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Continua la caccia al neutrino di Majorana

Ancora risultati incoraggianti dall’esperimento Gerda, in corso ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso: potremmo essere più vicini all’individuazione del neutrino di Majorana, una delle particelle più sfuggenti al mondo

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(immagine: Getty Images)

Esiste? Non esiste? E se esiste, com’è fatto? Domande alle quali, al momento, ancora non abbiamo trovato una risposta. Ma, a piccoli passi, con tanta pazienza, sembra che finalmente procediamo nella direzione giusta. L’oggetto delle questioni è un’entità più che ineffabile: i fisici la chiamano neutrino di Majorana. Una particella teorizzata dal fisico catanese, mai osservata sperimentalmente e che – qualora esistesse per davvero – dovrebbe coincidere con la propria antiparticella. Il motivo di una ricerca così affannosa è presto detto: individuare e caratterizzare il neutrino di Majorana aiuterebbe a far luce su uno dei più grandi misteri della fisica moderna, ovvero la cosiddetta asimmetria tra materia e antimateria – il fatto che nell’Universo si osserva più materia che antimateria (il che è un bene per noialtri, perché le due entità, se fossero presenti in pari quantità, si annichilerebbero completamente a vicenda).  È per questo motivo che diversi esperimenti in tutto il mondo – Gerda, Cuore, Nemo-3 e tanti altri – continuano a bombardare isotopi di germanio, tellurio e altri elementi in attesa di osservare un evento di decadimento direttamente riconducibile all’esistenza del neutrino. Al momento, i risultati non sono in alcun modo conclusivi: gli scienziati sono riusciti a migliorare significativamente potenza, sensibilità e precisione degli apparati sperimentali ma del neutrino ancora nessuna traccia. E non c’è modo, almeno finora, di capire se l’evento è talmente raro e sfuggente da avere poche speranze di osservarlo in tempo ragionevole e con la tecnologia che abbiamo a disposizione o se, più semplicemente, stiamo cercando qualcosa che non esiste.

Ripasso di fisica. Stando a quello che sappiamo finora, tutte le particelle elementari, e le loro mutue interazioni, sono descritte e regolate dalle leggi del cosiddetto Modello standard, una teoria che ha superato con successo innumerevoli prove sperimentali. Un modello corretto, dunque, ma incompleto, nel senso che le sue equazioni non riescono a giustificare l’asimmetria tra materia e antimateria. Una possibile spiegazione del fenomeno, fornita da diverse estensioni del Modello Standard, prevede che i neutrini siano particelle di Majorana, ovvero che coincidano con la propria antiparticella. In altre parole, che neutrino e antineutrino siano la stessa cosa. Excursus nell’excursus: i neutrini sono entità con massa molto piccola – fino a non molto tempo fa pensavamo addirittura che non avessero massa – e carica elettrica neutra; per di più, interagiscono molto poco con la materia, ragion per cui sono estremamente difficili da studiare e individuare. Cionondimeno sono di estremo interesse per i fisici, dal momento che giocano un ruolo centrale nel funzionamento delle stelle, nell’esplosione delle supernovae e nella formazione degli elementi durante il Big Bang.

Se cercare i neutrini è già di per sé così difficile, capire se sono o meno una particella di Majorana lo è ancora di più. Per provare a osservarlo, i fisici vanno a caccia di un particolare tipo di decadimento radioattivo, il cosiddetto decadimento β doppio senza neutrini (neutrinoless double-β decay, o 0νββ). Si tratta di una reazione in cui due neutroni all’interno di un nucleo atomico decadono simultaneamente in due protoni e due elettroni senza rilasciare alcun neutrino: la misura dell’energia dei due elettroni, spiegano all’Infn, costituisce la firma principale del β doppio senza neutrini. In altre parole, osservare il decadimento implicherebbe, indirettamente, l’esistenza del neutrino di Majorana. “L’osservazione di un eventuale neutrino di Majorana”, ci aveva spiegato Antonio Polosa, fisico teorico della Sapienza università di Roma, “sarebbe di importanza capitale per la fisica moderna. Da quando infatti si è scoperto che il neutrino è una particella massiva, e non senza massa come ritenuto in precedenza, il fatto che il neutrino possa coincidere con la propria antiparticella gioca un ruolo centrale nella teoria della supersimmetria, una teoria fisica secondo la quale ogni bosone avrebbe un corrispondente fermione simmetrico e viceversa (bosoni e fermioni sono le due classi in cui sono divise tutte le particelle elementari in base al valore dello spin).

L’ultima notizia, in ordine di tempo, è che gli scienziati dell’esperimento Gerda (GERmanium Detector Array), in corso ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Lngs-Infn), che si occupano per l’appunto della ricerca del neutrino di Majorana, sono appena riusciti a raggiungere un nuovo record di sensibilità del rivelatore, il che potrebbe auspicabilmente rendere più vicina l’individuazione della particella. I dettagli della ricerca sono stati pubblicati su Science. Gerda è un esperimento allestito sotto le migliaia di metri cubi di roccia del Gran Sasso, che fungono da schermo naturale per i raggi cosmici, le particelle energetiche provenienti dallo Spazio che creerebbero disturbi al rivelatore. “Quando si cercano eventi rarissimi come il decadimento senza neutrini”, ci racconta Riccardo Brugnera, ricercatore Infn, professore all’Università di Padova spokeperson di Gerda, “il nemico è il rumore di fondo, ovvero tutti i segnali esterni che possono coprire quello cercato. Per abbattere il più possibile il rumore di fondo si combinano tre approcci: il posizionamento del rivelatore in un luogo il più possibile schermato dai raggi cosmici [sotto la roccia del Gran Sasso, in questo caso, nda], l’uso di un materiale più puro possibile e un insieme di tecniche di analisi statistica che filtrano matematicamente il rumore”.

L’esperimento è costituito da diversi cilindri di un isotopo del germanio (l’isotopo 76, l’unico che almeno teoricamente potrebbe generare un decadimento doppio beta) immersi in un criostato che contiene 63 metri cubi di argon liquido tenuto a una temperatura di -190 °C. Il criostato è a sua volta immerso in un contenitore riempito con 590 metri cubi di acqua ultrapura: l’argon e l’acqua sono privi di contaminazioni e agiscono come ulteriori schermi contro la radiazione naturale proveniente dall’ambiente esterno. Due anni fa i responsabili di Gerda erano riusciti a minimizzare il rumore di fondo: l’esperimento, al momento attuale, è quello con minor rumore di fondo tra tutti quelli che cercano di vedere il decadimento senza neutrini. “Con l’abbattimento degli eventi di fondo ai livelli che siamo riusciti a raggiungere”, dice ancora Brugnera, “Gerda si è posto nelle condizioni ottimali per poter rivelare il decadimento senza neutrini. Oggi abbiamo fatto un ulteriore passo avanti, migliorando significativamente la sensibilità dello strumento. Siamo arrivati a una sensibilità per il tempo di dimezzamento del germanio (cioè il tempo che deve trascorrere affinché la metà dei nuclei dia luogo al decadimento) di oltre 1026 anni, di gran lunga superiore all’età dell’Universo.

Di per sé, sapere che per osservare un decadimento senza neutrini bisogna aspettare un’età superiore a quella dell’Universo sembrerebbe una notizia non troppo confortante. Ma non è così: “Il fatto che siamo riusciti a raggiungere questa sensibilità”, conclude Brugnera, “ci aiuterà a progettare esperimenti più efficienti. Dal momento che l’evento che cerchiamo è così raro, per aumentare le probabilità di osservarlo non resta altro da fare che aumentare la massa del germanio: più atomi ci sono, più è probabile che avvenga il decadimento. E infatti Gerda terminerà la sua presa dati alla fine di quest’anno e sarà sostituito da un nuovo apparato, Legend-200, basato sugli stessi principi ma con un numero 5 volte superiore di rivelatori e un fondo previsto 5 volte inferiore. Legend-200 migliorerà così di un fattore 10 la sensibilità record di Gerda”.


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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Risolto uno dei misteri delle pietre di Stonehenge

Una nuova dettagliata analisi della composizione dei megaliti del monumentale sito neolitico ha rivelato che furono estratte a ben 25 chilometri di distanza. Ancora da scoprire, invece, come furono trasportati i macigni, che hanno un peso medio di 20 tonnellate

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Per più di quattro secoli, archeologi e geologi hanno cercato di stabilire l’origine geografica delle pietre utilizzate per costruire Stonehenge migliaia di anni fa. Individuare l’origine dei grandi blocchi di pietra detta sarsen che formano la maggior parte del monumento si è rivelato particolarmente difficile, ma ora i ricercatori hanno risolto il mistero: 50 dei 52 sarsen esistenti a Stonehenge provenivano dal sito di West Woods, nella contea del Wiltshire, situato a 25 chilometri a nord di Stonehenge. I risultati sono pubblicati su “Science Advances”.

I geologi spesso usano caratteristiche macroscopiche e microscopiche delle rocce per abbinarle all’affioramento da cui sono state prelevate. Queste tecniche hanno permesso ai ricercatori di determinare che molte delle “pietre blu” più piccole di Stonehenge erano state trasportate dal Galles sud occidentale.

Ma “il problema con la pietra di sarsen è che è tutta uguale”, dice la coautrice dello studio Katy Whitaker, dell’Università di Reading, e assistente listing adviser alla Historic England. “Guardandola al microscopio, si vedono granelli di sabbia di quarzo legati insieme con altro quarzo”. Così il team si è affidato alla spettrometria a fluorescenza a raggi X, una tecnica non distruttiva che bombarda un campione con raggi X e analizza le lunghezze d’onda della luce che il campione emette in risposta, mostrando la sua composizione chimica.

La tecnica ha rivelato la presenza di elementi traccia, che si trovano cioè in quantità minime, sulla superficie dei sarsen di Stonehenge. Quasi tutte queste pietre condividevano una composizione chimica molto simile, il che indica che si sono formate insieme. I dati non erano però sufficienti a individuare dove si trovava la fonte.

La svolta è arrivata inaspettatamente nel 2018, quando un campione estratto da uno dei sarsen di Stonehenge durante un restauro del 1958 è stato restituito all’Inghilterra dopo aver trascorso 60 anni in una collezione privata. I ricercatori hanno ottenuto il permesso di distruggere parte del campione per un’analisi più dettagliata. “Non riuscivamo a contenere l’eccitazione”, racconta l’autore principale, David Nash, geografo fisico dell’Università di Brighton.

Utilizzando due tipi di spettrometria di massa, il team ha determinato i livelli di 22 elementi traccia nel carotaggio e li ha confrontati con i livelli presenti nei campioni di sarsen provenienti da 20 siti diversi sparsi per l’Inghilterra meridionale. La firma chimica corrispondeva esattamente a quella di uno dei siti: quello di West Woods, un’area di circa sei chilometri quadrati.

La scoperta “appare abbastanza convincente e piuttosto conclusiva”, dichiara Joshua Pollard, archeologo dell’Università di Southampton, che non era coinvolto nella nuova ricerca. “È un risultato importante”. Situato appena a sud del fiume Kennet, West Woods è stato spesso trascurato nella ricerca archeologica, aggiunge. Finora la teoria prevalente aveva ipotizzato che i sarsen avessero avuto origine a nord del fiume, nelle Marlborough Downs.

Anche se il gruppo di Nash ha identificato l’origine di 50 sarsen, gli ultimi due – Stone 26 e Stone 160 – non corrispondono a nessuno dei siti studiati, e non corrispondono uno all’altro. Poiché dalla costruzione di Stonehenge sono andati persi fino a 30 sarsen, è impossibile sapere se quelle due pietre sono uniche oppure sono i resti di un grande nucleo di rocce portate da un sito diverso da West Woods.

Per Nash, l’implicazione più affascinante del ritrovamento è che le pietre di West Woods sono state probabilmente spostate tutte durante la seconda fase di costruzione del monumento, intorno al 2500 a.C. “Quello che mi colpisce di più è lo sforzo erculeo che è stato fatto per realizzare questa struttura in una finestra di tempo ragionevolmente breve”, sottolinea. Non si sa ancora come esseri umani del Neolitico siano riusciti a trasportare pietre così massicce, che hanno un peso medio di 20 tonnellate. Ma gli archeologi concordano sulla necessità di un coordinamento sociale su larga scala.

Le ricerche future cercheranno di scoprire il percorso seguito dai costruttori di Stonehenge per trasportare le pietre. E le tecniche geochimiche sperimentate dal team di Nash potrebbero portare ad approfondimenti su altri monumenti preistorici di Henge in Inghilterra. “Ci sono infinite domande, infinite aree che necessitano di ulteriori indagini e riflessioni”, dice Pollard. “Questo è un viaggio che non finirà mai”.

L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 29 luglio 2020.


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WATCH NOW: SpaceX to Launch Starlink Falcon

SpaceX Falcon 9 rocket will launch Starlink 7 communication satellites Low-Earth Orbit 550 km. It will lift off from Space Launch Complex 40 (SLC-40) at Cape Canaveral AFS, Florida. Launch window begins at 09:25pm EST (1:25am UTC) ▰ Livestream Chat: https://discord.gg/jkbWhGK (Discord invite link) Starlink 7 mission

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SpaceX Falcon 9 rocket will launch Starlink 7 communication satellites Low-Earth Orbit 550 km. It will lift off from Space Launch Complex 40 (SLC-40) at Cape Canaveral AFS, Florida. Launch window begins at 09:25pm EST (1:25am UTC) ▰ Livestream Chat: https://discord.gg/jkbWhGK (Discord invite link) Starlink 7 mission will be SpaceX’s 9th mission this year and the 86th flight of a Falcon 9 rocket. It’ll deliver more than 41,000 pounds (18,500 kg) of cargo consisting of 60 starlink v1.0 communication satellites. The booster supporting this mission is B1049. Courtesy of SpaceX https://www.spacex.com/ www.spaceofficial.com SPACE (Official) Network We love ❤ Space Do you?

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Come condividere il proprio computer per la ricerca contro il coronavirus

Il progetto di Ibm: raccogliere la potenza computazionale dei dispositivi nel mondo e concentrarla in un supercomputer virtuale per processare moli e moli di dati sanitari

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Ibm chiede l’aiuto di chiunque possieda un computer connesso a internet per partecipare al progetto OpenPandemics – Covid-19. Ogni utente avrà la possibilità di mettere a disposizione la potenza di calcolo della propria macchina per aiutare la ricerca di una cura al coronavirus.

Esattamente come avviene in Dragonball quando Goku chiede alle persone della terra di alzare le mani per donargli l’energia necessaria a sconfiggere MajinBu, Ibm, con il suo progetto OpenPandemics – Covid-19, chiede di mettere a disposizione la potenza computazionale dei loro personal computer. Più computer partecipano al progetto più aumenta la capacità di calcolo del supercomputer virtuale di Ibm.

World Community Grid come Goku, sfrutterà la potenza di calcolo dei computer degli utenti nel mondo per aiutare gli scienziati a sconfiggere il coronavirus


Il gigante dell’elettronica intende sfruttare la potenza di calcolo inutilizzata dai computer degli utenti, che decideranno di partecipare, per alimentare la sua World Community Grid. Grazie a questo supercomputer virtuale, gli scienziati che stanno cercando una cura per il virus, potranno elaborare l’immensa mole di dati raccolti in questi mesi d’emergenza.

La potenza di calcolo condivisa permetterà quindi alla World Community Grid di effettuare i milioni di calcoli al secondo necessari per le simulazioni dei composti bio-chimici necessari per debellare il virus.

Attualmente più di 770mila persone e 450 organizzazioni hanno già contribuito ad alimentare la World Community Grid fornendo quasi due milioni di anni di potenza di calcolo a sostegno di 30 progetti di ricerca, tra cui studi su cancro, Ebola, Zika, malaria e Aids.

Il progetto è stato ideato dall’istituto di ricerca Scripps Research e a dirigerne lo sviluppo c’è il ricercatore italiano Stefano Forli, assistente del dipartimento di Biologia integrativa strutturale e computazionale di Scripps Research.

Sfruttare la potenza di elaborazione inutilizzata su migliaia di dispositivi ci fornisce un’incredibile potenza di calcolo utile a selezionare virtualmente milioni di composti chimici”, spiega Forli in una nota: “Il nostro sforzo congiunto con i volontari di tutto il mondo promette di accelerare la nostra ricerca di nuovi, potenziali farmaci candidati ad affrontare le minacce biologiche emergenti presenti e future, sia che si tratti di Covid-19 o di un agente patogeno completamente diverso”.

Per mettere a disposizione la potenza di calcolo inutilizzata del proprio computer è sufficiente iscriversi al progetto e scaricarne l’applicazione. World Community Grid di Ibm opererà in background senza rallentare i sistemi degli utenti e garantendo la massima sicurezza della privacy proteggendone le informazioni personali.

 

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