Oggi 31 Agosto è la giornata mondiale dei blog e dei blogger.

Ho colpevolmente scoperto solo due giorni fa che oggi 31 Agosto si celebra il BlogDay 2008 e lo si fa per la quarta volta. Sono state codificate delle regole di comportamento per partecipare all'iniziativa.

Il BlogDay è iniziato con la convinzione che i blogger dovrebbero avere un giorno da dedicare a conoscere altri blogger, di altri paesi o aree di interesse. Quel giorno i blogger li raccomanderanno ai loro visitatori.
Durante il BlogDay ogni blogger posterà una raccomandazione di 5 nuovi blog. Quel giorno tutti i lettori di blog si troveranno a navigare e scoprire nuovi, sconosciuti blog.

Quello che bisogna fare è

• Trovare 5 nuovi blog che giudichiamo interessanti
• Informare i 5 blogger che li hai raccomandati in occasione del BlogDay 2008
• Scrivere una breve descrizione dei blog e inserire il collegamento ai blog raccomandati
• Il 31 Agosto scrivere il Blog Day Post, aggiungere la tag del Blog Day attraverso questo collegamento http://technorati.com/tag/blogday2008 ed inserire un link al sito del Blog Day 2008  http://www.blogday.org.

Ecco i blog che ho scelto dopo "attenta e scrupolosa riflessione"

Ilarialab.com autrice ILaRi@
Diario digitale e recensioni sui migliori software della rete soprattutto opensource e gratuiti. Particolare attenzione a tutto il mondo del web 2.0 e della grafica. E' esperta di Windows, Mac e Linux. Oltre che bravissima, l'autrice è anche una gran bella ragazza.

Figli del vento autrice Saamaya
"La società perdona spesso il criminale ma non perdona mai il sognatore". Questa massima di O. Wilde è la stella polare del blog. Utopie, passioni, impegno civile, slanci di generosità sono le cose che vi troverete.

Di Tutto Di Più autore Slasch16
Non ha rubato il titolo del blog dalla Rai, è la Rai che lo ha rubato a lui. E' il Marco Travaglio del web sempre informatissimo su tutto. Ha una produzione di articoli impressionante. Confesso di essere un po' invidioso di come riesce a pescare le notizie ovunque.

La verità vi farà liberi autore Amicusplato
"Se dici che la verità non esiste ti sbagli perché ne hai già affermata una". E' il blog della filosofia con particolare riguardo all'etica. L'autore passa da fini speculazioni sulla morale alla ricerca di un archetipo di linguaggio  sulla falsariga dei grandi  maestri rinascimentali.

Così forse parlò Zarathustra autore Alexandro
Il blog non ha ancora una fisionomia ben precisa. Si parla e si discute di tutto un po'. Ma il ragazzo è giovane e sicuramente si farà.

Nuove tecniche microscopiche messe a punto in Germania.

Gli atomi non sono mai stati così vicini. La microscopia elettronica arriva ad addentrarsi sempre di più nel fitto reticolo delle particelle che compongono i materiali, cogliendo anche i piccoli spostamenti degli atomi. Sono riusciti nell’intento i fisici dell’Istituto di Ricerca sulle Materie Solide di Jülich, in Germania, un centro di eccellenza per questo tipo di studi, mettendo a punto tecniche di microscopia che hanno un’accuratezza mai raggiunta prima.
I progressi nella ricerca, soprattutto in fisica, sono strettamente legati al miglioramento della precisione degli strumenti utilizzati. Grazie alle nuove tecniche ad altissima risoluzione, Knut Urban e collaboratori sono riusciti a misurare le distanze tra gli atomi a livello di picometri, unità di misura pari a un miliardesimo di millimetro, cioè circa un centesimo del diametro delle particelle stesse. “È solo l’inizio di una nuova fisica della materia, che consentirà ai ricercatori di determinare parametri e proprietà delle sostanze a livello di nanostruttura”, ha dichiarato Urban. In questo modo, gli scienziati del centro di ricerca tedesco sono riusciti, per esempio, a misurare il movimento degli atomi all’interno di un superconduttore. È stato così possibile capire come mai le proprietà del materiale si riducano nel tempo, scoprendo che gli atomi pesanti, come quelli di bario, rame e ittrio, si spostano di pochi picometri nel reticolo, seguiti dagli atomi di ossigeno, più leggeri.
Secondo i ricercatori, le possibilità che si aprono con queste tecniche potranno aiutare in futuro a manipolare le sostanze cambiandone le proprietà fisiche sia per migliorarne le prestazioni che per ampliarne gli usi.
Fonte - Galileo

Omaggio a Stephen Hawking, il più grande fisico teorico vivente.

Definire Stephen Hawking vivente è quantomai importante visto che doveva morire 40 anni fa per una terribile malattia. Stephen Haking, figlio di un biologo ricercatore in malattie tropicali, nasce ad Oxford l'8 gennaio del 1942. E' da subito molto interessato alla matematica ma, non potendo frequentare il corso nell'University College dove era iscritto, si iscrive al corso di Fisica. Laureatosi a 21 anni ad Oxford si trasferisce a Cambridge, dove le ricerche di cosmologia si stavano sviluppando con notevole rapidità e lì consegue il dottorato. Hawking prosegue la sua carriera all'Istituto di Astronomia e dopo il 1973 al Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica. Dal 1979 è professore di matematica sulla cattedra Lucasiana, una cattedra già tenuta da Isaac Newton nel 1663 ed istituita da membro del Parlamento britannico Henry Lucas.
Già a tredici anni il giovane Stephen fu colpito da delle febbri ghiandolari che però i medici all'epoca sottovalutarono. Successivamente però, in seguito ad analisi più approfondite gli fu diagnosticata una forma di sclerosi laterale amiotrofica, una malattia tremenda, che logora le cellule nervose.Nel periodo che va dal 1965 al 1970 elabora teorie che spiegano l'evoluzione dell'universo. Nel 1970 compie studi sui buchi neri che lo porteranno alla stesura del suo "capolavoro" e best seller "Dal big bang ai buchi neri. Breve storia del tempo", pubblicato nel 1988. A causa di un intervento, persa la voce, il professore è costretto ad utilizzare uno strumento sofisticato che gli permette di parlare, sebbene molto lentamente: non più di quindici parole al minuto.
Uno dei campi di ricerca principali di Hawking è la teoria cosmologica e la gravità dei quanti. Verso la fine degli anni 60, lui ed il suo amico e collega di Cambridge, Roger Penrose, hanno applicato un nuovo modello matematico complesso dedotto dalla teoria generale della relatività di Albert Einstein. Ciò ha condotto, nel 1971, Hawking a dimostrare il primo di molti teoremi che forniscono un insieme di circostanze sufficienti per l'esistenza delle singolarità nello spazio-tempo.
Ho letto, e ci ho dato pure un'esame di Meccanica Superiore, quello che è forse il suo libro di maggior impatto accademico The large scale structure of the space-time che scrisse insieme ad Ellis (astronomo sudafricano). In quel libro che risale al 1974 ha calcolato che i buchi neri dovrebbero generare ed emettere termicamente particelle subatomiche, conosciute come Radiazione di Hawking, fino all'esaurimento della loro energia e alla loro successiva scomparsa. In collaborazione con Jim Hartle, Hawking ha sviluppato un modello in cui l'universo non ha avuto contorno nello spazio-tempo, sostituendo la singolarità iniziale del classico Big Bang con un modello diverso.
Hawking è anche un grande divulgatore: uno dei saggi più interessanti è la Teoria del Tutto.
"Lo sforzo attuale dell’astrofisica è elaborare una teoria unificata che includa la meccanica quantistica, la forza di gravità e le altre relazioni di cui parla la fisica. Se riusciremo a raggiungerla potremo realmente comprendere l’Universo e la posizione che occupiamo in esso".
Sono queste le parole con cui inizia il libro in cui cerca di dare risposta alle domande più radicali non solo della scienza contemporanea ma dell’intera umanità: come ha avuto origine il Cosmo? E qual è il destino che lo attende? Il viaggio in cui ci guida spazia da Aristotele a Copernico, da Newton ad Einstein, per spingersi fino alla frontiere più avanzate della fisica. Ci fa attraversare le diverse interpretazioni del Big Bang e il fenomeno dell’espansione dell’Universo, la nascita delle galassie e la direzione del tempo, la possibile assenza di confini.
Stephen Hawking è quasi totalmente paralizzato (riesce a muovere solo un dito) ma continua nella sua attività di ricerca. Si è sposato ed ha avuto dei figli. Purtroppo ha dovuto subire l'umiliazione di veder pubblicato un libro in cui la ex moglie racconta i particolari intimi su come è riuscita a rimanere incinta. Come molti uomini di grande intelletto Hawking è soggetto però a miserie umane che comunque non ne intaccano il suo valore di scienziato. Lo scorso anno ha partecipato ad un volo a gravità zero con la speranza di poter viaggiare nello spazio l'anno prossimo. Di seguito il video del suo volo a gravità zero e una sintesi di un servizio sui buchi neri e il Creatore apparso su Discovery Channel.

Scoperta la "trottola di Einstein" a 1.800 anni luce da noi.

Scoperta a circa 1.800 anni luce da noi in una pulsar doppia la "trottola di Einstein". Il nome tecnico è 'precessione geodetica', ma potremmo raffigurarcela come un 'moto a trottola relativistico'. Le leggi che la descrivono sono una diretta conseguenza della teoria della relatività generale di Albert Einstein. Recentemente la si era vista in trottole speciali (note come giroscopi), poste in orbita attorno alla Terra. Ora un gruppo internazionale di scienziati, tra i quali i radioastronomi del Gruppo Pulsar dell'Osservatorio di Cagliari dell'Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), l'ha osservata in un oggetto cosmico (J0737-3039 la sua sigla) che si trova a circa 1.800 anni luce da noi, e che e' universalmente conosciuto come 'la pulsar doppia'. In questo sistema, l'effetto e' circa 2800 volte piu' ampio di quello misurato vicino al nostro pianeta. Cio' rappresenta la prima conferma sperimentale che il moto relativistico 'a trottola' si manifesta esattamente al ritmo previsto da Einstein, anche in vicinanza di corpi celesti molto massicci: la pulsar A e la pulsar B della 'pulsar doppia' raggiungono infatti, sommate, una massa pari a circa 900 mila volte la massa della Terra. La straordinaria scoperta, pubblicata sulla rivista Science, ha richiesto quattro anni di osservazioni presso il radiotelescopio di Green Bank (West Virginia, USA), il secondo più grande del mondo dopo quello di Arecibo. "Questo moto - ha spiegato Andrea Possenti, dell'Inaf-Osservatorio di Cagliari, unico italiano fra gli autori dell'articolo - e' una conseguenza del fatto che lo spazio-tempo non e' piatto, bensì viene curvato dalla massa dei corpi celesti. Cosi' l'asse di rotazione della pulsar B, mentre ruota attorno alla sua compagna, la pulsar A, subisce un leggero e ciclico cambio d'inclinazione, con un periodo di circa 70 anni". L'oscillazione 'a trottola' che ne deriva e' simile in apparenza a quella che compie la Terra con la precessione degli equinozi. Ma la causa e' diversa: se per la Terra, cosi' come per una trottola che corra su un tavolo, si può spiegare con la fisica classica di Newton, nel caso della pulsar B, a provocarlo, e' la curvatura dello spazio-tempo. Fin dalla sua scoperta, avvenuta nel 2003 a opera di un gruppo internazionale guidata da Nichi D'Amico con i suoi giovani collaboratori, Marta Burgay e Andrea Possenti dell'Inaf-Osservatorio di Cagliari, la 'pulsar doppia' e' uno degli oggetti celesti più studiati. E' l'unico sistema binario noto composto da due pulsar, stelle di neutroni rotanti che emettono onde radio in stretti fasci conici, come potentissimi radiofari galattici. A ogni rotazione delle due stelle, i radiotelescopi percepiscono un impulso. Ed e' proprio analizzando la scomparsa dell'impulso della pulsar A, eclissata periodicamente dalla magnetosfera della compagna, che gli astrofisici hanno potuto misurare il moto a trottola della pulsar B.
Via - AGI

Le onde gravitazionali. Un mistero ancora lontano dalla soluzione. Esistono? E se sì a che velocità si propagano?

Innanzitutto diciamo che la presenza di onde di questo tipo viene predetta dalla Teoria della Relatività generale di Einstein ma mai nessuno fino a questo momento è riuscito ad osservarle.
Il meccanismo secondo il quale vengono a formarsi le onde gravitazionali in un punto dello spazio è dovuto a ciò che viene definito ritardo temporale: due masse esercitano tra di loro una forza attrattiva inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza: questa forza, come tutto ciò che agisce nello spazio, non può propagarsi con velocità maggiore di quella della luce. L’onda gravitazionale è proprio il meccanismo attraverso cui il campo gravitazionale si propaga nello spazio. Un campo gravitazionale si propaga nello spazio in senso radiale, mentre le distorsioni che esso provoca localmente sono perpendicolari alla sua direzione di propagazione. Quindi in questo senso sono simili alle onde elettromagnetiche. In base al modello di Einstein, tuttora il più accreditato, si pensa che la quantità di radiazione gravitazionale emessa da un corpo dipenda dal grado di disomogeneità nella distribuzione della sua massa (in termini di deviazione del corpo dalla simmetria sferica). La cosa più importante è che la sorgente deve muoversi con rapidità in modo tale da accentuare la sua componente non sferica; per esempio, una stella ovale che ruoti intorno all’asse maggiore non produce onde gravitazionali, ma se ruota intorno all’asse minore diventa un’intensa emittente. Si conoscono molte possibili sorgenti di onde gravitazionali, tra le quali sistemi binari di stelle, pulsar, esplosioni di supernovae, buchi neri in vibrazione e galassie in formazione; per ognuna di queste fonti il tipo di segnale emesso dovrebbe possedere un “timbro” caratteristico che individui univocamente il tipo di fonte e la causa dell’emissione. Anche la nascita di una stella di neutroni, dall’esplosione di una supernova, dovrebbe essere annunciata dalla trasformazione di circa lo 0,1% della massa iniziale in onde gravitazionali. Il “timbro” di queste onde dovrebbe essere di tipo pulsato. Il rilevamento di onde gravitazionali provenienti da una supernova permetterebbe di confermare la previsione di Einstein riguardo la loro velocità: se le onde gravitazionali e quelle luminose venissero rilevate simultaneamente, avremmo una conferma diretta che le onde gravitazionali si propagano alla velocità della luce.
Un’altra possibile fonte di onde gravitazionali è il big bang: le osservazioni più importanti sull’universo primordiale ci vengono dall’osservazione del fondo cosmico di microonde, il resto della radiazione termica che pervadeva l’universo ai suoi inizi. Il rilevamento di un fondo (rumore) cosmico di onde gravitazionali svelerebbe nuovi aspetti del big bang.
Come si può fare per rilevare queste onde? Come facciamo per tutte le altre onde cioè creando un sistema che entri in risonanza con l'onda stessa. Per esempio la membrana del nostro orecchio con le onde elastiche, oppure un circuito elettrico oscillante per le onde radio. Per far questo sono stati costruiti dei blocchi di massa che nel momento in cui fossero attraversati da tali onde si metterebbero a vibrare. Le onde gravitazionali prodotte nelle situazioni descritte avrebbero comunque un impatto estremamente debole ed effimero quando investono la Terra. Nel migliore dei casi, le masse dei rivelatori verrebbero appena sollecitate, con uno spostamento nelle loro posizioni di appena 10^(− 21) metri (un milionesimo del diametro di un protone) per ogni metro di separazione; per questo motivo molti scienziati sono tuttora scettici riguardo la possibilità di rilevare onde gravitazionali nei prossimi decenni.
E' apparsa recentemente sulla rivista Nature un articolo sull'argomento che ho potuto "captare" attraverso i feed di notizie di fisica che ho sottoscritto. Sono stati approntati dei rilevatori di onde basati su interferometri laser di eccezionale sensibilità che forse in futuro potrebbero rivelarsi decisivi per dipanare il mistero.
I fisici legano giustamente le maree alle onde gravitazionali, del resto questi fenomeni naturali altro non sono che la riprova della forza di gravità della luna e del sole. Ogni qualvolta infatti che il sole o la luna, o tutte e due i corpi celesti, passano sul meridiano di una località si produce una marea. Le maree più evidenti avvengono quando il Sole e la Luna sono allineati alla terra; in questo caso le onde gravitazionali dei due astri si sommano e l'acqua si alza notevolmente (Sizigie). Il sole partecipa alle maree meno della luna pur avendo una massa notevolmente maggiore, ma in questo caso è la distanza che determina alla Luna più del doppio di efficacia. La luce impiega circa 8 minuti per giungere fino a noi dal Sole, mentre dalla Luna solo un secondo. Ebbene osservando le maree è stato visto che le onde gravitazionali viaggiano esattamente alla stessa velocità della luce o perlomeno esistono studiosi che sostengono di averlo dimostrato.
In ogni caso la gravità è un tipo di forza particolare che sembra essere diversa da tutte le altre. Nel Modello Standard il gravitone che dovrebbe essere la particella legata alla forza di gravità non viene neppure preso in esame. Chiaramente il gravitone sarebbe per la gravità quello che è il fotone per la forza elettromagnetica. Se volete saperne di più sui gravitoni cliccate qui.
All'inizio del post ho messo la foto di quel nuovo tipo di rilevatore di onde gravitazionali basato su interferometri di grande sensibilità.

Raddoppiata la risoluzione dei microscopi ottici. Si apre un nuovo mondo di ricerca.

Il potere risolutivo di un microscopio ottico attualmente è di circa 200 nanometri. Questo impedisce, per esempio, di distinguere strutture molto vicine tra loro perché, a causa dell'interferenza della onde della luce, vengono percepite come una sola. La microscopia elettronica utilizza una lunghezza d’onda più corta ed ha quindi un potere risolutivo maggiore. Le immagini fornite dai microscopi elettronici però, seppur tridimensionali, sono in bianco e nero.
Questo limite sembra sia stato superato dai ricercatori tedeschi che lo hanno dimezzato. Grazie a una nuova tecnica, messa a punto dai ricercatori del Center of Integrated Protein Sciente presso l'Università di Monaco, è stato costruito un nanoscopio che permettere di superare il limite di diffrazione e distinguere strutture dell'ordine di cento nanometri all'interno delle cellule, restituendo immagini in 3D e a colori. I fisici tedeschi hanno ottenuto immagini di cellule di topo trattate con tre diversi colori fluorescenti. I colori hanno 'marcato” il Dna, la membrana nucleare e i pori attraverso cui le molecole passano all'interno e all'esterno del nucleo. Poiché anche le strutture più piccole del campione riflettono la luce creando una sorta di interferenza, è stato possibile - attraverso analisi matematiche effettuate da un software - risalire alla forma delle strutture stesse. “Il meccanismo è simile a quello di uno scanner”, ha commentato il ricercatore: “Abbiamo aperto una porta su un intero mondo di strutture che prima non potevano essere viste e, quindi, studiate”. Naturalmente stiamo parlando di microscopi ottici perché quelli elettronici hanno una risoluzione di 0,5 nanometri però danno immagini in scale di grigi, quindi tutte da interpretare.
Nel microscopio elettronico a scansione un fascio di elettroni colpisce il campione che si vuole osservare.
Dal campione vengono emesse numerose particelle fra le quali gli elettroni secondari. Questi elettroni vengono rilevati da uno speciale rivelatore e convertiti in impulsi elettrici. Il fascio non è fisso ma viene fatto scansire: viene cioè fatto passare sul campione in una zona rettangolare, riga per riga, in sequenza. Il segnale degli elettroni secondari viene mandato ad uno schermo (un monitor) dove viene eseguita una scansione analoga. Il risultato è un'immagine in bianco e nero che ha caratteristiche simili a quelle di una normale immagine fotografica. Per questa ragione le immagini SEM sono immediatamente intelligibili ed intuitive da comprendere.

Il Vaticano sdogana l'astrobiologia.

Qualche giorno fa fecero scalpore delle dichiarazioni del gesuita padre Funes, argentino, astronomo e filosofo, riportate nientemeno che dall'Osservatore Romano. Alla domanda del giornalista se escludeva l'esistenza di altri mondi: "A mio giudizio - rispose padre Funes - questa possibilità esiste. Gli astronomi ritengono che l'universo sia formato da cento miliardi di galassie, ciascuna delle quali è composta da cento miliardi di stelle. Molte di queste, o quasi tutte, potrebbero avere dei pianeti. Come si può escludere che la vita si sia sviluppata anche altrove? Certo: sino ad oggi non abbiamo nessuna prova di esseri simili a noi o più evoluti presenti in altri mondi. “Ma certamente in un universo così grande non si può escludere questa ipotesi”.
La Chiesa, comunque, non ha paura - disse il gesuita - per questo prossimo ignoto, perché “Come esiste una molteplicità di creature sulla terra, così potrebbero esserci altri esseri, anche intelligenti, creati da Dio. Questo non contrasta con la nostra fede, perché non possiamo porre limiti alla libertà creatrice di Dio.
Praticamente il Vaticano ha sdoganato quella che è una nuovissima disciplina scientifica che sta facendo proprio adesso i primi passi: l'astrobiologia. Recentemente sono stati anche istituiti corsi universitari presso le Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali. Ma a che punto siamo con la ricerca? Facciamo prima dei brevi cenni storici.
La teoria dell'evoluzione degli organismi viventi nasce, a metà dell'800, in un contesto culturale nel quale l'astronomia, all'epoca considerata scienza di fondamentale importanza, gioca un ruolo di primo piano. Fino alla metà dell'Ottocento (in pratica, quindi, fino a Darwin) la gran parte delle idee di vita su altri mondi faceva ricorso a immagini di tipo antropomorfico, mentre in seguito sorge un filone di tipo "anti-antropomorfico" secondo il quale la vita altrove può essere nata anche in modo del tutto diverso rispetto alla Terra.
All'epoca della pubblicazione del libro di Darwin (1859), la chiesa riteneva ancora che la Terra fosse stata creata domenica 23 ottobre 4004 a.C., come affermato nel '600 dal reverendo Ussher. Lord Kelvin alla metà dell'800 aveva calcolata l'età del sole (sbagliando) in decine di milioni di anni, ma evoluzionisti e geofisici avevano bisogno di alcune centinaia di milioni di anni per giustificare i tempi evolutivi necessari all'evoluzione della crosta terrestre e all'evoluzione delle specie. In seguito con la maggiore accuratezza nelle misurazioni la possibilità di vita al di fuori del nostro pianeta sembrò sempre più concreta. Fissiamo adesso dei punti su cui partire:
a) L'Hubble Telescope ha fotografato in una piccolissima regione di cielo (circa 0.003 gradi quadrati) 10000 oggetti di cui la maggioranza sono galassie lontane
b) Una galassia, come quella che ci ospita, ha circa 100 miliardi di stelle
c) 20-50% delle stelle possono avere pianeti
d) 1-2 pianeti per stella possono essere in grado di sostenere la vita.
I punti c) e d) sono i più incerti. Ad oggi si conoscono 147 sistemi solari, di cui 17 con più pianeti, per un totale di 170 pianeti extra-solari, tutti all'interno della nostra Galassia. La recente scoperta di questi pianeti, della dimensione di Giove, suggerisce che nei sistemi extra solari possano esistere luoghi simili alla Terra in cui si può sviluppare la vita. La vita su cosa deve essere basata. Personalmente credo che possa essere basata solo sul carbonio; in quanto, per la particolare posizione che ha nella tabella degli elementi, è l'unico in grado di creare composti estremamente complessi. Certo esiste anche il silicio (vedi i siliconi) ma non ci sono paragoni con il carbonio. Le forme di vita che noi conosciamo si basano infatti su molecole complesse contenenti carbonio, azoto, ossigeno, idrogeno e fosforo, che agiscono nella trasmissione dei caratteri (riproduzione) e nello scambio di energia con l'esterno (metabolismo). Quindi la vita che conosciamo si basa sugli elementi più diffusi nella nostra Galassia (idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno) e sul fosforo, che al contrario è molto raro nel gas interstellare.
Per adesso sono state rilevate solo molecole semplici. Sono state osservate circa 130 molecole, che possono contenere fino a 13 atomi. Vi è l'acido formico, la formaldeide, la metilammina, l'alcol etilico, l'acido acetico, e il formiato di metile.
Nel settembre 2004 astronomi americani hanno osservato, in una nube di gas vicino al centro della nostra Galassia, la presenza di uno zucchero (glicoaldeide) che può essere importante nella costruzione delle molecole del DNA e del RNA.
L'anno scorso è stata rivelata la presenza di glicole etilico nella cometa Hale-Bopp.
Per quanto riguarda il futuro ci aspettiamo di migliorare la nostra conoscenza dall'analisi delle polveri sia interplanetarie che provenienti dalla cometa Wild 2, che la sonda spaziale Stardust ha appena riportato a terra, e ovviamente dai nuovi strumenti astronomici, quali ad esempio ALMA, un insieme di circa 50 antenne, che è in via di costruzione sull'altipiano cileno a 5000 metri di altitudine. Le osservazioni a lunghezze d'onda millimetrica e sub-millimetrica potranno trovare nelle comete nuove specie molecolari che ci daranno informazioni sull'origine delle comete stesse. Ciò ci permetterà di individuare, non solo, nuovi pianeti extra-solari, ma di rivelarne anche le atmosfere. Una cosa però sembra certa, per una volta il Vaticano non si metterà di traverso.

In ottomila alla ricerca della particella di Dio.

Il Modello Standard (MS) è una teoria che descrive tutte le particelle elementari ad oggi note e tre delle quattro forze fondamentali note, ossia le interazioni forti, quelle elettromagnetiche e quelle deboli (queste ultime due unificate nell'interazione elettrodebole). Si tratta di una teoria di campo quantistica, coerente sia con la meccanica quantistica che con la relatività speciale.
Ad oggi, le previsioni del Modello Standard sono state in larga parte verificate sperimentalmente con un'ottima precisione. Tuttavia, esso non può essere considerato una teoria completa delle interazioni fondamentali. Non comprende infatti la gravità per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica coerente. Non prevede, inoltre, l'esistenza della materia oscura che costituisce gran parte della materia esistente nell'universo.
Nel Modello Standard le particelle fondamentali sono raggruppate in due categorie:
* le particelle costituenti la materia, che risultano essere tutti fermioni, ovvero i quark ed i leptoni. Questi ultimi comprendono i leptoni carichi ed i neutrini.
* le particelle mediatrici delle forze, che risultano essere tutte bosoni.
I fermioni, chiamati così in onore del fisico italiano Enrico Fermi, si distinguono dai bosoni per il fatto di obbedire al principio di esclusione di Pauli:
un singolo stato quantico non può essere occupato da più di un fermione,
mentre i bosoni sono invece al contrario liberi di affollare in gran numero uno stesso stato quantico. Il principio di esclusione di Pauli al quale sottostanno i fermioni è responsabile della "rigidità" della materia ordinaria e della stabilità degli orbitali atomici, rendendo possibile la chimica complessa.
Tutta la materia ordinaria che osserviamo nel mondo macroscopico è costituite da quark e leptoni: è infatti costituita da atomi che sono a loro volta composti da un nucleo ed uno o più elettroni, che sono i più leggeri tra i leptoni carichi. Il nucleo è costituito a sua volta da protoni e neutroni che sono composti ciascuno da tre quark.
I fermioni nel Modello Standard sono raggruppati in tre famiglie, sia per i leptoni che peri i quark: Le tre famiglie di leptoni, comprendono ciascuna una particella carica (rispettivamente elettrone, muone e tau) ed un corrispondente neutrino. Le tre famiglie di quark prevedono ciascuna un quark di carica + 2 / 3 ed uno di carica − 1 / 3. I quark più leggeri sono up (u) e down (d), che combinati secondo lo schema uud formano il protone (di carica + 2 / 3 + 2 / 3 − 1 / 3 = 1), mentre combinati secondo lo schema udd formano il neutrone (di carica + 2 / 3 − 1 / 3 − 1 / 3 = 0).
I bosoni sono il fotone, che media l'interazione elettromagnetica, i due bosoni carichi W, ed il bosone Z, che mediano l'interazione debole, i gluoni, che mediano l'interazione forte. Nel Modello Standard è anche prevista la presenza di almeno un bosone di Higgs, la cui massa non viene prevista dal Modello.
I gravitoni, cioè i bosoni che si pensa possano mediare l'interazione gravitazionale in una sua possibile formulazione quantistica, non sono considerati nel Modello Standard.
Il Modello Standard risponde all'esigenza dell'unificazione delle forze. Nel passato ci sono stati esempi di unificazione delle forze: Isaac Newton ha attribuito ad un'unica forza di gravità sia la caduta dei gravi che il moto dei pianeti. Questa unificazione ha preso il nome di gravitazione universale. James Maxwell, con le sue equazioni, ha unificato le forze elettriche e magnetiche in un'unica interazione elettromagnetica. La stessa forza elettromagnetica è stata unificata con la forza di interazione debole dando luogo alla forza elettrodebole. Un'ulteriore unificazione sembra sia possibile tra l'interazione elettrodebole e quella forte. Queste teorie non sono in grado però di spiegare i bosoni dotati di massa.Per descrivere correttamente particelle massive, nel Modello Standard viene anche introdotto un meccanismo di rottura spontanea della simmetria. Viene introdotto un ulteriore bosone detto bosone di Higgs. Il meccanismo di Higgs è anche in grado di spiegare, ma non prevedere quantitativamente, la presenza delle masse dei fermioni, oltre alle masse dei bosoni. Il bosone di Higgs non è stato ad oggi mai osservato sperimentalmente e la sulla sua massa non è prevista nel Modello Standard. Questa particella gioca un ruolo fondamentale all'interno del modello: la teoria la indica come portatrice di forza del campo di Higgs che si ritiene permei l'universo e dia massa a tutte le particelle. Esso è dotato di massa propria. La teoria dà un limite superiore per questa massa di circa 200 GeV, cioè un miliardo di elettronvolt (Un elettronvolt, simbolo eV, è l'energia acquistata da un elettrone libero quando passa attraverso una differenza di potenziale elettrico di 1 volt) . Allo stato attuale non erano ancora stati costruiti acceleratori di particelle che avessero una tale potenza. Adesso però a partire da luglio al Cern di Ginevra sarà finalmente messa in funzione una macchina che potrà farlo.Si chiama Lhc ,"Sappiamo che qualcosa succederà. È un momento storico per la scienza, e quel che scopriremo potrebbe cambiare i libri di testo. Fra un anno o due, c'è la possibilità che si scopra l'origine della materia oscura che costituisce il venticinque per cento dell'universo". Così si esprime una ricercatrice impegnata nel progetto. Per dare un'idea le particelle viaggeranno in un tunnel circolare sotterraneo lungo 27 chilometri. "Il fascio di protoni viaggia all'interno di una conduttura sotto vuoto, e viene guidato da magneti che gli danno la curvatura necessaria lungo l'anello. Sono 1232 magneti superconduttori, ognuno un bestione lungo 15 metri e pesante 32 tonnellate, alimentati a 12mila ampére. Specie di thermos, che all'interno hanno una massa raffreddata a 1,9 kelvin, cioè meno 271 gradi". A quella temperatura, le bobine di niobio-titanio non presentano resistenza. Vedi l'articolo sulla superconduttività in questo blog. . I fasci di protoni (cento miliardi di protoni, in 2800 "pacchetti") viaggeranno all'interno di un condotto (dieci cm di diametro interno) dove viene creato l'"ultravuoto", più vuoto che nello spazio, un decimillesimo di miliardesimo della pressione al livello del mare. I protoni andranno alla velocità della luce, e faranno il giro dei 27 chilometri undicimila volte al secondo. Alla massima potenza, ogni fascio avrà un'energia pari a quella di un auto lanciata a 1600 chilometri orari. Ogni protone 7 TeV(un TeV è mille GeV cioè un milione di mega elettonvolt, cioè mille miliardi di elettronvolt), quindi ogni collisione raggiungerà i 14TeV: una soglia mai raggiunta, e considerata necessaria per liberare e riconoscere particelle mai viste.Qui, nel 1990, Tim Berners-Lee inventò il web, quel www che tutti ora conoscono: c'è ancora, in vetrina, il pc marca Next che venne usato. E qui si è creato adesso il Grid: "La necessità di calcolo era enorme, e si è pensato a una "griglia" che funzionasse come la rete elettrica. L'Lhc produrrà 15 milioni di gigabytes di dati ogni anno, qualcosa come tre milioni di dvd". Questa capacità di calcolo, e di stoccaggio dati, è stata distribuita in circa duecento centri sparsi per il mondo, e interconnessi. In Italia il nodo è Bologna, a sua volta collegato con altri nove istituti. I ricercatori che collaboreranno a questa ricerca sono circa ottomila. Chissà forse insieme a molti altri misteri sarà finalmente osservato il bosone di Higgs. Data la sua importanza nella teoria della fisica delle particelle è stato soprannominato dal Premio Nobel per la Fisica, Leon Max Lederman, come "la particella di Dio".

Ulteriori informazioni sull'esperimento della fusione fredda.

A posteriori occorre riconoscere che Fleishmann e Pons non erano poi quegli impostori come qualcuno aveva asserito. Probabilmente furono un po' troppo frettolosi nel pubblicare il loro lavoro e sicuramente poco rigorosi. Bisogna considerare che erano dei chimici e non dei fisici, quindi poco avvezzi alle valutazioni quantitative.
L'esperimento di Arata doveva dimostrare la presenza di Elio e doveva portare ad una generazione di calore. Questi due dati sono stati confermati anche se per la reale applicazione di questa tecnologia dovremo aspettare, ma il solco è tracciato da quello che è stato chiamato "Arata Phenomena" dal nome del professore giapponese ottantacinquenne che lo ha diretto. La prova è stata compiuta facendo diffondere Deuterio gassoso su una matrice a struttura nanometrica di 7 grammi composta per 35% di palladio e per il 65% di ossido di zirconio alla pressione di 50 atmosfere, la metà della pressione di una idropulitrice per autolavaggio. Il calore, prodotto fin dall'inizio, e cioè in concomitanza dell'immissione del Deuterio, ha azionato un motore termico che si è messo in moto cominciando a girare.
Dopo circa un'ora e mezzo l'esperimento è stato volutamente fermato per effettuare le misure della presenza di Elio-4 a testimonianza dell'avvenuta fusione. Non sono state evidenziate emissioni di origine nucleare pericolose ( l'elio-4 è inerte). L'energia riscontrata è stata circa di 100.000 Joule, equivalente grosso modo a quella necessaria per riscaldare di 25 gradi un litro di acqua ( si tenga presente la modesta quantità della matrice nanometrica, 7 grammi). Quanto all'Elio, la quantità è assolutamente confrontabile e compatibile con l'energia prodotta, ed è la firma inequivocabile dell'avvenuta fusione nucleare. Al di là delle quantità misurate, si apre ora un capitolo nuovo nella comprensione dei comportamenti e delle reazioni che hanno luogo nella materia condensata, comportamenti che sembrano differire dai modelli fin qui seguiti dalla fisica nucleare classica. A partire da oggi inizia un'altra fase, altrettanto delicata, legata principalmente a due fatti: la ripetizione dell'esperimento con una quantità maggiore di Palladio-Zirconio per ottenere quantitativi maggiori di energia; l'estrazione dalla matrice dell'elio senza danneggiarla e poterla così riutilizzare.
A questo punto si apre una nuova grande frontiera per la ricerca. In questo periodo con i prezzi dei combustibili fossili alle stelle bisognerà investirci su massicciamente. C'è da dire che per una volta almeno in Italia siamo fortunati. Infatti nel nostro paese c'è quella che viene considerata la seconda scuola (dopo il Giappone) per gli studi sulla coldfusion. Basta ricordare le ricerche di Scaramuzzi che presentò una relazione in cui mostrò l'emissione di neutroni da parte di una cella deuterio-titanio sottoposta ad elevatissime pressioni, che potevano raggiungere oltre un megabar. Ma forse il più citato teorico, sui possibili meccanismi che possono spiegare la Fusione Fredda, è stato il Prof. Giuliano Preparata, docente di Fisica Nucleare all'Università di Milano, il quale, subito dopo l'annuncio del 1989 fino al 2000, anno della sua morte, ha studiato il fenomeno in chiave teorica e parallelamente ne ha promosso varie attività di ricerca presso l'Università di Milano e l'ENEA.
Nel 1989 insieme ai fisici Emilio Del Giudice e Tullio Bressani, pubblicò un articolo prettamente teorico sulla rivista Il Nuovo Cimento nel quale vi era la volontà di gettate le basi per una teoria predittiva della fusione fredda, basando il fenomeno su alcune estensioni della teoria dell'elettrodinamica quantistica nella materia condensata. Tale teoria faceva emergere la possibile esistenza di una soglia nel rapporto tra il numero di atomi di deuterio assorbiti ed il numero di atomi di palladio, il cosiddetto fattore di caricamento, che non doveva essere inferiore ad 1 (adesso si pensa 0,95). L'immediata conseguenza di tale teoria, è la definizione di una soglia minima, al disotto della quale, il fenomeno di Fusione Fredda, secondo il protocollo utilizzato da Fleischmann e Pons non può avvenire; questo fatto potrebbe dimostrare che il fenomeno di Fusione Fredda, in certe condizioni, può essere visto come una conseguenza prevedibile dalla estensione di una teoria ben accettata dalla fisica quale è quella della elettrodinamica quantistica.

La fusione fredda funziona!

Come avevo scritto in un mio precedente post dovevamo aspettare oggi 22 maggio per avere notizie dal Giappone sulla fusione fredda. Le notizie sono arrivate e che notizie. La fusione fredda sembra funzionare correttamente! Parola, anzi "fatti" di Yoshiaki Arata, 85 anni, una vita per la ricerca, che oggi, alle 19.30 ora locale all'Università di Osaka in Giappone, in un esperimento aperto al pubblico di esperti e a pochissimi giornalisti, ha sconvolto ogni teoria scientifica.
L'esperimento. La prova è stata compiuta inserendo in un contenitore di acciaio riempito di deuterio gassoso nanoparticelle di una lega composta da palladio-zirconia. Il professore ha osservato le reazioni termiche e ha calcolato che il calore sprigionato è di 100 volte più forte se si fosse utilizzato l'idrogeno. L'energia sprigionata ha attivato un piccolo motore termico che ha azionato, a titolo dimostrativo, un ventilatore o un piccolo alternatore che ha acceso dei Led. Alla fine dell'esperimento Arata ha riscaldato le nanoparticelle di palladio e analizzato il gas rimasto intrappolato. Dall'analisi è emerso che si trattava di Elio 4, prova che c'è stata una fusione fredda. Con 7 grammi di palladio-zirconia si calcola che siano stati prodotti oltre 100 k-joule, reazione cento volte più intensa si qualunque reazione chimica nota.
Arata phenomena. La fusione fredda, ossia la Condensed-matter-nuclear-science, dunque sembra funzionare. Alla fine dell'esperimento il pubblico riunito ha deciso di chiamare la scoperta "Arata phenomena", decisione che ha emozionato il professore che ha ringraziato con un solenne inchino.
L'esperto italiano. Un grande passo nella ricerca scientifica quindi, come conferma Francesco Celani, primo ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. «Si apre una nuova possibilità - ha spiegato Celani - in questo modo non vengono prodotti elementi radioattivi». Celani, collega e amico di Arata, subito dopo l'esperimento ha sentito il professore giapponese. «Mi ha detto che stava festeggiando - ha raccontato Celani - era molto contento, e scherzando mi ha detto che stava bevendo finalmente vicino a una bottiglia di sachè e non a una bobola in acciaio con deuterio...». L'esperimento rimane comunque dimostrativo come sottolinea il professore di fisica nucleare: «Le nanoparticelle di palladio sono estremamente costose - spiega Celani - la loro fabbricazione è complessa. Sulla Terra c'è poca disponibilità del materiale, la sua concentrazione è di 5 volte superiore a quella dell'oro, ma non basta». Il palladio è la stessa sostanza che viene usata anche per purificare i gas di scarico tramite le marmitte cataliche. Ogni marmitta ne contiene un grammo. La nuova frontiera quindi è trovare materiale che si comporti come il palladio ma costi di meno.

Scoperti a Firenze i fotoni superveloci.

Un’équipe di ricerca dell’INFM-CNR e del LENS dell’Università di Firenze ha realizzato materiali ottici innovativi nei quali la luce si comporta in modo non convenzionale. I vetri di Lévy – così i ricercatori hanno ribattezzato i materiali – consentiranno una migliore comprensione dei processi fisici di trasporto e potranno essere utili in futuro per sviluppare rivestimenti ottici d’avanguardia e dispositivi hi-tech. A questa ricerca sarà dedicata la copertina del prossimo numero di Nature.
Hanno tratto ispirazione dal volo degli uccelli in cerca di cibo i ricercatori dell’INFM-CNR e del LENS (Laboratorio europeo per le spettroscopie non lineari) dell’Università di Firenze per mettere a punto nuovi materiali ottici con proprietà davvero inconsuete. All'interno di questi materiali la luce si muove in modo non convenzionale e riesce così a diffondersi con grandissima efficienza. Lo studio, cover-story del prossimo numero di Nature, potrà avere applicazioni sia nello studio dei fenomeni di trasporto sia nello sviluppo di nuovi dispositivi in micro e nano-fotonica e di rivestimenti con proprietà ottiche avanzate.
I ricercatori hanno denominato i nuovi materiali vetri di Lévy perché al loro interno la luce si propaga secondo i cosiddetti voli di Lévy, processi di trasporto da tempo noti in fisica – perché consentono di descrivere fenomeni complessi in ambito biologico ed economico, come la distribuzione degli spostamenti umani, le strategie di ricerca del cibo adottate dagli animali o le fluttuazioni dei mercati azionari –, ma sino ad ora mai osservati in un materiale.
Nei vetri di Lévy le particelle di luce, i fotoni, seguono cammini ad hoc (i voli di Lévy) e si propagano con una velocità molto maggiore rispetto a quanto accade nei mezzi ottici tradizionali. Ciò è possibile perché i centri che diffondono la luce nei nuovi materiali sono distribuiti in maniera quasi frattale. Il risultato è stato ottenuto miscelando tre ‘ingredienti’: vetro liquido (silicato di sodio), particelle di biossido di titanio in grado di diffondere i fotoni e sfere di vetro con diversi diametri.
Queste ultime creano all’interno del vetro liquido una matrice in grado di determinare la distribuzione delle sfere di biossido di titanio: quando il materiale solidifica, ha dimostrato lo studio, la distribuzione delle sfere fa sì che i fotoni diffondano nel vetro seguendo i voli di Lévy. Jacopo Bertolotti, ricercatore dell’INFM-CNR e del LENS, precisa che “l’obiettivo attuale è raffinare la ricetta secondo cui sono realizzati questi materiali e sostituire al vetro liquido un polimero. In questo modo si creeranno materiali flessibili con potenziali applicazioni in diversi settori hi-tech, dall'elettronica avanzata alla fotonica”.
Diederik Wiersma, coordinatore dell’équipe di ricerca, sottolinea inoltre che “le proprietà insolite manifestate da questi materiali potranno essere utili per lo sviluppo di rivestimenti ottici innovativi e nuovi dispositivi laser. Ma potranno anche aiutarci a comprendere meglio i processi di trasporto di luce e suono, il comportamento di particelle come gli elettroni e faciliteranno lo studio dei fenomeni complessi che si propagano seguendo voli di Lévy”.
Questo è il sito del Lens di Firenze se ne volete sapere di più www.lens.unifi.it/cs/.
Se volete leggere il commento ufficiale sul bollettino dell'Università di Firenze allora cliccate qui.

La comunicazione laser sarà cento volte più veloce di quella a onde radio.

Ricevere le immagini di Google Earth o le foto del telescopio Hubble in tempo reale potrebbe presto essere realtà. Un istituto tedesco ha infatti sperimentato un sistema di comunicazione basato sul laser che consentirà di trasferire i dati con una velocità cento volte superiore a quella possibile con le onde radio.
La tecnologia è stata messa a punto dai ricercatori del Fraunhofer Institute for Laser Technology di Aquisgrana per conto della società Tesat GmbH & Co. nell’ambito di un progetto finanziato dal Centro Aerospaziale Tedesco (Dlr).
I test sono stati eseguiti su due satelliti: il tedesco TerraSar-X e lo statunitense Nfire. Grazie alla tecnologia laser, i dati sono schizzati, letteralmente, tra i due satelliti alla velocità della luce, coprendo più di cinquemila chilometri senza andare incontro neanche a un errore. Il laser ha permesso di trasferire, in un’ora, una quantità di dati pari all’informazione contenuta in 400 Dvd e ha garantito una maggiore precisione nella trasmissione, grazie alla semplicità del sistema di puntamento. Secondo i ricercatori, il nuovo sistema consentirà di trasferire una grande mole di informazioni in poco tempo e di inviare con maggiore efficienza e in tempo reale, per esempio, le immagini del pianeta riprese dai satelliti alle stazioni terrestri, cosa non possibile con le onde radio.
Prima di essere installati sui satelliti, i moduli che contengono il laser hanno dovuto superare alcuni test mirati a verificare la loro resistenza in condizioni estreme di temperatura, accelerazione e radiazioni gamma. “Il modulo”, afferma Martin Traub, il coordinatore del progetto, “è grande quanto una scatola di fiammiferi e pesa circa 130 grammi, come una barretta di cioccolato”. Per ottenere questo, è stato necessario scegliere i materiali con grande accuratezza. La prossima sfida sarà riuscire a dissipare l’elevato calore che i dispositivi producono, nonostante le loro piccole dimensioni.

La fusione fredda potrebbe essere ad una svolta.

Un articolo sul Sole- 24Ore di ieri a firma Giuseppe Caravita è passato stranamente quasi sotto silenzio, e dire che invece potrebbe essere il preludio per una nuova era. Nell'articolo si tratta della cosiddetta fusione fredda. La fusione nucleare non è altro che la combinazione di isotopi di idrogeno (deuterio e trizio) che si uniscono a formare un nucleo di elio sviluppando un'enorme quantità di energia. Questa reazione avviene da miliardi di anni nel sole e in altre stelle però per essere innescata ha bisogno di due cose o di una enorme pressione o di una elevatissima temperatura o magari di tutte e due le cose insieme; altrimenti gli ioni di deuterio entrambi con carica positiva tendono a respingersi per la nota legge di Coulomb. Nel Sole la temperatura necessaria è di 6 milioni di gradi, sulla terra, avendo una minore pressione gravitazionale occorrerebbero 100 milioni di gradi. Esistono dei progetti che tentano di riprodurre questa reazione confinando gli ioni sotto forma di plasma in un toro contornato da enormi campi magnetici. Per adesso però i risultati sono stati deludenti. Esiste tra l'altro un progetto dell'Unione Europea denominato ITER per sviluppare il primo reattore a fusione che si costruirà in Francia. Chi è interessato alla fusione calda vada a questo link. Per combinare due nuclei di deuterio, invece che utilizzare la temperatura, sono state teorizzate altre vie. Quella ampiamente più conosciuta è quella del confinamento chimico. Tale sistema ebbe le luci della ribalta nel marzo del 1989 quando due fisici americani dettero la notizia di essere riusciti nell'impresa. Purtroppo poi le cose si raffreddarono e si vide che l'evento fu eccezionale e che non era facile riprodurlo. Il metodo utilizzato da Fleischmann e Pons nella loro cella elettrolitica, consiste nell'utilizzare la proprietà del palladio (o di altri catalizzatori, un fisico italiano scoprì per esempio che poteva essere utilizzato anche il titanio) di caricare all'interno del proprio reticolo cristallino atomi di idrogeno o dei suoi isotopi come il deuterio, formando deuteruro oppure idruro di palladio. C'è da mettere in rilievo che una condizione necessaria, ma non sufficiente, è che tale caricamento deve essere assai elevato e raggiungere una percentuale di Pd/H o Pd/D di almeno il 95%, ovvero per ogni atomo di palladio ci deve essere quasi un atomo di idrogeno o deuterio. Questo dato della concentrazione di idrogeno nel catalizzatore affinché avvenga la reazione fu scoperto per via teorica dal fisico Giuliano Preparata. Sembra adesso che la fusione fredda esca finalmente da quel cul de sac in cui era finita da anni. Lo sapremo con maggiore certezza tra una settimana, il prossimo 22 maggio, data fissata dal team dell'Università di Osaka che ha caparbiamente continuato le ricerche, e che ora vuole pubblicamente esibire il suo rivoluzionario reattore al lavoro, con tanto di eccesso di calore misurabile e reazione ripetibile.

Esperimento Arata

E' da circa tre mesi che la comunità internazionale dei ricercatori sulla fusione fredda è in fermento. Qualcosa di nuovo, e forse di decisivo è nell'aria. Yoshiaki Arata, per vent'anni bandiera degli studiosi (spesso malfinanziati, e guardati con sufficienza dai colleghi) è l'eroe designato. La sua tecnologia raffinata, capace di imprigionare nanoparticelle di palladio per poi farvi ammassare dentro molecole di deuterio fino a pressioni tali da generare la fusione dei nuclei di idrogeno, conferemerebbe peraltro (e vendicherebbe in qualche misura) i primi, ma incauti, annunci di Fleischmann e Pons di vent'anni fa. Quando appunto proclamarono al mondo che erano in grado di far fondere in un catodo di palladio gli atomi di idrogeno, salvo poi non riuscire a ripetere, se non casualmente e per brevissima durata, il miracoloso processo.
Sarà in Giappone la soluzione del mistero? Di sicuro su questa trincea, da molti paragonata all'alchimia o alla parapsicologia, hanno resistito anche ricercatori italiani, all'Infn, all'Enea e in alcune università. Se a Osaka tutto andrà bene, potranno uscire di sicuro dalla semiclandestinità. E forse l'Italia si accorgerà di avere, di colpo, la seconda scuola scientifica mondiale su una frontiera strategica.

SUPERCONDUTTIVITA'

La velocità di un processore per PC dipende essenzialmente dalla maggiore o minore resistenza elettrica presente nel processore stesso. Per far questo si cerca di miniaturizzare il più possibile ed anche di progettare un’architettura interna sempre più efficiente. Recentemente si è passati ad una tecnologia a 45 nanometri (1 nanometro è 10 elevato alla -9 metri, per capirci un millesimo di micron) rispetto alla precedente che era a 65. Grazie a questo è stato possibile passare dai 246 mm precedenti ai 214 mm attuali per le dimensioni della CPU. Questo nella tecnologia Core 2, mentre in quella quad core ottenuta abbinando due dual core siamo a dimensioni ancora più piccole. Naturalmente non si fermeranno qui e sono certe ulteriori miniaturizzazioni per il futuro. La resistenza elettrica non dipende però solo dalla dimensione ma anche dalla sua resistenza o meglio dalla resistività del materiale con il quale è composto. Non a caso si utilizza anche dell’oro che ha resistenza molto piccola. Esiste già adesso però la possibilità di avere materiali a resistenza zero, analizziamo brevemente la questione.

Superconduttori

Si definiscono superconduttori quei materiali che, al di sotto di una data temperatura di transizione, non oppongono alcuna resistenza al passaggio della corrente elettrica ed espellono (completamente o in parte) i campi magnetici presenti al loro interno (Effetto Meissner). Cioè il superconduttore manifesta un diamagnetismo perfetto, espellendo il campo magnetico dal suo interno; ciò avviene tramite la generazione di correnti superficiali che inducono, all'interno del superconduttore, un campo magnetico uguale e contrario a quello applicato. Il diamagnetismo è appunto la proprietà di alcune sostanze di magnetizzarsi in senso opposto al campo applicato La temperatura critica, che è la temperatura al di sotto della quale si manifesta il fenomeno, dipende dalla natura del materiale, dalla quantità di impurezze dislocate al suo interno, dalla presenza di campi magnetici e dalla densità di corrente che attraversa il materiale. Questi fattori ostacolano l'instaurarsi della superconduttività e abbassano la temperatura critica.

Questo sorprendente comportamento della materia è dovuto al moto degli elettroni nei piani cristallini: gli elettroni possono infatti coordinarsi a due a due tramite un'interazione mediata da un fonone: queste coppie, dette coppie di Cooper, possono viaggiare nel reticolo atomico senza urtare i nuclei atomici positivi. Il fonone è una quasiparticella che descrive un quanto di vibrazione in un reticolo cristallino rigido. Detto un po’ all’ingrosso il fonone rappresenta per le vibrazioni elastiche quello che il fotone rappresenta per le onde elettromagnetiche. L'idea di base della teoria di Cooper è la seguente: un elettrone che si muove in un reticolo cristallino esercita una forza di natura elettromagnetica sugli ioni positivi che costituiscono il reticolo stesso. In certe sostanze ed in certe condizioni di temperatura prossime allo zero assoluto, tale forza diviene sufficiente a produrre una distorsione del reticolo attorno all'elettrone in transito, comportando un aumento della densità delle cariche positive intorno all'elettrone stesso. Tale distribuzione di cariche positive, non essendo disturbata dall'agitazione termica, è sufficientemente stabile da attirare un altro elettrone. La coppia così formata, detta appunto Coppia di Cooper, risulta stabile, e più libera di viaggiare nel reticolo in quanto meno soggetta a fenomeni di scattering, ossia di diffusione. Tale teoria che risale agli anni 40 non è però in grado di spiegare perché esistono dei superconduttori con temperatura critica molto più elevata. Allo scopo è stato recentemente introdotta una nuova particella: il polarone che è una quasiparticella composta da un elettrone più il campo di polarizzazione che l'accompagna. La teoria è però ancora allo stadio pionieristico.

La temperatura di transizione dallo stato normale allo stato superconduttore varia molto a seconda del materiale: nei metalli puri è di pochi kelvin sopra lo zero assoluto, mentre è più alta nelle leghe metalliche. In molti materiali ceramici contenenti rame e ossigeno è particolarmente alta: tali ceramiche hanno una temperatura critica di oltre 120 kelvin e permettono di usare semplice azoto liquido, economico e facilmente disponibile, come refrigerante.Per meglio quantificare 120°Kelvin significano 153,15° centigradi sotto zero. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, i migliori conduttori elettrici (rame, argento, oro) sono i peggiori superconduttori, con temperature critiche estremamente basse e scarsa tolleranza ai campi magnetici; si comportano invece molto bene i cattivi conduttori come il piombo e il niobio, che esibiscono le temperature critiche più alte in assoluto per i metalli puri.

Sebbene il fenomeno in sé non sia una novità (è noto ai fisici fin dai primi anni del '900), nel 1986 destò enorme sensazione la scoperta che una ceramica di Ba-La-Cu-O) Bario, Lantanio, rame e ossigeno diventava superconduttore alla temperatura di circa 35 kelvin. Questa temperatura era significativamente maggiore dei 23 kelvin della migliore lega superconduttrice allora nota. Ulteriori ricerche hanno portato alla scoperta di ceramiche sempre contenenti Rame e Ossigeno, tali da permettere di usare l'azoto liquido (alla temperatura di 77 K) come refrigerante, molto più economico ed efficiente dell'elio. Una temperatura critica tanto alta suggerì la possibile esistenza di un superconduttore a temperatura ambiente, che da allora ha attirato e continua ad attirare in questo settore della fisica fondi e ricercatori in tutto il mondo. Il miglior superconduttore oggi conosciuto ha una temperatura critica di 134K ed è composto da mercurio, bario, calcio, carbonio, uranio e ossigeno. Forse il giorno in cui anche i nostri PC avranno dei processori con leghe superconduttrici è meno lontano di quanto si pensi. Intanto c'è chi ha pensato di precorrere i tempi; ho trovato su Youtube un video in cui si raffreddava manualmente con azoto liquido una scheda madre fino a portarla ad una velocità di 5 GHz dai 3,5 originari. Questo è il link.

ENTROPIA

La termodinamica è quella branca della fisica e della chimica (chimica fisica) che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito a processi che coinvolgono la trasformazione di calore in lavoro e viceversa..

Esistono tre principi fondamentali che ne sono il fondamento teorico:

0) Il principio zero della termodinamica (detto talvolta zeresimo principio della termodinamica) stabilisce che, se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo B, e il corpo B è a sua volta in equilibrio termico con un altro corpo C, allora A è senz'altro in equilibrio termico con il corpo C.

1) Il primo principio della termodinamica si può enunciare così ΔU = Q – L oppure in modo più rigoroso in forma differenziale dU =δQ - δL. Q è la quantità di calore che viene ceduta al sistema ed L è il lavoro che invece compie il sistema stesso. U è detta energia interna del sistema ed è una funzione di stato, cioè dipende solo dallo stato in cui si trova il sistema e non dal percorso fatto. Q ed L non sono funzioni di stato. Nel caso in cui il lavoro compiuto sia solo di tipo meccanico può essere introdotta una nuova grandezza H chiamata entalpia H = U + pV, con p pressione e V volume.

2) Del secondo principio della termodinamica ne esistono varie enunciazioni classiche che sono logicamente equivalenti:
a) è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo.
b) è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato preveda che tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea sia interamente trasformato in lavoro.
c) non è possibile - nemmeno in linea di principio - realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.
E’ a questo punto che viene introdotta una nuova grandezza termodinamica chiamata entropia che facilita l’enunciazione di questo principio:
d )una trasformazione che inizia e termina in stati di equilibrio si svolge sempre in una direzione tale da causare un aumento dell’entropia dell’insieme sistema più ambiente.
L’entropia si indica in genere con la lettera S. In forma differenziale abbiamo dS = dQ/dT

3) Il terzo principio della termodinamica è strettamente legato al secondo e si può enunciare in molti modi diversi, qui scegliamo descrizioni classiche:
a) non è possibile raggiungere lo zero assoluto tramite un numero finito di operazioni (ovvero di trasformazioni termodinamiche). Lo zero assoluto è pari a -273,15°C altrimenti indicato con 0°K dove il K sta per Kelvin.
b) nello stato a minima energia l'entropia ha un valore ben definito che dipende solo dalla degenerazione dello stato fondamentale.

Per chiarire meglio il concetto di entropia possiamo fare degli esempi

1) Si pensi di far cadere una gocciolina d'inchiostro in un bicchiere d'acqua: quello che si osserva immediatamente è che, invece di restare una goccia più o meno separata dal resto dell'ambiente (che sarebbe uno stato completamente ordinato), l'inchiostro inizia a diffondere e, in un certo tempo, si ottiene una miscela uniforme (stato completamente disordinato). È esperienza comune che, mentre questo processo avviene spontaneamente, il processo inverso (separare l'acqua e l'inchiostro) richiederebbe energia esterna.

2) Immaginiamo un profumo contenuto in una boccetta colma come un insieme di molecole puntiformi dotate di una certa velocità derivante dalla temperatura del profumo. Fino a quando la boccetta è tappata, ossia isolata dal resto dell'universo, le molecole saranno costrette a rimanere all'interno e non avendo spazio (la boccetta è colma) rimarranno abbastanza ordinate (stato liquido). Nel momento in cui la boccetta viene stappata le molecole della superficie del liquido inizieranno a staccarsi dalle altre ed urtando casualmente tra di loro e contro le pareti della boccetta usciranno da questa disperdendosi all'esterno (evaporazione). Dopo un certo tempo tutte le molecole saranno uscite disperdendosi. Anche se casualmente qualche molecola rientrerà nella boccetta il sistema complessivo è ormai disordinato e l'energia termica che ha messo in moto il fenomeno è dispersa e quindi non più recuperabile.

Il calore è energia disordinata. L’energia può esistere senza disordine; per esempio un fucile che spara un proiettile è energia del tipo che viene chiamata energia cinetica. Quando il proiettile colpisce una lastra di acciaio e viene fermato, l’energia del suo moto viene trasferita nel moto casuale degli atomi che costituiscono il proiettile e la lastra. Questa energia disordinata si manifesta sotto forma di calore. L’energia si trasforma in calore tanto più rapidamente quanto più è disordinata. E’ vero che può esistere disordine senza energia. Gli atomi di uranio 235 e uranio 238 sono due isotopi mescolati a caso in pezzo di uranio ordinario ma questo disordine non da luogo ad energia. Dobbiamo però esprimerci quantitativamente e per specificare il calore occorrono due numeri: uno per misurare la quantità di energia, l’altro per misurare la quantità di disordine. La quantità di energia è misurata con un’unità pratica chiamata caloria, mentre la quantità di disordine è misurata in termini di un concetto matematico chiamato entropia.

L’entropia e l’universo: Assumendo che l'intero universo sia un sistema isolato - ovvero un sistema per il quale è impossibile scambiare materia ed energia con l'esterno - il primo ed il secondo principio della termodinamica possono essere riassunti da un'unica frase:

l'energia totale dell'universo è costante e l'entropia totale è in continuo aumento.

valida per qualsiasi sistema isolato.

In altre parole ciò significa che non solo non si può né creare né distruggere l'energia, ma nemmeno la si può completamente trasformare da una forma in un'altra senza che una parte venga dissipata sotto forma di calore.

Se per esempio si brucia un pezzo di carbone, la sua energia si conserva e si converte in energia contenuta nell'anidride carbonica, nell'anidride solforosa e negli altri residui di combustione oltre che naturalmente in forma di calore. Per quanto non si sia persa energia nel processo, sappiamo che non possiamo invertire il processo di combustione e ricreare dai suoi scarti il pezzo di carbone originale.

La spiegazione si trova nel secondo principio della termodinamica che può così essere parafrasato:

ogni volta che una certa quantità di energia viene convertita da uno stato ad un altro si ha una penalizzazione che consiste nella degradazione di una parte dell'energia stessa in forma di calore, in particolare questa parte non sarà più utilizzabile per produrre lavoro.

Lo stato in cui l'entropia raggiunge il massimo livello e non vi è più energia libera disponibile per compiere ulteriore lavoro è detto stato di equilibrio. Per l'intero universo concepito come sistema isolato ciò significa che la progressiva conversione di lavoro in calore (per il principio di aumento dell'entropia totale), a fronte di una massa dell'universo finita, porterà infine ad uno stato in cui l'intero universo si troverà in condizioni di temperatura uniforme; la cosiddetta morte termica dell'Universo. Prima del Big Bang è invece ragionevole pensare che l’entropia dell’Universo fosse zero, anche se essendo una singolarità dello spazio tempo (cioè un punto in cui le leggi della fisica non sono più valide) non si può affermare niente di certo.

L'entropia caratterizza il verso di qualunque trasformazione reale come trasformazione irreversibile: infatti anche tornando da uno stato finale a uno identico allo stato iniziale (per temperatura, volume, pressione o altri parametri, come continuamente avviene nei cicli di una centrale) almeno una variabile fisica differirebbe dal punto da cui si è partiti, l'entropia (che inevitabilmente aumenta).

Ogni trasformazione reale è una trasformazione irreversibile perché l'entropia aumenta; l'ipotesi di idealità equivale appunto all'ipotesi di una variazione d'entropia nulla.

Si può concludere che il lavoro meccanico e il calore sono sì due forme diverse di energia in transito, ma il lavoro è una forma nobile, sfruttabile a piacere, mentre il calore è energia con qualità inferiore. Quando vogliamo utilizzarlo siamo obbligati a «cambiarlo» in lavoro, con uno «scarto» che è inevitabile come se si trattasse del cambio di una moneta «debole» con una «forte» ci si rimette sempre.
Tutto questo si può interpretare in termini di ordine e di disordine. Il calore non è altro che trasferimento dell'agitazione delle molecole da un corpo a un altro. Scaldare un corpo corrisponde quindi ad aumentare la sua energia interna, cedendo energia cinetica disordinata a un numero enorme di corpi microscopici.
L'entropia è una grandezza che misura il grado di "disordine" di un sistema termodinamico. L’entropia totale dell'universo tende sempre ad aumentare. Questo non significa che il disordine aumenti ovunque, nei sistemi biologici per esempio, in alcuni casi tende a diminuire, come in un essere vivente che cresce, dove l'ordine tende ad aumentare, ma nello stesso tempo l'entropia dell'ambiente circostante aumenta, per cui il sistema complessivo (ambiente più essere vivente) vede sempre e comunque crescere il suo grado di disordine, anche perché poi anche nel corpo umano con il passare degli anni l'energia si degrada e l'entropia tende a cresce inevitabilmente.
I sistemi di produzione di energia che abbiamo portano tutti inevitabilmente ad un aumento dell’entropia. Il rendimento di una macchina termica per il secondo principio della termodinamica non può mai essere del 100%. Nelle automobili che adoperiamo quotidianamente questo rendimento è di poco superiore al 30%. Questo significa che ben il 70% se ne va sotto forma di calore dai tubi di scarico con conseguente aumento di entropia. Più la macchina termica è efficiente, minore è l’aumento di entropia. Esistono dei casi di produzione di energia che sfruttano l’aumento naturale di entropia del pianeta come l’energia eolica, quella solare e, sotto certi aspetti anche quella idroelettrica e geotermica. Bisogna pensare che quando si produce energia questa non è mai a bilancio zero, occorre quindi effettuare delle scelte individuali e collettive coerenti. Non possiamo lamentarci se aumenta la bolletta dell’enel e contemporaneamente rifiutarci di fare scelte per farla calare. D’altra parte possiamo avere energia a prezzi bassi, per esempio usando l’energia nucleare, ma allora dovremmo essere consapevoli delle difficoltà di stoccaggio delle scorie radioattive che comporta. Allo stato della tecnologia personalmente sono contrario ma non bisogna affrontare i problemi in modo ideologico e se in futuro si sviluppassero tecnologie adeguate sarebbe da stolti non utilizzarle; penso soprattutto all’energia che potrebbe derivare dalla fusione nucleare anche se ormai sono decenni che la ricerca in questo settore segna il passo.