Sulle pagine di Topolino (un'altra volta!)

Questo è uno di quei casi in cui non sai mai dove scrivere qualcosa, soprattutto se hai un po' (tanti) blog a disposizione. In effetti quello più indicato sarebbe Il Caffè del Cappellaio Matto, ma in fondo questo è il mio blog principale quindi è anche giusto usarlo per queste comunicazioni: sono finito nell'editoriale di Topolino #3627 del direttore Alex Bertani!
Il motivo è molto semplice: ho scritto l'introduzione e un glossario di appoggio per il volume che ristampa Il fattore gamma, storia di Alessandro Pastrovicchio ricca di diversi spunti scientifici. D'altra parte, come Alessandro stesso mi ha raccontato nell'intervista che mi ha concesso per EduINAF, è un appassionato di scienza e in particolare di astrofisica:

Per Gamma, ovviamente, il discorso è stato completamente diverso in quanto volevo che la storia poggiasse su basi scientifiche reali. Il tutto parte dalla mia passione per l'astrofisica, il libro che mi ha dato una spinta in questo senso è stato sicuramente Viaggiare nello spazio tempo del premio Nobel Kip Thorne che seguivo dalla scoperta delle onde gravitazionali.

Appena avrò acquistato il volume (già disponibile sullo store Panini) inizierò a pensare a un eventuale video per raccontare la faccenda (ma non temete: ci sarà anche un post abbinato in cui la racconterò con la parola scritta!), nel frattempo c'è da pensare anche alla nuova saga di Alessandro, perché proprio sul #3627 inizia L'effetto Omega, e anche in questo caso il titolo è legato a una costante (forse) della cosmologia.
Devo dire che è stato proprio per via di questa storia e del volerla leggere per capire come impostare il video a essa dedicata che, per poco, non mi sono perso la citazione nell'editoriale di Bertani, e devo ringraziare l'amico Amdrea Bramini che mi ha riportato all'ordine!
Concludo con i link alla serie di tre post con video all'interno dedicati a Il fattore gamma:

Topolino #3523: Topicamente | Topolino #3524: Un tunnel spaziotemporale | Topolino #3525: Un tesseratto per domarlo

Ritratti: Robert Oppenheimer

La Bhagavadgītā è un testo sacro dell'induismo. Al verso 32 si trova una frase ormai diventata famosa fin dal 1945:

Sono diventato Morte, il distruttore di mondi.

Secondo la leggenda Robert Oppenheimer citò questo passo subito dopo il Trinity Test, cosa ovviamente mai verificata. Ciò che è certo è che pronuncio questa frase nel 1965 all'interno di un documentario che ricordava i fatti avvenuti 20 anni prima:

Sapevamo che il mondo non sarebbe mai più stato lo stesso. Qualcuno scoppiò a ridere, un paio si misero a piangere, ma la maggior parte di noi rimase in silenzio. Fu allora che mi tornò in mente quella frase del Bhagavad Gita, il testo sacro indù, nella quale Vishnu cerca di ricordare al Principe i suoi doveri. Per convincerlo, il dio assume la sua forma con quattro braccia ed esclama "Ora sono diventato Morte, il distruttore di mondi". Bene o male, credo che allora lo pensassimo tutti.

Se la citazione e il discorso in cui è inserita rappresentano in qualche modo il dramma interiore di Oppenheimer, la scelta di quella citazione, però, è anche indice di una profonda consapevolezza sulle proprie responsabilità, cosa ben chiara in un passaggio presente in un articolo scritto dal fisico per Newsweek nello stesso anno:

A dirla tutta, senza ricorrere alla volgarità, né scadere nella risata o cedere all'esagerazione, i fisici hanno scoperto il peccato e nulla potrà mai riportarli alla beata ignoranza di prima.

Margherita Hack: Astronomia, astrofisica e astrologia

Ho iniziato la pubblicazione delle video letture di passi tratti da Vi racconto l'astronomia. Questo è il primo, tratto dal primo capitolo, in cui Margherita Hack racconta al lettore cosa sono l'astronomia, l'astrofisica e l'astrologia. Ovviamente pessimo il parere sull'astrologia, cosa di cui dovremmo sempre ricordarci:

Wikiritratti: Hans Bethe

Il badge di Hans Bethe
presso i laboratori di Los Alamos

Nonostante sia a tutti gli effetti un fisico nucleare, Hans Bethe vinse il Premio Nobel per la fisica nel 1967 per i suoi contributi all'astrofisica. D'altra parte se consideriamo quale suo lavoro venne premiato, la cosa assume anche un altro aspetto: la nucleosintesi. D'altra parte Bethe è cofirmatario, pur non essendo coautore, di uno degli articoli fondamentali del campo, The origin of chemical elements, lavoro in realtà sviluppato da George Gamow e dal suo dottorando Ralph Alpher (il famoso articolo alpha-beta-gamma).
Bethe, in effetti, nacque a Strasburgo il 2 luglio del 1906. All'epoca la cittadina francese faceva parte del territorio tedesco. Nato da madre ebrea, Anna Kuhn, e da padre protestante, Albrecht Bethe, pur essendo cresciuto con il credo paterno divenne successivamente ateo. Dopo lo spostamento della famiglia nel 1915 a Francoforte a causa del nuovo ruolo del padre, direttore del dipartimento di fisiologia della locale università, si ammalò di tubercolosi. La cosa provocò l'interruzione degli studi, che riprese solo nel 1917.
Nel 1924 entrò nell'università di Francoforte scegliendo la chimica come materia di studio: la fisica non era molto forte in quella città, mentre l'approccio matematico di Carl Ludwig Siegel e Otto Szász non era di suo gradimento. Il problema di Bethe, però, era quello di essere un pessimo sperimentatore, così su consiglio del fisico Karl Meissner (nel frattempo il ragazzo era passato a fisica) nel 1926 entrò all'università di Monaco, che presentava una scuola di fisica teorica molto più solida e avanzata rispetto a Francoforte. D'altra parte a Monaco si trovavano fisici del calibro di Arnold Sommerfeld, che seguì Bethe nel suo corso di studi, e Wolfgang Pauli.

L'ipotesi dei grandi numeri

L'ipotesi dei grandi numeri asserisce che tutti i grandi numeri adimensionali che sono presenti in natura sono connessi con l'epoca attuale, espressi in unità atomiche, e quindi variano nel tempo. Essa richiede che la costante di gravitazione $G$ sia variabile e che ci sia anche una continua creazione di materia. Il coerente seguito dell'ipotesi conduce alla possibilità di soli due modelli cosmologici. Uno di questi, che si verifica se si assume che la creazione continua sia una moltiplicazione della materia esistente, è l'universo cilindrico chiuso di Einstein. L'altro, che si verifica se si assume che la creazione continua avvenga in modo uniforme in tutto lo spazio, coinvolge uno spazio di Minkowski approssimativamente piatto con un punto d'origine dove si è verificato il Big Bang.

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Dirac, P. A. M. (1974). Cosmological models and the large numbers hypothesis. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences, 338(1615), 439-446. doi:10.1098/rspa.1974.0095

Astrofisica #pertecherestiacasa: Un flyby per Bepi-Colombo

Secondo articoletto della serie delle newsletter di Edu INAF. Rispetto al testo che abbiamo mandato in giro, in questa occasione mi permetto di fare qualche modifica e variazione (e qualche aggiunta), ma nulla di fondamentalmente differente.

Scuola on-line

Una raccolta di video, incontri, pillole (scegliete la durata che si adatta di più alle vostre necessità!) da usare nel corso di videolezioni o per soddisfare la vostra curiosità: Scuolaonline si arricchisce quotidianamente di nuovi contenuti (all'incirca due al giorno, per il momento).
Vi, inoltre, di dare un'occhiata alle risorse didattiche di EduINAF, senza dimenticare astro EDU, che invece ​è una rivista dedicata alla pubblicazione di attività didattiche certificate​​.

Risorse INAF su INDIRE

L'INAF contribuisce, insieme a tutti gli enti pubblici di ricerca italiani, all'iniziativa dell'Istituto Nazionale di Documentazione Innovazione e Ricerca Educativa (INDIRE) nata per mettere a disposizione di docenti, studenti e famiglie risorse e materiali su tutti i temi legati alla ricerca scientifica.
Tutto il materiale, tra cui le risorse dell'INAF, è disponibile in una pagina apposita sul portale INDIRE dotata dei filtri per selezionare le attività di vostro maggior interesse.

Flyby di Bepi-Colombo

La missione Bepi-Colombo, lanciata il 20 ottobre 2018, si avvicinerà alla Terra venerdì 10 aprile alle 6:25 di mattina, per effettuare il primo dei nove voli ravvicinati (o flyby, in inglese) che le consentirà di rallentare leggermente la sua corsa cambiando traiettoria e puntando verso Mercurio, dove dovrebbe arrivare nel dicembre 2025. Eccovi alcuni riferimenti:

• Pagina ESA dedicata all'evento
• Pagina del team scientifico per calcolare la visibilità in cielo

Dall'Italia vedere la sonda non sarà facile perché sarà piuttosto bassa sull'orizzonte e non particolarmente brillante, però se ci riusciste (con un telescopio), potrete caricare le vostre foto sulla pagina Europlanet dell'evento.
Sarà presto disponibile su Edu INAF uno speciale sull'evento. Stay tuned!

E-book gratuito Nello spazio con Samantha

Il libro scritto dall'astronauta Samantha Cristoforetti e da Stefano Sandrelli dell'INAF, edito da Feltrinelli, è stato reso disponibile dall'editore gratuitamente online per questo periodo di quarantena al seguente link: Un racconto semplice e coinvolgente della straordinaria esperienza di vivere a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

L'astronomo risponde

Vi ricordiamo che è sempre attiva la rubrica L'astronomo risponde per inviare le vostre domande (proprio quelle che "non avreste mai osato fare"!) e vederle pubblicate online con la nostra risposta (magari anche una da parte mia!).
Vi segnalo giusto le ultime due domande cui è stata data risposta: la prima sull'espansione dell'universo e la seconda, pubblicata giusto oggi, sulle manovre per andare sulla Luna.

Astrofisica #pertecherestiacasa

Per chi studia o per chi è, semplicemente, curioso

In questo primo giorno di Primavera anche noi, dell'Istituto Nazionale di Astrofisica, vogliamo essere virtualmente vicini a tutti voi, tenendovi compagnia e offrendovi gli spunti più interessanti per "viaggiare" nello Spazio! Nelle prossime settimane vi proporremo quindi i contenuti di Edu INAF, il nostro portale di risorse didattiche, di approfondimenti e rubriche.
Ciascuno di voi potrà scegliere l'argomento che più gli piace e potrà porre delle domande direttamente alle astronome e agli astronomi dell'INAF!
Periodicamente vi segnaleremo alcune rubriche particolari nonché raccolte di informazioni, video, testi e lezioni. Oggi mettiamo in evidenza due delle tante sezioni del nostro portale.
Iniziamo con le Risorse didattiche:
Trovate una raccolta – in costante crescita – di risorse didattiche in italiano divise per fascia scolastica. Non dimenticate di consultare il sito astroEDU che, sotto l'auspicio dell'Unione Astronomica Internazionale, raccoglie attività didattiche certificate.
Inoltre, sempre su Edu INAF, trovate una carrellata di piccoli approfondimenti su argomenti singoli, che vanno dalle onde gravitazionali alla vita su marte, al programma Apollo raccontato a fumetti.
Altra sezione che ci piace segnalare è la rubrica de L'astronomo risponde, un canale per le vostre domande (proprio quelle che "non avreste mai osato fare"!)
Trovate già una bella raccolta di curiosità da sfogliare, ma anche lo spazio per aumentare la conoscenza di tutti. Come recitano le istruzioni nel sito: "inviateci i vostri quesiti, dubbi e perplessità: scrivete a redazione.edu [chiocciola] inaf.it e la vostra risposta verrà pubblicata online!"
La redazione di EduINAF

La primavera con Edu INAF

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Il cielo del mese di marzo 2020
Gli astronomi che studiarono la precessione
Gli equinozi e i cambi di stagione

All'origine dei nuclei pesanti

Con il processo di nucleosintesi si intende quel fenomeno fisico alla base della creazione dei nuclei atomici e quindi degli atomi. Si distingue essenzialmente tra due generi distinti di nucleosintesi: quella primordiale e quella stellare.
La nucleosintesi primordiale è la responsabile dell'origine degli atomi di idrogeno, elio e litio presenti nell'universo nella forma soprattutto dei loro isotopi più diffusi (elio-3 e -4, deuterio, litio-7). Secondo il modello del Big Bang nella sua versione attuale, tale processo è avvenuto all'incirca 20 minuti dopo l'iniziale espansione superaccelerata dello spaziotempo⁽¹¹⁾.
L'idea originale della nucleosintesi primordiale venne espressa nel famoso articolo $\alpha\beta\gamma$⁽⁶⁾ da Ralph Alpher e George Gamow. E lo stesso Gamow diede un contributo anche allo sviluppo del modello della nucleosintesi stellare, il cui primo contributo risale ad Arthur Eddington in un articolo del 1920⁽¹⁾. Gamow, invece, propose nel 1928 il così detto fattore di Gamow^{(2, 10)}, utilizzato da Robert d'Escourt Atkinson e Fritz Houtermans per realizzare i primi calcoli sulle reazioni termonucleari stellari⁽³⁾ e dallo stesso Gamow insieme con Edward Teller per ricavare il tasso di produzione di energia all'interno di una stella⁽⁴⁾.

Radio Star

I Buggles sono stati un duo formatosi nel 1977 dalla collaborazione tra Trevor Horn e Geoff Downes. Il gruppo risultò attivo fino al 1981, quando entrarono negli Yes, storico gruppo progressive britannico. La cosa può apparire un po' strana, considerando che i Buggles sono un gruppo synth pop, mentre il brano che li fece conoscere a livello mondiale, Video killed the radio star, è considerato un precursore del techno pop.
Il testo non ha alcun riferimento scientifico, ma solo tecnologico. Anticipa indubbiamente le tematiche letterarie del cyberpunk (la canzone esce, come singolo, nel 1979, mentre Neuromante, il romanzo che ha dato il via al genere, è del 1984), e nascosta dietro una musica coinvolgente, propone una visione non molto ottimistica del futuro tecnologico, che emerge non solo dal titolo, ma anche da alcuni versi come ad esempio:

Pictures came and broke your heart

Sebbene, nel complesso, titolo, testo e video ufficiale (che peraltro fu il primo video trasmesso da MTV l'1 agosto del 1981) sia un chiaro riferimento alla sfida tra televisione e radio, e sebbene la radio viva una stagione decisamente molto interessante, anche grazie a podcast e web radio, non è di tutto questo che voglio scrivervi quest'oggi, ma, letteralmente, di radio stelle!

Le grandi domande della vita: La distanza dalla Luna

Il mese di luglio di quest'anno è stato il mese lunare per eccellenza. Prima il 16 luglio una eclissi parziale molto bella da osservare, quindi nella notte tra il 20 e il 21 luglio la ricorrenza dell'allunaggio dell'Eagle il modulo lunare della missione Apollo 11. In particolare su Edu INAF c'è una pagina dedicata ai 50 anni dell'evento, dove, tra i molti contributi, c'è una serie di articoli dedicati alle Cosmicomiche. Il primo di questi, di Stefano Sandrelli, si è concentrato su La distanza dalla Luna. Ed è proprio alla classica domanda su come misuriamo tale distanza che si concentra la prima parte di questa nuova puntata de Le grandi domande della vita.

Con lo sguardo verso la Luna

Il metodo attualmente utilizzato risale al 1962, quando una squadra del MIT (Massachusetts Institute of Technology) in collaborazione con gli astronomi sovietici dell'Osservatorio Astrofisico di Crimea portò a termine un esperimento per misurare il tempo di andata e ritorno di un impulso laser riflesso sulla superficie della Luna. L'evoluzione di questo esperimento viene portato a termine grazie alle missioni Apollo del 1969, quando gli astronauti posizionarono sulla superficie lunare degli specchi catarifrangenti, in modo tale da migliorare l'accuratezza della misura. I laser che viaggiano verso la Luna coinvolgono molteplici strutture e fanno parte del Lunar Laser Ranging.
La misura della distanza proveniente da questo progetto è di 384402 km con un errore di 1.1 millimetri⁽¹⁾, che in termini di tempo luce corrisponde a poco meno di 1.3 secondi.
Anche il metodo precedente al laser è ispirato allo stesso principio: nel 1957 lo US Naval Research Laboratory ha inviato impulsi radar da 2 μs da un'antenna radio del diametro di circa 15 metri. Dopo l'eco prodotto dalle onde sulla superficie della Luna, l'esperimento ha rilevato il segnale di ritorno e misurato il tempo di ritardo, dal quale ricavare la distanza dal nostro satellite. Purtroppo tale esperimento era soggetto a un errore eccessivamente alto rispetto al segnale e quindi il risultato prodotto non era considerato affidabile⁽²⁾.

Esploratori dell'ignoto

Dedicato a un amico @PierpaoloBorrel che non vedo da tempo e a un altro @flippantchemist che non ho ancora incontrato!

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imitare la nostra attenzione a questioni terrestri equivarrebbe a fissare dei confini allo spirito umano
Stephen Hawking

Concept art di Robert McCal per Star Trek: the motion picture

La serie televisiva Star Trek esordì nel 1966. Ideata da Gene Roddenberry, ha avuto e continua ad avere un successo travolgente, riuscendo ultimamente anche a proporsi con buon successo di pubblico al cinema. Gli elementi che ne caratterizzarono questo duraturo successo sono molti: da un'ottima caratterizzazione dei personaggi, a una varietà di culture e razze che, pur tra mille difficoltà, provava a proporre un messaggio di tolleranza e integrazione in piena Guerra Fredda, senza dimenticare l'abilità degli sceneggiatori nella realizzazione di episodi appassionanti e personaggi credibili. Altro elemento fondamentale, che viene spesso identificato come il punto forte della saga rispetto alle Guerre Stellari di George Lucas, era e continua a essere il tentativo da parte dei creativi di costruire un universo fisicamente plausibile, dove, ad esempio, fosse possibile coprire in tempi umani e senza alcun meccanismo di sospensione delle funzioni vitali gli enormi spazi interstellari.
Il viaggio di Lawrence Krauss ne La fisica di Star Trek è appassionante, scritto con competenza e cerca di coprire tutte le principali curiosità scientifiche, da quelle plausibli a quelle impossibili, senza dimenticare gli errori degli sceneggiatori, che hanno costellato una delle serie di fantascienza più note al mondo.
Ovviamente approfondire tutti gli aspetti della fisica di Star Trek sarebbe anche lungo per cui eccovi una conferenza di Fabio Peri, direttore del Planetario di Milano (ovviamente nel seguito del post approfondirò alcuni degli aspetti trattati nel libro):

Autisti marziani

Narrazione leggera, brillante e ironica dei nostri primi passi su Marte

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Foto dell'area di impatto di Schiaparelli sul suolo marziano

La missione ExoMars 2016 ha avuto un doppio esito, positivo per il satellite di comunicazioni messo in orbita intorno a Marte, e che servirà per la missione successiva, negativo per il lander, che invece si è schiantato su Marte. L'ammartaggio di Schiaparelli ha, infatti, avuto esito negativo a causa di un non meglio identificato problema tecnico: a quanto pare il computer ha frenato il lander per appena 3 dei 30 secondi previsti. La causa di questo malfunzionamento potrebe essere una malprogrammazione del software o una difficoltà nell'incrocio dei dati provenienti dai sensori.
Ovviamente ci sarà nei prossimi quattro anni la necessità di capire l'origine del problema, per poter ridefinire la missione che dovrebbe portare nel 2020 un vero e proprio rover, come il famoso Spirit della Nasa.
Questi dispositivi mobili che vengono periodicamente inviati su Marte non si muovono di loro iniziativa, ma vengono guidati da Terra, con grande precisione, attenzione e lentezza, essenzialmente a causa dei 14 minuti per inviare e ricevere informazioni dal pianeta rosso. Tra gli attuali Autisti marziani che lavorano presso il JPL della Nasa c'è anche l'italiano Paolo Bellutta che, coadiuvato da Stefano Dalla Casa, ha scritto un'interessante guida per i suoi aspiranti colleghi!

Rotta verso Barsoom

L'uomo di Marte ha esplorato le possibilità di sopravivenza di uno scienziato rimasto solo sulla superficie marziana. Questo vero e proprio Robinson Crusoe del terzo millennio (e si spera che su Marte ci andremo entro questo millennio!) può essere considerato come un passo intermedio (ancora da compiere) nel processo di colonizzazione del pianeta rosso, iniziato, seppure in maniera indiretta, nel 1964 grazie alle prime foto scattate dal Mariner 4, la prima delle sonde terrestri a riuscire nell’impresa di avvicinarsi a sufficienza al pianeta.
Fino ad allora l'osservazione di Marte era stata fatta da lontano utilizzando il classico strumento dell'astronomo: i telescopi. Sebbene le osservazioni rislagono fino agli albori della civiltà, i più noti osservatori del pianeta sono stati considerati Giovanni Schiaparelli e Percival Lowell. In particolare quest'ultimo, a causa di una cattiva traduzione degli scritti dell'italiano, suggerì che sulla superficie marziana abitasse un popolo tecnologicamente avanzato. L'equivoco era nato a causa della traduzione del termine "canali", reso in inglese con "canals", utilizzato per i "canali artificiali", mentre Schiaparelli intendeva "canali naturali", suggerendo così un'idea forse meno forte di vita intelligente sul nostro vicino cosmico, ovvero quella di presenza di acqua corrente su un altro pianeta del sistema solare.
Ad ogni buon conto le idee di Lowell scatenarono gli scrittori di fantascienza, in particolare Edgar Rice Burroughs, che così trovò materiale per ideare la saga di John Carter eroe di Barsoom (il nome natio di Marte secondo Burroughs), e H.G. Wells con la sua Guerra dei mondi.
Tornando all'esplorazione di Marte, il passo successivo furono le missioni Viking, 1 e 2. Esse erano costituite da un orbiter e da un lander, con quest'ultimo che avrebbe effettuato l'esplorazione vera e propria del suolo marziano. Possiamo considerarli come i veri primi pionieri della possibile futura colonizzazione del pianeta.
Tra alterne fortune l'importante passo successivo avviene nel 1997 con l'entrata in orbita del Mars Global Surveyor e il successivo atterraggio del Pathfinder il 4 luglio del 1997, che però non arriva solo: deposita, infatti, il primo rover della storia del pianeta, il Sojourner. E ovviamente a guidarlo, da Terra e con un ritardo di 14 minuti circa, c'è il primo team di autisti marziani!

La particella trasformista

Non dite a Brachetti che c'è qualcuno più veloce di lui a cambiare d'abito!

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Dopo il post in inglese sul Nobel per la Fisica 2015, ecco anche la versione in italiano. Come saprete ormai in giro per la rete quest'anno il riconoscimento è andato per l'osservazione sperimentale delle oscillazioni del neutrino. Ai dettagli tecnici, proposti da Bruno Pontecorvo nel 1957 e ulteriormente sviluppati da Zio Maki, Masami Nakagawa e Shoichi Sakata nel 1962, ho dedicato un post teorico, mentre quest'oggi proverò a riassumervi la storia delle osservazioni sperimentali.
Iniziamo, però, dalla scoperta del neutrino.

La scoperta dei neutrini

Fred Reynes e Clyde Cowan

L'esistenza dei neutrini era stata postulata da Wolfgang Pauli⁽¹⁾ ed Enrico Fermi⁽²⁾ nei primi anni Trenta del XX secolo per spiegare il decadimento beta. La prima osservazione della nuova particella è invece dovuta a Clyde Cowan, Frederick Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse, e A. D. McGuire⁽³⁾:

La velocità di un segnale prodotto dalla reazione 1 \[\nu_{-} + p^{+} \rightarrow \beta^{+} + n^0\] deve essere una funzione linerare del numero di protoni forniti come bersaglio per i neutrini.

Il gruppo osservò due segnali:

Il secondo impulso del segnale della coppia ritardata osservato è stato identificato come dovuto alla cattura di un neutrone dal cadmio nel bersaglio d'acqua.

La scoperta venne premiata con il Nobel per la Fisica nel 1995.
Uno dei fatti più curiosi riguardo i Premi Nobel legati ai neutrini è che il premio per la scoperta dei sapori dei neutrini è stato assegnato nel 1988 a Leon Lederman, Melvin Schwartz e Jack Steinberger, quindi prima del premio per la loro scoperta!

Una mostra e una supernova

Innanzitutto ricordo che il 12 settembre alle 18:45 presso l'ex-Chiesa di San Carpoforo, via Marco Formentini, Milano, ci sarà l'inaugurazione della mostra X l'universo invisibile: un percorso tra arte e scienza (non dimenticate di leggere come il sottoscritto l'ha annunciata...).
Una settimana dopo, invece, il 21 settembre alle 18:00, presso la Sala Delle Adunanze dell'Istituto Lombardo, all'interno del Palazzo Brera, in via Brera 28, a Milano, Claudia Travaglio, per il ciclo I cieli di Brera, presenterà il seminario Le supernovae e gli elementi della tavola periodica.
Per chi fosse a digiuno sull'argomento, giusto un paio di parole: le supernove sono delle stelle che esplodono e lanciano nello spazio tutta la materia stellare prima contenuta all'interno del loro spazio. Queste esplosioni, che gettano nello spazio interstellare un po' di elementi pesanti della tavola periodica (tipo il ferro) sono la fonte di diffusione principale di materia nell'universo, anche perché sono proprio le stelle il laboratorio cosmico che produce buona parte degli elementi della tavola periodica che riusciamo a trovare sulla Terra (a parte quelli provenienti da asteroidi e meteoriti, o quelli che produciamo in laboratorio).
Infine, per chi volesse, ci sono anche le visite guidate dell'Osservatorio Astronomico di Brera. La visita per questo mese è fissata per il 21 settembre alle 16:30. Avrà una durata di due ore e potrete prenotarvi a partire da lunedì 17 settembre utilizzando un pratico form on-line.

La teoria del vuoto

Su tumblr, uno dei miei lettori, frankietwohats, mi ha posto la seguente questione:

Can I ask you a random question? I can't remember the name of a theory that argued that the universe wasn't expanding, but instead was stretching. Do you happen to know of it/it's name? It came up in conversation today (well, universe expansion did) and I want to look into it more.

Non so se la teoria cui faceva riferimento fosse quella che ho scovato su Google, ma ora passo a proporvi la versione in italiano della risposta che gli ho fornito (versione breve, ma non tanto, su tumblr; versione lunga su Doc Madhattan). Ciò che ho trovato, infatti, riguarda la così detta teoria del vuoto (void theory), che viene così descritta da Esther Inglis-Arkell su io9:

C'è stato un tempo in cui la Terra era considerata il centro dell'universo. Poi è stata scalzata via dal sole, e da allora il mantra degli astronomi è stato: Non siamo niente di speciale. La parte di universo nella quale risiede la Terra non può essere differente rispetto a un'altra parte. Non è unica, on straordinaria, o fuori dall'ordinario. La teoria del vuoto contraddice tutto ciò. Invece di sedersi su una parte tipica dell'universo, la Terra si trova in una parte inusualmente vuota: un vuoto. L'universo non si sta espandendo a causa di una qualche forza misteriosa. Semplicemente quando la luce viaggia da una parte più densa dell'universo in un vuoto, è alterata in modo da far apparire l'universo in espansione. Poiché questa espansione è la stessa quando osservata da ogni parte della Terra, la Terra deve essere prossima al centro di questo vuoto. Improvvisamente, l'universo osservabile è nuovamente geocentrico.

Vediamo, ora, cos'è (dal punto di vista delle pubblicazioni scientifiche) questa teoria del vuoto.

Innanzitutto, seguendo Clifton, Ferreira e Land⁽¹⁾, bisogna ricordare un attimo i due principi su cui si basa la nostra visione dell'universo: lo spaziotempo è un'entità dinamica, che obbedisce alle equazioni di Einstein; e l'universo è omogeneo e isotropo su grandi scale, che poi è la generalizzazione del principio di Copernico che dice che la Terra non è in una posizione centrale e particolarmente favorita.
Ora, l'esatta soluzione delle equazioni di Einstein fu fornita dallo spaziotempo di Lemaitre-Tolman-Bondi \[\text{d} s^2 = -\text{d} t^2 + \frac{Y'^2}{1-K} \text{d} r^2 + Y^2 \text{d} \Omega\] In questo modello ci sono quattro parametri liberi: la densità dell'origine, la densità e il raggio del punto centrale, e il raggio cui corrisponde lo spaziotempo di Einstein-de Sitter⁽²⁾. Invece il modello del vuoto:

è completamente specificato dal profilo radiale, dal valore odierno della costante di Hubble $H_0$ nel centro del vuoto, dalla densità di radiazione, che è fissata dalla temperatura media della radiazione cosmica di fondo, $T_0 = 2.725K$, e dalla frazione barionica $f_b = \frac{\rho_b}{\rho_m}$. All'esterno del vuoto si va asintoticamente allo spaziotempo di Einstein-de Sitter.⁽²⁾

(la curvatura di tre differenti tipi di vuoto)

La materia oscura nell'anello

Basandosi su dati analizzati dagli stessi ricercatori del Fermilab⁽⁴⁾, Christoph Weniger⁽⁵⁾, ricercatore indipendente, ha suggerito l'esistenza di alcuni segnali anomali che potrebbero essere dovuti alla presenza della materia oscura. Non preoccupatevi, però: non sono segnali che dimostrano che la materia oscura⁽¹⁾ è stata trovata in laboratorio, ma possibili osservazioni dirette dovute al Fermi Large Area Space Telescope, in pratica un telescopio costruito da fisici delle alte energie (che ce ne sono anche nel campo dell'astronomia e dell'astrofisica).
In effetti le anomalie riscontrate da Weniger si trovano, ma meno evidenti, già nell'articolo della collaborazione (Fermi LAT), ma non sono così statisticamente rilevanti come quelle mostrate nel recente preprint. Considerando che non c'è nessuno che conosce meglio l'esperimento di chi lo ha condotto e costruito (nonostante ciò che è successo con OPERA, è questa la norma), risulta piuttosto difficile ritenere che un ricercatore indipendente sia riuscito a scovare un qualche effetto sfuggito a chi ha lavorato al Fermi LAT, soprattutto considerando quanto questo genere di esperimenti siano altamente sofisticati. Certo non si può escludere a priori che Weniger abbia torto: il suo preprint (che immagino sottoporrà a una rivista di settore, se non l'abbia già fatto), in un certo senso sembra voler andare nella direzione di un esame più attento di quei dati particolari e della regione di energia che sembrano puntare (intorno ai 125 GeV).
D'altra parte 8 mesi fa circa tre teorici del CERN, Gian Francesco Giudice, Ben Gripaios e Rakhi Mahbubani proposero un preprint piuttosto interessante, di recente pubblicato da Physical Review D⁽⁶⁾, dove proponevano alcuni procedimenti per rilevare tracce di materia oscura all'interno di LHC!

What a fillip it would be if the Dark Matter that abounds in the heavens could be manufactured here on Earth, at the LHC.⁽⁶⁾

Dal punto di vista del Modello Standard, una particella di materia oscura potrebbe essere considerata come un singoletto⁽²⁾ neutro rispetto al colore a alla carica elettrica, altrimenti sarebbe già stata prevista all'interno del Modello Standard stesso, e quindi a tutti gli effetti invisibile alla rilevazione diretta da parte di LHC, a meno di non rilevare dei processi con dell'energia mancante. Questi però potrebbero in ogni caso essere rilevati e spiegati senza necessariamente essere dovuti alla presenza della materia oscura. Il problema, quindi, diventa associare queste tracce di energia mancante con la materia oscura. Un modo può essere misurare le proprietà di queste particelle invisibili, estraendo quelle necessarie per un confronto con le osservazioni cosmologiche.
In particolare si può estrarre la così detta relic density, che i tre ricercatori suppongono possa essere collegata con l'interazione debole. Ad ogni modo, il cuore della proposta è tutto qui:

Our proposal is simply to count the number of invisible particles in missing energy events. To begin with, our system of counting will be loosely based on the "one-two-many" system of the Amazonian Piraha tribe⁽³⁾, but simplified to "one-many". That is, we propose to try to establish that invisible particles are being multiply produced in events.⁽⁶⁾

E tutto questo, che può anche essere semplificato come una strategia che cerca di identificare le osservabili fisiche strettamente dipendenti dal numero di particelle invisibili presenti nel processo rilevato, dovrebbe essere più che sufficiente per stabilire la simmetria alla base della materia oscura. Infatti, per avere la speranza di riuscire a scrivere un modello matematico efficace per descrivere la materia oscura, uno dei punti più importanti è riuscire a scegliere la simmetria più opportuna, e questa proposta ha certo almeno il merito di porsi e provare a risolvere la questione.
Il passo successivo è, poi, convincersi che le particelle di materia oscura sono associate con i processi contenenti più di una particella invisibile.
Supponiamo che la particella di materia oscura sia più leggera dei quark di un protone, così da poter considerare i quark come dei singoletti. Allora protoni e coppie di protoni sono stati di singoletto che vengono prodotti nelle collisioni che avvengono lungo l'anello di LHC. Se si riuscisse a produrre un non-singoletto di materia oscura, allora lo stato finale dovrebbe contenere una particella che non è singoletto. Questa sarebbe ancora una particella di materia oscura, ma potrebbe anche essere una particella diversa. Se è diversa, e se è visibile e stabile alle scale di osservazione dell'acceleratore, allora non si vedrebbe una produzione multipla di particelle invisibili, ma la traccia di una particella carica. Quindi gli unici processi che, in questo scenario, sarebbero associabili facilmente alla materia oscura sono proprio quelli con una produzione multipla di particelle invisibili.
Vi risparmio i calcoli cinematici e i grafici prodotti con simulazioni montecarlo realizzati dai tre teorici, che prendono in considerazione varie ipotesi (come ad esempio particelle invisibili prive di massa). Ad ogni modo si può ulteriormente migliorare e sviluppare la proposta già semplicemente partendo da alcuni punti evidenziati dagli stessi ricercatori: prendere in considerazione più osservabili rispetto a quelle utilizzate da Giudice, Gripaios e Mahbubani; si dovrebbe poi affrontare il problema dei processi apparentemente identici o dell'eventuale presenza di radiazione iniziale; e c'è poi da capire quanto la topologia dell'esperimento influenzerebbe questo genere di risultati.
E infine:

even though we have yet to see evidence for new, invisible particles produced at the LHC, now would seem to be the ideal time for experiments to validate and refine our proposal, by counting the neutrinos which certainly have been abundantly produced in various SM processes⁽⁶⁾

Comunque la si voglia prendere questa ricerca, comunque si riveli la proposta (corretta, errata o comunque sulla giusta direzione), al momento ha sicuramente un merito: quello di ricordare che, nella ricerca sulla natura della materia oscura, LHC può e deve giocare un ruolo di primaria importanza.

Astrofisica 2161, Isaac Asimov e le tre leggi della futurica

Nel saggio Le tre leggi della futurica (Oh, Keen-Eyed Peerer into the Future!), pubblicato in Italia sul n.732 di Urania in appendice alla raccolta di Ray Bradbury Molto dopo mezzanotte, Isaac Asimov prova a tracciare le tre leggi della futurica, presunta scienza sulla previsione del futuro della quale egli veniva considerato esperto in quanto scrittore di fantascienza.
La Prima Legge recita più o meno così:

Quello che succede continuerà a succedere.

La Seconda Legge recita invece

Rifletti sull'ovvio, perché pochi lo vedono

La Terza Legge invece recita

Rifletti sulle conseguenze

Grazie a queste tre leggi, secondo Asimov, si possono spiegare tutti i clamorosi successi della fantascienza nel corso del XX secolo (e di fine XIX).
In particolare, usando Prima e Seconda Legge, Asimov scrive:

Tuttavia, nel 1900, quando venne scoperta l'energia nucleare, la Prima Legge avrebbe reso evidente che la tecnologia, diventando sempre più perfezionata, avrebbe alla fine sottomesso quest'energia nucleare alle necessità dell'uomo.
H.G.Wells fece subito questa supposizione, e scrisse racconti sulle bombe atomiche nel lontano 1902. Molti onesti scienziati - perfino premi Nobel per la fisica - continuarono invece a credere in buona fede, fino agli anni '30, che l'energia tomica non sarebbe stata mai domata. Fu su questo particolare argomento che gli scrittori di fantascienza si dimostrarono, e in modo molto spettacolare, più esatti degli scienziati, ed è per questo che oggi gli scienziati, imbarazzati per il precedente, sono più propensi a usare la Prima Legge e a essere generosi nelle loro predizioni.

E in un certo senso quella lezione viene oggi applicata dall'INAF che sul suo canale youtube ha pubblicato due video su Astrofisica 2161, uno sul presente:

e uno sul futuro:

Osservatorio di Brera: A caccia di onde gravitazionali

Di onde gravitazionali se ne parla da quasi un secolo. Sono, infatti, una conseguenza della relatività generale di Einstein del 1916 ed erano note allo stesso buon Albert. Al momento non sono state ancora osservate direttamente⁽¹⁾, però ci sono in giro un paio di esperimenti che sono concentrati proprio sulla ricerca di questo tipo di onde. Uno è LIGO⁽²⁾, un esperimento che si basa sull'interferenza tra raggi laser che viaggiano per chilometri nei deserti della Louisiana, e poi c'è il suo analogo, l'interferometro italiano VIRGO⁽³⁾. E' a quest'ultimo esperimento che Giovanni Losurdo dell'INFN di Firenze sta collaborando, ed è proprio di onde gravitazionali che verrà a parlare a Palazzo Brera il 16 novembre alle 18 presso la Sala Delle Adunanze dell’Istituto Lombardo (capienza: 100 posti) in via Brera 28, a Milano, con una conferenza dal titolo: I segreti dell’universo oscuro: a caccia di onde gravitazionali:

E’ passato quasi un secolo da quando Einstein ha previsto l’esistenza delle onde gravitazionali, minuscole increspature dello spazio-tempo, che si propagano alla velocità della luce. Da decenni si sta cercando di rivelarle, usando tecnologie diverse e sempre più avanzate. Ma questo non è ancora avvenuto. Tuttavia, oggi siamo convinti che la scoperta sia a un passo, grazie ai rivelatori interferometrici di seconda generazione (Advanced Virgo, in Italia e Advanced LIGO). Oltre a dare una conferma clamorosa della teoria di Einstein la rivelazione diretta delle onde gravitazionali avrebbe una portata enorme per l’osservazione del cosmo. Consentirebbe infatti di aprire una finestra su quell’universo oscuro che non si lascia osservare in altro modo. Potremo cioè comprendere buchi neri e stelle super-dense, guardare indietro nel tempo, fino ai primi istanti della vita dell’universo. E le sorprese non mancheranno.

Losurdo, quello stesso pomeriggio, sarà anche ospite dell'Osservatorio, dove invece terrà una conferenza dal titolo The search for gravitational waves: Opening a new window on the Universe:

L'influenza dei raggi del Sole sulla Terra

A partire dalla domanda se l'energia irradiata dal Sole è in grado di modificare, in tempi lunghi, l'orbita della Terra, Salvatore Esposito⁽⁵⁾ dell'Università di Napoli Federico II ha realizzato ben due possibili esercizi didattici che, secondo me, possono essere proposti anche agli studenti delle scuole superiori. D'altra parte questo tipo di esercizi può essere fatto rientrare nella tipologia dei calcoli alla Fermi. Enrico Fermi, infatti, era solito calcolare in maniera molto indicativa alcune quantità fisiche di interesse, più che altro per valutarne l'ordine di grandezza. Esercizi di questo genere, in effetti, sono già stati proposti in passato ai ragazzi durante le Olimpiadi Italiane dell'Astronomia, e in quei casi l'idea di base è sempre stata quella di comprendere il problema e applicare la formula corretta per valutare la grandezza richiesta.
In questo caso il problema deve essere affrontato per passi successivi: iniziamo innanzitutto a valutare l'energia che il Sole irradia sulla Terra. Per fare questo dobbiamo partire dall'irradianza solare, ovvero dalla potenza della radiazione elettromagnetica del Sole per unità di superficie. Questa quantità, che si misura in W/m², dagli utlimi dati⁽¹⁾ è di circa \[E_e \simeq 1.36 \cdot 10^3 W m^{-2}\] L'energia che ci interessa è ovviamente quella che colpisce la superficie terrestre, che è mediamente una sfera di raggio $R_E \simeq 6.4 \cdot 10^6 m$. Considerando che il Sole illumina, in ogni istante, solo metà della superficie terrestre e considerando che i raggi solari colpiscono la superficie con angoli inferiori ai 90° (e quindi con una irradianza minore rispetto a quella massima), in un giorno la quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre è di \[E_S \simeq E_e \pi R_E^2 \Delta t = 1.36 \cdot 10^3 \cdot \pi \cdot 6.4 \cdot 10^6 \cdot 86400 J \simeq 1.5 \cdot 10^{22} J\] A questo punto è importante proporre alcune osservazioni agli studenti, soprattutto se l'esercizio è svolto in classe, in modo che si rendano conto della differenza tra un calcolo preciso e una valutazione dell'ordine di grandezza come quella proposta. In un calcolo che vuole provare ad essere preciso, andrebbe sottratto a $E_S$ la quantità di energia corrispondente alla radiazione riflessa dall'atmosfera.
Un altro passaggio fondamentale, che lo stesso Esposito sottolinea, è quello di utilizzare l'esercizio anche per proporre agli studenti un esempio di urto o di interazione che non necessita di alcun contatto tra i corpi interagenti (come è il caso discusso). Considerando che l'esercizio è pensato per studenti universitari, credo però che sia importante proporlo anche a studenti delle scuole superiori: con la sempre maggiore attenzione del mondo del giornalismo alla scienza, è importante riuscire a dare già in questa fase le informazioni e le nozioni necessarie per interpretare questo genere di notizie. Si potrebbe, dunque, in questa fase far partire, in caso di svolgimento in classe dell'esercizio, una discussione tra gli studenti o, nel caso di esercizio assegnato a casa, proporre agli studenti di approfondire e/o aggiungere le loro considerazioni personali.

Il Nobel delle supernove

La prima osservazione di una supernova è datata 1572. L'astronomo a compierla fu Tycho Brahe, uno che di osservazioni del cielo se ne intendeva. E considerando che molte di queste erano fatte a occhio nudo, i risultati raggiunti avevano un che di incredibile. Galileo, invece, grazie al telescopio, diede l'inizio della rivoluzione astronomica con l'osservazione della supernova del 1604:

(...) che causò una maggiore eccitazione rispetto a quella di Tycho poiché la sua comparsa coincise con la così detta Grande Congiunzione o l'allineamento di Giove, Marte e Saturno.⁽¹⁾

La scoperta di Galileo fu rivoluzionaria per una ragione molto importante:

Le osservazioni di Galileo e quelle fatte nel resto dell'Italia e dell'Europa settentrionale indicarono che essa era oltrela Luna, nella regione dove la nuova stella del 1572 era comparsa. L'apparizione di un nuovo corpo oltreil sistema Terra-Luna aveva sfidato la credenza tradizionale, incarnata dalla Cosmologia di Aristotele, che la materia dei pianeti fosse inalterabile e che nulla di nuovo poteva accadere nei cieli.⁽¹⁾

Riguardo la nuovastella, poi

Galileo stabilisce che [essa] era inizialmente piccola ma crebbe rapidamente in dimensioni tanto da sembrare più grande di tutte le stelle e di tutti i pianeti ad eccezione di Venere.⁽¹⁾

Possiamo confrontare questa osservazione con le definizioni moderne:

Le novae sono il risultato delle esplosioni superficiali delle nane bianche, causate dalla caduta sulla sua superficie di materia proveniente dall'atmosfera di una compagna più grande. Una supernova è una stella che improvvisamente aumenta drammaticamente la luminosità, quindi si affievolisce di nuovo, finanche a scomparire alla vista, ma è molto più brillante, circa diecimila volte, di una nova.⁽¹⁾

Questi eventi drammatici diventano ben presto un ottimo strumento per osservare l'espansione dell'universo:

Le supernovae di tipo Ia sono strumenti empirici la cui precisione e luminosità intrinseca le rendono prove sensibili dell'espansione cosmologica.⁽⁵⁾

E proprio osservando una serie di supernove che il gruppo di Brian Schmidt (1967) e Adam Riess (1969) nel 1998⁽³⁾ e quello di Saul Perlmutter (1959) nel 1999⁽⁴⁾ scoprirono un'importante osservazione cosmologica: l'universo sta accelerando!