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Quark e Antiquark, ricetta dell’universo

February 18, 2013 Leave a comment

universe

L’uomo si domanda da sempre di cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene unito. Ad oggi è riuscito a scoprire che la materia è un insieme di pochi elementi fondamentali che compongono qualunque cosa nell’universo. Vediamo allora quali sono questi elementi fondamentali che conosciamo e quali ancora non sono stati scoperti.
Cosa vuol dire fondamentale?
Nel Novecento si pensava che l’atomo fosse come una pallina e si riteneva che lo stesso fosse un’unità fondamentale: la parola “fondamentale” sta a significare che una particella non può essere scomposta in altre più piccole e che non ne contiene altre al suo interno.
Molti anni dopo però, ci si accorse che l’atomo non era fondamentale perché è composto da altre particelle (protoni e neutroni nel nucleo ed elettroni all’esterno), ma neanche i protoni e i neutroni sono fondamentali perché sono composti da particelle ancora più elementari chiamate “quark”.
Attualmente, quindi, i fisici ritengono che i quark e gli elettroni siano particelle fondamentali, anche se, teoricamente, è possibile che neppure essi lo siano.
Il modello standard
In tutti questi anni sono state scoperte tante particelle ed è stata elaborata una teoria, chiamata “modello standard”, che è in grado di descrivere sia la materia che tutte le forze dell’universo (tranne la gravità). Il modello prevede due tipi di particelle:
particelle materiali, cioè che compongono la materia
particelle mediatrici di forza, cioè che la tengono insieme
In totale si conoscono 12 tipi di particelle materiali (6 quark e 6 leptoni) e 13 particelle mediatrici di forza che permettono loro di interagire gli uni con gli altri
Le particelle materiali
I leptoni e i quark
Esistono tre generazioni o famiglie di particelle elementari, di cui solo la n. 1 costituisce la materia ordinaria: le altre, infatti, sono particelle instabili che sono state prodotte solo nelle prime fasi di formazione dell’universo perché dopo sono decadute, cioè si sono “trasformate” tutte nelle particelle della prima famiglia. Sappiamo che la seconda e la terza generazione esistono, solo perché i moderni acceleratori di particelle sono in grado di ricrearle facendo scontrare tra loro le particelle della prima generazione. Ma di questo ne parliamo più avanti…
In questa tabella vediamo che l’elettrone il muone e il tau hanno tre leptoni corrispondenti, neutrino elettrone, neutrino muone e neutrino tau: i primi tre hanno una carica elettrica gli altri tre, cioè i neutrini, non la hanno . I leptoni inoltre, a differenza dei quark, possono esistere da soli, senza bisogno di “accoppiarsi” con altre particelle fondamentali, sono quindi delle particelle singole.
Anche i quark hanno ognuno il suo corrispondente infatti up, charm e top hanno hanno tutti carica elettrica di 2/3 mentre down, strange e bottom hanno carica elettrica -1/3. Il significato dei loro nomi è veramente simpatico infatti abbiamo il quark su (up), giù (down), affascinante (charm), strano (strange), sopra (top), sotto (bottom).
Una curiosità sui quark è che essi, a differenza dei leptoni, oltre alla carica elettrica hanno anche una carica di colore rosso, verde o blu e il colore viene trasportato da un quark all’altro tramite una particella mediatrice di forza chiamata gluone. I gluoni, quindi, interagiscono solo con i quark e non con i leptoni.
I quark però, non stanno bene da soli come i leptoni e perciò si uniscono tra loro formando dei gruppi chiamati adroni (nella tabella infatti sono rappresentati con tre palline di colori diversi unite tra loro invece che con una pallina singola come i leptoni).Questi adroni possono essere di due tipi:
i barioni (formati da tre quark)
i mesoni (formati da un quark e da un antiquark).
Antiquark? Cosa è un antiquark? Ed ecco che entra in gioco l’antimateria
L’antimateria
Per ogni particella di materia esiste la corrispondente particella di antimateria: un’antiparticella è identica alla particella in tutto e per tutto tranne che per la carica, che è opposta. Ad esempio il protone ha carica positiva e l’antiprotone ha carica negativa, ma hanno entrambi la stessa massa.
Che cosa succede quando una particella si scontra con la sua antiparticella? Si dice che le particelle si “annichilano” ovvero si annientano producendo energia sotto forma di luce. Questa energia può, inoltre, dar vita alle particelle mediatrici di forza di cui abbiamo parlato prima, come ad esempio dei fotoni, dei gluoni ed altre.
Quindi, se ogni particella ha la sua corrispondente antiparticella esattamente uguale ma con carica opposta, perché nell’universo c’è più materia che antimateria?
Ovviamente non so la risposta, provate a chiederlo ad un fisico
Le particelle mediatrici di forza
Le particelle interagiscono tra di loro mediante quattro interazioni fondamentali:
interazione forte
interazione debole
elettromagnetismo
gravità
Tutte le interazioni sono dovute al fatto che le particelle materiali si scambiano tra loro le particelle mediatrici di forza chiamate bosoni, come se giocassero a palla!
Quindi ci sarà una particella responsabile di ogni interazione: per la gravità c’è il gravitone che è una forza molto debole a tutti familiare; per l’elettromagnetismo c’è il fotone che oppone resistenza allo spostamento degli atomi; per l’interazione forte c’è il gluone (dall’inglese glue “colla”) che è talmente forte da riuscire a tenere uniti i quark l’uno con l’altro ed infine per l’interazione debole ci sono i bosoni W e Z che sono responsabili del decadimento dei quark e dei leptoni che hanno massa maggiore, in quark e leptoni più leggeri (la materia stabile dell’universo infatti è composta solo dai due quark più leggeri di tutti, cioè il quark up e il quark down e dal leptone più leggero cioè l’elettrone!).
Conclusioni
Tutti i fenomeni che regolano la vita sul nostro pianeta, in realtà, potrebbero essere spiegati soltanto con 3 particelle materiali (quark up, quark down ed elettrone) e una particella mediatrice di forza (fotone).
Se tutto fosse così semplice, però, i fisici non continuerebbero ininterrottamente a cercare altre particelle tramite i famosi “acceleratori” come ad esempio quello del CERN di Ginevra. Quindi cosa cercano? Cercano di osservare particelle che sono state solo ipotizzate (come ad esempio il gravitone), di scoprire se vi sono altre particelle ancora più fondamentali di quelle che si conoscono oggi e di studiare quelle che non si possono trovare nel mondo circostante perché sono decadute in altre. Per riuscire ad ottenere particelle di massa maggiore esiste, infatti, un trucco geniale che un certo Albert Einstein ha riassunto nella sua famosa equazione E=mc2 e consiste nel far scontrare tra di loro particelle di massa più piccola per creare particelle di massa maggiore: la massa, infatti, è solo una forma di energia!
Gli interrogativi sono ancora tantissimi, solo il tempo e la continua ricerca potranno darci (forse) delle risposte.

Fonte: Tasc

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Internet, trappola nella rete

January 31, 2013 Leave a comment

internet_thumb

Il 1991 è una data di importanza fondamentale che ha segnato in modo irreversibile la nostra civiltà. In questo anno è nata la più grande rete mondiale che ha preso il nome di Internet e tutto quello che siamo oggi lo dobbiamo in buona parte ad essa. Quali sono i suoi pregi? E i suoi difetti? Riusciremmo a vivere senza? Come sarebbe il mondo se non fosse mai stata inventata?
La nascita
Tralasciando tutta la storia di ARPANET e di come siamo arrivati ad Internet, il punto fondamentale è che nel 1991 presso il CERN di Ginevra il ricercatore Tim Berners-Lee definì il protocollo HTTP (HyperText Transfer Protocol) sul quale si basa il nostro attuale World Wide Web. Questa tecnologia fu resa pubblica nel 1993 e da quel momento il suo successo è cresciuto e cresce ancora oggi in maniera esponenziale grazie alle sue innumerevoli funzionalità, alla sua efficienza ed alla facilità di utilizzo. Probabilmente chi non ha vissuto in modo cosciente il boom di internet negli anni 90 non può capire quanto sia importante avere uno strumento così prezioso al giorno d’oggi: abbiamo la possibilità di comunicare con tutto il mondo in un istante.
L’evoluzione
Negli anni 90 si utilizzava il web quasi con diffidenza, lo utilizzavano pochissime persone, non esisteva il motore di ricerca google, la connessione era lentissima e i computer anche. Chi sapeva “usare il computer” era considerato come se fosse un genio o un alieno e adesso per la quasi totalità della popolazione mondiale (escludendo i paesi in via di sviluppo) è uno strumento integrante la propria vita.
Ai semplici siti web, in questo ventennio, si sono aggiunti tantissimi altri servizi come ad esempio quelli per i video, per la musica, per gli eventi, i social network, i blog, i negozi virtuali e moltissimi altri che potete vedere nella rappresentazione qua sotto.
La trappola
Senza neanche rendercene conto siamo stati travolti da Internet in modo quasi irreversibile: io per prima non riesco più a farne a meno, non so stare più di un giorno senza scaricare la posta elettronica, leggere notizie online, controllare le novità sui miei social, e chattare. Perché è accaduto questo? Perché non a caso World Wide Web significa “estesa ragnatela mondiale” e tutti coloro che ci sono caduti vi sono rimasti intrappolati. Gli aspetti positivi sono tantissimi e quindi non voglio condannare Internet perché senza di essa la tecnologia non si sarebbe evoluta come lo è oggi e io non avrei potuto scrivere questo articolo né voi leggerlo, ma voglio solo far riflettere tutti sul fatto che spesso Internet ci isola gli uni dagli altri, ci fa passare meno tempo insieme, ci rende dipendenti dal nostro tablet o dal computer o dallo smartphone che sono sempre e costantemente online.
Pensate che ogni sessanta secondi nel mondo vengono registrati oltre 70 nuovi domini, caricati oltre 600 video, inviate 168 milioni di email, aperti oltre 60 nuovi blog e tante altre attività che potete vedere nella rappresentazione qua sotto.
Curiosità
Secondo questa simpatica infografica, se il mondo fosse composto da un totale di 1000 persone, solo 271 sarebbero utenti internet: la rete, infatti, è ancora una prerogativa dei paesi già sviluppati, dove è usata dal 71% della popolazione, mentre in quelli in via di sviluppo gli utenti sono solo il 21%. Gli utenti cinesi, poi, avrebbero sorpassato quelli americani nel 2007 ed ogni mese 19 milioni di persone scoprirebbero internet.
Riflessioni
Internet è una delle cose più belle e maledettamente utili che siano mai state inventate ed è il nostro futuro; per tale motivo non dobbiamo condannarlo o tirarci indietro cercando di “resistere” alla tecnologia (come qualcuno fa ancora oggi), ma dobbiamo semplicemente sfruttarlo al meglio non dimenticando mai il nostro lato umano e facendo in modo di essere sempre noi a decidere quando e come utilizzarlo senza diventarne schiavi. Non riesco ad immaginare come potrebbe essere un 2013 senza Internet, voi ci riuscite?

Fonte: Tasc

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Bosone Higgs, risposta entro l’anno 2012

February 10, 2012 Leave a comment

Da anni viene condotta al CERN di Ginevra, la ricerca sulla cosiddetta ‘particella di Dio’, il Bosone Higgs, ritenuta la particella più sfuggente dell’universo in cui gli scienziati si sono fin’ora imbattuti. Dai dati presentati lo scorso 13 dicembre, proprio presso il CERN dai ricercatori italiani Guido Tonelli e Fabiola Giannotti, i progressi fino ad adesso intrapresi lasciano presagire che entro il 2012, il Bosone Higgs darà tutte le risposte. Se questo dovesse esser vero, è probabile che molte pagine di Astronomia, Fisica ed altro ancora, dovranno essere riscritte, poiché la particella di Dio, è considerato il motore della nascita dell’universo. Lo stesso direttore scientifico del CERN, Sergio Bertolucci, ha dichiarato: “I dati che raccoglieremo quest’anno ci metteranno in grado di confermare o meno l’esistenza del bosone di Higgs”. Tutte le verifiche in merito saranno completate dai ricercatori entro la fine di quest’anno.

Fonte: AGS Cosmo

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CERN, individuata impronta della ‘Particella di Dio’

December 23, 2011 Leave a comment

Con una possibilità di errore di uno su cento, al CERN di Ginevra, i ricercatori hanno scoperto la cosiddetta ‘particella di dio’ sull’attimo immediatamente dopo il big bang. Serviranno sicuramente altri test su questo elemento ma l’impronta della particella è stata raccolta ed appare in due diversi grafici con curve colorate tracciati dagli esperimenti Atlas e CMS del superacceleratore LHC. Il direttore scientifico del CERN, Sergio Bertolucci ha dichiarato: “I due grafici coincidono quasi perfettamente e questo ci mostra qualcosa d’importante. Stiamo prosciugando il lago in cui la particella nuota e cominciamo ad intravvedere la possibile coda”. La particella di dio è nota anche come ‘Bosone Higgs’ dal nome del suo ideatore, il fisico britannico Higgs che nel 1964 espose per primo tale teoria per spiegare la massa delle particelle elementari che formano la materia. Il superacceleratore LHC fu costruito appositamente per individuare la particella ed è capace di riprodurre le condizioni dell’universo nella frazione di secondo immediatamente successiva al big bang, ossia il grande scoppio da cui ha avuto origine tutto. I ricercatori del CERN affermano quanto sia stato difficile individuare la ‘coda’ del Bosone Higgs, ma ora pare siano convinti che ciò che è stato tracciato nei grafici è proprio parte di ciò che da più di vent’anni stavano cercando. Il peso della particella individuata dagli studiosi varia fra i 124 e i 125 GeV e tale peso è indice del fatto che il Bosone è troppo leggero, non è stabile poiché tende ad associarsi con altre particelle apparendo di volta in volta in forme diverse, dunque pensano possa esistere anche una specie di copertura più pesante, da loro denominata ‘guardia del corpo’ a protezione della particella di dio. Il CERN è comunque ufficialmente cauto sulla scoperta in quanto bisogna ancora eseguire numerosi studi e test di ogni tipo per essere certi della reale esistenza del Bosone Higgs.

Fonte: AGS Cosmo

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Neutrini, comportamento superluminale… teoria già valutata da Ettore Majorana

September 30, 2011 1 comment

Roma, 28 set. Il comportamento ‘superluminale’ dei neutrini piu’ veloci della luce, lanciati dal Cern al Gran Sasso e osservati nell’esperimento Opera, sarebbe spiegato dalla teoria sulle particelle elementari che nel 1932 ideo’ il fisico Ettore Majorana, poi misteriosamente scomparso nel nulla. A rilevarlo sono due fisici italiani, Fabrizio Tamburini e Marco Laveder, ricercatori dell’Universita’ di Padova, in un articolo pubblicato sul sito arxiv.org. e riportato oggi on line dall’Istituto Nazionale di Astrofisica. E, alla luce dello studio di Majorana, la teoria della Relativita’ di Einstein, riporta l’Inaf sul suo sito, “va benissimo cosi'”.

Fonte: Adnkronos

Cern, misteri dell’universo

Una densità incredibile e una temperatura 100 mila volte superiore a quella del cuore del Sole: era in queste condizioni la materia primitiva generata nell’ infanzia dell’universo, alcuni microsecondi dopo il Big Bang.
L’hanno descritta il 23 maggio i fisici del Cern, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare di Ginevra, in un convegno in Francia, ad Annecy, dove hanno presentato i risultati delle collisioni fra ioni pesanti ottenuti con l’acceleratore di particelle più grande del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern. Gli eventi che hanno permesso di vedere che aspetto avesse la materia primitiva sono avvenuti alla fine del 2010 e i dati sono stati analizzati e studiati fino ad ottenere il primo identikit del brodo indistinto nel quale erano immersi i mattoni della materia, ossia le particelle chiamate quark e gluoni.

La materia primitiva era governata da leggi diversee rispetto a quelle di oggi
Nella materia che conosciamo queste particelle sono imprigionate e tenute ben salde all’interno dei nuclei atomici, ma nella materia primitiva le cose erano molto diverse: quark e gluoni erano liberi e si trovavano in una condizione che i fisici hanno chiamato Plasma di quark e gluoni. Di essa si conosceva molto poco e di sicuro si sapeva che è governata da leggi diverse rispetto a quelle cui obbedisce la materia ordinaria. Ora ci sono finalmente dati sperimentali che permettono di saperne di più.
I nuovi dati «stanno portando ad una nuova comprensione dell’universo primitivo con un’accuratezza davvero notevole», ha dichiarato il direttore generale del Cern, Rolf Heuer.
Entusiasta dei risultati Paolo Giubellino, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e coordinatore internazionale di uno dei quattro grandi esperimenti dell’Lhc, Alice. «Siamo molto eccitati dalla grande quantità di osservazioni capaci di stimolare nuove teorie». Senza dubbio, ha aggiunto, le migliaia di particelle create da ogni collisione si sta dimostrando essenziale per comprendere la composizione della materia primitiva, ossia il cosiddetto plasma di quark e gluoni che ha dato origine alla materia che conosciamo oggi.
Per Guido Tonelli, fisico dell’Infn e responsabile dell’esperimento Cms, quella osservata è «senza alcuna ambiguità, la firma di un nuovo stato della materia«. Questi risultati, ha aggiunto, dimostrano che «stiamo entrando in una nuova era di studi ad alta precisione sulle interazioni che avvengono nella materia alle più alte energie mai raggiunte». All’identikit della materia primitiva ha contribuito anche l’esperimento Atlas, coordinato da un’altra italiana dell’Infn, Fabiola Gianotti: ha permesso di misurare numero e distribuzione delle particelle prodotte dalle collisioni.

La caccia alla materia primitiva è cominciata 40 anni fa
Prodotta immediatamente dopo il Big Bang, la materia primitiva è una sorta di ‘brodo’ primordiale nel quale le particelle si trovavano in condizioni estreme e obbedivano a leggi diverse rispetto a quelle che oggi regolano la materia.
A prevedere questo singolare stato della materia erano state, circa 40 anni fa, le teorie che portano la firma dei fisici italiani Nicola Cabibbo e Giorgio Parisi. Nella materia ordinaria di cui sono fatti pianeti, stelle ed esseri umani, particelle come quark e gluoni sono imprigionate nel nucleo, ma alle temperature di decine di migliaia di miliardi di gradi e alle pressioni incredibili che si suppone esistessero immediatamente dopo il Big Bang i nuclei non possono restare compatti e si muovono liberamente nel plasma. È questo lo stato della materia, chiamato di quark e gluoni o Qgp (Quark-Gluon Plasma), osservato da ben tre dei quattro esperimenti dell’acceleratore Large Hadron Collider. Solo circa 15 anni fa l’acceleratore del Cern Super Proton Synchrotron aveva dimostrato per la prima volta che era possibile creare in laboratorio il plasma di quark e gluoni. A fornire la dimostrazione ulteriore è stato, nel 1999, l’acceleratore americano Relativistic Heavy-Ion Collider, dei Laboratori Nazionali di Brookhaven. Oggi, per la prima volta in assoluto, i fisici possono parlare della materia primitiva sulla base di dati sperimentali.

Fonte: Lettera43

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CERN, Imprigionata l’antimateria a Ginevra

L’esperimento ‘Alpha’ condotto al CERN di Ginevra, ha reso possibile intrappolare 300 atomi di anti-idrogeno per un tempo record di oltre 16 minuti. Lo stesso esperimento svolto in precedenza aveva consentito di imprigionare l’antimateria per soli 172 millesimi di secondo. Il risultato della sperimentazione è stato pubblicato dalla rivista Nature Physics e permette di osservare in maniera diretta il comportamento dell’antimateria e di verificare se le teorie della fisica sono giuste attraverso il suo comportamento simmetrico ma opposto alla materia stessa come se fosse una specie di ‘specchio di Alice’. Intrappolare l’antimateria e tenerla ferma per un tempo così lungo che permette di studiarla, non è per niente stato facile perché basta un minimo accenno di contatto fra materia ed antimateria che queste si distruggono a vicendevolmente. Alla guida del gruppo di ricercatori che stanno eseguendo questo esperimento, c’è l’italiana Gemma Testera ed è finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Secondo le attuali teorie della Fisica, la materia e l’antimateria sono state prodotte in medesima quantità al momento del Bing Bang ma che si siano ‘annichilite’ a vicenda, condizione in cui però la materia è sopravvissuta all’impatto e ora l’esperimento condotto al CERN potrà aiutare a capire meglio le proprietà dell’antimateria e dove sia andata a finire.

Carla Liberatore

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Ginevra, ricostruiti al CERN gli attimi del Bing Bang

Gli studiosi del CERN il famoso e discusso laboratorio ginevrino, pare abbiano ricostruito gli attimi immediatamente seguenti al Bing Bang, lo scoppio della materia primordiale che avrebbe dato origine all’Universo. Nei laboratori del CERN, situati a 100 metri di profondità nelle viscere della terra e ampi circa 27 chilometri è stata dunque ricreata la condizione che dette origine all’interno ed infinito universo così come lo conosciamo oggi. Lo strumento ed il punto utilizzati dagli studiosi si chiama ‘Alice’e per un attimo è diventato il punto più caldo dell’universo con temperature molto superiori anche a quelle del Sole o di qualsiasi altra stella. L’esperimento è stato guidato da uno staff di italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, i quali sono riusciti ad arrivare alla collisione di nuclei di piombo che si rincorrevano a velocità inimmaginabili per la mente umana. Il violentissimo scontro avrebbe creato una sorta di ‘rottami’ infinitesimali, un magma di materia, un plasma pieno di particelle elementari, il quale ha raggiunto temperature di migliaia di miliardi di gradi centigradi, la stessa temperatura che aveva l’universo qualche istante dopo la sua nascita, avvenuta circa 13 miliardi di anni fa. All’esperimento che procede ormai da diversi anni, stanno lavorando 1600 scienziati fra i più qualificati al mondo e il loro secondo traguardo è quello di riuscire a trovare il ‘Bosone di Higgs’ anche conosciuto come la ‘Particella di Dio’, cioè quella particolare particella che inserita in un determinato contesto avrebbe permesso la trasformazione dell’energia in materia creando tutto quello che attualmente ci circonda.

Carla Liberatore

Fonte: MondoRaro

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