IL RISVEGLIO DEL CADUCEO DORMIENTE: la vera genesi dell'Homo sapiens

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VIDEO SINOSSI DELL'UOMO KOSMICO

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LA NUOVA CONOSCENZA

martedì 11 agosto 2020

LE SCONOSCIUTE "FORME" DELL'ACQUA

Studio scopre l'esistenza di due diverse forme di acqua.




Roma, 17 lug. (askanews) - Un nuovo studio numerico, risultato di una collaborazione tra la Sapienza Università di Roma e la Princeton University, ha dimostrato per la prima volta l'esistenza di due diverse forme di acqua, ovvero di due distinte fasi liquide che a bassissime temperature si separano, galleggiando l'una sull'altra. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Science, apre nuove strade alla comprensione dei misteri legati al liquido della vita.

Ogni liquido assume la forma del contenitore che lo accoglie. Sappiamo che è così perché riusciamo a osservarlo direttamente con i nostri occhi. Eppure questa affermazione vale solo a livello macroscopico. A livello molecolare infatti ogni liquido ha una forma propria determinata dalla posizione spaziale in cui si dispongono le molecole che lo compongono.

L'acqua, il liquido della vita, potrebbe invece essere differente e avere, non una, ma bensì due forme molecolari diverse: una forma in cui localmente ogni molecola è circondata da quattro altre molecole disposte con una geometria tetraedrica (ordinata) e con le quali forma dei legami particolarmente intensi (i legami idrogeno), e una in cui la struttura tetraedrica invece è significativamente distorta, ovvero una configurazione più disordinata, in cui alcune molecole formano solo tre o cinque legami idrogeno.

La competizione tra queste due strutture spiegherebbe le anomalie dell'elemento più prezioso e abbondante della Terra: l'acqua infatti ha un comportamento che differisce da quello di tutti gli altri liquidi esistenti in natura. Per esempio come solido ha una densità inferiore che come liquido (si spiega così il galleggiamento del ghiaccio), ha un calore specifico molto alto (è in assoluto il liquido che impiega più tempo per riscaldarsi), ha una tensione superficiale elevata (le gocce d'acqua rimangono integre su molte superfici, come sulle foglie delle piante, e non si espandono come gli altri liquidi).

Nonostante i molteplici lavori, teorici e sperimentali condotti negli ultimi venti anni, non sono state prodotte prove definitive del ruolo giocato da queste due strutture all'interno dell'acqua.
Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science fornisce una prova inequivocabile, basata sui più accurati modelli oggi disponibili, che l'unicità dell'acqua dipenda proprio dalla non univocità della sua forma. Il lavoro, frutto della collaborazione scientifica fra Francesco Sciortino del Dipartimento di Fisica della Sapienza di Roma e il team di Pablo Debenedetti della Princeton University (USA), ha dimostrato per la prima volta che a temperature bassissime la "competizione" tra le due strutture genera due fasi liquide ben distinte, con diversa densità e che il passaggio tra le due "acque" costituisce una vera e propria transizione di fase, esattamente come avviene, ad esempio, da una fase solida a una gassosa.

In particolare, i ricercatori hanno visto che al di sotto della temperatura di circa -180 gradi Kelvin, l'equivalente di -90 gradi Celsius, dove l'acqua è metastabile rispetto al ghiaccio, la densità del liquido comincia a oscillare fra due valori: liquido a bassa densità e liquido ad alta densità.
"Come il ghiaccio che galleggia sull'acqua - spiega Francesco Sciortino - sotto i 180 gradi Kelvin, l'acqua di bassa densità galleggia sopra l'acqua di alta densità. Abbiamo dimostrato, con modelli alquanto accurati, un punto critico per la transizione liquido-liquido: la prova teorica che serviva per convincere la comunità scientifica che è possibile avere un sistema puro (una sola componente) con più di una fase liquida".

Per raggiungere questi risultati sono state necessarie simulazioni estremamente lunghe di sistemi particolarmente grandi, un vero tour-de-force numerico che ha richiesto una enorme quantità di risorse di calcolo, sia a Roma che a Princeton. Gli autori infatti hanno risolto le equazioni del moto che descrivono l'evoluzione del liquido per ben 100 miliardi di volte di seguito coprendo così un intervallo temporale di circa 100 microsecondi, per osservare la transizione tra i due liquidi che avviene sulla scala di decine di microsecondi, prima che l'acqua cristallizzi.

"Grazie a questo lavoro - conclude Sciortino - disponiamo di un modello e di dati numerici accurati che ci consentiranno in futuro di osservare la struttura molecolare su scala subnanometrica, per dimostrare sperimentalmente questa transizione di fase e per scartare scenari termodinamici rivelatisi inadeguati a coglierne l'esistenza".

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giovedì 6 agosto 2020

PICCOLI PASSI VERSO LA COMPRENSIONE DEL "MACRO ENTAGLEMENT" (?)

Effetti quantistici su scala umana.



Utilizzando l'interferometro LIGO, un gruppo di ricercatori del MIT ha creato le condizioni opportune per misurare effetti quantistici su oggetti macroscopici.

Per la prima volta, un team guidato da ricercatori del MIT LIGO Laboratory (Laboratorio del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observer del MIT), ha misurato gli effetti di fluttuazioni quantistiche su oggetti nella scala delle dimensioni umane, rompendo il confine tra l’incertezza casuale del mondo quantistico, dove le particelle vanno e vengono, e la certezza ordinaria del mondo classico, quello in cui gli esseri umani vivono, osservano e misurano.
In un articolo pubblicato su Nature, i ricercatori del MIT hanno riportato di aver osservato che fluttuazioni quantistiche, per quanto piccole, possono colpire un oggetto delle stesse dimensioni degli specchi dell’Osservatorio LIGO (dotati di una massa di circa 40 chilogrammi), determinando un loro spostamento di qualche grado, misurabile dal team, definendo l’universo come un circuito auto-eccitato – un sistema la cui esistenza e la cui storia sono determinate dalle misurazioni.


I rilevatori del LIGO confermano le previsioni della teoria quantistica:


Si scopre quindi che il rumore quantistico dei rilevatori del LIGO è sufficiente a determinare lo spostamento dei grandi specchi di 10^-20 metri – uno spostamento che già la meccanica quantistica aveva previsto per oggetti di queste dimensioni, ma che finora non era mai stato misurato.
Lee McCuller, un ricercatore del Kavli Institute for Astrophysical and Space Research del MIT, afferma che le dimensioni di un atomo di idrogeno sono di 10^-10 metri, quindi questo spostamento degli specchi è per l’idrogeno ciò che l’idrogeno è per gli osservatori.
I ricercatori hanno utilizzato uno speciale strumento progettato da loro stessi, chiamato spremitore quantistico (quantum squeezer), per manipolare il rumore quantistico del rilevatore e ridurre i suoi colpi sugli specchi; tale dispositivo ha permesso di migliorare la sensibilità del LIGO nel rilevare le onde gravitazionali.
L’aspetto più sensazionale di questo esperimento è che si sono potuti vedere, per la prima volta, degli effetti quantistici su scala umana. Questo significa che noi tutti, in ogni microsecondo della nostra esistenza, siamo colpiti da queste fluttuazioni quantistiche. Il problema di fondo è che la nostra esistenza, la nostra energia termica, hanno delle dimensioni troppo ampie perché queste fluttuazioni del vuoto quantistico possano influire in maniera rilevabile sui nostri movimenti. Il lavoro che è stato fatto sugli specchi di LIGO è stato quello di isolarli dal moto generato dall’energia termica e da altre forze, in modo renderli sufficientemente statici da poter essere colpiti da fluttuazioni quantistiche.
L’osservatorio LIGO è stato progettato per rilevare le onde gravitazionali che arrivano sulla Terra da sorgenti cataclismiche, distanti da milioni a miliardi di anni luce. È costituito da due rilevatori, uno a Hanford (Washington) e l’altro a Livingstone (Louisiana). Ognuno dei due rilevatori è un interferometro a forma di L costituito da due tunnel lunghi 4 chilometri, all’estremità dei quali è posizionato uno specchio di 40 chilogrammi.
Per rilevare un’onda gravitazionale, un laser posto all’ingresso dell’interferometro LIGO invia un fascio di luce all’interno di ognuno dei due tunnel del rilevatore, al termine del quale viene riflesso dallo specchio, per giungere nuovamente al suo punto di partenza. In assenza di onde gravitazionali, i due fasci laser dovrebbero ritornare al punto di partenza nello stesso preciso momento. Se durante il tragitto passa un’onda gravitazionale, essa andrà a disturbare leggermente la posizione degli specchi, e di conseguenza i tempi di arrivo dei fasci laser.

È stato fatto molto per proteggere gli interferometri dal rumore esterno, e questo permette ai rilevatori di individuare più facilmente anche piccoli disturbi creati da un’onda gravitazionale in arrivo.
Gli scienziati impegnati nel progetto LIGO si sono chiesti se il sistema potesse essere abbastanza sensibile da poter rilevare anche effetti più piccoli, come per esempio eventuali fluttuazioni quantistiche presenti all’interno dello stesso interferometro, con particolare riferimento al rumore quantistico generato tra i fotoni dei laser che viaggiano dentro il LIGO.
Questa fluttuazione quantistica nella luce del laser può causare una pressione di radiazione che effettivamente potrebbe colpire un oggetto. E in questo caso l’oggetto è proprio lo specchio di 40 kg, che è miliardi di volte più pesante di oggetti su nanoscala, nei confronti dei quali già altri gruppi avevano misurato simili effetti quantistici.
Per osservare se fosse stato possibile misurare il movimento dei pesanti specchi del LIGO, come risposta a queste deboli fluttuazioni quantistiche, i ricercatori hanno utilizzato uno strumento recentemente costruito come un dispositivo aggiuntivo agli interferometri, che hanno chiamato quantum squeezer. Con questo dispositivo, gli scienziati possono modulare le proprietà del rumore quantistico dentro l’interferometro LIGO.
Dapprima è stato misurato il rumore totale all’interno degli interferometri LIGO, compreso il rumore quantistico di fondo, così come il rumore classico, o quei disturbi generati dalle normali vibrazioni quotidiane. Quindi è stato attivato il dispositivo e stabilizzato in uno specifico stato in grado di alterare le proprietà del rumore quantistico. Successivamente, durante l’analisi dei dati, è stato sottratto il rumore classico in modo da poter studiare solo ed esclusivamente il rumore quantistico all’interno dell’interferometro. Poiché il rilevatore monitora costantemente lo spostamento degli specchi, successivo a ogni rumore entrante, i ricercatori sono riusciti a osservare che lo spostamento degli specchi, di circa 10^-20 metri, era stato determinato dal solo rumore quantistico.
Uno dei componenti del team di ricerca, Nergis Mavalvala, ha sottolineato che i risultati ottenuti sono perfettamente in linea con le previsioni della meccanica quantistica.
Volendo fare un passo avanti, i ricercatori si sono chiesti se avrebbero potuto manipolare il quantum squeezer per ridurre il rumore quantistico all’interno dell’interferometro. Questo spremitore è progettato in modo tale che quando viene configurato in un particolare stato, esso spreme alcune proprietà del rumore quantistico, in questo caso, la fase e l’ampiezza. Le fluttuazioni di fase possono essere considerate come derivanti dall’incertezza quantistica nel tempo di viaggio della luce, mentre le fluttuazioni di ampiezza danno i colpi quantistici alla superficie degli specchi.
Per esempio, quando lo spremitore è configurato in un certo stato, esso può spremere, o restringere l’incertezza nella fase, mentre simultaneamente può distendere, o incrementare l’incertezza nell’ampiezza. Spremere il rumore quantistico ad angolazioni diverse dovrebbe produrre dei rapporti differenti nel rumore di fase e di ampiezza all’interno dei rilevatori di LIGO.
Quindi, il passo successivo è stato quello di capire se, variando l’angolo di spremitura si sarebbero create delle correlazioni tra i laser del LIGO e i suoi specchi, tali da poter essere misurate. Per testare questa ipotesi, i ricercatori hanno configurato lo squeezer in 12 diverse angolazioni e, infatti, sono riusciti a misurare delle correlazioni tra le varie distribuzioni del rumore quantistico nel laser e il moto degli specchi.
Attraverso questa correlazione quantistica, i ricercatori sono riusciti a spremere il rumore quantistico, e quindi il risultante spostamento degli specchi, fino al 70% del suo livello normale. Per coincidenza, questa misura, si trova al di sotto di quello che è definito limite quantistico standard, il quale, nella meccanica quantistica, stabilisce che un dato numero di fotoni, o, nel caso del LIGO, un determinato livello di potenza laser, vada a generare un minimo di fluttuazioni quantistiche che, a loro volta, generano un colpo su ogni oggetto che incontrano nel loro cammino.

Utilizzando la luce spremuta per ridurre il rumore quantistico nelle osservazioni con il LIGO, il gruppo di ricerca ha effettuato una misurazione più precisa rispetto al limite quantistico standard, riducendo quel rumore in un modo tale da permettere al LIGO di rilevare sorgenti di onde gravitazionali più deboli e più distanti.

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sabato 1 agosto 2020

DOLLY, UNA PECORA CHE HA RIVOLUZIONATO LA SCIENZA




Una pecora da sola ha rivoluzionato la storia della genetica

Scozia, 5 luglio 1996.

Un team di ricercatori raggiunge un traguardo storico, destinato a rivoluzionare per sempre la tecnica della clonazione.

Scienza ed etica si scontrano con la nascita della pecora Dolly, primo mammifero clonato da cellule adulte.

24 anni fa, Sir Ian Wilmut e i colleghi del Roslin Institute, finanziati dalla società di biotecnologie PPL Therapeutics, diedero vita alla pecora più famosa del mondo e alle prime controversie sul complicato mondo della clonazione.

COME E’ NATA LA PECORA DOLLY?



La pecora Dolly aveva tecnicamente “tre madri”. La prima ha fornito il DNA, un’altra ha fornito l’ovulo e la terza era la surrogata. La cellula utilizzata per la clonazione di Dolly è stata presa da una ghiandola mammaria. Dolly ha iniziato la sua vita, come tutti gli altri animali clonati, in una provetta. Una volta che il normale sviluppo è stato confermato, l’embrione fu trasferito in una madre surrogata. Anche se in passato c’erano già state delle clonazioni da cellule embrionali, Dolly fu la prima riuscita di un mammifero adulto.

La pecora dei record è nata il 5 Luglio 1996 e fu chiamata Dolly in onore di Dolly Parton.
A differenza di molti animali clonati, che hanno spesso problemi neonatali alla nascita, Dolly era un normale agnello vigoroso ed era già in piedi senza aiuto in pochi minuti.

L’ANNUNCIO AL MONDO

L’esistenza di Dolly è stata annunciata al pubblico il 22 febbraio 1997. Ovviamente, guadagnò molta attenzione sui media. Fu trasmesso in tv uno spot con gli scienziati scozzesi che giocavano con le pecore e il TIME dedicò un intero speciale sulla pecora. La prestigiosa rivista Science celebrò la sua nascita come la svolta dell’anno. Questo perché, sebbene non fu il primo animale clonato, era il primo da una cellula adulta.
La nascita di Dolly è stata tenuta segreta fino a quando gli scienziati non prepararono la pubblicazione dei risultati. Una volta che questi furono rilasciati, l’impatto della scoperta divenne chiaro a tutti.

LA FAMIGLIA DI DOLLY



Nel tentativo di consentirle una vita più normale possibile, è stato deciso che Dolly avrebbe dovuto riprodursi. Fu scelto un piccolo ariete gallese di montagna come suo compagno, da cui ebbe con successo sei agnelli. Il loro primogenito, Bonny, è nato nella primavera del 1998. Seguirono i gemelli l’anno successivo e una tripletta l’anno dopo.

PERCHE’ CLONARE PECORE?

La pecora Dolly è stata creata presso il Roslin Institute come parte di una ricerca sulla produzione di farmaci dal latte degli animali da allevamento. I ricercatori sono riusciti a trasferire geni umani che producono proteine utili in pecore e mucche, in modo da poter realizzare, ad esempio, il fattore IX, fondamentale per la coagulazione del sangue e utile per il trattamento per trattare l’emofilia; oppure alfa-1-antitripsina per trattare la fibrosi cistica e altre malattie polmonari.

L’inserimento di questi geni negli animali è un processo difficile e laborioso. La clonazione permette ai ricercatori di farlo solo una volta e clonare l’animale transgenico risultante per costruire un allevamento di ibridi. Lo sviluppo della tecnologia di clonazione ha portato a nuovi modi per produrre farmaci e sta migliorando la nostra comprensione della genetica.

DA:


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lunedì 27 luglio 2020

LA "DIVISIONE" DEL TEMPO



C’è un limite oltre il quale è impossibile dividere il tempo.

Da:

Secondi, frazioni di secondo, istanti: quanto si può spezzettare il tempo, e fino a che punto possiamo spingerci? Domanda non banale, cui hanno provato a rispondere tre fisici della Pennsylvania State University, trovandosi di fronte a un limite massimo. Sono infatti arrivati alla conclusione che non si può spezzettare il tempo oltre i 10-33 secondi, una frazione del tutto impercettibile e pensabile solo con la meccanica quantistica. Per ottenere questa stima hanno utilizzato complessi modelli teorici che potrebbero servire per nuovi studi per combinare quantistica e relatività, due mondi che da sempre non comunicano. I risultati sono pubblicati su Physical Review Letters.

Il tentativo di quantizzare il tempo:

Secondo la teoria della relatività di Einstein il tempo è una linea continua che fluisce. E che scorre più lentamente o più velocemente a seconda delle condizioni della gravità e dell’accelerazione. Nella meccanica quantistica, invece, il tempo è descritto come qualcosa di universale, che non cambia a seconda delle condizioni esterne. E che scorre con un ritmo costante, come i fotogrammi di un film.
Le due visioni sono piuttosto differenti e nel volerle combinare i fisici si sono trovati per decenni di fronte a varie contraddizioni che le rendono incompatibili. Ma un’ipotesi già avanzata in precedenza sostiene che si potrebbe aggirare l’ostacolo se si provasse a pensare al tempo non come a qualcosa di continuo, ma come a qualcosa di discreto. Secondo questa ipotesi, infatti, il tempo non è pensato come un continuo ma come un insieme di punti, una successione discreta di istanti che passano, un po’ come se si dessero il cambio l’uno con l’altro. Insomma se si provasse a quantizzare non solo lo spazio-tempo di Einstein, ma anche il tempo da solo. In questo modo il tempo risulta suddiviso in pacchetti, piccole unità finite. Ma quanto possono essere brevi queste unità, al massimo? Questa è la domanda che si sono posti i tre fisici Garrett Wendel, Luis Martínez e Martin Bojowald.

Sistemi simili a orologi atomici per dividere il tempo:

I ricercatori hanno sviluppato un modello teorico complicato, basato su queste assunzioni. Semplificando, nel loro studio prendono ad esame un orologio universale – un oggetto quantistico che salta rapidissimamente da uno stato fisico a un altro – cercando di misurarne la velocità. In pratica a loro interessava capire quanto brevi possono essere i suoi ticchettii. Per farlo si sono serviti di altri sistemi quantistici (non strumenti fisici, ma teorici) simili ai precisissimi orologi atomici in grado di rilevare tempi infinitesimali. Un esperimento impensabile nella realtà e ipotizzabile soltanto in fisica teorica attraverso modelli.

Ecco il limite massimo del tempo più breve:

Risultato? Il limite massimo del più breve intervallo quantizzabile è 10-33 secondi (miliardesimi di un quadrilionesimo di secondo). Un periodo che è diversi ordini di grandezza più piccolo di ogni intervallo misurato nella realtà. Questo, spiegano gli autori, è il “limite superiore della quantizzazione del tempo“. La misura potrebbe essere utile anche per costruire la teoria della gravità quantistica. La gravità quantistica rientra in un campo della fisica teorica che mira a fornire una descrizione della gravità di Einstein coerente con i principi della meccanica quantistica. La ricerca potrebbe essere utile per provare a combinare il mondo macroscopico della relatività con quello subatomico della quantistica e renderli, magari, un po’ meno distanti.

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mercoledì 22 luglio 2020

TELETRASPORTO "MASSIVO"...CI STIAMO AVVICINANDO?




FINALMENTE ABBIAMO IL TELETRASPORTO PER PARTICELLE CON UNA MASSA (?)

Il teletrasporto tra fotoni non è una novità da molto tempo, ma quando si parla di particelle massive diventa tutto più complicato. Grazie alle strane regole dell'entanglement quantistico, i fisici credono di aver trovato un metodo per teletrasportare informazioni tra due elettroni distanti tra loro. Il teletrasporto di informazioni non è soltanto il primo passo per arrivare al teletrasporto vero e proprio, ma ha importanti applicazioni nello sviluppo dell'informatica quantistica e nella criptazione di dati. Lo sviluppo del teletrasporto tra elettroni può permettere di costruire dei computer quantistici con un'architettura più simile a quella attuale. "Abbiamo ottenuto le prove di uno scambio tramite entanglement, nel quale abbiamo creato un “legame (intreccio)” tra due elettroni e abbiamo teletrasportato informazioni a grande distanza istantaneamente, una tecnica potenzialmente utile per i computer quantistici," spiega John Nichol dell'Università di Rochester, New York.

Teletrasporto è una parola che fa parte del gergo della fisica e serve a spiegare un concetto molto semplice. Quando compri un paio di scarpe, anche se le separi sai sempre tutte le caratteristiche di entrambe anche se non puoi osservarle direttamente. In un certo senso le scarpe sono "entangled".


Le cose diventano strane se immaginate che la vostra scarpa possa essere sia destra che sinistra contemporaneamente, almeno finché non la osservate. Quando la guardi, istantaneamente assume uno dei due stati e la scarpa lontana diventa destra o sinistra in accordo con la prima. Questo è il meccanismo dietro all'idea di teletrasporto in fisica. La logica computazionale utilizza un linguaggio binario, gli stati sono descritti da sequenze di 0 e 1. I computer quantistici utilizzano i qubits, che possono assumere entrambi gli stati contemporaneamente, fornendo delle possibilità che l'attuale tecnologia non può raggiungere. Utilizzare i fotoni per teletrasportare informazioni è molto facile e intuitivo, possono essere separati molto velocemente dopo che sono stati legati, ed è possibile farlo anche all'interno di un chip. Separare delle particelle massive è molto più difficile perché nel trasporto si potrebbe perdere la purezza matematica del loro stato quantistico, ed avere delle interferenze. "I singoli elettroni sono dei qubit molto promettenti perché interagiscono molto facilmente tra di loro, creare delle connessioni a lunga distanza è essenziale per l'informatica quantistica," afferma Nichol. Per creare questo teletrasporto, gli scienziati hanno sfruttato alcune leggi fondamentali della fisica subatomica. Quando due elettroni condividono lo stesso stato, devono necessariamente avere uno spin opposto. I ricercatori avevano precedentemente mostrato come questa proprietà può essere manipolata senza agire direttamente sugli elettroni, presentandosi come un metodo per il teletrasporto. Gli scienziati sono riusciti ad effettuare uno scambio di spin tra una coppia di elettroni senza che essi abbiano interagito prima. C'è ancora molto lavoro da fare per sostituire i fotoni con gli elettroni, in quanto quest'ultimi sono oggetti molto difficili da controllare. Ma avere delle prove convincenti del teletrasporto tra elettroni è un passo in avanti incoraggiante.

Da:

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venerdì 17 luglio 2020

L'INUTILE "UTILITA' " DEI COLLISORI DI PARTICELLE



Perché non dovremmo più costruire grandi collisori di particelle:

Sabine Hossenfelder, fisico e ricercatore presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte, spiega perché oggi potrebbe non avere senso progettare e costruire nuovi collisori sempre più grandi e potenti e, ovviamente, sempre più costosi, sia da costruire che da gestire.

Da:

Il Cern sta potenziando il super collisore LHC (Large Hadron Collider) per realizzare una ‘fabbrica‘ di bosoni di Higgs, con cui tracciare un identikit molto preciso della particella scoperta nel 2012.
Parallelamente a questa scelta il Cern prenderà in considerazione la realizzazione di un nuovo super collisore che raccoglierà la pesante eredita di LHC. Queste sono le indicazioni comparse in un documento che vuole rivedere la strategia europea nel campo della fisica delle particelle, presentato nel corso di una sessione online dal Consiglio del Cern insieme alla direttrice generale, Fabiola Gianotti.


“È una strategia ambiziosa, che delinea un futuro molto promettente per l’Europa e per il Cern con un approccio attento e graduale“, ha dichiarato la Gianotti. “Continueremo a investire in forti programmi di cooperazione tra il Cern e gli altri istituti di ricerca negli Stati membri del Cern, e non solo. Queste collaborazioni sono fondamentali per un progresso scientifico e tecnologico sostenuto e condiviso, e producono inoltre grandi vantaggi per la società“ (?)

Tuttavia non tutti sono d’accordo, come Sabine Hossenfelder, fisico e ricercatore presso l’Istituto di studi avanzati di Francoforte. Attualmente al lavoro sulla materia oscura e sui fondamenti della meccanica quantistica, esprime le sue perplessità in un articolo pubblicato su scientificamerican.com.

Il CERN ha deciso di voler proseguire nelle ricerche gettando le basi per la realizzazione del Future Circular Collider (FCC), che sarà ospitato in un tunnel anulare di 100 chilometri. Questa macchina potrebbe raggiungere energie di 100 tera-elettron-volt, circa sei volte l’energia sviluppata oggi nel Large Hadron Collider (LHC). Raggiungendo queste energie, la nuova macchina consentirebbe di guardare in maniera più intima la struttura della materia offrendo la possibilità di nuove scoperte.

Nonostante gli annunci del Cern che definiscono “prioritario” il compimento del primo passo verso la realizzazione di FCC, cioè trovare un sito adatto dove scavare il tunnel, non è chiaro se il progetto verrà alla luce. Il futuro collisore, se verrà realizzato, impiegherà particelle come elettroni e positroni in luogo dei protoni utilizzati da Lhc.

Il primo passo andrà nella direzione della “fabbrica di Higgs“. Il bosone di Higgs, scoperto al CERN nel 2012, era l’ultima particella mancante nel modello standard della fisica delle particelle. FCC, se vedrà effettivamente la luce, avrà il compito di misurare le proprietà del bosone di Higgs e le proprietà di alcune particelle precedentemente scoperte, in modo più completo. Se il piano verrà portato a termine costerà decine di miliardi di dollari. Non si conoscono con precisione i costi da sostenere in quanto le stime di budget presentate dal CERN non includono i costi operativi. Considerando i costi di gestione del Large Hadron Collider, i costi per il nuovo collider sarebbero probabilmente pari a almeno 1 miliardo di dollari all’anno.

Costi enormi in quanto i collisori sono oggi gli esperimenti di fisica più costosi mai realizzati. Il loro prezzo è superiore a quello dei futuri telescopi spaziali che vedremo all’opera tra qualche anno. Il motivo principale per cui il costo è così alto è che, fin dagli anni ’90, ci sono stati solo miglioramenti incrementali nella tecnologia del collider. Di conseguenza, l’unico modo per raggiungere energie più elevate oggi è costruire macchine di maggiori dimensioni. È la semplice dimensione fisica, i lunghi tunnel, il grande numero di magneti e tutte le persone necessarie per farlo funzionare, a rendere questi dispositivi enormemente costosi.

Sabine Hossenfelder ha sottolineato l’aumento dei costi di queste macchine che però ne ha visto un ridimensionamento della rilevanza. Quando i fisici ha iniziato a costruire collisori negli anni ’40, non erano in possesso di un inventario completo delle particelle elementari e ne erano coscienti. Nuove misurazioni hanno portato a nuovi misteri che hanno portato alla costruzione di collider sempre più grandi fino a quando, nel 2012, il quadro non è stato completato.
Il modello standard ha ancora alcuni punti da chiarire, ma testarli sperimentalmente richiederebbe energie almeno dieci miliardi di volte superiori a quelle che anche FCC potrebbe testare. Il caso scientifico, secondo la Hossenfelder, per un prossimo collisore è quindi attualmente scarso. Tuttavia non si può escludere che un prossimo grande collisore faccia una scoperta rivoluzionaria. Alcuni fisici sperano, ad esempio, che possa offrire indizi sulla natura della materia oscura o dell’energia oscura.

Queste sono le speranze, ma non sembra esserci, alcun motivo per cui le particelle che compongono la materia oscura o l’energia oscura debbano apparire nella gamma di energia del nuovo dispositivo. E questo presuppone che siano particelle, per le quali oggi non ci sono prove.
Anche se fossero particelle, inoltre, le collisioni altamente energetiche potrebbero non essere il modo migliore per cercarle. Le particelle che interagiscono debolmente con piccole masse, per esempio, non sono qualcosa che si cerca nei grandi collisori. Esistono, spiega la Hossenfelder, tipi completamente diversi di esperimenti che potrebbero portare a scoperte a costi molto più contenuti, come misurazioni di alta precisione a basse energie o aumento delle masse di oggetti negli stati quantistici. Andare alle energie più elevate non è l’unico modo per fare progressi nella fisica; è solo il modo più costoso.

In questa situazione, i fisici delle particelle dovrebbero concentrarsi sullo sviluppo di nuove tecnologie che potrebbero riportare i collettori in una fascia di prezzo ragionevole invece di scavare altre gallerie. La tecnologia più promettente in vista è un nuovo tipo di accelerazione detta del “campo di scia” che potrebbe ridurre drasticamente la distanza necessaria per accelerare le particelle e di conseguenza ridurre le dimensioni delle macchine. Un’altra tecnologia rivoluzionaria sarebbe costituita dai superconduttori a temperatura ambiente che potrebbero rendere i potenti magneti su cui i collider si affidano più efficienti ed economici.

Esaminare queste nuove tecnologie dovrebbe essere una delle priorità del CERN. Ma come rivela l’aggiornamento della strategia, i fisici delle particelle non hanno preso in considerazione la nuova realtà. La costruzione di grandi collisori di particelle ha fatto il suo corso. Oggi ha uno scarso ritorno sugli investimenti scientifici e allo stesso tempo quasi nessuna rilevanza per la società. I grandi progetti scientifici tendono generalmente a favorire l’educazione e le infrastrutture, ma questo non è specifico per i collettori di particelle. E se quegli effetti collaterali sono ciò a cui siamo veramente interessati, allora dovremmo almeno investire i nostri soldi nella ricerca scientifica con rilevanza per la società, scrive la Hossenfelder.

Perché, ad esempio, non abbiamo ancora un centro internazionale per le previsioni climatiche che secondo, le stime attuali, costerebbe “solo” $ 1 miliardo distribuito su 10 anni? Sono noccioline rispetto a ciò che la fisica delle particelle spende, ma molto più importante. O perché, forse ti starai chiedendo visto cosa successo di recente, non abbiamo un centro per la modellistica epidemica?
È perché troppi finanziamenti scientifici sono erogati sulla base dell’inerzia. Nel secolo scorso, la fisica delle particelle si è trasformata in una grande comunità molto influente e ben collegata. Continueranno a costruire collettori di particelle più grandi il più a lungo possibile, semplicemente perché è quello che fanno i fisici delle particelle, che abbia un senso o meno. È giunto il momento che la società adotti un approccio più illuminato per finanziare grandi progetti scientifici piuttosto che continuare a dare soldi a coloro a cui hanno dato soldi finora. Abbiamo problemi più grandi che misurare la cifra successiva sulla massa del bosone di Higgs, conclude la Hossenfelder.

L’articolo della Hossenfelder espone critiche sostanziali all’approccio del Cern e non ci resta che attendere cosa ne pensano i diretti interessati.

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