunque la maggior parte delle persone in possesso di un diploma scientifico – ha più volte fatto notare che la diversa condensa delle scie è un fenomeno del tutto naturale, dovuto alle diverse condizioni atmosferiche. Ma nulla ha mai potuto persuadere i complottisti.

Adesso però è uscito il primo studio scientifico in larga scala sulla questione, che dimostra una volta per tutte come la teoria delle scie chimiche sia una bufala bella e buona.

Sono stati chiamati in causa settantasette scienziati per chiarire definitivamente che, appunto, le scie chimiche sono fenomeni normali e del tutto comprensibili senza chiamare in causa multinazionali, alieni, e cupole segrete. Su settantasette di loro, solo uno ha trovato che “l’alto livello di Bario nell’aria in un luogo in cui c’è un basso livello di Bario nel suolo” sia bizzarro, ma comunque non ha tirato in ballo il Bilderberg per provare a spiegarlo.

A tutti gli scienziati sono state mostrate quattro foto che secondo i complottisti sono la prova delle scie chimiche, e tutti hanno dichiarato che sono normalissime scie di condensa di motori aerei.

La maggior frequenza dell’apparizione delle scie nel cielo, in definitiva, è dovuta all’aumento del traffico aereo e, forse, al cambiamento climatico.

“Fino ad ora non erano ancora stati rilasciati studi accademici sottoposti a valutazioni inter pares” al riguardo, ha dichiarato Ken Caldeira, uno dei ricercatori, a Science Alert.

Ken Caldeira ha aggiunto che probabilmente questo studio non smuoverà nessuno di chi è già convinto del complotto chimico, ma che chi si vuole informare almeno avrà a disposizione qualcosa di oggettivo.

Senza dubbio, qualche complottista comincerà a chiedersi da chi sia stato pagato Ken Caldeira per scrivere queste cose. O da chi sono pagati i settantasette scienziati.

In ogni caso, se non avete ancora deciso se essere complottisti o no, per quelli ancora duri di comprendonio ecco lo studio

(fonte: La Macchina del Tempo)

Pubblicato in Attualità | 4 commenti

La Via Lattea è una galassia strana.

Milky_Way.jpg

E’ il titolo di un vecchio articolo delle Scienze del 2011 che ha risuscitato il mio interesse.
Voi cosa sapete della nostra galassia?
Ok, ho capito, sapete che la Via lattea è la galassia a cui appartiene il nostro sistema solare, che si trova pressappoco sul bordo di una spirale centrale e che al suo centro forse c’è un buco nero.

Traquilli, ora non voglio imitate Wikipedia, ma mi piace spizzicare qua e là qualche informazione poco nota.

Gruppo Locale.
Per esempio, La Via Lattea appartiene ad un ammasso di almeno 70 piccole (nane) e medie galassie, il cosiddetto Gruppo Locale, che ha due grandi galassie a spirale:  Andromeda e la Via Lattea per l’appunto. Il suo centro di massa si trova in un punto compreso fra queste due galassie. Gli scienziati dicono che esse entreranno in collisione nei prossimi 5 miliardi di anni. Il diametro del GL è stimato in circa 10 milioni di anni luce.
Ora se pensiamo che nell’universo possono esserci tra i 100 e 200 miliardi di galassie, abbiamo una idea di quanto  sia piccola e dispersa nell’universo la nostra Via Lattea.

Le Nubi di Magellano.

Via Lattea01
Altra stranezza. Di tutte le galassie note solamente il quattro per cento delle galassie simili alla Via Lattea è accompagnato da galassie satelliti come le due Nubi di Magellano.
Queste due piccole galassie irregolari orbitano a grande distanza attorno alla Via Lattea, come satelliti, ma ad essa collegata da un filamento di materia.
La Grande Nube di Magellano dista 160.000 anni luce dalla Terra. La Piccola Nube di Magellano, a 200.000 anni luce dalla Terra, orbita attorno alla Grande Nube di Magellano. La loro danza ha fatto fluire il gas in un fiume lungo più di mezzo milione di anni luce. La maggior parte di questa “Corrente di Magellano” si estende ben oltre la Grande Nube di Magellano.

Buco nero sì, buco nero no.
Il centro della Via Lattea è molto difficile da vedere a causa delle nubi di gas e polveri che lo nascondono.
Si pensa che il suo centro abbia un diametro compreso fra 70 000 e 150 000 anni luce. Al suo interno si nasconderebbe un oggetto di massa molto elevata, che si ritiene essere la causa della forte emissione radio da parte della sorgente nota come Sagittarius A; molti indizi inducono a pensare che si tratti di un buco nero supermassiccio, denominato Sgr A*.

E’ recente la scoperta di una regione interna della Via Lattea con una un’ampia regione di 8000 anni luce di diametro in cui per centinaia di milioni di anni non sono nate nuove stelle. La scoperta indica che c’è ancora molto da sapere sulla struttura della nostra galassia e del suo centro.

Materia mancante.
Le misurazioni della radiazione cosmica di fondo, il bagliore residuo del big bang, indicano che solo un sesto di tutta la materia nell’universo è ordinaria, o barionica, e contiene protoni e neutroni (“barioni”), proprio come le stelle, i pianeti e le persone.
Le galassie giganti come la Via Lattea e Andromeda sono costituite, oltre alla materia ordinaria, principalmente dall’esotica materia oscura. Ma anche la materia ordinaria della nostra galassia rappresenta un enigma perché la maggior parte di essa non si trova ed è ancora sconosciuta agli scienziati.

Le stelle più antiche della Via Lattea.
La scoperta di alcune stelle più antiche della Via lattea, forniscono importanti indizi sull’universo primordiale, sul ciclo di vita della prima generazione di stelle e su quanto sia cambiato l’universo nel corso degli ultimi 13,7 miliardi di anni.

Subito dopo il big bang, l’universo era interamente composto solo da idrogeno, elio e piccole quantità di litio. Tutti gli altri elementi sono stati lentamente prodotti dalla fucina nucleare delle stelle o addirittura, per quanto riguarda quelli di massa atomica superiore a quella del ferro, dalle esplosioni di supernova.
Per individuare le stelle molto antiche gli astronomi hanno quindi cercato stelle molto ricche di idrogeno ed estremamente povere di elementi pesanti.
Dato che gli effetti gravitazionali sono più intensi al centro della galassia, è lì che dovevano essersi formate le prime stelle.
L’età della stella più antica conosciuta nella Galassia, HD 140283, con una stima di circa 13,6 miliardi di anni, ha una datazione non molto diversa da quella dell’Universo stesso.

Forma e dimensioni.
galactic-distanceLa Via Lattea ha la forma di un grande mulinello, tecnicamente è una galassia spirale, che esegue una rotazione completa ogni 200 milioni di anni. Contiene almeno 100 miliardi di stelle, oltre a grandi quantità di polveri e gas ed è così grande che la luce impiega 100.000 anni luce per attraversarla da un capo all’altro.
Il nostro sistema solare si trova a circa 26.000 anni luce dal suo centro.

Vita nella Via Lattea.
Non potevo finire questo articolo ponendomi la domanda se la Via Lattea ospita altre forme di vita.
La Via Lattea è costellata di stelle di massa analoga a quella del Sole. Una su 5 di queste stelle potrebbe avere un pianeta simile alla Terra in orbita intorno a sé nella cosiddetta “zona abitabile”: una distanza, cioè, tale da consentire la presenza di acqua allo stato liquido sulla superficie del pianeta, quindi adatte alla formazione della vita.

Tuttavia tra le centinaia di esopianeti scoperti finora, la maggior parte sono giganti gassosi o troppo vicini alla loro stella per ospitare la vita. I piccoli pianeti rocciosi simili alla Terra sono più difficili da individuare.
Erik Petigura, principale autore dello studio, ha utilizzato un software appositamente creato che ha utilizzato i dati raccolti da Kepler per ipotizzare la probabilità di trovare pianeti simili alla Terra nell’intera nostra galassia.
Secondo le stime di Petigura nella nostra galassia, la Via Lattea, ci sarebbero circa 40 miliardi di stelle simili al Sole. Nei loro ipotetici sistemi planetari ci sarebbero 8,8 miliardi di pianeti simili alla Terra e posizionati nella zona abitabile.

Monitorando, poi,  in particolare la variazione di luminosità di 42 mila stelle simili al Sole, sono stati individuati 603 pianeti orbitanti intorno ad esse. Tra questi, 10 risiedono nella cosiddetta “zona abitabile” e hanno dimensioni simili, o al massimo doppie, rispetto alla Terra.
In pratica, quasi una su 5 delle stelle simili al Sole, ospita un pianeta analogo alla Terra nella zona abitabile.
Il prossimo passo sarà cercare esopianeti “terrestri” tra le stelle più vicine a noi: il meno distante, secondo gli scienziati, potrebbe trovarsi ad appena 12 anni luce da noi.

Conclusione.
Per rispondere alla domanda se c’è vita nella Via Lattea bisogna porsi un’altra domanda. Cosa si intende per vita? Le probababilità di trovare la vita sotto forma di elementi organici è molto probabile, se per vita intendiamo esseri intelligenti come noi, allora la domanda resta un mistero.
Per ora.


 

Pubblicato in Attualità | Contrassegnato , , | 24 commenti

I marziani li abbiamo scoperti 40 anni fa.

schermata-2016-03-08-alle-16-30-11

Secondo voi in che modo la Nasa sta tentando di scoprire se c’è vita su Marte?
Oramai è accertato che non ci sono omini verdi dal gran capoccione, né scarafaggi che strisciano per terra o piantine di basilico o quant’altro.
Allora cosa cercano?

Tutti i rover atterrati nel tempo sul suolo marziano hanno raccolto campioni qua e là in posti dove si presupponeva che nel passato fosse presente dell’acqua. Poi l’analisi con gli strumenti di bordo.
Finora non c’è la prova regina della esistenza della vita su Marte.

Eppure la vita su Marte c’è ed è stata scoperta 40 anni fa. L’uomo li ha scoperti già 40 anni fa, pur senza accorgersene.
È la teoria, suggestiva e intrigante, di Glibert Levin, che oggi ha 92 anni, convinto che i microrganismi marziani, di fatto, ci stiano prendendo in giro ormai da 40 anni. Il signore è altrettanto convinto che su Marte la vita ci sia, eccome.

Diciamo subito che questo signore è un ingegnere, l’uomo che ha ideato gli esperimenti a bordo dei Viking, le sonde della Nasa che proprio 40 anni fa, nell’estate del 1976, realizzarono una missione storica, dalla quale discendono tutte quelle successive. Un cervellone della Nasa, dunque.

Alla base della sua teoria, il test Labeled Release (lr).
L’esperimento Lr era basato su un procedimento simile a quello usato per il controllo dell’acqua potabile e al quale, credo si ricorre anche in Italia. Un piccolo campione d’acqua viene iniettato in una provetta di liquido nutriente: se ci sono dei microrganismi, questi metabolizzano i nutrienti stessi e sprigionano bolle di gas che rappresentano la prova della contaminazione microbica.
Al terreno marziano è stato aggiunto solo più nutrienti, nella speranza che almeno uno di questi venisse metabolizzato, e li ha contrassegnati con il carbonio radioattivo, così da rendere i gas liberati più facili da individuare”.
E quando a una minuscola porzione di terreno del pianeta rosso venne iniettata del nutriente radioattivo, si notò che subito venivano emessi dei gas.

Questo risultato, da solo, sarebbe considerato una prova dell’esistenza di microrganismi viventi da parte di qualunque ente sanitario. Tuttavia, volendo essere più cauti, si aggiunse un ulteriore elemento di controllo. Si procedette ad un trattamento approvato dalla Nasa in grado di uccidere qualunque microrganismo presente, che di fatto non portò a nessuna formazione di bollicine.

I dati sono stati resi noti solo molti anni dopo per una disputa sulla attendibilità dei test effettuati sul Viking.
Sebbene la Nasa avesse respinto in un primo tempo l’idea, il nuovo studio sulle rocce marziane è ora iniziato nel maggio 2016.
Al momento, però, la Nasa non ha reso noto alcun risultato, ma è solo questione di tempo, poi arriverà l’annuncio ufficiale.


 

Pubblicato in Alieni | Contrassegnato , | 7 commenti

Il Mistero della simmetria

Cos’è una simmetria?

farfalla monarca

Il mio cane è stato recentemente tirato in ballo da un altro cane (chiwawa) che si è attributo il merito di aver inventato la Teoria della Simmetria dell’Universo . Così ha effettuato una ricerca sull’argomento delle simmetrie, la supersimmetria sul sito dell’Infn ed ha scoperto cose note, ma anche estremamente interessanti e istruttive.

Vi siete mai guardati allo specchio? – domanda il mio cane – Certo che sì.
Ok fatelo di nuovo e tirate una riga immaginaria che vi divide perfettamente in due parti uguali in senso verticale in mezzo alla fronte. Ebbene la parte sinistra è identica alla vostra parte destra. Occhio, metà naso e bocca, spalle, gambe coincidono (salvo qualche vostro difettuccio) con l’altra metà opposta. Insomma se si trattasse di una vostra foto le due parti sovrapposte coinciderebbero.

In essenza, possiamo dire che la simmetria è l’espressione di una “uguaglianza tra cose”: cose che possono essere differenti oggetti oppure uno stesso oggetto che si presenta sempre nello stesso modo, prima e dopo una qualche operazione che abbiamo compiuto su di esso.
E questa operazione può essere una rotazione di un qualsiasi oggetto attorno al proprio asse.

Pensiamo, ad esempio, a un vaso: se lo ruotiamo il suo aspetto ci appare sempre lo stesso. In questo caso diciamo che il vaso è invariante sotto una qualunque rotazione attorno all’asse di simmetria, la linea immaginaria perpendicolare al tavolo che attraversa il centro del vaso.
Se, malauguratamente, il vaso è scheggiato in un qualche punto, nella rotazione attorno al proprio asse questa simmetria si perde, “è rotta”. In questo caso si parla di “simmetria spontanea rotta“, che come vedremo è alla base di importanti rivoluzioni concettuali nella fisica. (INAF)

In sostanza, quindi, la simmetria è un’invarianza di un sistema fisico sottoposto a un cambiamento, chiamato trasformazione di simmetria.

La invarianza è la proprietà posseduta da alcune funzioni di rimanere invariate (tali e quali) dopo l’applicazione della trasformazione stessa.
Per simmetria, quindi, si intende una particolare trasformazione che lascia invariato l’oggetto di partenza (da cui deriva l’altro nome con cui è conosciuta, ovvero invarianza).
In altre parole la simmetria garantisce che osservando un qualsiasi processo fisico in un sistema di coordinate spaziali o in un sistema nel quale le coordinate siano invertite rispetto al primo, il fenomeno si ripeta in modo identico, senza alcuna differenza.

Ci sono, poi, diversi tipi di trasformazioni di simmetria.
simmetrieSe invece il vaso è, per esempio, esagonale, l’invarianza sarebbe presente solo per rotazioni a scatti di 60 gradi (o multipli di 60 gradi); in questo caso è una simmetria discreta. Se poi immaginiamo di moltiplicare all’infinito i vasi, e di metterne uno in ogni punto dello spazio, le possibili simmetrie si ampliano. Possiamo ruotare tutti i vasi di uno stesso angolo, nel qual caso avremmo fatto una trasformazione globale, oppure possiamo decidere di ruotare ogni vaso di un angolo differente, realizzando così una trasformazione locale, o di gauge, che parleremo in altra occasione. (INFN).
Altra semplice simmetria è l’invarianza rispetto a rotazioni attorno ad un punto centrale (realizzata per esempio da un corpo sferico).

Di simmetrie di grande valore artistico la natura è piena di esempi, come nella architettura  che armonizzano e danno l’impressione della perfezione.
La simmetria si presenta come l’ordine, la semplicità, l’assenza di simmetria come la complessità come la molteplicità.

Allargando il discorso, la simmetria è anche uno dei fondamenti della fisica:  dei principi di conservazione (principio di conservazione dell’energia, della quantità di moto, del momento angolare ecc.) dimostrata dalla matematica Emmy Noether agli inizi del secolo scorso. Ma di questo non ne parleremo tanto è complessa, come non parleremo delle classificazioni della simmmetria: spaziotemporali (continue, discrete) ed interne (globali, locati-gauge).
Diciamo solo che la simmetria di traslazione in ogni direzione locale e per rotazioni attorno a qualsiasi punto dello spazio è detta simmetria euclidea ed è valida per i sistemi isolati pur costituiti da più corpi interagenti con forze che dipendono solo dalle distanze relative come ad esempio per il sistema isolato costituito dal Sole e di un pianeta che gli gira attorno. Ciò non è valido su scale non isolate come l’universo.

Fin qui sembrerebbe tutto facile e scontato, ma non è così.
La domanda in realtà è un’altra:

I fisici dicono che se l’universo fosse simmetrico, non dovrebbe esistere.

Allora perché esistiamo? E’ la sfida della nuova fisica.

cuccioloLa simmetria sarebbe bella ed apprezzabile in un contesto di non simmetria. La simmetria totale infatti potrebbe sconfinare nell’uniformità. Paradossalmente se fossimo tutti l’immagine l’uno dell’altro il mondo sarebbe piatto e noioso.
In altre parole, se da un lato è più semplice descrivere un mondo simmetrico, dall’altro la rottura della simmetria è vitale per la diversità, per la molteplicità, per la non conformità.

Allora perchè siamo diversi? Il motivo sta nella rottura della simmetria.

Rottura della simmetria.
Il XX secolo dai fisici è stato definito “il secolo della simmetria”, per l’importanza avuta da questo concetto nello sviluppo scientifico. Ma in realtà spesso non è una simmetria, è la violazione di una simmetria ad aprire nuove porte per la comprensione della natura.
Per la prima volta l’ideale della massima simmetria nella descrizione dei fenomeni fisici si scontra con il problema della diversità.

A lungo si ritenne che la natura fosse intrinsecamente simmetrica rispetto alle trasformazioni di carica (“C”), la parità o trasformate temporali (“P”) e le trasformate temporale (abbreviata con “T”).
La prima simmetria C consiste nell’associare a una particella elementare la sua antiparticella (invertendo il segno della sua carica elettrica). P è una trasformazione che inverte il verso degli assi spaziali (un po’ come vedere il mondo allo specchio). Infine, T inverte il verso dell’asse temporale, come se il tempo scorresse a ritroso, dal futuro al passato. La figura rende meglio il concetto.

Trasformazioni2

Quello che si vuole far passare è che nella nostra percezione quotidiana molti processi fisici appaiono invarianti (simmetrici), per esempio se guardiamo una partita di biliardo riflessa in uno specchio (trasformata P) non ci troviamo nulla di strano.
L’esperienza mostrò che le cose stanno altrimenti.

Ed ora un po’ di attenzione.
Alle scale più piccole tutto nell’universo può essere frammentato in pezzi fondamentali, chiamati particelle e antiparticelle. Il Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che riguarda questi pezzi fondamentali, descrive un piccolo zoo di specie conosciute, che si combinano in diversi modi per costruire tutta la materia che vediamo intorno a noi. Ci sono le cosiddette particelle elementari e particelle mediatrici di forza ovvero le particelle che tengono assieme la materia.

mesoniIn questo bailamme di particelle, i mesoni sono la causa di aver messo i fisici nei guai. Si scoprì che l’apparente distinzione tra destra e sinistra (simmetria P) non sarebbe stata dunque altro che il riflesso di un’asimmetria tra materia e antimateria (distinte dai segni delle cariche): ciò che è “destra” per la materia sarebbe “sinistra” per l’antimateria e viceversa.

Successivamente nei decadimenti dei mesoni K (sempre loro!) anche la simmetria CP è in realtà leggermente violata. Fu uno shock ancora maggiore del primo, e non facilmente superabile. Nessuna giustificazione teorica sembrava plausibile.

Molti nuovi e ingegnosi esperimenti in tutti i laboratori del mondo hanno nel frattempo messo in luce nuove manifestazioni della violazione di CP, molto evidenti nei mesoni B (“cugini” più pesanti dei mesoni K).

Ma c’è dell’altro (tanto per arricchire l’argomentazione).

Simmetria del gauge.
A livello della simmetria locale (simmetria del gauge) fu reso necessario introdurre una nuova interazione fondamentale che agisce in un nuovo spazio interno, quella relativa alle forze responsabili dei decadimenti radioattivi dei nuclei generata da nuovi messaggeri.
Si presentava però un problema apparentemente insormontabile: le simmetrie di gauge predicono inequivocabilmente che i messaggeri delle corrispondenti interazioni abbiano massa nulla (come il fotone), mentre i messaggeri delle interazioni deboli sono delle particelle molto pesanti chiamati bosoni W (W+ e W–) e Z0, la cui scoperta valse il premio Nobel a Carlo Rubbia nel 1984.

Come giustificare questo fatto?
La via d’uscita si chiama rottura spontanea di simmetria.
Che cosa provoca questa rottura? Ecco che entra in scena il famoso bosone di Higgs. Alcune componenti del bosone di Higgs nel momento della rottura spontanea della simmetria vengono ingoiate da W e Z0 per fornire loro la massa mentre rimane una unica componente fisica quella che comunemente chiamiamo bosone di Higgs.

Ma l’origine profonda di questa asimmetria della natura rimane tuttora un mistero, ancora più cocente in quanto si pensa sia alla origine del fatto che l’universo, nato con uguali quantità di materia e antimateria, si sia evoluto in modo da non lasciare oggi alcuna traccia di antimateria.

Ora se non avete capito non fatevene una ragione – interviene a questo punto il mio cane – d’altra parte sono concetti difficili da digerire anche per i fisici teorici, l’importante che abbia capito il mio amico chiwawa presunto inventore della teoria della simmetria dell’universo e voi l’essenziale.

Supersimmetria.
I fisici sanno che le particelle scoperte non possono essere tutto quello che c’è.
La supersimmetria è una teoria che si applica tanto al MS (Modello Standard) quanto alla Teoria delle Stringhe.
La supersimmetria ipotizza che a ogni particella conosciuta corrisponde una superpartner nascosta. Questa teoria ha avuto grande successo tra i fisici, perché permette di risolvere molti problemi che nascono quando si tenta di allargare la nostra concezione della meccanica quantistica, inoltre potrebbe chiarire il mistero della materia oscura dell’universo.

La teoria supersimmetrica (o SUSY da SUper SYmmetry) sviluppata a partire dall’inizio degli anni ’70 è un tentativo di dare un assetto unificato e per così dire più ‘ordinato’ al cosiddetto Modello Standard delle particelle elementari, risolvendo anche alcuni delle questioni insolute nelle teorie attuali.

In particolare SUSY ipotizza l’esistenza di una simmetria tra le due principali classi di particelle elementari conosciute: bosoni (mediatori) e fermioni (quark, elettroni, neutrini). E’ attraverso i bosoni che si esprimono le forze fondamentali della Natura, mentre i fermioni costituiscono i mattoni ultimi e fondamentali della materia. Le teorie supersimmetriche affermano che per ogni particella-forza (bosone) esiste in natura una corrispondente particella materia (fermione) e viceversa e predicono quindi l’esistenza di molte nuove particelle e fenomeni, che fino ad oggi però nessuno ha mai osservato. E i fisici teorici, per quanto innamorati di una teoria ‘così semplice ed elegante da dover essere vera’, cominciano a temere di dovervi rinunciare.

particelle

In breve, ogni particella subatomica nota formata da (E) elettroni, (P) protoni, (G) gravitoni, dovrebbe essere accompagnata da una corrispondente particella più pesante, detta (“S”) particella che però nessuno ha mai visto.
Poiché la teoria delle stringhe ipotizza che le S particelle esistono, bisogna trovarle e la loro scoperta sarebbe una scoperta colossale. Planetaria.
Ma anche se le particelle della super simmetria esistono sono probabilmente pesantissime al punto di non essere rilevate dagli odierni acceleratori.

Se nella prossima serie non ci sarà alcuna prova sperimentale, la teoria della supersimmetria sarà nei guai. La difficoltà di trovare le superpartner fa temere una crisi per i teorici, e potrebbe obbligarli a mettere in dubbio le ipotesi su cui il loro lavoro si è basato per decenni.

Il chiwawa è stato istruito.

In conclusione.
Se tutte le simmetrie fossero rispettate rigidamente, se la preziosa simmetria di gauge (locale), in particolare, non fosse “rotta” il mondo sarebbe tremendamente noioso e noi non saremmo qui a osservarlo. Il mondo che conosciamo, la sua varietà e la sua bellezza, il suo inafferrabile mistero, emergono proprio dal dialogo incessante tra simmetria e sua negazione.

(La rivista Asimmetrie n.11 dell’Infn è stata l’ispiratrice principale di questo articolo, alla quale si rimanda per tutti gli approfondimenti)

Pubblicato in Astrofisica, Fisica | Contrassegnato , | 5 commenti

L’uovo vegano

Diciamolo subito per fugare ogni fraintendimento. Non esistono uova vegane.
Allora perché questo post?
Aspettate e vedrete, c’è una cosa che ha a che fare con le galline che ve la devo per forza raccontate.

gallinaL’uovo è un alimento naturale di cui ci si può cibare direttamente o come ingrediente presente in numerosi piatti delle cucine di tutto il mondo.
Il più utilizzato è l’uovo di gallina, ma si consumano anche le uova di altri volatili: quaglia, anatra, oca, struzzo, eccetera.
Forniscono una grande quantità di proteine complete di alta qualità, che contengono tutti gli amminoacidi essenziali per gli esseri umani, e forniscono quantità significative di parecchie vitamine e minerali, compresa la vitamina A, riboflavina, acido folico, vitamina B6, vitamina B12, colina, ferro, calcio, fosforo e potassio. Sono inoltre uno degli alimenti singoli meno costosi contenenti proteine complete.

Bene, detto questo (anche troppo) sappiamo che i vegani non mangiano uova.
Apparentemente il motivo non dovrebbe essere quindi di origine alimentare o salutista perchè le uova sono un prodotto assolutamente naturale.
Molti non le mangiano per il suo contenuto di colesterolo. Ma è una debole scusa. In alcune nazione se ne cibano in abbondanza senza problemi, anche ogni mattina a colazione. Le hanno mangiate i nostri antenati, e non per questo cadevano stecchiti per terra come se mangiassero funghi avvelenati.

Sappiamo invece che si diventa vegano non tanto per motivi di dieta piuttosto dalla scelta di non mangiare carne per motivi  “missionari”. Si pensa infatti che ci sia una stretta connessione tra animalisti e vegani.
Le ragioni per questa scelta possono variare da una persona all’altra, ma alla base vi è la stessa motivazione: la volontà di non vedere uccidere gli animali, non farli soffrire, perchè esseri sensibili, che come noi possono provare sentimenti, sensazioni, emozioni. Poi se fa dimagrire, tanto meglio. Si prendono due piccioni con una fava.

Ok, nobili sentimenti, Ma cosa cavolo c’entrano le uova, vi state domandando?
Me lo sono chiesto anch’io.

Le uova, infatti, non vengono estratte uccidendo le galline, nè si comprendono le ragione di privarsi del latte dal momento che non si uccidono le mucche. Per raccogliere il miele non si uccidono le api.
Eppure i vegani rifiutano le uova, il latte, il miele e rifiutano tutto quello che ha pertinenza diretta o indiretta con gli animali. Anche l’abbigliamento di origine animale, lana, seta, pelli, pellicce, scarpe, borse. I più intransigenti sfociano nel fanatisco rifiutando di accoppiarsi con patners che mangiano carne.
Ovviamente ci sono i vegani fai da te, che non rispettono le regole per motivi di pura convenienza personale, ma costoro sono per lo più vegetariani, vegani di secondo livello. Poi ci sono i crudisti, una categoria a parte, che si sentono più vicini alle capre.
Insomma è un pluralità confusa e variopinta di più scelte: animalista, alimentare, salutista, etica, moda.

Qualcuno potrebbe dire chi se ne frega,  sono fatti loro.
Ebbene no, sono anche fatti di tutti noi quando rompono le scatole, specie quando infestano il web per diffondere il loro credo. Si sentono investite dalla missione di convincere il mondo intero a non mangiare carne. Spesso lo fanno offendendo e con molta cattiveria.
E’ bello essere vegan – dicono – E se lo sono io, lo possono essere tutti. Se non lo siete, siete degli incivili, non amate gli animali, non amate il mondo (non ho mai capito cosa c’entri il mondo). Sono coglioni chi mangia carne perchè si riempiono lo stomaco di cadaveri, ecc. ecc.

Pazienza – direte ancora voi – (e ce ne vuole tanta).
Ma, attenzione, perchè è arrivato il momento clù di questo post. Leggete quello che ho trovato sul web, oltrepassa ogni limite.

“Immagina il dolore quando le uova le escono fuori”.

Avete letto bene, qualcuno non mangia uova perché fare le uova procura dolore alle galline proprio lì, a quella loro parte posteriore.
E siccome queste persone sono di animo nobile e sensibile non le mangiano.

E il mio pensiero va alle donne quando partoriscono. Lì, sì che provano dolore, ma nessuna donna (anche vegana) rinuncia ad avere figli per questo.

Conclusione: non si finisce mai di meravigliarsi come le adesioni a certe alienazioni mentali partoriscano stupidaggini del genere.
Forse, chi lo sa, questa convinzione di non mangiare le uova deriva dall’essere stata gallina in altra vita e di avere ancora  affinità di cervello con esse. Questo resterà un mistero. Che la fisica difficilmente saprà risolvere.


 

Pubblicato in Attualità, Bufale | Contrassegnato , , | 52 commenti