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La fisica moderna cambierà il chilogrammo

La fisica cambierà il Sistema Internazionale delle Unità di Misura, invariato dalla sua fondazione; annunciata con largo anticipo, la conferenza generale su pesi e misure è prevista per novembre 2018 mentre per le nuove definizioni si dovrà attendere fino al maggio 2019

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Record di balistica: 3540 metri in 10 secondi

Il quotidiano canadese “Globe and Mail” ha rilanciato un comunicato delle forze armate canadesi le quali hanno annunciato l’impresa di un loro cecchino che, lo scorso mese in Iraq, è riuscito a colpire a morte un jihadista dell’Isis “cecchinandolo” da oltre tre chilometri e mezzo di distanza; se fosse vero, si tratterebbe di un nuovo record mondiale per la balistica

Wormhole: Intervista a Salvatore Capozziello

Il 18 marzo 2017 è esploso un boom giornalistico secondo cui era stato scoperto il Wormhole per il viaggio del tempo. Tutto ciò, ovviamente, era una bufala.

Ciò che il Prof. Salvatore Capozziello ha creato è un prototipo millimetrico di Wormhole, ma non nel senso astrofisico della parola. I dettagli sul modello erano già stati riportati da Antonio Piazzolla in un suo precedente articolo

Ciò a cui abbiamo puntato è stato quello di riportare la realtà dei fatti, data la disinformazione fatta dopo questa scoperta, e abbiamo, dunque, avvicinato lo stesso Salvatore Capozziello, che si è prestato più che volentieri ad un’intervista.

Wormhole: Salvatore capozziello
A sinistra Gianmarco Valletta, Caporedattore Aerospace.cue e redattore Science.cue, a destra Salvatore Capozziello, professore di Astronomia e Astrofisica presso l’Università degli studi di Napoli “Federico II”. Credits: closeupengineering.it

Dunque, senza perdere ulteriore tempo, diamo la parola al Prof. Capozziello.

Date le incomprensioni, causate da numerose testate giornalistiche, sull’effettiva scoperta da lei fatta, direi che possiamo cominciare con un discorso completo su cosa riguardasse la sua ricerca.

Quello che noi abbiamo fatto è stato applicare le Equazioni di Einstein (ossia le Equazioni di campo gravitazionale) ad una struttura che è il grafene. Il grafene è un materiale estremamente leggero, duttile e malleabile che ha una serie di proprietà di grande interesse che lo rendono ANALOGO ad una struttura spazio – temporale. Quindi noi NON abbiamo inventato la macchina del tempo ma abbiamo trovato un wormhole (una struttura che è soluzione delle equazioni di Einstein) ANALOGA. Da qui alla macchina del tempo passeranno cent’anni.

Esaminiamo, per un momento, la storia del “Wormhole” o anche “Ponte di Einstein-Rosen”. La storia nacque quando, nel 1935, Einstein e un suo studente, appunto Rosen, si posero un problema molto importante: Se ho un buco nero, nel buco nero che fine fa la conservazione dell’energia? E che fine fa la conservazione di tutte le grandezze? Quindi c’era un problema delle condizioni sull’energia che non devono essere violate in presenza di una singolarità. La soluzione che trovarono Einstein e Rosen fu quello di avere un cunicolo spazio – temporale che faceva variare la topologia ma conservava, intatte, le leggi della fisica. È a questo punto che nasce quella parte della relatività generale che prende il nome di “Fisica del Wormhole”, legata al “problema della macchina del tempo“.

Qual è questo problema?

Il problema è la cosiddetta “Chronological Protection“, una congettura formulata da Stephen Hawking, per la quale se io entro nel Wormhole e poi ne esco, automaticamente violo le condizioni di causalità. E quindi posso tornare indietro nel tempo. Questa congettura è stata introdotta per risolvere il famoso “Paradosso del nonno” (ossia torno indietro nel tempo, uccido mio nonno e quindi non sono mai nato).

Tutto questo lo abbiamo preso e riportato all’interno della fisica del grafene. Come già detto, il grafene ha una struttura che può essere modellata tramite le equazioni di Einstein. Quindi, che cosa succede? Il grafene puro è costituito da cellette esadimensionali (o “A nido d’ape“), però su queste cellette si possono avere delle impurità che possono essere pentavalente o eptavalente, cioè il legame del carbonio, anziché strutturarsi in cellette a sei dimensioni, può strutturarsi in cellette che hanno 5 o 7 legami. Il punto interessante della storia è proprio questo, ed è proprio qui che nasce l’analogia (e ribadisco ANALOGIA) con la macchina del tempo.

Questo perché se i difetti sono pentadimensionali si formano delle correnti negative, se invece sono eptadimensionali si formano delle correnti positive. Questo vuol dire che all’interno del Wormhole la struttura è tale che può essere attraversata o in entrata o in uscita da corrente. Quindi non solo riusciamo a tirar fuori una struttura di Wormhole stabile (quindi due fogli di grafene con un nanotubo che li connette), ma viene anche realizzata come soluzione delle equazioni di Einstein. In più, il Wormhole astrofisico non potrebbe essere attraversato da informazione (quindi dal tempo), perché violeremmo la congettura di protezione cronologica; quello che, invece, accade nel nostro caso è che riusciamo ad attraversarlo e a generare un circuito a seconda del drogaggio di atomi pentavalenti o eptavalenti che riusciamo a mettere nel sistema. Il risultato è che troviamo una struttura analoga a quella astrofisica, che è attraversabile pur rimanendo stabile.

Nella struttura astrofisica, per evitare la storia della violazione della causalità, si ha un problema che è stato evidenziato da Wald e Flanagan, i quali hanno constatato che il Wormhole dovrebbe evaporare. In questo caso non solo non evapora, ma rimane stabile e riesce ad essere attraversato da un analogo della curva temporale, che è la corrente. 

Nel 1966, Heisenberg disse: “Se io ho strutture analoghe, la fisica potrebbe essere la stessa”. Quindi anche se da un lato abbiamo una scala astrofisica, e dall’altro una scala microscopica, la struttura è analoga.

Quali potrebbero essere le valenze tecnologiche di questa scoperta?

La cosa interessante da un punto di vista tecnologico è che avremo una corrente che passa all’interno del Wormhole a resistenza zero. Avremo, quindi, un superconduttore naturale generato dal carbonio e, dunque, organico. Quindi, tecnologicamente parlando, possono esserci delle ricadute elevate: avremo il transistor perfetto oppure l’oggetto che, a resistenza zero, fa passare corrente.

Oltre il modello già descritto, abbiamo costruito un dimostratore (Con il gruppo del professor Tafuri), ossia abbiamo realizzato un prototipo di un device elettronico di altissima precisione. In questo momento siamo in contatto con numerose istituzioni, sia italiane che estere per fare in modo di renderlo “commerciabile”. Attualmente siamo in contatto con l’Università di Chalmers, che si trova in Göteborg (Svezia), che dovrebbe fornirci il grafene, che sarà così puro da permettere il drogaggio.

Una piccola curiosità: questo progetto di Wormhole è sempre stato un suo oggetto di ricerca? O è una cosa più recente?

Io mi occupo di Relatività Generale, quindi, in argomenti come “Black Hole” e “Wormhole”, ci sguazzo. L’interesse per questo progetto nasce tramite un gruppo di ricerca internazionale, in cui sono coinvolti degli strutturisti (struttura della materia). Ragionando su questo tipo di argomento, un paio di anni fa ci è venuta l’idea di trovare un analogo sotto questo senso. Oltre all’idea del grafene, e qui ammetto la mia ignoranza, forse questo tipo di struttura può essere realizzata anche con altri materiali. Tuttavia il grafene, grazie alle sue ottime proprietà di conducibilità e il suo modo di potersi strutturare, rappresenta comunque il candidato ideale.

Per ulteriore chiarezza, specifichiamo di nuovo: quindi il viaggio del tempo non c’entra nulla?

Esatto. Il viaggio del tempo è un’ ANALOGIA. L’analogia sta nel fatto che in questo oggetto fluisce corrente. Fluisce corrente così come nel Wormhole astrofisico fluisce informazione. Quindi, per riprendere il parallelo, se vogliamo interagire dalle due bocche del Wormhole dobbiamo essere equivalenti a questi difetti pentavalenti o eptavalenti. Ergo, in un Wormhole astrofisico, gli osservatori, per poter interagire, dovrebbero avere una struttura simile a quella del grafene. La cosa più interessante è che questo drogaggio non è fatto ponendo nella struttura atomi diversi, ma è la geometria della struttura a indurre il passaggio di corrente. Quindi l’analogia con la legge di Einstein è totale: così come nella legge di Einstein la curvatura è indotta dalla distribuzione di materia, così la corrente è indotta dalla distribuzione di elettroni e, dunque, di atomi.

Ultima domanda, quasi banale: Date le sue conoscenze e il progresso scientifico, crede che riusciremo mai ad intendere “Wormhole”, così come è stato erroneamente inteso dalle altre testate?

Bellissima domanda. Wormhole vorrebbe dire che dovremmo avere delle prove astronomiche. Vi dico, in MANIERA MOLTO CAUTA, che esistono delle strutture astronomiche che potrebbero essere buoni candidati per essere Wormhole. In particolare, mi vengono in mente i cosiddetti “Black Hole or Starvation“: sono degli oggetti, al centro delle varie galassie, per i quali abbiamo una struttura che riprendono i Black Hole, però è detta “starvation” (o Black Hole “malato”) perché la quantità di energia intorno ad esso, e il tipo di strutturazione degli oggetti che gli girano intorno, sono tali che sono troppo pochi per la massa dell’oggetto. È come se, per rispettare le leggi della fisica e le condizioni dell’energia, il flusso di questi oggetti finisse da qualche altra parte. Questi, ripeto, sono buoni candidati. Ma se dovessi dire che sono, effettivamente, degli Wormhole, sarei un bugiardo.

Wormhole

Il modello millimetrico di Wormhole

Un team internazionale di ricercatori ha annunciato di aver realizzato un modello di wormhole di grandezza inferiore a un millimetro ma non illudiamoci di poter intraprendere viaggi nello spazio-tempo

CERN

CERN, ricercatori pugliesi scoprono 5 nuove particelle

La scoperta è stata fatta da due ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bari, Antimo Palano e Marco Pappagallo. Queste nuove particelle ci permetteranno di comprendere la natura dell’Universo oscuro e potrebbero avere applicazioni tecnologiche in ambito medico

AMS-02, l’Italia al CERN per comprendere le origini dell’universo

Due ricercatori italiani, Elisa Laudi e Davide Rozza, ci spiegano come funziona l’Alpha Magnetic Spectrometer il cui POCC, coordinato dal premio Nobel Samuel Chao Chung Ting, è situato al CERN.


Nel grande complesso del CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), trova spazio anche il POCC (Payload Operation Control Center) dell’esperimento AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) che, dal 2011, lavora a bordo della ISS. Quello al CERN è una copia esatta del POCC del Johnson Space Center di Houston, una richiesta esigente del premio Nobel Samuel Chao Chung Ting che attualmente lo coordina. Ma cos’è AMS-02? Come funziona e quali sono i suoi obiettivi scientifici? Lo chiediamo ad Elisa Laudi, una giovane e brillante ingegnere dei materiali che prese parte all’assemblaggio e al lancio; Elisa, che attualmente è impiegata nel gruppo di integrazione meccanica dell’esperimento ALICE, ci da appuntamento al Globe of Science and Innovation di Ginevra, un’imponente visitor-center sferico alto 27 metri per 40 metri di diametro (quasi le stesse dimensioni della cupola di San Pietro a Roma).

Elisa Laudi
Elisa Laudi posa davanti allo Space Shuttle Endeavour che ha portato in orbita AMS il 16 maggio 2011 con la missione STS-134.
Credits: alicematters.web.cern.ch

Elisa ci parli di lei e della tua esperienza qui al CERN.

“Lavoro al CERN da sette anni. A questo progetto ho iniziato a lavorarci nel 2006, occupandomi del sistema di raffreddamento bifase del tracciatore al silicio. Il sistema, progettato in Olanda, in collaborazione con l’INFN di Perugia e l’Università di Terni, mi ha permesso di poter seguire tutta la costruzione, iniziata in Taiwan e conclusa in Cina, compresa la fase di assemblaggio avvenuta qui al CERN nel 2009. Poi mi sono occupata del controllo delle performance termiche di tutto il rilevatore AMS, ed in particolare del sistema di raffreddamento del tracciatore, partecipando al test di termo-vuoto eseguito all’ESA, nel LSS di ESTEC. Dopo sono entrata a far parte del team di integrazione di AMS  occupandomi sia della qualità che delle attività di integrazione meccanica, che ho continuato a seguire al NASA Kennedy Space Center in Florida, per tutta la launch campain fino al momento dell’istallazione sulla Stazione Spaziale, avvenuta nel maggio del 2011. Attualmente invece sono impegnata nel gruppo di integrazione meccanica dell’Esperimento ALICE; mi occupo sia del sistema di raffreddamento che della realizzazione delle strutture meccaniche di supporto dei sensori al silicio, per l’upgrade del detector più centrale, il tracciatore ITS (Inner tracking System).”

Cos’è l’Alpha Magnetic Spectrometer?

“L’AMS-02, Alpha Magnetic Spectrometer, è un rivelatore di particelle spaziale che si basa su un magnete permanente progettato per operare all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale. Consiste in un cubo di 3 metri per 3 metri con un peso totale di 8 tonnellate”

Qual è il compito di AMS-02?

“Il suo scopo è quello di studiare la composizione dei raggi cosmici primari esplorando nuove frontiere nel campo della fisica delle particelle, alla ricerca di tracce dell’antimateria di origine cosmica  e della vera natura della materia oscura. Come tutti i detector di particelle , AMS è costituito da vari sotto-rilevatori, ognuno dei quali ha lo scopo di osservare e identificare le proprietà delle particelle che lo attraversano”.

Quale pensi sarà il futuro di questo esperimento?

“Difficile dirlo, sono tutti piuttosto cauti. Probabilmente si tratterà di una macchina indipendente, controllata da terra, che andrà nello spazio dopo la fine della Stazione Spaziale, prevista per il 2024” – conclude Elisa.


Per capire come sta andando l’esperimento e a che punto stiamo con le scoperte, facciamo qualche domanda a Davide Rozza, un assegnista di ricerca dell’Università degli Studi di Milano Bicocca, attualmente impegnato al POCC di AMS-02 nella sede del CERN.

“Il mio ruolo all’interno di AMS è studiare gli effetti del campo magnetico terrestre e dell’attività solare sui raggi cosmici. Tale influenza è tanto maggiore quanto minore è la loro energia. Mi occupo, inoltre, dell’interpretazione dei dati di elettroni e positroni ad alta energia. Questo perché le teorie attuali, che prevedono i meccanismi di produzione di antimateria negli scontri tra i raggi cosmici, sono in disaccordo con i dati sperimentali, pertanto abbiamo bisogno di nuove sorgenti (astrofisiche o materia oscura) che aiutino nell’interpretazione dei dati: da qui la creazione di AMS-02. L’attività al CERN riguarda, oltre che gli aggiornamenti sullo stato del lavoro, anche il controllo dell’acquisizione dati facendo shift (turni) nella sala di AMS-02 POCC” – ci spiega Davide.

Come funziona AMS-02?

“AMS osserva in modo diretto antimateria e in modo indiretto materia oscura, questo per i seguenti motivi; per osservare in modo diretto l’antimateria, il magnete e i vari sotto-rivelatori di AMS fanno in modo di separare materia da antimateria, in questo modo si sono osservati antielettroni e antiprotoni. In linea di principio AMS può vedere tutta l’antimateria (con gli stessi limiti imposti sulla materia ad esempio ricostruzione carica fino al ferro ecc.), quindi potremmo anche riconoscere un nucleo di anti-elio. L’anti-elio (due antiprotoni e due antineutroni legati nel nucleo) è importantissimo perché non lo puoi produrre in interazioni secondarie tra raggi cosmici (come invece accade per positroni e antiprotoni), quindi vuol dire che dovrebbe essere di origine primordiale (prodotto dal big bang) e quindi l’asimmetria che vediamo noi tra materia e antimateria ( nel 5%)  (il big bang non ha motivo per aver prodotto solo materia e non antimateria, quindi in principio dovrebbe averle prodotte in ugual quantità, ma ora siamo in un universo di materia… quindi?) in realtà non c’è, siamo solo incapaci a vederla, oppure, non conosciamo ancora il processo fisico che predilige la materia e non l’antimateria. Per osservare la materia oscura, in modo indiretto, vale il principio di prima: se si trovasse dell’anti-deuterio (antiprotone legato ad antineutrone) questo potrebbe essere uno dei canali di annichilazione di particelle di materia oscura. Il fondo, dato dalla produzione di anti-deuterio da interazioni tra raggi cosmici, è anche qui molto basso, quindi se si vede qualcosa è quasi sicuro materia oscura”.

E qualora dovessimo vedere l’anti-elio?

“Avverranno due cose: un secondo Premio Nobel per Ting” – scherza, ma non troppo Davide – “mentre a noi rimarrà il fatto che potremo identificare quell’anti-elio come particelle prodotte da una possibile anti-stella che, di conseguenza, deve far parte di un anti-galassia magari solo troppo lontana da noi per vederla”.

Cosa abbiamo scoperto fino a questo momento?

“Le scoperte significative, al momento, riguardano i flussi pubblicati (protoni, antiprotoni, elio, elettroni, positroni). Nessun esperimento, prima del nostro, è riuscito a misurare il flusso dei raggi cosmici con una precisione così elevata in un ampio range energetico. A breve verranno pubblicati i flussi di altri ioni nei raggi cosmici. Scoperte inaspettate, soprattutto i cambi di pendenza nei flussi dei raggi cosmici e nei loro rapporti. Questo sta portando ad una rivisitazione dei modelli di produzione e propagazione di queste particelle nella Galassia compresi quelli riguardanti le teorie relative alla materia oscura. Infatti, è la prima volta che si passa da errori enormi sui dati, che permettevano un’interpretazione multipla da diverse teorie, a dati così precisi i cui errori sono inferiori alle incertezze sui modelli. Ma non è tutto: il fatto che AMS stia prendendo dati ininterrottamente da più di 5 anni (e continuerà a farlo finchè esisterà la Stazione Spaziale) ci permetterà di studiare in dettaglio la nostra stella, il Sole, sia su grande scala temporale (la modulazione solare il cui ciclo è di 11 anni), sia su piccola scala con lo studio dei brillamenti solari che hanno effetti diretti sulla Terra”.

Tim Berners-Lee
Tim Berners-Lee posa davanti al computer NeXT con il quale è stato inventato il World Wide Web. Credits: CERN – www.cern.ch

A cosa ci servirà tutto questo? Quali sono le applicazioni pratiche delle ricerche svolte al CERN nella vita di tutti i giorni? Basta semplicemente osservare cosa hanno portato finora le scoperte nel campo della fisica; dallo sviluppo in campo medico con nuove terapie per malattie agli sviluppi di sistemi di immagine per applicazioni mediche ed industriali. Per fare un esempio pratico è sufficiente citare Fermilab, un laboratorio di ricerca dedicato allo studio della fisica delle particelle elementari; tale struttura gestisce un centro di terapia del cancro che ha trattato 3.000 pazienti dal 1976 ad oggi. Altro valido esempio sono i raggi X e la risonanza magnetica, nati dai rivelatori utilizzati per l’imaging delle particelle e poi ancora i risvolti nel campo dell’informatica: al CERN è nata la pagina web (World Wild Web), per condividere informazioni riguardante gli esperimenti tra scienziati internazionali. Non solo scienza, futuro e progresso dunque ma anche e soprattutto un luogo di convivenza, di confronto, di conoscenza, scientifica certo, ma anche sociale e culturale: un autentico tempio della scienza dove l’umanità si connette, accantonando rancori e diversità per migliorare la vita. Un patrimonio dell’umanità da preservare a tutti i costi.

The Globe of Science and Innovation

Journey into CERN – The Globe

Close-up Engineering takes you to the journey into CERN, the world’s biggest particle physics laboratory. This first part is dedicated to the Globe of Science and Innovation, an awesome structure which can be considered as “The Temple of Science”


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