Il colore dell'universo

Quando guardiamo il cielo di notte, ciò che vediamo è un'immensa oscurità costellata qua e la da alcune luci che sembrano scintillare, effetto dovuto alla presenza dell'atmosfera terrestre. Verrebbe, dunque, da dire che l'universo è quasi completamente nero, C'è però un problema: il nero non è un colore, come ricorda Ivan Baldry del Liverpool John Moores University Astrophysics Research Institute, ma l'assenza di luce rilevabile, o in altri termini di luce visibile. Che poi è quella che ci arriva dalle galassie e dalle stelle che vediamo con i nostri strumenti.
A quel punto ecco che Baldry, Karl Glazebrook e un nutrito gruppo di colleghi, quelli che lavoravano per il 2dF Galaxy Redshift Survey, pensò bene di determinare il colore medio dell'universo (o se preferite il colore che un osservatore esterno molto lontano avrebbe percepito guardando il nostro universo). Per ottenere il risultato, il gruppo è partito dalle circa 200000 galassie osservate dal 2dF-GRS, tutte racchiuse in pochi miliardi di anni luce (che considerando la sua età è all'incirca il presente dell'universo), e ne ha ricavato lo spettro di emissione di tutta la luce di queste galassie (in un certo senso ha fatto, in maniera un po' sofisticata, lo stesso esperimento con la luce bianca fatto da Isaac Newton: farla passare attraverso un prisma). Il risultato è una sorta di "arcobaleno":

Wikiritratti: Edmond Becquerel

Fisico e chimico francese, Antoine César Becquerel si è interessato in particolare di elettricità. Le sue scoperte più note sono, però, quelle dell'effetto termoelettrico nel 1823 e dell'effetto fotoelettrico nel 1839. Successivamente furono Heinrich Hertz nel 1887 e Philipp Lenard nel 1900 a studiare in maggior dettaglio tale effetto: la luce incidente su una superficie metallica provoca l'emissione di elettroni, la cui energia non dipende dall'intensità della luce, ma dal suo colore, cioè dalla frequenza. La spiegazione di tale effetto, datata 1905, frutto ad Albert Einstein il Nobel per la Fisica nel 1921.
Il Nobel era stato assegnato per la prima volta nel 1901 e appena due anni più tardi, nel 1903, quello per la fisica veniva assegnato a Henri Becquerel, nipote di Antoine, insieme con Marie Curie e con il marito Pierre Curie per la scoperta della radioattività.

Edmond Becquerel - via commons

Esiste, però, come sempre, un anello di congiunzione tra nonno e nipote, che nel caso dei due Becquerel è Edmond Becquerel, figlio di Antoine e padre di Henri. E anche questo Becquerel di mezzo ha intrapreso la carriera del fisico.
Nato a Parigi il 24 marzo del 1820, fu allievo, assistente e quindi successore del padre presso il Museo nazionale di storia naturale. Intorno al 1849 ebbe una breve esperienza presso l'istituto agronomico di Versailles e nel 1853 ottenne la cattedra di fisica presso il Conservatoire national des arts et métiers.
Tra i suoi campio di indagine si contano lo spettro solare, il magnetismo, l'elettricità e l'ottica. Studiò anche la luminescenza e la fosforescenza. Inoltre, nel 1839, scoprì l'effetto fotovoltaico. A quell'epoca il giovane Edmond aveva 19 anni e si trovava nel laboratorio del padre a trafficare con gli elettrodi. In pratica aveva rivestito degli elettrodi di platino alcuni con cloruro d'argento, altri con bromuro d'argento. Illuminandoli, osservò che gli elettrodi avevano generato una tensione (differenza di potenziale) con conseguente corrente elettrica: ecco scoperto l'effetto fotovoltaico, noto anche come effetto Becquerel, che sta alla base del funzionamento dei pannelli solari.

Il raggio del protone

Grazie a Massimiliano Tanzini (@tanzmax) ho scoperto dell'uscita di un interessante articolo su Scientific American riguardo il rompicapo del raggio del protone. Il rompicapo (o mistero) può essere riassunto in questo modo: è possibile misurare il raggio del protone con varie tecniche, come lo scattering, o collisione con altre particelle, o con la spettroscopia sull'atomo di idrogeno. Se però si sostituisce a quest'ultimo un atomo muonico, dove l'elettrone è sostituito dal muone, il raggio del protone risulta più piccolo. I motivi ancora non sono ben chiari e rappresentano una sfida ai teorici per i prossimi anni. Di seguito un riassunto sulla storia del protone e delle recenti misure del suo raggio.

La storia del protone è strettamente legata con la storia del nucleo e dei modelli atomici. E' storia abbastanza nota che l'ipotesi più accreditata di atomo fosse quella di una sorta di panettone carico positivamente con le cariche negative sparpagliate un po' come la frutta candita al suo interno, almeno fino a che non arrivò Ernest Rutherford che con una serie di esperimenti mostrò prima che l'atomo era costituito da un nucleo centrale positivo e da una nuvola di elettroni esterna, e poi che a sua volta il nucleo era ancora suddiviso in particelle di carica positiva chiamate protoni. In particolare quella che viene considerata come la scoperta del protone, è in effetti la dimostrazione sperimentale che il nucleo dell'idrogeno è presente all'interno di ogni altro nucleo⁽¹⁵⁾.
A sua volta il protone (così come il neutrone), grazie ai modelli a partoni e al loro successo predittivo, si è scoperto essere suddiviso a sua volta in altre particelle, questa volta realmente elementari, i quark⁽¹⁾, ma il fatto che questi ultimi non sono osservabili liberi alle usuali energie, fa sì che, nonostante abbia perso il suo status di particella elementare, il protone continua a restare una delle particelle più importanti dello zoo: possiamo, e non a torto, considerarlo come il mattone fondamentale per l'universo visibile⁽¹²⁾.
Ad ogni modo, fino all'introduzione dei quark e dei gluoni, l'interazione nucleare veniva rappresentata attraverso il così detto potenziale di Yukawa⁽⁴⁾, una variazione rispetto al potenziale coulombiano che descrive l'interazione forte tra i nucleoni e che ha permesso di predire i mesoni⁽²⁾. In particolare una quantità che dovrebbe essere influenzata dalla presenza dei pioni nel nucleo è il raggio del protone, la cui misura, dunque, può dare un'idea della forza dell'interazione nucleare e che può essere misurata sfruttando lo spostamento di Lamb (o Lamb shift).
Questo fenomeno venne osservato da Willis Lamb e Robert Retherford nel 1947, mostrando una deviazione rispetto a quanto previsto dall'equazione di Dirac, secondo cui gli orbitali 2S e 2P si trovano alla stessa energia (si dice: sono livelli degeneri). In realtà i due fisici sperimentali osservarono una piccola differenza di energia tra i due livelli, che diventavano quindi distinguibili uno dall'altro⁽¹⁶⁾. Se storicamente questa deviazione fu in pratica l'inizio della QED⁽³⁾, sperimentalmente aprì un mondo da esplorare, con la ricerca della misura più precisa possibile per i livelli energetici dell'idrogeno. A questo scopo vennero realizzati strumenti sempre più sofisticati, fino all'invenzione di un laser che opera in mode locking, che ha permesso di realizzare con grande precisione tutta una serie di misure, inclusa quella del raggio del protone⁽¹³⁾.