Non che, dall’ultimo mio articolo, sia successo chissà cosa. O meglio, è successo di tutto, forse pure di più, ma non ci si è spostati tutto sommato di molto. C’è sempre Berlusconi contro tutti (“viviamo in uno Stato di Polizia“, il suo Signor Presidente ), ci sono sempre le intercettazioni, c’è sempre la  crisi, la scuola che non funziona (per dire, mio fratello attende i risultati di scienze motorie dal 5 Settembre e le iscrizioni scadono il 30), c’è sempre la Minetti, c’è sempre la Gelmini, ci sono sempre le gaffe (da ultimo quella del tunnel, bella prova Mariastella, bella prova davvero).

Oddio, qualcos’altro è successo, come nelle peggiori serie TV spuntano nuovi personaggi di dubbia moralità intorno al Premier, come quel Valter Lavitola turista panamense di lusso (come la Farnesina ha dichiarato “non ha in alcun modo fatto parte della delegazione che ha accompagnato il Ministro degli esteri da Roma a Caracas e successivamente da Caracas a Panama, con rientro diretto da Panama a Roma” quindi si può evincere che fosse lì per piacere) a cui giunge il consiglio del Presidente di rimanere dove è, ovvero latitante, o quel Milanese consigliere di Tremonti che, ovviamente con il beneficio del dubbio, gli inquirenti vedono al centro di scambi di favori in cambio di Rolex e macchine di lusso. Ovviamente sempre al centro di tutto escort, mignotte, minorenni e quant’altro possa essere inserito in un Bunga Bunga che si rispetti, che come ci tiene a precisare la Signorina Terry De Nicolò (fonte: Il Fatto Quotidiano) ”Se sei onesto non fai un gran business, se vuoi andare in alto devi passare sopra i cadaveri ed è giusto che sia così“. Infatti signorina, è giusto che sia così. E’ confortante saperlo.

Attenzione tra l’altro ad un nuovo caso “Milanese”. Dopo Papa e appunto il già citato faccendiere di Tremonti, anche il Ministro Romano (attualmente al dicastero per l’agricoltura) è finito al voto della Camera dopo le nuove intercettazioni scoperte dal GIP Castiglia. Il Governo, che misura la fiducia del Parlamento non sulle manovre, sui provvedimenti o sulle riforme, ma sulle richieste di arresto dei parlamentari, incassa ancora una volta la fiducia e “salva” Romano, come prevedibile.

Ma è davvero questo il mondo che vogliamo?

Uno dei primi articoli che mi sono trovato a scrivere all’inizio della mia esperienza con Camminando Scalzi – poco più di un anno fa – trattava di LHC, in un periodo in cui l’acceleratore europeo era balzato agli onori delle cronache per presunte catastrofi naturali imminenti che si sarebbero dovute verificare a causa delle altissime densità di energia derivanti dalle reazioni scatenate all’interno dei 27 km di tunnel che corrono sotto Ginevra. Bene, a un anno di distanza, possiamo affermare con certezza due cose: la prima è che nessun buco nero ha ancora inghiottito la terra; la seconda è che il macchinone, dopo un po’ di problemi iniziali, funziona ottimamente, e sputa fuori dati in quantità industriale. Ecco quel che si è scoperto, in un anno di esperimenti al CERN.

IMPORTANTI CONFERME

I primi esperimenti condotti con LHC hanno riguardato le collisioni tra protoni, condotte a energie attorno ai 7 TeV, ovvero circà metà della massima energia attualmente raggiungibile. Sono state raccolte importanti conferme a proposito del Modello Standard, ovvero il modello che regola tutto quel che sappiamo della fisica delle particelle e delle alte energie. Dalle parole del direttore generale del CERN Rolf Heuer: “riscoprire i nostri vecchi amici nel mondo delle particelle mostra che gli esperimenti di LHC sono pronti ad avventurarsi in nuovi territori”, e se lo dice lui c’è da fidarsi. Insomma, la fase che si è appena conclusa può essere considerata un po’ come il warm up di qualcosa di ben più nuovo. A parte infatti ulteriori indagini riguardo la natura dell’antimateria e la sua assenza all’interno dell’universo conosciuto (un problema di cui avevamo già discusso, ricordate?), questi primi test hanno fatto da test bench avanzato per il sistema CERN nel suo complesso, e i loro dati servono nella duplice funzione di ricerca e di baseline per le future misurazioni.

NUOVE PROSPETTIVE

Le nuove misure che verranno condotte a breve con LHC saranno incentrate invece sull’analisi delle collisioni tra ioni di piombo. Essendo molto più massivo di un singolo protone, un nucleo di piombo è in grado di sprigionare molta più energia nei suoi impatti. Maggiore energia disponibile significa migliori capacità di investigazione della materia e delle regole che ne determinano le trasformazioni. L’impatto di ioni pesanti come quelli di piombo permetterebbe di creare quello che viene definito come plasma di quark e gluoni (rispettivamente, le componenti interne delle particelle più massive e la particella che permette loro di stare attaccate), le cui caratteristiche dovrebbero essere affini a quelle della materia che permeava i primissimi istanti di vita del nostro universo. A quell’epoca infatti la materia come la conosciamo oggi non sarebbe mai potuta esistere: troppa radiazione, troppo calore perché i quark potessero legarsi tra loro attraverso i gluoni, formando protoni e neutroni. Le collisioni tra ioni pesanti in LHC permettono di concentrare sufficiente energia in un ristretto volume di spazio, determinando la formazione di piccole “gocce” di questa materia primordiale, la cui creazione è segnalata da un vasto range di segnali misurabili.I primi risultati mostrano come questo plasma si comporti in effetti come un liquido perfetto, ovvero sia in grado di scorrere su sé stesso senza attrito. Queste caratteristiche, apparentemente poco importanti nell’ottica dei risultati che si vogliono ottenere, in realtà hanno implicazioni dirette sulle ipotesi che sono state effettuate riguardo ai possibili modelli fisici studiati per descrivere questo tipo di contesti, e permettono di restringere il range di variabili sconosciute in gioco. O quantomeno, di evitare di generare singolarità gravitazionli che distruggano ogni cosa…

Tutto cominciò…

… Nel 1928 quando un allora ventiseienne Paul Dirac, giocando un po’ con l’equazione d’onda di Shroedinger (uno degli “esseri matematici” che stanno alla base della meccanica quantistica, e che descrive la propagazione delle particelle come delle onde) si rese conto che il risultato di suddetta equazione non cambiava se si invertiva simultaneamente sia il segno del termine di energia, sia quello temporale. Meno per meno fa più, come tutti sappiamo, di conseguenza Dirac postulò che, in termini meramente matematici, un elettrone (energia positiva) che si muove in avanti nel tempo (quindi positivo) equivaleva a quello che poi sarebbe diventato l’antielettrone (energia negativa) che si muove indietro nel tempo. Se la cosa vi lascia basiti, non preoccupatevi. Qua Ritorno al Futuro non c’entra, l’equivalenza regge puramente a livello matematico, e questo non significa che le antiparticelle si muovano tra il presente e il passato. La fisica si sforza di modellizzare a livello matematico la realtà per cercare di descriverla e prevederne l’evoluzione temporale, per cui se due modelli matematici differenti portano ai medesimi risultati, sono entrambi assolutamente validi.
Qualche tempo dopo, nel 1932, Carl Anderson scoprì proprio l’antielettrone, che con un immenso sforzo di immaginazione venne chiamato positrone, in quanto del tutto identico al suo cugino abituato ad orbitare attorno ai nuclei atomici, ma dotato di carica elettrica positiva. Il modello standard predice che ogni particella è dotata di un’anti-compagna, non importa quale sia il valore della sua carica elettrica, ed effettivamente fino a ora questa ipotesi è sempre stata confermata. La materia conosciuta, in tutto l’universo da noi osservabile, è composta da atomi, il cui nucleo è a sua volta composto da protoni e neutroni, attorno cui orbitano gli elettroni. Ora provate a immaginare un nucleo atomico composto da antiprotoni e antineutroni, attorno a cui ruotano antielettroni: in pratica, antimateria.

PIU’ CHE ESSERE DISINTEGRATO… ANNICHILITO?

Bene o male tutta la materia osservabile dalla Terra è composta unicamente da materia ordinaria, e questo trend sembra sia praticamente una costante (per fortuna) all’interno di tutto l’universo sino a ora osservato. Se infatti si fa interagire una particella con la propria antagonista, si assiste ad un fenomeno chiamato annichilazione: le due particelle vengono INTERAMENTE convertite in energia sotto forma di due raggi gamma (fotoni ad altissima frequenza). Se ci fossero regioni dell’universo in cui domina la presenza di antimateria, dovremmo essere in grado di vedere i continui raggi gamma prodotti ai bordi della stessa dall’interazione con la materia ordinaria che la circonda. È opinione diffusa che questo enorme disequilibrio tra antimateria e materia ordinaria (si stima un rapporto di 1/10⁷⁹) debba essersi originato in un qualche momento immediatamente dopo il big bang.
Le antiparticelle vengono prodotte in natura tramite reazioni estremamente energetiche, come le collisioni dei raggi cosmici con l’atmosfera, o in alcuni decadimenti radioattivi. Esse sono del tutto identiche alle loro compagne, con i medesimi valori di massa, tempo di vita se esse decadono (la cosidetta emivita, in inglese half life; vi ricorda per caso un certo Gordon Freeman? ndR) e così via. L’unica differenza risiede nella carica elettrica, che è uguale e opposta. Artificialmente è possibile produrre antimateria negli acceleratori di particelle come LHC al CERN (ne abbiamo già parlato, ricordate? ndR). Nell’acceleratore europeo e al Fermilab di Chicago sono stati prodotti atomi di antiidrogeno e antielio, sebbene in numero estremamente ridotto e con tempi di vita estremamente brevi.

APPLICAZIONI PRATICHE: POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY.

L’unica applicazione che ha trovato fino a ora l’antimateria è in campo medico, e prende il nome di tomografia a emissione di positroni (PET). In pratica si introduce all’interno del corpo un isotopo tracciante, che abbia un’emivita nell’ordine delle ore o giorni al massimo, per evitare che i pazienti inizino a brillare di luce propria o si trasformino in supereroi una volta terminata la procedura. Il decadimento dell’isotopo produce un positrone, che a sua volta si annichilerà immediatamente con un elettrone nelle vicinanze, generando due impulsi gamma che vengono quindi rilevati dalla macchina. È importante notare che la macchina rigetta tutti i singoli fotoni, tenendo conto solo delle coppie effettive (e quindi dei gamma che vengono rilevati a pochi nanosecondi di distanza). Grazie a questa tecnica è possibile quindi stabilire il punto del corpo da cui provengono i lampi gamma, ottenendo così l’immagine complessiva delle attività metaboliche. L’isotopo viene infatti legato a una molecola generalmente zuccherina, che entra quindi a far parte dei processi biochimici del nostro organismo. La PET quindi, invece di fornire un’immagine di tipo morfologico (come la TAC o le radiografie), è in grado di generare vere e proprie mappe dei processi funzionali all’interno del corpo.

POSSIBILI APPLICAZIONI FUTURE: ANTIMATTER ROCKET.

Nelle collisioni materia – antimateria la teoria ci dice che l’intera massa delle particelle viene convertita in energia, sotto forma dei due fotoni gamma. Facendo i dovuti calcoli, si ottiene che l’energia per unità di massa che viene rilasciata in queste reazioni è 10 miliardi di volte maggiore rispetto a una normale esplosione di tritolo, 10.000 volte maggiore rispetto all’energia derivante dalla fissione nucleare e 100 volte maggiore rispetto alla migliore reazione di fusione nucleare possibile. Anche supponendo un’efficienza nell’uso dell’energia del 50% – assolutamente realistica – si tratta semplicemente della migliore fonte di energia di sempre. Un ipotetico space shuttle alimentato ad antimateria, utilizzerebbe per il decollo circa 50g di combustibile, contro le 750 tonnellate di idrogeno e ossigeno che consuma attualmente. Capite bene che l’antimateria sembra essere il carburante candidato ideale per i futuri viaggi interplanetari e interstellari, in quanto permetterebbe di stivare un’immensa quantità di energia in uno spazio e con un peso estremamente contenuti. Purtroppo l’antimateria è sì il miglior carburante concepibile, ma è anche in assoluto la sostanza più costosa da produrre: una recente stima pone il costo di un grammo di positroni attorno ai 25 miliardi di dollari. Questo perché la sua produzione è legata all’utilizzo di grossi acceleratori di particelle, come quello del CERN: macchine enormi, costose da costruire e mantenere, concepite per un utilizzo sperimentale e quindi senza tenere conto dei loro consumi energetici. Sebbene la quantità di antimateria prodotta di anno in anno è cresciuta con una progressione geometrica dal 1955 ad oggi, non siamo nemmeno lontanamente vicini a poterla produrre a livello commerciale. Anche perché una volta prodotta, non sapremmo dove metterla: stoccare l’antimateria con della materia ordinaria è chiaramente impossibile, a meno di non voler generare dei piccoli brillamenti solari ogni qualvolta si cercasse di ricaricare la propria cella a positroni personale. Metodi di confinamento, basati sull’utilizzo di campi magnetici ed elettrici, sono già stati sperimentati, ma rimangono appannaggio di quelle stesse strutture che producono con tanta fatica e con costi esorbitanti le nostre antiparticelle. Eppure, prima o poi, qualcuno potrà ordinare “curvatura 5” al proprio timoniere senza correre il rischio di venire internato…

La prima notizia è questa: il 30 Novembre 2009 c’è stata la prima “vera” collisione dentro LHC. Durante le prime ore della mattina due fasci di protoni da 1,18 TeV (l’elettronvolt è l’unità di misura dell’energia su scala microscopica equivale a 1,6×10^-19 joule. Quindi 1,18 TeV sono circa 0,00000018 Joule) si sono scontrati, generando una collisione da 2,38TeV nel centro di massa. Se considerate che hanno iniziato a far partire LHC 10 giorni prima, dopo il guasto che l’aveva tenuto fermo per più di un anno, e che proprio nella prima run abbia stabilito il nuovo record mondiale di energia in un acceleratore, c’è da fare i complimenti a chi ha costruito questo ciambellone da 27 Km. La seconda notizia importante che mi sento in dovere di darvi è questa: il mondo non è finito. Per carità, probabile che ve ne siate accorti nel frattempo, ma per chi temeva potessero insorgere fratture nello spazio tempo e piccole apocalissi dentro al tunnel che corre sotto Ginevra, sono portatore di buone notizie. Dunque nessun mini buco nero, nessuno “strangelet” in grado di convertire la materia ordinaria in materia strana (che si ipotizza esistere al centro delle stelle a neutroni), nessun errore di segmentation fault nel codice di Matrix. Sebbene la maggior parte delle persone possa giudicare questa effettivamente una buona notizia, il fatto che nessun telegiornale nazionale si sia preoccupato di riportarla (diversamente da quando qualche sedicente pseudoscenziato paventava la possibilità che finissimo tutti risucchiati in una singolarità o amenità del genere) mi fa pensare che i giornalisti in Italia stiano dalla parte degli aztechi… Peccato Quetzalcoatl, ci incontreremo con il prossimo acceleratore! Il programma al CERN ora è abbastanza semplice: si tratterà di innalzare sempre di più l’energia dei due fasci a ogni collisione, fino a raggiungere i 7 TeV per protone, ottenendo così collisioni da 14 TeV. Queste energie sono necessarie ad indagare sempre più in dettaglio la materia e ciò che la compone. In particolare, sebbene non sia l’unico esperimento in corso e gli interrogativi a cui si spera di dare una risposta siano tanti, grande attenzione verrà riservata nella ricerca del famoso Bosone di Higgs. Questa particella, che qualcuno forse con poca lungimiranza ha subito soprannominato “particella di Dio”, è secondo il Modello Standard (la teoria in grado di descrivere le interazioni debole, forte ed elettromagnetica coerentemente con la meccanica quantistica e con la relatività speciale) la responsabile delle diverse masse delle particelle elementari. E’ quindi importante capire come i costituenti della materia ordinaria interagiscano con il campo generato dal nostro bosone, che se risultasse assente ingiustificato farebbe crollare un bel pezzo della teoria su cui si basa praticamente tutta la fisica delle particelle.