Research Blogging - Physics - Italian

Stati di conoscenza

2012-05-12T04:13:00Z

È uscito su Nature Physics un articolo che quando era stato pubblicato in forma di papero su arXiv, alcuni mesi fa, aveva suscitato un bel vespaio. Si tratta di “On the reality of the quantum state” di M. F. Pusey, J. Barrett e T. Rudolph, il primo e l’ultimo fisici dell’Imperial College di Londra e quello in mezzo matematico dell’Università della stessa città. Si tratta un lavoro di fisica fondamentale che prova a colpire al cuore una delle tante interpretazioni della meccanica quantistica, quella che suggerisce la funzione d’onda, l’oggetto matematico associato ad uno stato quantistico, rappresenti qualcosa che è un bel po’ meno che reale e cioè solo un calcolatore di probabilità. Secondo i nostri ricercatori, invece, se una realtà esiste (al contrario di quello che ne pensava Bohr: “Non c’è nessun mondo quantistico. C’è solo una descrizione fisica astratta. È sbagliato pensare che il compito della fisica sia … Continue reading →...

Pusey, M., Barrett, J., & Rudolph, T. (2012) On the reality of the quantum state. Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys2309

La teoria del vuoto

2012-05-07T11:25:00Z

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) Dalla bibliografia dei primi due articoli fin qui utilizzati(1, 2), possiamo estrarre alcuni interessanti lavori riguardo il modello del vuoto. Uno dei più vecchi sembra essere quello di Celerier riguardo un modello inomogeneo costruito proprio a partire dallo spaziotempo di Lemaitre-Tolman-Bondi con una costante cosmologica pari a zero(3). Un modello non così diverso (anch'esso parte dallo spaziotempo di Lemaitre-Tolman-Bondi) è quello sviluppato da Alnes, Amarzguioui, Gron(4). Nel modello c'è una transizione continua tra l'interno poco denso e le regioni esterne. Quindi consideriamo un modello di universo dominato da polvere isotropica ma inomogenea, dove l'inomogeneità è sfericamente simmetrica.(4) E se il nostro universo è omogeneo, possiamo dedurre il tempo di evoluzione dell'espansione cosmica semplicemente a partire dalle osservazioni, poiché il tasso di espansione dipende solo dal tempo. Quindi, se il tasso di espansione dedotto dalle osservazioni delle supernove è più grande per bassi redshift che per quelli più alti, questo deve essere attribuito all'accelerazione cosmica in un universo omogeneo, mentre nel nostro caso può semplicemente essere la conseguenza di una variazione spaziale, con il tasso di espansione maggiore a noi più vicino.(4) Alexander, Biswas, Notari e Vaid hanno invece sviluppato un modello del vuoto minimale with minimal length scale and underdensity contrast that is required to give a consistent ﬁt to the supernovae data.(5) I risultati del gruppo sembrano positivi: We ﬁnd that the Minimal Void (MV) model can consistently account for the combination of the Type Ia supernovae, WMAP 3rd year, BBN constraints (...) The MV model can accommodate reasonably all of the data considered, although the fits are not as good as the concordance model.(5) C'è però un piccolo problema: D'altra parte abbiamo visto che il vuoto minimale ha qualche problema con l'oscillazione acustica barionica (Baryon Acoustic Oscillations, BAO)(5) E questo è anche uno dei problemi più seri che Zibin, Moss, e Scott hanno scovato andando ad esaminare i modelli del vuoto: infatti BAO pone dei forti vincoli a questo modello alternativo all'energia oscura(2). Le conclusioni del lavoro(2) non sono così ottimistiche riguardo il futuro dei modelli del vuoto, e lo stesso Zibin afferma nel comunicato stampa diffuso da EurekaAlert (via Universe Today): I modelli del vuoto sono terribili nello spiegare i nuovi dati, ma il modello standard sull'energia oscura lavora molto bene. Che non è molto differente dal commento che si può leggere sul New Scientist Space Blog: I risultati di Clifton sono molto speculativi(1) - non c'è alcuna forte evidenza che suggerisce che viviamo in un vuoto, né dell'esistenza di un vuoto con un accordo molto grande e fattibile con il modello standard della cosmologia. E anche se la teoria del vuoto riesce a dare conto delle osservazioni delle supernove, non riesce a spiegare le ulteriori evidenze a favore dell'energia oscura provenienti dalla radiazione cosmica di fondo, la radiazione archeologica del Big Bang. Migliori osservazioni di più supernove - per esempio dall'esperimento proposto SNAP - potrebbero aiutare la teoria dalla misura di come il tasso di espansione dell'universo è cambiato attraverso la storia cosmica. Vorrei però concludere con le parole di Clifton stesso: Sono stati invocati due paradigmi molto differenti per spiegare l'attuale osservazione di un universo apparentemente in accelerazione, in base all'accettazione o al rigetto del principio copernicano. Abbiamo mostrato che negli anni a venire sarà possibile distinguere sperimentalmente tra questi due scenari, consentendoci di testare sperimentalmente il principio copernicano, come pure determinare la misura in cui l'energia oscura debba essere considerata un ingrediente necessario dell'universo.(1) Solo future osservazioni potranno confermare lo scenario attualmente più gettonato, quello di un universo composto a maggioranza di materia ed energia oscure, o magari un universo fatto di vuoti o un qualche altro scenario. (1)...

Clifton, T., Ferreira, P., & Land, K. (2008) Living in a Void: Testing the Copernican Principle with Distant Supernovae. Physical Review Letters, 101(13). DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.131302

Zibin, J., Moss, A., & Scott, D. (2008) Can We Avoid Dark Energy?. Physical Review Letters, 101(25). DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.251303

Alnes, H., Amarzguioui, M., & Grøn, �. (2006) Inhomogeneous alternative to dark energy?. Physical Review D, 73(8). DOI: 10.1103/PhysRevD.73.083519

Alexander, S., Biswas, T., Notari, A., & Vaid, D. (2009) Local void vs dark energy: confrontation with WMAP and type Ia supernovae. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2009(09), 25-25. DOI: 10.1088/1475-7516/2009/09/025

L’universo secondo Stalin

2012-05-06T17:36:58Z

La cosmologia, scienza inevitabilmente destinata a toccare le questioni fondamentali dell’origine e della fine dell’universo, e quindi ideologicamente sensibile, fu oscurata per più di un decennio nell’URSS durante la guerra fredda perché non conforme all'interpretazione sovietica del materialismo dialettico e sospettata di favorire la religione....

Helge Kragh. (2012) The Universe, the Cold War, and Dialectical Materialism. Manuscript submitted to the journal Centaurus. arXiv: 1204.1625v2

La materia oscura nell'anello

2012-04-28T12:33:00Z

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. (1) La scoperta della materia oscura avvenne grazie all'applicazione del teorema del viriale fatta da Zwicky nella seconda metà degli anni '30 del XX secolo(7): grazie all'uso di un teorema della fisica classica, l'astronomo riuscì a determinare che la velocità di rotazione delle galassie era compatibile con un contenuto di massa superiore a quello osservato. Il teorema del viriale, il cui nome deriva dal latino vis, forza, energia, afferma che in un sistema di $N$ particelle che si muovono in una regione limitata di spazio, la cui energia cinetica totale sia $T$, vale la relazione \[\left\langle T \right\rangle = - \sum_{k=1}^N \left\langle \vec F_k \cdot \vec r_k \right\rangle\] dove le medie, rappresentate dalle parentesi $\langle \cdots \rangle$, sono calcolate nel tempo, $\vec F_k$ è la forza che agisce sulla $k$-sima particella, $r_k$ la posizione della $k$-sima particella. Nel caso in cui le particelle siano soggette a un potenziale gravitazionale, dal teorema del viriale segue che: \[2 \left\langle T \right\rangle = - \left\langle U \right\rangle\] Da qui si capisce come Zwicky ebbe l'idea di applicare, nella terza sezione del suo articolo, il teorema agli ammassi, in particolare a quello della Chioma (ammasso della chioma) Determinò, poi, la seguente disequazione: \[M > \frac{R \left\langle v^2 \right\rangle}{5G}\] dove $M$ è la massa totale dell'ammasso, $R$ il suo raggio (o comunque il raggio della sfera che racchiude la massa dell'ammasso, ritenuto uniforme), $v$ la velocità mediata sulla massa e sul tempo, $G$ la costante di gravitazione universale. (2) Prendiamo due particelle di spin semi-intero. Se le combiniamo tra loro possiamo trovare o uno di tre differenti stati di spin totale 1, detti stati di tripletto, o uno stato di spin 0 detto di singoletto. Qualunque combinazione di numeri quantici che ci porta a uno stato come quello di spin totale 0 è detto stato di singoletto. (3) Peter Gordon, Numerical Cognition Without Words: Evidence from Amazonia. Science 306, 496 (2004) (pdf) (4)...

Abdo, A., Ackermann, M., Ajello, M., Atwood, W., Baldini, L., Ballet, J., Barbiellini, G., Bastieri, D., Bechtol, K., Bellazzini, R.... (2010) Fermi Large Area Telescope Search for Photon Lines from 30 to 200 GeV and Dark Matter Implications. Physical Review Letters, 104(9). DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.091302

Giudice, G., Gripaios, B., & Mahbubani, R. (2012) Counting dark matter particles in LHC events. Physical Review D, 85(7). DOI: 10.1103/PhysRevD.85.075019

Zwicky, F. (1937) On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae. The Astrophysical Journal, 217. DOI: 10.1086/143864

ITIS Galileo: Icarus

2012-04-26T11:31:00Z

Nello speciale di ieri di La7, dopo la messa in onda dello spettacolo teatrale ITIS Galileo di Marco Paolini, andato in onda presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, l'attore ha iniziato a girare per i laboratori spiegando alcuni degli esperimenti presenti nelle viscere della montagna. Il nostro ha ovviamente toccato un grande esperimento come OPERA, diventato famoso per i neutrini più veloci della luce (risultato che poi si è scoperto falsato da un errore sperimentale), spiegando che in effetti l'esperimento non era stato costruito per effettuare misure di velocità sui neutrini (obiettivamente, però, questa misura ha consentito, nonostante tutta la pubblicità forse eccessiva intorno alla presunta scoperta, di scoprire un errore che avrebbe falsato le misure per cui OPERA è stato costruito). L'altro grande esperimento, che ha anche contribuito a suggerire l'esistenza di errori dentro OPERA, presentato da Paolini è stato ICARUS, ideato e progettato dal Nobel Carlo Rubbia. La filosofia dietro ICARUS, anch'esso un esperimento dedicato alla ricerca sui neutrini, è la stessa che si trova dietro alle classiche camere a bolle. Per camera a bolle si intende una camera riempita con un liquido, preferibilmente idrogeno (se non ricordo male), facilmente ionizzabile: in questo modo, infatti, una particella carica che attraversa il mezzo o che viene creata al suo interno, genera, cedendo energia, una scia di bolle ionizzate dalla cui rilevazione (scattando delle fotografie con una macchina posta sopra la camera) si possono determinare traiettoria, energia, tipo di particella, fino anche all'identificazione del tipo di interazione (in effetti questa parte è facile: una volta identificata la particella, si può confrontare l'interazione con quelle teoricamente previste per capire bene cosa è avvenuto). In questo genere di rilevatori, ICARUS, come scritto sul sito del Gran Sasso, rappresenta una nuova generazione di camere a bolle: il detector costruito dagli LNGS è potenzialmente in grado di rilevare i passaggi dei neutrini atmosferici, di quelli solari oltre alla ben più ambiziosa osservazione del primo decadimento di un protone, senza dimenticare, comunque, le verifiche delle oscillazioni dei neutrini. Come infatti spiegava ieri Paolini, i neutrini, in natura, sono presenti in tre distinti sapori, se così possiamo dire, ognuno associato a neutrini differenti: abbiamo infatti i neutrini elettronici, i più leggeri e legati alle interazioni che danno come risultati gli elettroni; i neutrini muonici, quelli di mezzo; i neutrini tauonici, quelli più pesanti. L'idea dell'oscillazione, già verificata(1), è che se in un fascio monocromatico di neutrini almeno uno di loro cambia sapore, allora il neutrino possiede una per quanto piccola massa. ICARUS, prima di mettersi in opera, ha avuto una fase di test con un prototipo che ha fornito questo risultato: Il prototipo, di 3-ton, ha successivamente portato alla costruzione del rilevatore vero e proprio, un oggetto da 600 ton che si è presto dimostrato all'altezza dei compiti assegnatigli: The ICARUS T600 detector is so far the biggest LAr detector ever built. It has been successfully installed in the Gran Sasso underground laboratory and it is presently collecting data after having smoothly reached the optimal working conditions. LAr is a cheap liquid vastly produced by industry, which potentially permits to realize large mass detectors. ICARUS T600 represents the final milestone of a series of fundamental technological achievements in the last several years; its underground operation demonstrates that the ICARUS technology is now mature and scalable to much larger masses, in the range of tens of kton as required to realize the next generation experiments for neutrino physics and proton decay searches. Finally, the examples of neutrino interaction event analyzed in this paper demonstrate that also the reconstruction procedure is well under control fully exploiting the physical potentiality of this technology.(2) (1) Breve storia delle oscillazioni dei neutrini. Queste vennero previste da Maki, Nakagawa, e Sakata nel 1962 e successivamente rielaborate nella forma definitiva da Pontecorvo nel 1967 nella forma della famosa matrice Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata \[\begin{pmatrix} \nu_e \\ \nu_\mu \\ \nu_\tau \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} U_{e1} & U_{e2} & U_{e3}\\ U_{\mu1} & U_{\mu2} & U_{\mu3} \\ U_{\tau1} & U_{\tau2} & U_{\tau3} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \nu_1 \\ \nu_2 \\ \nu_3 \end{pmatrix}\] La prima osservazione di una tale oscillazione è del 1968, cui segue nel 1969 il famoso articolo di Gribov e Pontecorvo, Neutrino astronomy and lepton charge, mentre l'ultimo punto in questa ricerca lo segna OPERA con l'osservazione della prima oscillazione da neutrino muonico a neutrino tauonico. (2) Rubbia, C., Antonello, M., Aprili, P., Baibussinov, B., Ceolin, M., Barzè, L., Benetti, P., Calligarich, E., Canci, N., Carbonara, F., Cavanna, F., Centro, S., Cesana, A., Cieslik, K., Cline, D., Cocco, A., Dabrowska, A., Dequal, D., Dermenev, A., Dolfini, R., Farnese, C., Fava, A., Ferrari, A., Fiorillo, G., Gibin, D., Berzolari, A., Gninenko, S., Golan, T., Guglielmi, A., Haranczyk, M., Holeczek, J., Karbowniczek, P., Kirsanov, M., Kisiel, J., Kochanek, I., Lagoda, J., Lantz, M., Mania, S., Mannocchi, G., Mauri, F., Menegolli, A., Meng, G., Montanari, C., Muraro, S., Otwinowski, S., Palamara, O., Palczewski, T., Periale, L., Piazzoli, A., Picchi, P., Pietropaolo, F., Plonski, P., Prata, M., Przewlocki, P., Rappoldi, A., Raselli, G., Rossella, M., Sala, P., Scantamburlo, E., Scaramelli, A., Segreto, E., Sergiampietri, F., Sobczyk, J., Stefan, D., Stepaniak, J., Sulej, R., Szarska, M., Terrani, M., Varanini, F., Ventura, S., Vignoli, C., Wachala, T., Wang, H., Yang, X., Zalewska, A., Zaremba, K., & Zmuda, J. (2011). Underground operation of the ICARUS T600 LAr-TPC: first results Journal of Instrumentation, 6 (07) DOI: 10.1088/1748-0221/6/07/P07011 (arXiv |...

Rubbia, C., Antonello, M., Aprili, P., Baibussinov, B., Ceolin, M., Barzè, L., Benetti, P., Calligarich, E., Canci, N., Carbonara, F.... (2011) Underground operation of the ICARUS T600 LAr-TPC: first results. Journal of Instrumentation, 6(07). DOI: 10.1088/1748-0221/6/07/P07011

Il super-laser

2012-04-11T05:22:38Z

Nei laboratori del JILA, un istituto di ricerca dell’Università del Colorado e del NIST (National Institute of Standards and Technology) è stato costruito il primo prototipo di laser “super-radiante”, un apparecchio che sfrutta una sorta di danza sincronizzata di alcuni milioni di atomi di Rubidio (che è semplice raffreddare e intrappolare) per produrre un fascio laser rosso per ora un po’ fioco ma potenzialmente molto più stabile di quello prodotto dai laser ordinari. Il termine “super-radiante” deriva da un lavoro fondamentale di Robert Henry Dicke pubblicato nel lontano 1954 su Physical Review: Coherence in spontaneous radiation processes. Dicke è stato un fisico versatile che ha fornito un contributo importante in tutti i campi che ha frequentato, l’astrofisica e la cosmologia, l’ottica quantistica e la fisica atomica. Nel lavoro che vi ho citato affronta il problema dell’emissione spontanea di radiazione da parte di un insieme di atomi localizzati e preventivamente eccitati. … Continue reading →...

Bohnet, J., Chen, Z., Weiner, J., Meiser, D., Holland, M., & Thompson, J. (2012) A steady-state superradiant laser with less than one intracavity photon. Nature, 484(7392), 78-81. DOI: 10.1038/nature10920

Verso ICARUS neutrini senza fretta

2012-03-17T11:36:21Z

Un altro esperimento lo conferma: non sono più veloci della luce di Marco Cagnotti Nella scienza, si sa, un solo risultato sperimentale non basta. Può suscitare perplessità e indurre a riflettere. Ma non permette, da solo, di concludere che c’è stata una scoperta. Men che meno se quel risultato è rivoluzionario. Come s’è visto, per [...]...

M. Antonello, P. Aprili, B. Baibussinov, M. Baldo Ceolin, P. Benetti, E. Calligarich, N. Canci, F. Carbonara, S. Centro, A. Cesana.... (2012) Measurement of the neutrino velocity with the ICARUS detector at the CNGS beam. arXiv. arXiv: 1203.3433v1

Un’origine per le tempeste solari

2012-03-04T10:19:36Z

Dalle stelle al laboratorio di Andrea Signori Una ricerca svolta al Caltech getta nuova luce sul meccanismo di formazione dei flare, i poderosi scoppi di energia liberati dal Sole responsabili delle “tempeste” che (come è accaduto anche di recente) investono il nostro pianeta (scombussolando qualche apparato elettronico). Il meccanismo con cui le stelle emettono getti [...]...

Moser, A., & Bellan, P. (2012) Magnetic reconnection from a multiscale instability cascade. Nature, 482(7385), 379-381. DOI: 10.1038/nature10827

La massa del W e il Particle Data Group

2012-02-25T11:03:00Z

Il punto di partenza è il modello standard delle particelle elementari. Esso è costituito da quattro interazioni fondamentali: gravità, elettromagnetismo, forza nucleare forte e forza nucleare debole. In particolare quest'ultima è responsabile dei decadimenti radioattivi e della fusione dell'idrogeno nelle stelle. I bosoni di questa interazione (ovvero le particelle scambiate tra i due fermioni che stanno interagendo) sono $W^\pm$ e $Z$. Un esempio di interazione debole è il decadimento del pione $\pi^+$: Questi tre nuovi tipi di bosoni vennero predetti da Glashow, Weinberg e Salam(1) e quindi scoperti al CERN nel 1983 grazie a una serie di esperimenti condotti da Carlo Rubbia e Simon van der Meer(2). Da pochi giorni, però, grazie a una delle ultime analisi provenienti da dati del Tevatron, siamo in possesso di un nuovo valore della massa del $W$ da aggiungere a quelli fin qui collezionati. A proporre la nuova misura è l'esperimento CDF: \[M_W = (80.387 \pm 0.019) GeV\] Combinando questo valore con le altre misure in nostro possesso, si arriva al valore preliminare definitivo che dovrebbe (il condizionale è d'obbligo) essere pubblicato sul Particle Data Group: E' molto importante, infatti, capire che il valore di $(80.390 \pm 0.016) GeV$ diventerà la nuova massa del $W$ solo dopo la pubblicazione del preprint di CDF (pdf) su una rivista referata e dopo che questo valore verrà inserito nella scheda della particella sul Particle Data Group. E questo sembra non essere stato compreso dai lettori di Tommaso, che ha dato l'annuncio sul suo blog e, soprattutto, ha cercato di spiegare in termini semplici tutto il processo sperimentale e l'analisi dei dati che ha portato alla misura specifica e dunque alla nuova proposta. Ad esempio Wired ha preso per buono il risultato di CDF, nonostante sia preliminare, operando anche la solita semplificazione giornalistica (e un po' popperiana), prendendo il risultato della collaborazione come una sorta di spugna che cancella tutto quello che c'era in precedenza. E una situazione piuttosto antipatica, con gente che arriva per aggiornare un dato non ancora ufficiale, sta accadendo su en.wiki con due versioni (1 e 2) modificate e prontamente riportate allo stato originario questa notte (e una terza dal sottoscritto nel pomeriggio). Prima che questa follia prenda piede anche in Italia, magari con qualche giornalista che nel fine settimana non sa come riempire la propria colonna e allora parte andando dietro a Wired (quello statunitense, e non il nostrano!), spieghiamo anche cosa sia il Particle Data Group. In poche parole è un gruppo internazionale di fisici che si sono fatti carico di mettere ordine tra i dati sperimentali provenienti dalla fisica delle particelle. Compilano, ogni anno circa per il web, e ogni due anni anche per il cartaceo, le schede delle particelle (con tutte le loro proprietà come numeri quantici e massa), e delle interazioni fondamentali, andando a pescare i dati proprio dalle pubblicazioni referate. Tutto questo lavoro, che diventa così la fonte principale (ma dovrebbe anche essere l'unica) per i dati delle particelle usiamo negli articoli di fisica viene pubblicato su due riviste, il Review of Particle Physics e la sua versione tascabile Particle Data Booklet. Per cui, fino alla pubblicazione della nuova scheda, il valore della massa del $W$ resta ancora $(80.399 \pm 0.023) GeV$(3). (1) I tre teorici hanno vinto il Nobel nel 1979 per il loro contributo alla teorica dell'interazione unificata debole ed elettromagnetica delle particelle elementari, includendo, tra gli altri, la predizione della corrente neutra debole Detto questo, vorrei sottolineare tre concetti secondo me chiave nella teoria: simmetria, teoria di gauge e rinormalizzazione. La simmetria dovrebbe essere un concetto chiaro: una trasformazione che, ad esempio, non cambia un sistema fisico è una trasformazione di simmetria. In fisica, però, si fa uso anche delle teorie di gauge: in questo caso la teoria si basa sul fatto che il sistema presenta invarianza (ovvero non subisce modifiche) non tanto sotto l'azione di trasformazioni globali, ma sotto l'azione di trasformazioni locali (che a loro volta formano un gruppo di trasformazioni continue). I due concetti di globale e locale sono abbastanza intuitivi, ma vale la pena spiegarli: ovviamente una trasformazione globale è una trasformazione di simmetria che agisce su tutto lo spazio; una trasformazione locale, invece, agisce su una porzione molto più piccola dello spazio, una porzione matematicamente detta intorno (o vicinato, usando una traduzione più colloquiale) del punto x che mi interessa studiare. E infine la rinormalizzazione è un trucco di noi fisici fatto per dimenticarci dell'esistenza delle divergenze nel modello standard! Al momento diciamo che vi basti questo, sulla rinormalizzazione, ma cercherò, comunque, di raccontarvi questo concetto in dettaglio appena ne avrò l'occasione. Per il momento, comunque, accontentatevi, se volete, di approfondire sulle lezioni da Nobel dei nostri tre illustri teorici: Glashow, S. (1980). Towards a unified theory: Threads in a tapestry Reviews of Modern Physics, 52 (3), 539-543 DOI: 10.1103/RevModPhys.52.539 (pdf) Salam, A. (1980). Gauge unification of fundamental forces Reviews of Modern Physics, 52 (3), 525-538 DOI: 10.1103/RevModPhys.52.525 (pdf) Weinberg, S. (1980). Conceptual foundations of the unified theory of weak and electromagnetic interactions Reviews of Modern Physics, 52 (3), 515-523 DOI: 10.1103/RevModPhys.52.515 (pdf) Ad ogni modo, vorrei notare che la corrente neutra è stata osservata per la prima volta al CERN nel 1973 e certoè stato uno dei problemi teorici più intriganti nella costruzione della teoria. (2) I due sperimentali hanno vinto il Nobel appena un anno dopo la scoperta, che è stata riassunta dalle due rispettive lezioni da Nobel:...

Glashow, S. (1980) Towards a unified theory: Threads in a tapestry. Reviews of Modern Physics, 52(3), 539-543. DOI: 10.1103/RevModPhys.52.539

Salam, A. (1980) Gauge unification of fundamental forces. Reviews of Modern Physics, 52(3), 525-538. DOI: 10.1103/RevModPhys.52.525

Weinberg, S. (1980) Conceptual foundations of the unified theory of weak and electromagnetic interactions. Reviews of Modern Physics, 52(3), 515-523. DOI: 10.1103/RevModPhys.52.515

Rubbia, C. (1985) Experimental observation of the intermediate vector bosons W , W-, and Z0. Reviews of Modern Physics, 57(3), 699-722. DOI: 10.1103/RevModPhys.57.699

van der Meer, S. (1985) Stochastic cooling and the accumulation of antiprotons. Reviews of Modern Physics, 57(3), 689-697. DOI: 10.1103/RevModPhys.57.689

Nakamura, K., & , . (2010) Review of Particle Physics. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, 37(7A), 75021. DOI: 10.1088/0954-3899/37/7A/075021

Il problema del bombo viaggiatore…

2012-02-13T07:23:31Z

Insetti davvero interessanti i bombi. La loro attività di impollinatori li rende un elemento indispensabile per ecosistemi naturali ed agricoltura, e per lungo tempo la loro capacità di volare è stata considerata un mistero dell’aerodinamica, a causa delle (apparentemente) insufficienti ampiezza e frequenza di battito delle ali ([2]). Più recentemente, uno studio ([1]) realizzato da [...]...

Lihoreau M, Chittka L, Le Comber SC, & Raine NE. (2012) Bees do not use nearest-neighbour rules for optimization of multi-location routes. Biology letters, 8(1), 13-6. PMID: 21849311

Jane Wang, Z. (2000) Two Dimensional Mechanism for Insect Hovering. Physical Review Letters, 85(10), 2216-2219. DOI: 10.1103/PhysRevLett.85.2216