La prova visiva che i vaccini funzionano

Su Science magazine l'infografica completa, dove è possibile visualizzare maggiori dettagli.
Diptheria - Difterite
Polio - Poliomielite
Pertussis - Pertosse
Measles - Morbillo
Hepatitis A - Epatite A
Hepatitis B - Epatite B
Chickenpox - Varicella
Mumps - Parotite
Rubella - Rosolia

L'acceleratore DAΦNE

Fonte: http://w3.lnf.infn.it/acceleratori/

DAΦNE è un collisore in funzione presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF). L’acceleratore è composto da 2 anelli lunghi circa 100 m, in cui circolano fasci ad alta intensità di elettroni e positroni (le antiparticelle degli elettroni) che si incrociano in due punti d’interazione, in uno dei quali è installato il rivelatore dell’esperimento KLOE-2 (K-LOng-Experiment). Questo esperimento studia fenomeni di interferenza quantistica di particolari particelle instabili, i kaoni (mesoni K) neutri prodotti da DAΦNE, analizzando con altissima precisione le proprietà intrinseche delle particelle di materia (kaoni) rispetto a quelle di anti-materia (anti-kaoni): l’eventuale osservazione di una minima differenza fra le due implicherebbe la necessità di rivedere gli attuali fondamenti della fisica (ne abbiamo parlato in un precedente post).

L’energia totale dei fasci nel sistema di riferimento del centro di massa è pari a 1.02 GeV (1eV=1,6 10^-19 J), corrispondente alla massa dei mesoni Φ (questo spiega la lettera nel nome) che vengono prodotti al ritmo di 300 al secondo. I fasci vengono fatti collidere frontalmente per ridurre al minimo l'energia necessari per produrre le particelle. La quantità di moto (relativistica) iniziale è nulla e quindi, per il principio di conservazione della quantità di moto, le particelle possono essere prodotte a riposo riducendo così l'energia necessaria.

Gli elettroni (o i positroni) viaggiano a velocità prossime alla velocità della luce e vengono costretti da un campo magnetico a muoversi lungo una traiettoria curva (accelerazione centripeta). Essendo cariche accelerate emettono radiazione elettromagnetica, che prende il nome di radiazione di sincrotrone (perchè osservata inizialmente in acceleratori detti sincrotroni). La potenza emessa è proporzionale al quadrato dell'accelerazione: questo significa che per particelle con massa minore, come gli elettroni, la potenza emessa sarà notevolmente maggiore. Dal punto di vista del collisore questo rappresenta un ostacolo, perchè gli elettroni perdono energia emettendo radiazione di sincrotrone. Per sfruttare comunque questo fenomeno, mentre si producono eventi di fisica per l’esperimento KLOE-2, la radiazione di sincrotrone va ad alimentare un articolato laboratorio dedicato alla spettroscopia con luce di sincrotrone, DAΦNE-L.

Mantenere i fasci di elettroni e positroni circolanti e collidenti con le caratteristiche richieste dai vari esperimenti costituisce  un'attività di ricerca di primo piano che impone di affrontare e risolvere continuamente sofisticati problemi di fisica e sfide tecnologiche. Nel 2007, su DAΦNE, è stato realizzato e provato per la prima volta al mondo un nuovo metodo per rendere più efficienti le collisioni tra elettroni e positroni. Il nuovo schema di collisione chiamato “Crab Waist Collision Scheme” e ha consentito di migliorare considerevolmente le prestazioni dell’acceleratore stesso. Questa attività di ricerca e sviluppo nel campo della fisica degli acceleratori rappresenta un'attrattiva per i futuri collisori di elettroni-positroni.

Nuova sorgente di asimmetria tra materia e antimateria

Fonte: Wikimedia

L'esperimento LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) ha trovato indicazioni di quello che potrebbe essere un nuovo pezzo del puzzle dell'antimateria mancante nel nostro universo. Ha trovato la prova di una doppia violazione della simmetria CP (carica-parità) in particelle note come barioni. I barioni (dal greco barys, pesante) sono una famiglia di particelle i cui membri più noti sono i protoni e i neutroni. La simmetria CP implica l'invarianza tra fenomeni fisici in cui si scambino le particelle con le rispettive antiparticelle (carica opposta) e si osservi il fenomeno allo specchio (parità). Qualsiasi violazione di questa simmetria implica quindi che le leggi della fisica non siano le stesse per le particelle di materia e di antimateria. L'importanza di questi esperimenti sta nel fatto che una conoscenza dettagliata di come questa simmetria venga violata può contribuire a spiegare perchè il nostro universo sia composto quasi esclusivamente di materia, nonostante il Big Bang dovrebbe aver creato la stessa quantità di materia e antimateria.

Il Modello Standard della fisica delle particelle predice che una piccola violazione di CP esista anche nel settore barionico. Anche se i processi che violano CP vengono studiati da oltre 50 anni (per esempio Dafne a Frascati), non si erano osservati effetti significativi relativi ai barioni. Inoltre, la violazione di CP descritta nel Modello Standard non è abbastanza grande da tenere conto dello squilibrio tra materia e antimateria. Pertanto, altre fonti di violazione di CP devono contribuire, e uno dei principali obiettivi di questo esperimento è proprio la ricerca di nuove fonti di violazione di CP.

Il risultato di LHCb si basa sull'analisi dei dati raccolti durante i primi tre anni di operazioni all'LHC. Tra tutte le particelle a vita breve (decadono come fanno le sostanze radioattive) create come risultato di una collisione protone-protone, la collaborazione ha confrontato il comportamento di un particolare barione (composto dal quark beauty) e la sua controparte di antimateria, quando decadono in un protone (o antiprotone) e tre particelle cariche chiamate pioni. Nonstante questo processo sia estremamente raro, e non sia mai stato osservato in precedenza, LHCb ha raccolto un campione di circa 6000 tali decadimenti. I dati hanno rivelato un livello significativo di asimmetrie, in alcuni casi anche del 20%.La significatività statistica (la probabilità che il risultato non sia avvenuto per caso) è a livello di 3,3 deviazioni standard. Viene invocata una scoperta quando questo valore raggiunge 5 deviazioni standard. Se il valore aumenterà con il crescere dei campioni analizzati, il risultato potrebbe essere una tappa significativa nello studio della violazione di CP.

Fonte:

http://home.cern/about/updates/2017/01/new-source-asymmetry-between-matter-and-antimatter

Esame di stato 2017

Il MIUR ha svelato le seconde prove. L'esame avrà inizio mercoledì 21 giugno, con la prova di Italiano (affidata al commissario esterno). Il 22 giugno sarà la volta della seconda prova scritta, MATEMATICA allo Scientifico (affidata al commissario interno). Altre materie affidate ai commissari esterni sono Lingua e Cultura Straniera e Fisica. "Ora vi invito a studiare e consolidare la vostra preparazione. Per questo vi faccio un grandissimo in bocca al lupo e so che ce la farete.", le parole del Ministro Fedeli. A questo link potete visualizzare le materie degli Esami.

Marte - Incontri ravvicinati con il Pianeta Rosso

Fino al 28 febbraio, presso l’Aula Ottagona del Museo Nazionale Romano alle Terme di Diocleziano, una rassegna su Marte. La mostra unisce il passato di Roma (statue del dio della guerra) con il futuro (missioni marziane e colonizzazione del Pianeta Rosso).

La mostra, in via Giuseppe Romita 8, è aperta al pubblico tutti i giorni dalle 9.00 alle 15.00. Chiuso il lunedì e i giorni festivi. L'ingresso è libero.

Materia oscura e gravità emergente

Nel 1933 Zwicky osservò un gruppo di galassie cercando di capire a che velocità si muovessero (curve di rotazione). Le misurazioni fornirono valori molto più grandi del previsto. Talmente elevati che le galassie avrebbero dovuto rapidamente dipserdersi, sfuggendo alla forza di gravità dell'ammasso. Zwicky concluse che doveva esserci molta più materia di quella osservata, addirittura 400 volte di più! Visto che questa materia non era osservabile, la chiamò semplicemente 'materia oscura'.

Di PhilHibbs - Opera propria in Inkscape 0.42, CC BY-SA 3.0

Nello stesso periodo Oort (quello della nube) arrivò a una conclusione simile osservando le stelle ai confini della Via Lattea. Queste dovrebbero avere un periodo orbitale maggiore (terza legge di Keplero), ma Oort scoprì che sfrecciavano più veloci di quanto avrebbero dovuto. Nel 1980 Vera Rubin osservò lo stesso effetto in circa 100 galassie. Questa materia invisibile, qualunque cosa fosse, era ovunque. Anzi, in base alle osservazioni sperimentali la materia oscura costituisce quasi il 90% della massa presente nell'universo!

L'ipotesi prevalente è che la materia oscura sia rappresentata principalmente da ipotetiche particelle chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), dotate di grande massa unitaria, composte da materia intrinsecamente diversa dalla abituale (protoni e neutroni) e debolmente interagente, così da essere difficilmente rilevabili.Possibili candidati prendono i nomi di neutralini, neutrini massicci e assioni. Finora nessuna di queste particelle è mai stata osservata, nonostante gli esperimenti effettuati anche nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS): Borexino, Dama, Darkside, ... Esistono tuttavia teorie alternative, quali per esempio la teoria MOND (Modified Newtonian Dynamics). Questa teoria prevede che sulle scale di accelerazione tipiche delle zone esterne delle galassie, la legge di gravitazione universale di Newton debba essere leggermente modificata: in questo modo si tiene conto delle curve di rotazione piatte senza fare ricorso alla materia oscura. Questa teoria però, deve essere “aggiustata”, per così dire, per essere in accordo con le osservazioni.

Poi, nel 2010, Verlinde propone una teoria completamente nuova nell'articolo 'On the Origin of Gravity and the Laws of Newton'. La gravità non sarebbe più una forza fondamentale della natura, bensì una sorta di “fenomeno emergente”. Come la temperatura emerge dal moto di particelle microscopiche (una misura delle energie cinetiche delle particelle), anche la gravità può emergere dalla variazione di bit fondamentali d’informazione che sono immagazzinati nella struttura fondamentale dello spaziotempo. In questo modo non  sarebbe più necessaria la presenza della materia oscura per spiegare i fenomeni osservati. In un articolo dello scorso novembre Verlinde mostra come la sua teoria predica in maniera accurata la velocità orbitale delle stelle che si muovono attorno al centro della Via Lattea, così come il moto delle stelle in altre galassie.

Per testare la validità della teoria un team di ricercatori, guidato da Brouwer, si è messo all’opera andando a studiare il fenomeno della lente gravitazionale su un insieme di oltre 33 mila galassie. La gravità curva lo spazio in modo tale che, quando i raggi luminosi vi si propagano, essi vengono deflessi come nel caso di una lente ottica.

Le immagini delle galassie del cielo profondo appaiono distorte a causa della presenza di una galassia più vicina (la 'lente'). Questo effetto può essere misurato per determinare come varia la forza di gravità attorno alla galassia 'lente'. I risultati ottenuti da Brouwer e collaboratori indicano che, fino a distanze dell’ordine di qualche centinaia di volte il raggio della galassia, la gravità risulta molto più forte rispetto a quanto predice la relatività generale. La teoria di Einstein funziona solo se viene aggiunta la materia oscura. Le osservazioni sono in buon accordo con la teoria, ma il team sottolinea che la materia oscura potrebbe ancora spiegare una presenza extra della forza gravitazionale. Molte osservazioni non possono ancora essere spiegate nell’ambito della teoria proposta da Verlinde, perciò la materia oscura rimane ancora in gioco. Ulteriori osservazioni ci diranno se, dopo la rivelazione delle onde gravitazionali, la relatività generale di Einstein debba essere presto sostituita da una nuova teoria.

Numeri primi e numeri di Sierpinski

Il 31 ottobre è stato scoperto un nuovo numero primo 10223*2^31172165+1. Questo numero ha 9.383.761 cifre ed entrerà al settimo posto nel Database di Chris Caldwell dei numeri primi. Rappresenta il numero primo più grande utile a risolvere il problema di Sierpinski: qual è il più piccolo numero dispari k tale che tutti gli interi della forma k*2ⁿ+1 sono composti per ogni naturale n? Con questa scoperta viene eliminato il numero k = 10223.

Tra i primi dieci numeri primi noti più grandi questo è l'unico a non essere un numero di Mersenne. La scoperta è stata fatta da Szabolcs Peter (ungherese) con un processore Intel (R) core (TM) i7-4770 CPU @ 3.40GHz con 12GB di RAM e sistema operativo Windows 10 Enterprise Edition, impiegando circa 8 giorni, 22 ore e 34 minuti per il test di primalità completo. L’identificazione del numero primo non sarebbe stata possibile senza ricorrere al calcolo condiviso. La piattaforma di calcolo condiviso PrimeGrid ha permesso di ‘distribuire’ l’algoritmo su processori diversi per mezzo del software Boinc, lo stesso utilizzato per altri progetti quali SETI@home per la ricerca di segnali extraterrestri.