di  -  lunedì 9 marzo 2009

In questa nuova puntata della sua rubrica settimanale, Eleonora Presani ci racconta un altro pezzetto del suo affascinante lavoro nel campo delle astroparticelle, citando tra l’altro un esperimento cui partecipa, nominato fra i Top 7 al mondo da Science Daily [ndr].

Powerful Nearby Superno...… dovremo cominciare a fare della scienza con ciò che sta fuori!

Qualche settimana fa ho scritto un post sugli scopi scientifici dell’LHC (Large Hadron Collider) al CERN. Come avevo anticipato, i quattro esperimenti dell’LHC risponderanno probabilmente a molte domande, ma ne riapriranno altrettante.

A quel punto si potrà ricominciare e costruire un anello ancora più grande e con un’energia ancora maggiore. Presto o tardi, però, si arriverà ad un limite fisico di spazio e di energia raggiungibili sulla Terra. Cosa fare? Smetteremo di cercare? Non credo proprio.

Ma perché continuare a spendere soldi ed energie costruendo acceleratori sempre più grandi quando basta alzare la punta del naso per avere a propria disposizione degli acceleratori con potenze che non potremmo mai raggiungere su scala umana? Siamo circondati da quelli che vengono chiamati “acceleratori celesti”, che accelerano particelle ad energie altissime che vengono poi sparate verso la Terra pronte per essere rivelate e studiate dall’uomo.

La scienza che si prefigge di studiare questi fenomeni si chiama “fisica delle astroparticelle ” ed è la fusione tra la fisica delle particelle, come viene studiata al CERN e l’astrofisica o la cosmologia. Questa branca della fisica è relativamente nuova, in quanto è da poco tempo che la tecnologia umana ci permette di studiare particelle diverse dalla luce ottica proveniente dalle stelle. L’Italia è da sempre parte attiva di questa ricerca, e fa parte della grande organizzazione europea per la ricerca delle astroparticelle: ASPERA .

Le domande a cui l’uomo spera di rispondere tramite le astroparticelle sono di fondamentale importanza e vanno dall’aspetto più cosmologico, come la comprensione dell’origine dell’Universo alla fisica più fondamentale, come la natura della forza gravitazionale, fino a domande di tipo più “pratico”, come la formazione delle stelle e la composizione dei raggi cosmici.

È proprio dallo studio di questi ultimi che la fisica delle astroparticelle ha cominciato ad assumere importanza. Da più di un secolo ormai si conosce l’esistenza di queste particelle provenienti dal cosmo. Sono particelle di varia natura, in prevalenza “muoni” (i fratelli più massicci degli elettroni) che piovono in grande quantità sulla Terra (circa 100 particelle per metro quadro al secondo) e che portano con sé informazioni sugli oggetti più esotici da cui sono stati generati, come supernovae, stelle pulsar, galassie lontane e chi più ne ha più ne metta. Gli esperimenti scientifici che studiano queste particelle sono sorti come funghi negli ultimi 30 anni, e vanno da missioni satellitari, a esperimenti su base terrestre o su palloni aerostatici.

Una delle particelle di origine cosmica di maggiore interesse scientifico è il neutrino.  I neutrini sono particelle simili agli elettroni, ma privi di carica elettrica e quasi privi di massa. Essendo neutri e così piccoli, hanno la caratteristica di interagire pochissimo con la materia che incontrano, ed è proprio questo a renderli i messaggeri ideali per le informazioni che l’Universo può comunicare al fisico delle astroparticelle.

Infatti se un neutrino viene creato dall’esplosione di una stella lontana, o dal centro di una galassia ancora più lontana, viaggerà lungo l’universo indisturbato, attraversando campi magnetici, nubi e agglomerati di materia, passandoci attraverso come se niente fosse, fino a raggiungere la Terra, dove noi abbiamo la possibilità di rivelarlo, studiandone energia e proprietà, una firma indiscutibile dell’evento che lo ha creato.

L’astronomia a neutrini è ancora  in un viaggio in salita, e finora ci sono stati pochissimi eventi effettivamente rivelati.  Attualmente lo sforzo maggiore nella ricerca di neutrini cosmici viene fatto da una parte dagli Stati Uniti, con l’esperimento IceCube , situato nel Polo Sud, e dall’altra da una collaborazione Europea, che raccoglie la maggior parte dei paesi europei  e che utilizza come base gli abissi del Mar Mediterraneo. Tre esperimenti sono in fase di costruzione o già operativi nelle acque del nostro mare, uno in Francia (ANTARES ) che è stato completato nel maggio 2009 ed è attualmente operativo, uno in Italia (NEMO) e uno in Grecia (NESTOR).

Questi esperimenti utilizzano un particolare effetto, chiamato “radiazione Cherenkov” per rivelare i muoni generati dall’interazione dei neutrini cosmici con l’acqua del mare che circonda il rivelatore. Per aumentare l’efficienza di rivelazione questi telescopi sottomarini devono coprire il volume più grande possibile. Per questo i tre esperimenti sopracitati non sono che dei prototipi per quello che sarà il vero progetto europeo per la rivelazione dei neutrini astronomici, chiamato KM3NeT, che verrà collocato o in Italia o in Grecia.

Io ho la fortuna di far parte di due collaborazioni, quella di ANTARES e quella di KM3NeT. È una posizione molto vantaggiosa, in quanto mi permette di analizzare dati reali raccolti da ANTARES madi impostare le mie analisi con uno sguardo più ampio, in modo che potranno venir utilizzate anche quando KM3NeT sarà funzionante. Il progetto è molto ambizioso, richiede molti fondi e molti studi, per cui non si prevede di poter cominciare la costruzione prima del 2012.

KM3NeT però, è già al centro dell’interesse di tutta la comunità scientifica, che non vede l’ora di scoprire cosa questo progetto potrà raccontarci sulla natura dell’Universo, e forse per questo da pochi mesi è stato inserito nella top list dei “Magnifici 7” delle astroparticelle!

14 Commenti »

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  • # 1
    The3D
     scrive: 

    Stupendo articolo. Quanto mi sarebbe piaciuto fare ricerca…

  • # 2
    n0v0
     scrive: 

    l’ articolo è ottimo, le ricerche sono favolose, ecc, ecc..

    tutto perfetto!

    ma, dico io, anche l’ occhio vuole la sua parte! Un minimo di grafica sui siti dei progetti no?

    a guardare quello di Nemo ti piglia male.. eddai, in mezza giornata con joomla te lo fai molto più gradevole.

    so che gli scienziati mirano al sodo ma qui si esagera ;-)

    e non sto criticando i contenuti, solo la forma, eh…

  • # 3
    densou
     scrive: 

    l’importante è che nessun essere con forma attinente a un noto frutto tropicale possa ancor esistere quando si avvererà tutto ciò descritto sopra.

    w il 4^ mondo

  • # 4
    Bellaz89
     scrive: 

    Molto interessante come articolo!Mi emoziono sempre quando sento parlare di questi argomenti (spero un giorno anche io di poter far ricerca, benchè sia difficile e la strada sia lunga).Mi fa piacere che l’Italia (rappresentata dall’ INFN) lavori sodo in questo campo, è consolante che nonostante le briciole destinate alla scienza in questo paese, si possa comunque fare ricerca di prima qualità.

    Meno consolante è che molti italiani non siano a conoscenza dello sforzo profuso nel settore (chi conosce ad esempio il progetto Vega?Nessuno crederebbe mai che l’Italia sia in grado di sviluppare un lanciatore ‘quasi’ da sola, eppure … )

    Comunque , guardando ai progetti dell’ ESA il futuro fa sperare ,vedasi Herschel che verrà lanciato ad Aprile o (questo ci incastra meno con le Astrop) GOCE che verrà lanciato tra 6 giorni).

  • # 5
    davide
     scrive: 

    Complimenti per l’articolo.
    Non sapevo di tutti questi progetti per lo studio del Neutrino. Una domanda… ma il lab. di ricerca sotto il Gran Sasso, non si occupa di Neutrini ??

  • # 6
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Si al Gran Sasso ci sono diversi esperimenti sui neutrini, tra cui Borexino, Cuore e Opera. Studiano però i neutrini da un punto di vista diverso: non sono interessati alle sorgenti (che sono anzi ben note)ma vogliono studiare il neutrino stesso, di cui non si conoscono a fondo le proprietà.
    http://www.lngs.infn.it/home.htm

  • # 7
    arkanoid
     scrive: 

    Approfitto di Eleonora per farle una domanda:

    Qual è la tua posizione in merito alla possibile esistenza di materia ed energia non rilevabile? Pensi sia una possibilità concreta e pensi, come me, che sia il modello che la prevede ad essere sbagliato?

  • # 8
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    Ciao,
    l’energia e materia oscura non è “non rivelabile” ma “non rivelata”…
    Ne è stata però misurata la quantità con molta precisione. Le teorie che la prevedevano sono abbastanza vecchie, a parte dei dettagli. L’idea è che la massa luminosa dell’Universo non è sufficiente per giustificare la velocità di rotazione delle galassie. Ci sono state misurazioni incorciate sulla massa critica dell’Universo, e ormai si hanno misure veramente molto precise. Alcune informazioni le puoi trovare sul sito dell’esperimento WMAP (http://map.gsfc.nasa.gov/), esperimento che avrà come successore PLANCK, che dovrebbe venir lanciato assieme a Hershel. Quello che non si sa è la natura della matieria oscura. Si sa che è “fredda” (ovvero aveva una velocità molto inferiore a quella della luce durante la formazione dellÚniverso) (e questo esclude i neutrini), si sa che non è barionica, ovvero non è composta della materia standard che ci circonda, e che è stabile (ovvero non ha decadimenti radioattivi). In questo campo si moltiplicano le teorie: chi dice che è supersimmetrica, chi dice che sono stringhe, ecc ecc… ma sul fatto che ci sia, non ci sono più dubbi…

  • # 9
    arkanoid
     scrive: 

    però ci sono anche altre situazioni che comprendono accelerazioni e/o rapporti con i corpi rotanti (come l’anomalia di flyby) che vedono realizzarsi fenomeni non spiegabili per cui (per ignoranza) non so se qualcuno stia studiando e con quali risultati.
    Anche l’anomalia dei Pioneer mi intriga assai.
    Mi sembra che sia troppo “facile” basare la scienza moderna su supposizioni sempre più intericate per giustificare osservazioni “banali”. Mi rendo anche conto che tolto il modello standard e le varie incarnazioni della teoria delle stringhe non ci siano al momento, per quel che so, altre idee radicali da cui partire con una teoria che ambisca ad essere una teoria del tutto.
    Mi da un minimo di dispiacere constatare che appartieni alla categoria dei fedeli alla visione comune perchè non vi appartengo, ma apprezzo, e ci mancherebbe, il tuo impegno che spero porti frutti perchè è ora che qualche conferma o smentita arrivi per pulire il campo dalle ipotesi sbagliate.

  • # 10
    Giacomo
     scrive: 

    Ma invece di fare queste ricerche sul sesso degli angeli che costano cifre immense e promettono solo fumo vago in un lontano futuro, perche’ non dirottare le suddette cifre sulla ricerca applicata ai problemi di tutti i giorni (medicina, ingegneria, ecotecnologie)?
    Se lo si facesse nei prossimi 15-20 anni quanta conoscenza *utile* salterebbe fuori..

  • # 11
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @arkanoid
    Nella scienza non esistono fedeli… non credo in niente, solo in quello che è provato… Poi c’è sempre spazio per nuove teorie, ma sono appunto solo “teorie”, e non si sa se son vere o finte, finché non si provano.
    @giacomo
    Con queste ricerche sul sesso degli angeli sono venute fuori robette da niente, come internet (al CERN, che presto sfornerà anche GRID), i pannelli fotovoltaici (per dare energia ai satelliti e navette spaziali), criogenia, biologia molecolare, laser… insomma, cose a cui sicuramente tu puoi fare a meno, ma che al resto del mondo risultano abbastanza utili

  • # 12
    Bellaz89
     scrive: 

    X Giacomo

    Senza la ricerca di base non si può fare la ricerca applicata.

    Senza ricerca applicata non si può fare ricerca medica, ingegneristica, e ambientale, e tutto quello che può venire fuori può essere al massimo un reinventare la ruota, non innovazione.
    Se nel 1600-700 non si fosse fatta la matematica, ” pura ricerca del sesso degli angeli ” oggi non avremmo fatto la rivoluzione industriale (alcuni si stupirebbero a scoprire la vetusta età di alcuni algoritmi oppure che il primo programma di computer fu fatto per pura speculazione e fantasticheria , stiamo parlando della prima metà dell’ 800, del lavoro di Ada Lovelace figlia del poeta Byron, età in cui nessuno avrebbe mai sospettato applicazioni di queste teorie ‘astratte’).

    Sono proprio le cose che apparentemente sembrano a prima vista inutili e prive di applicazioni che permettono alla scienza di progredire, e in Italia questo sembra essere stato scordato. La scienza per la persona comune vuol dire sviluppare l’n-esima tecnologia, non ampliamento di conoscenza .

  • # 13
    Materia oscura tutta italiana? - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] cosa sono questi ultimi lo avevo già accennato in un post precedente, per cui dirò solo che sono una “pioggia” di particelle che arrivano sulla terra da […]

  • # 14
    Neutrini per il monitoraggio di reattori e test nucleari - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] di queste particelle, che avevo già in parte descritto in questo post ,  può dare dettagliate informazioni sul regime energetico della centrale, sulla temperatura e […]

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