Non si tratta di quella della Relatività ristretta (o speciale) messa in discussione in questi giorni da quella che potrebbe essere la scoperta del secolo (vedi Galileo, "Neutrini più veloci della luce, ecco le perplessità"), ma di quella pubblicata circa 10 anni più tardi. Qui i neutrini non c’entrano. C’entra, piuttosto, un effetto su cui si basa quasi tutto ciò che sappiamo oggi sull’Universo: il cosiddetto spostamento verso il rosso (redshift), cioè quel fenomeno per cui la lunghezza d’onda della radiazione luminosa emessa da stelle e galassie tende ad aumentare (spostandosi verso il colore rosso dello spettro elettromagnetico) man mano che si avvicina alla Terra. Una delle cause del redshift - che è tanto più marcato quanto più lontana è la sorgente luminosa - è l’espansione dell’Universo. Un’altra, secondo la teoria della Relatività generale, è il campo gravitazionale generato dalle galassie attraverso il quale si muove la luce.
E qui arriviamo al nocciolo della questione. Sino ad oggi, il redshift gravitazionale era stato verificato con misurazioni condotte all’interno del Sistema Solare, ma mai nessuno lo aveva testato nello Spazio più profondo. Ora, grazie a una tecnologia sempre più raffinata, i ricercatori danesi sono riusciti a misurare lo spettro della radiazione luminosa emessa da galassie lontane mille volte i corpi celesti presenti nel nostro sistema. E le osservazioni hanno confermato la teoria. “È meraviglioso, viviamo in un’epoca in cui i progressi della tecnologia ci permettono di misurare fenomeni come il redshift gravitazionale cosmologico”, ha commentato Radek Wojtak, a capo dello studio.
Wojtak ha osservato lo spettro della radiazione luminosa emessa da circa 8mila ammassi di galassie, ovvero insiemi di centinaia di galassie tenute incollate dalla loro stessa gravità. Le loro misurazioni sono state effettuate sia su quelle posizionate al centro dei gruppi, sia su quelle periferiche. Secondo la teoria della Relatività generale, infatti, la luce perde energia quando attraversa un campo gravitazionale: più forte è il campo e più energia viene consumata. Di conseguenza, ci si aspetta che la luce proveniente dal centro degli ammassi (dove il campo gravitazione è molto intenso) perda più energia di quella emessa dai bordi. Questo è esattamente ciò che Wojtak e colleghi hanno verificato, "pesando2 la massa delle galassie e calcolando l’energia potenziale gravitazionale.
La scoperta è importante anche sotto un altro aspetto: è in perfetto accordo con i modelli cosmologici che prevedono l’esistenza della materia oscura, quella parte dell’Universo che i ricercatori non riescono a osservare perché non emette né riflette la luce. Non solo. Le nuove misurazioni segnano anche un punto a favore dell’energia oscura, che le speculazioni teoriche indicano come la responsabile dell’accelerazione dell’espansione dell’Universo. Secondo i calcoli derivati dalla Relatività generale, questa costituirebbe circa il 72% di tutto ciò che si trova là fuori.
Riferimento: Nature doi:10.1038/nature10445
Via Wired.it
“Se Lhc@home è una grande opportunità per incoraggiare il pubblico verso la scienza, per i ricercatori il beneficio è quello sviluppare campi in cui vi sono risorse limitate di calcolo e di persone”, ha sottolineato Sergio Bertolucci, Direttore delle ricerche e del calcolo scientifico al Cern.
Frutto di una collaborazione fra il centro svizzero, l’Università di Ginevra, l’Istituto delle Nazioni Unite per la Formazione e la Ricerca (Unitar) e il Citizen Cyberscience Centre, Lhc@home rinasce in occasione dell’Anno europeo del volontariato, insieme ad altre iniziative che mirano a coinvolgere i cittadini nelle imprese scientifiche. Come altri progetti simili, anche questo si basa sul calcolo volontario in rete. Il capostipite di questo tipo di progetti è stato Seti@home, inaugurato nel 1999, con il quale i cittadini partecipavano per la prima volta all’analisi dei dati raccolti dai radiotelescopi del Search for Extra-Terrestrial Intelligence.
Per partecipare a Lhc@home 2.0 basta seguire le indicazioni del sito web ed installare un software gratuito chiamato Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (Boinc). A questo punto, il computer inizierà a scaricare pacchetti di dati dal Cern e ad analizzarli quando non viene utilizzato dall’utente (per esempio quando è attivo il salvaschermo).
Oltre a Lhc@home, il Citizen Cyberscience Centre ha lanciato quest’anno altri programmi interessanti, come il progetto Clean Water, dedicato allo sviluppo di filtri efficienti e a basso costo per purificare le acque, e Unosat, per stimare i danni provocati da disastri naturali o dall’essere umano.
Per i fisici le leggi della natura obbediscono a una simmetria fondamentale chiamata CPT (dove le tre lettere stanno per carica, parità e tempo). Secondo questa teoria, che è alla base della fisica delle particelle, se tutta la materia dell'universo fosse rimpiazzata da antimateria, se destra e sinistra si invertissero come quando si guarda in uno specchio e se il tempo viaggiasse al contrario, dal futuro verso il passato, l'“antiuniverso” che si otterrebbe sarebbe uguale a quello in cui viviamo – e dunque da esso indistinguibile. Perché questa teoria sia confermata, però, gli scienziati hanno bisogno di alcune prove. Una delle quali è proprio che l'antimateria pesi esattamente quanto la sua controparte di materia, come dimostrato dai fisici del Cern.
Per riuscirci gli studiosi hanno dovuto superare diverse difficoltà, per esempio evitare che gli anti protoni venissero a contatto con la materia ordinaria. Quando essi toccano anche solo le molecole d'aria in una stanza vanno incontro a un processo di annichilazione, ovvero si distruggono istantaneamente convertendosi in energia. Per risolvere questo problema gli scienziati hanno dovuto rallentare gli atomi così da poterli maneggiare più agevolmente.
Normalmente, poi, la massa dei protoni viene calcolata misurando la frequenza alla quale oscillano, tramite un raggio laser. Un'altra complicazione nella misura relativa agli atomi di antimateria dipendeva dal fatto che questi si muovono a scatti, in maniera casuale. Ciò ha ripercussioni sul calcolo della loro frequenza. L'effetto che si ha (effetto Doppler) è simile a quello per il quale quando un ambulanza si muove nella nostra direzione ci sembra che la sua sirena abbia una frequenza molto più alta di quella che percepiamo quando ci supera. Dunque i dati registrati dagli scienziati risultavano essere diversi a seconda della direzione in cui si muovevano gli atomi.
Per aggirare l'ostacolo, i ricercatori hanno messo a punto una tecnica dal nome “two-photon laser spectroscopy”, per la quale i laser che colpiscono gli atomi sono due, con raggi che vanno in direzioni opposte: questo ha permesso ai ricercatori di limitare l'incertezza dovuta all'effetto Doppler e di migliorare la misura di addirittura sei volte. Ironicamente, la nuova tecnica potrebbe in futuro permettere agli scienziati di misurare la massa degli antiprotoni con una precisione anche migliore di quella con cui si analizza la materia ordinaria.
Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature10260
La difficoltà nel rilevamento del bosone di Higgs è dovuta al fatto che non si può osservare direttamente nell'enorme getto di particelle prodotte da ogni collisione nell'acceleratore (l'Lhc, appunto): esso è poco stabile e decade quasi immediatamente. La sua esistenza può però essere dedotta se si registra un eccesso dei prodotti dei suoi decadimenti: ovvero le particelle che si creano a partire da questa, man mano che si distrugge. Proprio tale abbondanza è stata osservata dai ricercatori dei due esperimenti che hanno infatti ottenuto dagli urti all'interno dell'enorme macchinario un grande numero di particelle con energie simili a quelle che dovrebbero avere i prodotti della particella di Dio.
I fisici del Cern, tuttavia, hanno precisato che questi risultati sono tutt'altro che definitivi. “Dobbiamo essere molto prudenti, i segnali ottenuti dai rilevatori sono ancora molto deboli e potrebbero non essere confermati nei prossimi esperimenti” ha detto Guido Tonelli dell'Università di Pisa, che ha lavorato all'esperimento Cms. “I segnali potrebbero, inoltre, non dipendere dal bosone di Higgs”, ha voluto precisare il ricercatore italiano. Nonostante l'invito alla cautela Tonelli non è però riuscito a celare il fermento con cui attende le prossime rilevazioni dell'Lhc: “Nel giro di qualche mese riusciremo finalmente a capire, dopo venti anni, se il bosone di Higgs esiste veramente e se tutto quello che abbiamo ipotizzato negli ultimi anni è corretto”, ha concluso.
La particella, infatti, era stata introdotta a livello teorico da Peter Higgs, per dare coerenza al Modello Standard, teoria che descrive le particelle fondamentali e le forze attraverso le quali interagiscono. Essa è l'unica descritta da questo impianto teorico che non è ancora stata osservata in laboratorio e se non dovesse esistere tutto il Modello Standard non avrebbe senso.
Riferimenti: Nature doi:10.1038/news.2011.435
Ai ricercatori di CDF sono servite più di 500mila miliardi di interazioni fra protoni e antiprotoni per produrre un campione di 25 eventi Xi-sub-b. Infatti, il tasso di produzione di questa particella è molto basso, e subito dopo aver percorso poche frazioni di millimetro, decade in particelle più leggere. Ma è proprio studiando questi prodotti di decadimento che i fisici di CDF hanno determinato le proprietà di Xi-sub-b, come la sua carica elettrica nulla, o la sua massa.
In particolare, le particelle come Xi-sub-b, la cui grande massa è dovuta principalmente al quark bottom, sono di grande interesse per i fisici, perché permettono di mettere alla prova e migliorare le teorie sull'interazione forte fra i quark, attualmente descritta dalle leggi della Cromodinamica Quantistica.
Pur non essendo una macchina dedicata alla produzione di particelle formate da bottom, dette “b-factory”, il Tevatron ha già permesso di scoprire particelle analoghe a Xi-sub-b, come i barioni Sigma-sub-b nel 2006, Xi-b negativo nel 2007 e Omega-sub-b negativo nel 2009. Il 2011, invece, è stato l'anno di Xi-sub-b. E la caccia continua.
Riferimento: lo studio è disponibile qui
Detta così fa poca scena, ma per capire la portata della scoperta va fatta una premessa. Esistono tre tipi di neutrini: elettronico, muonico e tauonico (più i tre corrispettivi anti-neutrini). Ammesso che abbiano una massa e che questa sia diversa per ogni tipo, i tre possono trasformarsi l’uno nell’altro durante i loro lunghi viaggi (come predetto da Bruno Pontecorvo nel 1962). La trasformazione è detta in gergo oscillazione, ed è un fenomeno di fisica quantistica.
Nel 1988 era già stata osservata l’oscillazione da neutrini muonici a tauonici, poi è stata la volta del passaggio da elettronici a muonici (osservato per i neutrini provenienti dal Sole); se anche il terzo tipo di trasformazione fosse provato, allora si potrebbe determinare il rapporto tra questi fenomeni e quello che avviene ai corrispettivi anti-neutrini. Una simile informazione sarebbe un indizio fondamentale per risolvere “il mistero della massa che ha dominato l’Universo”, come riporta oggi il sito web del Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC, a Tokai), l’acceleratore di particelle che ha collaborato allo studio.
L’esperimento in questione si chiama T2K, ovvero Tokai to Kamioka. Presso l’acceleratore di Tokai, infatti, vengono prodotti i neutrini muonici, che poi corrono sottoterra per ben 295 chilometri fino a Kamioka, nella prefettura di Gifu, dove si trova il rivelatore di neutrini Super-Kamiokande (gli altri due rivelatori al mondo si trovano sotto il Gran Sasso, in Italia, e in Canada).
Al momento la probabilità di aver davvero assistito, per la prima volta nella storia della fisica, alla tanto attesa trasformazione è del 99,3%.
Per confermare il dato dovremo aspettare almeno un anno: al momento il rivelatore è fuori uso per via del terremoto. Se il segnale fosse osservato nuovamente si potrebbe pensare di realizzare un esperimento per mettere a confronto il tasso di oscillazione fra il neutrino muonico e quello elettronico con quello fra le controparti di anti-materia e cercare così una prova diretta della simmetria fra materia e antimateria.
I ricercatori hanno analizzato i dati raccolti tra gennaio 2010 e marzo 2011 (fino al giorno del terremoto che ha messo in ginocchio il Giappone) e hanno osservato in tutto 88 eventi (cioè interazioni tra i neutrini e la materia). “ Sei di questi eventi sono chiaramente identificabili come interazioni di neutrini elettronici”, riportano gli studiosi. Poiché l’acceleratore aveva prodotto solo i muonici, vuol dire che alcuni di questi si sono trasformati durante il viaggio.
La certezza ancora non c’è. Quando i neutrini elettronici interagiscono con la materia si liberano elettroni (mentre i muonici liberano muoni); esiste però la possibilità, sebbene bassa, che degli elettroni si producano in altri modi.
Riferimenti: wired.it
Da quando, nel 2009, atomi di anti-idrogeno sono stati catturati per la prima volta (sono stati creati per la prima volta, sempre a Ginevra, nel 2002 ma si sono istantaneamente distrutti), la possibilità di studiare l’antimateria, postulata negli anni ’30 da Paul Dirac, si sta velocemente trasformando da sogno impossibile per appassionati di Star Trek e fantascienza, a realtà. Da allora, infatti, nel centro svizzero sono stati creati e catturati 309 atomi di anti-idrogeno. Ma il Cern con il suo Lhc non è il solo istituto occuparsi di antimateria: c’è anche il Relativistic Heavy Ion Collider (Rhic), negli Usa, dove lo scorso aprile è stato catturato l’antiatomo più pesante al mondo: l’antielio-4. Inoltre, non si può dimenticare Ams 02 (Alpha Magnetic Spectrometer), il cacciatore di antimateria che è appena arrivato sulla Stazione Spaziale Internazionale per catturare le particelle elementari nello Spazio.
Le particelle di antimateria sono, secondo il Modello Standard, il corrispettivo delle particelle di materia (elettroni, neutroni, protoni, ecc). Riprodurle in laboratorio non è più un problema per i fisici del Cern o di altri laboratori dotati di un acceleratore di particelle come il Large Hadron Collider. Grazie a questi strumenti, infatti, è lavoro di tutti i giorni creare anti-protoni che vengono poi mescolati con anti-elettroni o positroni (quelli della tomografia a emissioni di positroni) in una camera a vuoto, dove alcuni di questi si combinano per dare origine ad atomi di anti-idrogeno.
È qui che comincia il lavoro più complicato per i ricercatori. Queste particelle infatti si distruggono appena entrano in contatto con la materia, devono quindi essere catturate in complicate trappole: campi magnetici molto potenti e dalle maglie molto strette, chiamati bottiglie magnetiche.
Queste particelle sono create direttamente all’interno delle trappole e individuate semplicemente interrompendo il campo magnetico e registrando la loro distruzione, che provoca un lampo.
Anzi, come ricorda il Guardian, questo processo, chiamato annichilazione, trasforma le masse delle particelle in energia secondo la famosa equazione di Albert Einstein, E=mc 2. Un Kg di antimateria che entra in contatto con altrettanta materia provoca un’esplosione circa 3000 volte superiore a quella di Hiroshima.
L’obiettivo di Hangst e colleghi, tuttavia, non è creare esplosioni (anche se questo tipo di esperimenti affascina molto gli autori di Science Fiction), quanto condurre esperimenti sull’antimateria per stabilire se essa ubbidisce alle stesse leggi della fisica della materia, e per capire perché, rispetto a quest’ultima, sembra essere così poco presente nell’Universo, sebbene durante il Big Bang se ne dovrebbe essere creata una quantità uguale.
Come riportato su Nature Physics, i ricercatori hanno già cominciato a studiare gli anti-atomi misurandone la distribuzione dell’energia. “ Potrebbe non sembrare molto emozionante”, commenta Jonathan Wurtele, coautore dello studio, “ ma si tratta del primo esperimento mai condotto su anti-idrogeno intrappolato. Quest’estate speriamo di riuscire a misurare cambiamenti indotti dalle microonde sullo stato atomico degli anti-atomi”.
Riferimenti: wired.it
650 computer stipati in 64 metri cubi, per un peso totale di oltre 8 tonnellate, e 300mila canali di elettronica per far viaggiare i segnali. Sono questi i numeri di AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), il “cacciatore di antimateria” che alla fine di aprile partirà alla volta della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), il laboratorio in orbita a 400 km di altezza sopra le nostre teste, per studiare le particelle elementari direttamente dai raggi cosmici che attraversano lo spazio. Ad accompagnare il viaggio di AMS-02 (il primo, AMS-01, risale al 1998) che partirà a bordo dell’ultimo lancio dello shuttle Endeavour, sarà l’astronauta dell’ASI Roberto Vittori, pronto a raggiungere il connazionale Paolo Nespoli.
La missione di AMS (che dagli inizi di maggio diventerà parte integrante della ISS, lavorando per almeno una decina di anni) è quella di aiutare gli scienziati a far luce sui misteri della fisica dell’antimateria, della materia oscura e della cosiddetta materia strana, andando a spulciare lo spazio alla ricerca di quei segnali e di quelle particelle che non possono essere riprodotte sulla Terra. Strumenti come l’acceleratore di particelle LHC (Large Hadron Collider) sono infatti laboratori eccezionali per studiare la fisica delle materia, ma di fatto le particelle più energetiche sono quelle prodotte nell’universo (per fare un confronto basti pensare che i raggi cosmici hanno energie di 100mila milioni di miliardi di eV, mentre quelli prodotti da LHC raggiungono al massimo un’energia di 7mila miliardi di eV).
ASM permetterà di studiare proprio questi raggi cosmici ad altissime energie che provengono dalla profondità dello spazio, portatori di informazioni sulla natura dell’Universo. Questo perché ASM è uno spettrometro magnetico ad alta precisione, capace di captare i raggi cosmici nella regione energetica del TeV (teraelettronvolt, ovvero 1015 eV), e di intercettare, misurandone tutte le caratteristiche, tutte le particelle elementari che li compongono, grazie ai rivelatori presenti a bordo. Passando in rassegna tutte queste informazioni sarà possibile acquisire informazioni sull’esistenza dell’antimateria in qualche parte dell’Universo, quindi di antigalassie e antistelle, oppure sulla natura della materia oscura, o ancora sulla materia strana (la materia ultradensa, composta dai tre quark up, down e strange).
Per portare a termine AMS-02, cui hanno partecipato 16 paesi con circa 600 ricercatori di 60 Istituti, ci sono voluti 16 anni di lavoro e circa un miliardo e mezzo di euro. Costi che per un quarto provengono dell’Italia, grande protagonista nella missione del “cacciatore dell’antimateria” con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’ Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Parla italiano anche il vice responsabile della missione, Roberto Battiston, fisico dell’INFN e professore all’Università di Perugia. Ma se non bastasse la partecipazione della ricerca, con gli enti e le Università che hanno contribuito alla realizzazione di alcuni importanti componenti a bordo dello spettrometro, va ricordato che la missione AMS-02 è stata un successo anche per l’industria italiana, per le piccole e medie imprese hi-tech distribuite sul territorio nazionale che hanno partecipato ai lavori. A testimoniare il carattere fortemente made in Italy della missione, sarà anche il tricolore donato dal presidente Napolitano a Roberto Vittori lo scorso gennaio, che per la prima volta sventolerà, letteralmente, nello spazio.
La straordinaria avventura di AMS-02 prenderà il via il prossimo 29 aprile, dalla rampa di lancio del Kennedy Space Center (Florida), dieci giorni dopo la data inizialmente prevista, per evitare problemi di “ingorgo spaziale”. Infatti a metà di aprile le strade intorno alla ISS potrebbero essere trafficate, a causa dell’arrivo nella stazione anche di un cargo russo.
Riferimenti: wired.it
Il nuovo acceleratore non avrà le dimensioni gigantesche del famoso LHC e lavorerà ad energie molto più basse. L'obiettivo del progetto è far scontrare fasci di particelle estremamente compatti, piccoli e corti, estremamente densi. Secondo l'Infn, il SuperB (il nome deriva dai mesoni B, alcune delle particelle che l'acceleratore dovrebbe produrre) permetterà di aumentare di 100 volte, rispetto al limite attuale, il numero di reazioni prodotte in un dato tempo in laboratorio; inoltre, offrirà l'opportunità di studiare processi rari di decadimento di particelle che potrebbero evidenziare effetti non previsti dalle teorie oggi più accreditate.
SuperB nasce dalle idee sviluppate e sperimentate in Italia nei Laboratori nazionali Infn di Frascati, con l’acceleratore Dafne. Gli esperimenti e le simulazioni svolti finora suggeriscono che la macchina potrà produrre coppie di particelle (1.000 di mesoni B, altrettante di leptoni τ e diverse migliaia di mesoni D) per ogni secondo di operazione a pieno regime.
In totale, per costruire l'acceleratore a partire da una macchina dimessa dal 2008, il PEP II di Stanford in California (Usa), serviranno 400 milioni di euro: una cifra ben più importante rispetto ai 20 milioni messi a disposizione finora dal governo italiano. Tuttavia Roberto Petronzio, presidente dell'Infn, sembra convinto del fatto che il Miur sia pronto ad investire altri 250 milioni di euro nei prossimi cinque anni.
l'Infn spera che il Ministero approvi un piano di costruzione che preveda l'inizio dei lavori già il prossimo anno e l'entrata in funzione dell'acceleratore intorno al 2016. Si aspetta, però, anche che Stati Uniti mettano ufficialmente a disposizione quel che resta del PEP II: materiali dal valore di 100 milioni di dollari; David MacFarlane, direttore del dipartimento di fisica delle particelle e astrofisica degli Slac National Accelerate Laboratory (e dell'acceleratore in disuso), sarebbe pronto a cedere a patto di una futura collaborazione.
Le possibili ricadute pratiche? I campi sono moltissimi. C’è già chi immagina radiografie superveloci, litografie avanzate (per esempio per creare minuscoli despenser da applicare sotto pelle per la somministrazione dei medicinali) e studi di dettaglio del comportamento delle singole molecole nei processi chimici.
Riferimenti: Infn; Science Insider
Il primo giro è avvenuto nella notte tra sabato e domenica. Ieri altri scontri a 1.38 TeV per fascio. Ma erano solo le prove. Sta mattina, alle 11,45, sono stati prodotti i primi fasci di ioni di piombo stabili: nessun rischio per i rivelatori che sono stati accesi tutti. Via ufficiale agli esperimenti di Alice. Qui potete seguirli in tempo reale.
Aggiornamenti costanti sul sito Lhc Italia dell’Infn
I dati sono stati presentati ieri nello studio "Observationof Long-Range Near-Side Angular Correlations in Proton-Proton Collisions” (qui il comunicato in italiano). “È la prima volta che questo effetto è stato osservato in urti protone-protone e sono possibili molte interpretazioni sulla sua origine”, si legge nel comunicato ufficiale. La forma della correlazione ha caratteristiche simili a quelle osservate negli esperimenti condotti in un altro acceleratore, il RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider al Brookhaven National Laboratory) che sembrano essere causate dalla presenza di materia nucleare molto calda e densa formatasi negli urti tra ioni.
“Abbiamo cercato questo fenomeno sebbene la sua presenza non fosse stata predetta in urti protone-protone, cosa che lo rende molto interessante. Abbiamo bisogno di più dati per gettare luce sull’origine di questo effetto. Stiamo esplorando, centimetro per centimetro, i nuovi territori resi accessibili da LHC ” ha dichiarato Tonelli.
01/lug/2009 11.23