di  -  martedì 3 aprile 2012

In questa rubrica abbiamo parlato spesso dei neutrini: particelle leggerissime e molto elusive, ma molto affascinanti e di grande importanza per fisica moderna. In questo post ho descritto la loro importanza per lo studio dell’astrofisica e della comprensione dei fenomeni dell’Universo, mentre qui ho fatto una breve introduzione sulla natura di queste particelle.

Vi ricorderete anche che lo scorso autunno l’acceleratore di particelle Tevatron, del Fermilab di Chicago è stato spento, e il laboratorio ha concentrato le proprie forze sullo studio dei neutrini. Ed è proprio dal Fermilab che arriva questa nuova notizia veramente interessante: per chi si domanda a che cosa serve studiare i neutrini (e non si accontenta della risposta “per capire come funziona l’Universo”, per me sempre valida) ecco un nuovo esempio. Recentemente un gruppo di ricercatori del Fermilab è riuscito per la prima volta a mandare un messaggio usando esclusivamente un fascio di neutrini. Certo non è proprio il sistema di comunicazione più comodo della storia, ma apre una serie di nuove possibilità a dir poco incredibili! I neutrini, infatti, sono delle particelle che hanno la caratteristica di poter viaggiare per distanze incredibilmente lunghe, interagendo pochissimo con la materia e quindi potendo trasportare informazione per distanze irraggiungibili con altri mezzi.

Pensate a quanti ripetitori servono per mandare un messaggio radio da una parte all’altra del globo: con i neutrini non ne serve nessuno, i neutrini passano direttamente attraverso la Terra, come un raggio laser fa nell’aria trasparente. Le potenzialità sono quindi tantissime, sia per le comunicazioni terresti (pensate per esempio le comunicazioni sottomarine, sempre complesse a causa dello spesso strato di acqua che separa i due comunicatori) sia per delle eventuali comunicazioni extraterrestri (mandare un messaggio su Marte non è mai stato così facile!).

Mettendo però da parte i sogni e tornando coi piedi per terra, per ora non siamo ancora arrivati a quel punto, e la comunicazione “neutrinica” è ancora molto complessa. I ricercatori in questione hanno usato una sorgente di neutrini prodotta al Fermilab, chiamata NuMI (NeUtrino beam at the Main Injector), che usa i protoni generati dell’iniettore principale del Tevatron per generare un fascio intensissimo di neutrini. Poiché i neutrini interagiscono così poco con la materia, infatti, è vero che viaggiano a lungo e hanno tanti vantaggi, ma hanno anche un grosso svantaggio: è incredibilmente difficile “fermarli” e rivelarli nel proprio rivelatore. NuMI però è in grado di generare un fascio di neutrini che consiste in circa 25 pacchetti, separati l’uno dall’altro da circa 2 secondi. Ciascuno di questi “pacchetti” contiene la bellezza di 10^13 neutrini.

L’idea è molto semplice: sostanzialmente si usa un sistema di comunicazione binario, basato su 0 (no neutrini) e 1 (si neutrini). Il fascio è stato inviato al’esperimento MINERvA, un rivelatore di 170 tonnellate costruito in una caverna sotterranea a circa un chilometro di distanza da NuMI. Dei 10^13 neutrini che arrivano con ciascun pacchetto, MINERvA riesce a rivelarne solo 0.8 alla volta. Non molto a dire il vero, ma a sufficienza per inviare un messaggio. Da NuMI è arrivato un messaggio contenente la parola “neutrino” che è stato correttamente ricevuto da MINERvA. Ci sono voluti circa 140 minuti per inviare l’intero messaggio, che corrisponde a una velocità di trasmissione di 0.1 bit al secondo con un rate di errore inferiore all’1%. Certo, non è ancora un sistema di trasmissione dati competitivo con i mezzi commercializzati oggi, però è un risultato estremamente interessante che credo porterà a delle applicazioni importantissime in futuro!

25 Commenti »

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  • # 1
    sandro
     scrive: 

    mah, ci saranno poi sti neutrini? ed i neutralini? e’ che non ci si capisce piu’ nulla, ci sono teorie per tutti i gusti, come i gelati. Ed il bosone di higgs? c’e’? mah, indubbio anche quello. E l’energia oscura e’ sicuro che c’e’? manco per sogno, c’e’ gia’ chi promulga teorie sull antitempo, sulla diversa velocita’ della luce in funzione dele diverse ere cosmologiche etc.. Per non parlare delle superstringhe: chi ne ha fatto una professione nella ricerca ovviamente spergiura di essere sulla strada giusta, gli altri ovviamente contestano..insomma, la fisica fondamentale sara’ pure bella ma poi la reale concretezza ‘ndo sta?

  • # 2
    Rod
     scrive: 

    @ Sandro
    Dove stà la concretezza reale della fisica?
    Ad esempio stà nel PC o nello smartphone che hai utilizzato per pubblicare il tuo messaggio.

    Tutta la tecnologia che utilizziamo ora si basa sull’applicazione pratica di teorie fisiche formulate nel passato e confermate (o smentite) da prove o nuove scoperte.

    Tutte le cose che hai elencato sono teorie che potrebbero essere confermate o smentite in futuro, quindi influenzeranno il nostro futuro. Ma per farlo dobbiamo studiarle approfonditamente nel presente.

  • # 3
    Andrea Del Bene
     scrive: 

    @Sandro
    “capire come funziona l’Universo” non può non avere prima o poi importanti ricadute pratiche ed è un bene che gli scienziati si preoccupino solo di scoprire e non di applicare.
    Pensa a qualcosa di astratto come la Magnetoresistenza gigante. Senza di essa gli hard disk non avrebbero mai infranto il muro dei 10 GB (più o meno).

  • # 4
    Nexol
     scrive: 

    @sandro

    Concretezza… concetto vago e in questo campo, quasi inopportuno.

    Immagina a parlar di concretezza della Teoria della Relatività quando fu enunciata:
    E = mc2
    Ah si? E quindi? Solo 40 anni dopo ad Hiroshima e Nagasaki tutti capirono la tua concretezza e ancora oggi si discute sulle centrali nucleari.

    E chi se ne importa se uno degli effetti previsti da questa teoria è il redshift gravitazionale della luce, al massimo ne dovranno tener conto gli astronomi quando studiano le stelle… e invece no, il tuo navigatore deve usare le equazioni della relatività generale se vuole mantenere una precisione accettabile.

    E della meccanica quantistica e le sue stranezze che ce ne facciamo? Eppure da lì sono partiti per arrivare all’elettronica dello stato solido che ha permesso di creare alcuni dei materiali con cui è fatto il tuo cellulare.

    Insomma, tutto può diventare “concreto”, ma non sapendo cosa tutto è ugualmente importante.

  • # 5
    sandro
     scrive: 

    argomentazioni deboli, le vostre, giusto per far scorrere le dita sulla tastiera. Mancano i fondi per la ricerca medica e genetica per le cure delle malattie e sofferenze, e si cacciano fior di milioni per verificare se il bosone di higgs esiste o meno…ma capisco che chi e’ innamorato vede l’oggetto del suo amore in cima alla lista delle priorita’ed e’ pronto a tirar fuori fior di scusanti per sostenere il suo punto anche mettendo insieme situazioni che non collimano (einstein per la relativita’ non ha certo usufruito dei fondi come il cern!, la ricerca di fisica di base fino agli anni ’50 mica usufruiva di fondi di milioni di euro, anzi era povera in canna!), quindi mi chiedo se questi ricercatori da tastiera che hanno teste’ risposto sapiano realmente di cio’ di cui stanno discutendo e la rispsosta e’ chiaramente no. Peace.

  • # 6
    David Ghelardi
     scrive: 

    Sandro,

    hai mai sentito parlare della Tomografia ad Emissione di Positroni? E’ un’esame di importanza CAPITALE nella diagnosi dei tumori. Ebbene, questo esame, senza la meccanica quantistica, non esisterebbe e morirebbero molte più persone di quanto già succeda oggi.
    Comprendere la natura della materia è la chiave per manipolarla e piacimento ed ottenere risultati inimmaginabili in ogni campo, anche quello medico.
    La ricerca applicata non serve a niente senza prima aver fatto quella di base, che tanti disprezzano senza rendersi conto che è appunto la base per tutto quello che viene dopo.
    La ricerca costa? e allora? dove sta scritto che deve essere economica? Di geni come Eistein che trovano soluzioni senza spendere un euro ne nasce uno ogni mille anni. E nel frattempo che facciamo? Restiamo fermi qui aspettando che nasca un altro Eistein? Oppure cerchiamo di progredire come possiamo?
    I soldi spesi nella ricerca -specialmente di base- non sono sprecati. Mai.

  • # 7
    The Solutor
     scrive: 

    La ricerca applicata non serve a niente senza prima aver fatto quella di base, che tanti disprezzano senza rendersi conto che è appunto la base per tutto quello che viene dopo.

    Adesso non esageriamo, il mondo è pieno di roba che funziona perché è stata inventata da gente che di teoria capiva poco o nulla, se non addirittura per errore.

    Probabilmente ha fatto di più per il pianeta la lampadina inventata da un vero e proprio arrangione quale era Edison, di qualunque ricerca sui neutrini, e gli esempi potrebbero essere infiniti.

    Ma più in generale, ricollegandomi a quanto dice Sandro, non sarebbe stato più nobile avere i pannelli fotovoltaici, perché qualcuno fosse stato finanziato per trovare una fonte d’energia rinnovabile, al posto di averceli come “sottoprodotto” della corsa allo spazio.

    La teoria è importante QUANTO la pratica, non più importante, e la recente bambinata del progetto Opera ce lo ha ricordato in maniera lampante.

    È bene ricordarselo ogni tanto.

  • # 8
    sandro
     scrive: 

    bravo the solutor

  • # 9
    ares17
     scrive: 

    The Solutor e Sandro
    @Almeno riflettete su quello che scrivete.
    La ricerca di base è fatta con i mezzi disponibili al momento, o forse credete che Galilei abbia usato Hubble per la teorizzazione Eliocentrica.
    Edison ha “inventato” la lampadina dopo che molti altri Fisici hanno studiato le capacità elettriche dei metalli.
    E se pensate che 2+2 fa 4 con alla base di tale certezza le teorie scientifiche vi rendereste conto che senza la scienza di base oltre al fuoco ed a qualche lega ormai in disuso nulla di quello che usiamo oggi avrebbe modo di esistere.

  • # 10
    Nexol
     scrive: 

    Capisco che l’ignoranza dell’interlocutore lo porti a confondere l’elaborazione di una nuova teoria scientifica, per cui potrebbe bastare anche carta e penna, con la sua verifica sperimentale, dove spesso servono uomini, mezzi, strumenti, quindi soldi.

    Capisco che una visione idealizzata del “mondo che fu” lo porti a credere che la ricerca prima degli anni ’50 fosse “low-cost”, e lo porti ad ignorare che anche una “semplice” verifica della teoria della relatività nel 1919 richiese tanti soldi: due spedizioni in Brasile e Guinea per essere sicuri di poterla vedere dopo che già altre due spedizioni in Brasile e Russia negli anni precedenti avevano fallito. Quattro spedizioni in totale, con uomini e materiali da trasportare per migliaia di km, non un tranquillo volo low-cost di oggi.

    Capisco che le idiosincrasie dell’interlocutore lo portino a giustificare la mancanza di “fondi per la ricerca medica e genetica per le cure delle malattie e sofferenze” con i “fior di milioni per verificare se il bosone di higgs esiste o meno”, capisco che esse lo rendano cieco di fronte alle follie spese per “esportare la democrazia” uccidendo e distruggendo.

    Ma se un giorno potesse riaversi da questo stato interiore, un’occhiata a “costsofwar punto org” lo aiuterà a trovare non fior di milioni, ma migliaia di miliardi di dollari per quelle ricerche in campo medico che anche lo scrivente ritiene fondamentali per il progresso umano.

  • # 11
    Nexol
     scrive: 

    Nel messaggio precedente, “due spedizioni in Brasile e Guinea per essere sicuri di poterla vedere”… l’eclissi.

  • # 12
    MrSATAN
     scrive: 

    noi comuni impiegati/operai siamo troppo lontano per capirci qualcosa. grazie a questi articoli però almeno ci diamo un infarinata.. meglio di niente.

    grazie.

    ps: che due cojoni , quel captcha, non si capisce mai una delle due parole!!!

  • # 13
    The Solutor
     scrive: 

    @ares17

    Parlando di riflettere su quello che si scrive, ti ricorderei che la lampadina di edison funzionava su un filamento di carbone che, l’ultima volta che ho buttato l’occhio sulla tavola periodica, non stava tra i metalli.

    A parte il dettaglio, non vedo cosa centri mischiare galileo con edison, hanno in comune meno cose della nutella e le acciughe in campo culinario.

    L’unica spiegazione plausibile è che tu non abbia letto/capito una parola di quello che ho scritto.

    A parte il fatto che non ho scritto da nessuna parte che la ricerca non serve, ho citato il caso estremo di Edison per una ragione.

    A edison mancava qualsiasi base teorica, ma non gli difettava lo spirito d’osservazione, ne la costanza. Caratteristiche che gli hanno permesso di trovare il materiale adatto, semplicemente andando per esclusione.

    Ci mise anni per avere una lampadina “funzionante”, e ce ne mise altri 8 prima di arrivare ad un prodotto industriale pratico.

    Per inciso lo sconosciuto Alessandro Cruto, Italiano, brevetto la sua lampadina con soli 6 mesi di ritardo rispetto ad Edison, ottenendone un prodotto consumer da subito.

    Galileo d’altro canto, le basi ce le aveva, ma il principale stumento che usò, fu la sua zucca, hubble non avrebbe fatto la minima differenza.

    Secondo te,tra l’avere tanti dati a disposizione, senza avere il genio per saperne tirare fuori qualcosa di utile, ed averne pochi sapendoli interpretare, qual è la situazione più produttiva ?

  • # 14
    The Solutor
     scrive: 

    @nexol.

    Premesso che, eventualmente, preferirei l’ignoranza, alla cafonaggine di definire ignorante, qualcuno che esprime un parere differente dal mio.

    E premesso che ritengo il rivolgersi ad un generico interlocutore, al posto di fare nomi, più una mancanza di attributi che un gesto politically correct.

    Non vedo cosa c’entri il resto.

    La ricerca serve, e serve sopratutto a gente come noi Italiani, cronicamente carenti di materie prime.

    Ma

    Il punto è che sempre più spesso, la iperspecializzazione in un settore sempre più piccolo dello scibile umano porta a ad una cecità inversamente proporzionale su tutto il resto.

    Volendo tralasciare neutrini e connettori allentati, ho avuto modo di verificare in prima persona il fenomeno, e l’ho gia scritto su queste pagine, di una amica, fisica, ricercatrice, impegnata in un progetto da fantascienza sull’interfacciamento tra neuroni e logica elettronica, che ha bruciato un costosissimo microchip sperimentale, semplicemente perché non aveva idea che i fili d’alimentazione andassero connessi in un ordine preciso (una cosa come il nero al negativo ed il rosso al positivo, per intenderci), il sottoscritto (nella sua ignoranza) lo aveva imparato alla età di TRE anni, alle prese con la prima automobilina elettrica smontata.

    troppo spesso si fa ricerca, per il gusto di farlo.

    Il ricercatore e il settore di cui si occupano diventano una specie di Yin e di Yang, utili solo per giustificarsi reciprocamente.

    E’ questo che è deleterio, non la ricerca in se, che peraltro non sta scritto da nessuna parte che debba per forza essere costosa e/o improduttiva.

    C’è voluta ricerca per fare stare la nocciola al centro di un Rocher, o per trasformare qualche grammo di neoprene in un guscio salvatelecomando.

    C’è voluta un po’ di ricerca, e una idea brillante, anche per produrre il bidone rotolante, che in africa sta salvando e salverà tante vite.

  • # 15
    Alessio F
     scrive: 

    @David Ghelardi

    Sto @#$%^&* per riuscire a coregistrare o in altri termini riallineare rispetto ad un template standard nello spazio stereotassico una MRI e una CT-PET.

    Tutto questo e’ applicazione della fisica pura. Anche io mi meraviglio di certe immagini (e di altre che fanno pena).

    E’ l’evoluzione non possiamo fermarla. Se una cosa poi oggi non e’ utile, un domani non is sa.

  • # 16
    The Solutor
     scrive: 

    Tutto questo e’ applicazione della fisica pura

    Perché la gente ragiona in binario ?

    Il mondo è analogico, le cose non sono mai bianche o nere, e anche “l’applicazione della fisica pura” è una frase che vuol dire mooolto poco.

    Il diodo tunnel, tanto per dire, lo vuoi chiamare applicazione della fisica pura o no ?

    Se ne spiega il funzionamento per mezzo della meccanica quantistica, ma non è che ci sia una causa-effetto precisa.

    Qualcuno ha teorizzato l’effetto tunnel, e qualcun altro ha inventato il diodo omonimo (al solito quasi per caso), poi l’effetto tunnel è stato usato per spiegarne il funzionamento, in un secondo momento.

    Allora come la mettiamo ? E’ una applicazione della fisica pura o no ?

    Il tuo forno a microonde funziona perché George Gamow ha teorizzato l’effetto tunnel o perché Leo Esaki si è sbizzarrito coi drogaggi dei semiconduttori ottenendone una ciambella col buco ?

  • # 17
    Nexol
     scrive: 

    Tranquillo The Solutor… non è successo niente.

    Sandro può liberamente affermare che “einstein per la relativita’ non ha certo usufruito dei fondi come il cern”, io posso liberamente pensare che lo dice per ignoranza intesa come l’ignorare qualcosa. In questo caso ignorare la differenza fra l’elaborare una nuova teoria scientifica, si parlava della relatività, che forse può essere fatta anche solo con carta e penna, e la sua verifica sperimentale in cui spesso servono uomini, mezzi, strumentazione, quindi soldi.

    Sandro può liberamente rivolgersi in maniera generica ai suoi interlocutori, liberamente posso farlo anch’io.

    Si sentisse offeso di qualcosa saprà dirmelo e provvederò in merito, ma entrare in un discorso in cui nessuno ti ha nominato premettendo “cafonaggine e mancanza di attributi”, quella si è una cosa brutta.

  • # 18
    The Solutor
     scrive: 

    ma entrare in un discorso in cui nessuno ti ha nominato premettendo “cafonaggine e mancanza di attributi”, quella si è una cosa brutta

    Quindi, nell’Italia dominata dai propri orticelli, ci si può lamentare solo se qualcuno calpesta il proprio ?

    Fattene una ragione, ma io considero ho sempre valutato quello che leggo per i principi che esprime, e non per la mia convenienza personale.

    Morale, ribadisco, non è carino definire ignorante qualcuno, così dopo avere letto due righe del suo pensiero.

    E lo è ancor meno usare il giochetto standard dell’usarlo come offesa, per poi ritrattare attaccandosi all’etimologia del termine.

    l’Italia è già piena di gente fraintesa, sarebbe proprio il caso che, almeno dal basso si iniziasse ad avere il coraggio di esprimere le proprie opinioni, giuste o sbagliate che siano, in faccia all’agente.

    io li chiamo attributi, tu chiama la cosa come ti pare, ma il concetto dovrebbe essere chiaro.

  • # 19
    The Solutor
     scrive: 

    Ovviamente non intendevo “in faccia all’agente” ma “in faccia alla gente”.

    I correttori grammaticali uniti alla odiosa impossibilità di correggere i messaggi, spesso danno risultati esilaranti.

  • # 20
    Nexol
     scrive: 

    No, è che si stava parlando fra me e Sandro e ci siamo detti come vediamo le cose sulla ricerca. Se qualcosa non Ci è piaciuto del modo di esporre dell’altro ce lo diremo noi.

  • # 21
    banryu
     scrive: 

    [Off Topic]

    No, è che si stava parlando fra me e Sandro e ci siamo detti come vediamo le cose sulla ricerca. Se qualcosa non Ci è piaciuto del modo di esporre dell’altro ce lo diremo noi.

    Sì, ma anche no (non sono ironico), visto che il luogo che usate per scambiarvi le opinioni (per quanto virtuale) ha visibilità e accesso pubblici, e i messaggi che vi scambiante, sia nella forma che nel contenuto, per quanto rivolti a voi stessi reciprocamente, possono e hanno anche una eco pubblica e per esteso possono essere e vengono percepiti come diretti anche a tutti gli altri.
    La mia vuole solo essere una piccola riflessione.

  • # 22
    Trantor
     scrive: 

    Mi accodo in questo post per porre una domanda ad Eleonora riguardo al suo precedente articolo del 27 Giugno 2011 (http://www.appuntidigitali.it/15909/la-chiave-di-volta-della-fisica-moderna/) nel quale si diceva che il neutrone è stabile all’interno del nucleo atomico ma al di fuori di esso decade dopo circa 885 secondi in un protone. Ecco, perchè proprio (o circa) 885 secondi e non 6 ore oppure 4 giorni o 100 anni? Perchè il neutrino se ne viene fuori dal neutrone dopo quello specifico lasso di tempo e non in un altro? Perchè è così importante il fattore “tempo”?
    Grazie.

  • # 23
    massimo
     scrive: 

    Se non mi ricordo male, il neutrone da solo soffre di una strana nevrosi, dovuta all’agitarsi continuo di quark e antiquark, gluoni e chissà che altro; si placa se vi sono altre particelle nucleari,forse con interscambi che abbassano il livello di energia. Così senza un nucleo che lo vincola, se ne disintegra uno ogni o,ooo79 sec. circa che rappresenterebbe la sua costante di decadimento K. 885 sec (o 876) è il tempo di dimezzamento e non vuol dire che ogni neutrone “muore ” dopo 885 sec, ma che statisticamente, il n° di particelle si riduce della metà dopo 885 sec per disintegrazione spontanea. Tempo e probabilità di decadimento sono così legati fra loro. T1/2 = ln2/K. Ciò che lo rende instabile si consuma quando si scinde in elettrone protone e antineutrino. Scusami se mi sono intromesso .

  • # 24
    Trantor
     scrive: 

    @massimo.
    Grazie, invece, per la tua risposta.
    Anche se, comunque, continua a non essermi chiaro il motivo per cui la costante di decadimento (o il tempo di dimezzamento) è prorpio quella e non un’altra. E’ una costante di natura?

  • # 25
    massimo
     scrive: 

    @trantor.
    E’ una costante per il neutrone. E’ come per gli elementi radioattivi che si stabilizzano emettendo particelle, radiazioni e trasformando il proprio nucleo in quello di una o più specie più stabili, con un tempo di dimezzamento caratteristico dell’elemento radioattivo. Sembra che la massima stabilità si raggiunga quando i componenti nucleari (protoni e neutroni) sono in numero uguale (es. N14 , C12, O16 ecc). Evidentemente anche se la situazione non è la stessa, il neutrone libero non può avvicinarsi ad una condizione di stabilità visto che contiene due quark down e un quark up. La somma delle cariche è nulla
    (-1/3 -1/3 +2/3) ma la loro posizione non è simmetrica con una leggera carica positiva verso il centro e una negativa verso la periferia; inoltre i due q.down hanno lo stesso spin e “colore” diverso ed entrambi questi fatti riducono la stabilità.
    Però dire quanto sia dovuto all’uno e quanto all’altro e impossibile nè si può dire perchè il risultato di tutto ciò si traduca in T1/2=885 sec.
    Un saluto a voi e alla Eleonora che pubblica cose sempre di estremo interesse
    Massimo.

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