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Fisica

Nobel per la fisica 2018, perché hanno vinto i laser

Ad Ashkin, Moureau e Strickland il premio Nobel per la fisica 2018 “per i loro studi innovativi nel campo della fisica dei laser”. Ecco perché sono importanti

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Ha vinto, dunque, la luce. La Royal Swedish Academy of Sciences ha assegnato il premio Nobel per la fisica 2018 ad Arthur Ashkin, dei Bell LaboratoriesGérard Mourou, della University of Michigan, e Donna Strickland, della University of Waterlooper i loro studi rivoluzionari nel campo della fisica dei laser. I tre inventori, spiegano da Stoccolma, hanno cambiato per sempre la fisica dei laser, permettendo di osservare, sotto una nuova luce (sic!), oggetti microscopici e processi rapidissimi: lo sviluppo di laser sempre più potenti e avanzati ha permesso infatti di mettere a punto strumenti di precisione che hanno spianato la strada verso aree di ricerca inesplorate e che hanno (e avranno) innumerevoli ricadute nel campo industriale e medico, oltre che nella fisica di base.Chi sono i vincitori 
(immagine: Nobel Prize)
Cominciamo dal raccontare chi sono i protagonisti di questa giornata. Arthur Ashkin, cui è andata la prima metà del premio, è uno scienziato statunitense classe 1922 che si è formato alla Columbia University e alla Cornell University. Fin dagli anni sessanta ha lavorato alla manipolazione di particelle mediante luce laser, inventando le cosiddette pinzette ottiche, uno strumento che – come suggerisce il nome – consente di acchiappare e manipolare molto precisamente, con la luce, particelle microscopiche come atomi, molecole e cellule biologiche. Ashkin, inoltre, si può considerare quasi un Nobel doppio: il suo lavoro, infatti, ha fornito le basi per gli studi sul raffreddamento e intrappolamento degli atomi condotti da Steven Chu, insignito del Nobel per la fisica nel 1997.Membro di innumerevoli società scientifiche, Ashkin ha lavorato per quarant’anni, fino al 1992, nei Bell Laboratories, per poi continuare, come ha lui stesso raccontato, a “lavorare da casa”.Gli altri due premiati, cui va ¼ del riconoscimento, sono Gérard Mourou e Donna Strickland. Mourou è uno scienziato francese che lavora per la University of Michigan, per la École Polytechnique di Palaiseau e per altri istituti di ricerca, co-inventore (insieme a Strickland, per l’appunto) della cosiddetta chirped pulse amplification (Cpa), una tecnica che permette di amplificare un impulso di radiazione elettromagnetica. Mourou ha inoltre inventato, nel 1994, una tecnica per evitare la divergenza dei fasci laser, sfruttando e combinando i fenomeni della diffrazione e della rifrazione.Strickland – la terza donna al mondo, dopo Marie Curie e Maria Goeppert-Mayer, a ricevere il Nobel per la fisica – è una ricercatrice canadese in forza alla University of Waterloo. Si è laureata in ingegneria fisica alla McMaster University e ha completato il dottorato di ricerca alla University of Rochester. Fu proprio durante il periodo di dottorato che lavorò, insieme a Mourou, alla chirped pulse amplification, il tema per cui le è stato assegnato il massimo riconoscimento. Attualmente dirige un gruppo di ricerca che si occupa di laser ultraveloci e ad alta intensità per studi nel campo dell’ottica nonlineare.Intrappolamento ottico Tutto parte da un’idea apparentemente visionaria: usare la luce per manipolare gli oggetti (inevitabile pensare al raggio traente di Star Trek). D’altronde, come sappiamo bene quando ci esponiamo al sole, la luce porta energia: e dunque, perché non provare a usare questa energia per afferrare, spingere e tirare oggetti microscopici? Detto, fatto: subito dopo l’invenzione del primo laser, negli anni sessanta, Arthur Ashkin si rese conto che le caratteristiche dei fasci laser (in particolare il fatto che si trattasse di luce coerente, cioè con differenze di fase costanti, e che i fasci stessi fossero estremamente focalizzati) li rendevano adattissimi a interagire con particelle microscopiche. Cominciò subito a giocare con lo strumento, rendendosi conto che effettivamente la pressione esercitata dai laser era sufficiente per muovere piccole sferette e che le sferette erano in qualche modo attirate verso il centro del fascio, dove l’intensità della luce era maggiore. Ashkin si rese conto che si poteva sfruttare questo fenomeno per costringere le sferette a muoversi dove si voleva semplicemente usando delle lenti che focalizzassero in un punto specifico la massima intensità del fascio.Nacquero così le prime trappole ottiche, o, se si preferisce, pinzette ottiche. Uno strumento economico, veloce e soprattutto precisissimo, che permise, negli anni a seguire, di manipolare addirittura singoli atomi (ci si riuscì nel 1986, dopo aver risolto una serie di complicazioni tecniche) e soprattutto sistemi biologici: nel corso di diversi esperimenti condotti su virus, batteri e cellule viventi Ashkin mostrò che le pinzette ottiche consentivano una manipolazione che, oltre ad essere precisa, era completamente non invasiva, e consentiva per esempio di afferrare il nucleo di una cellula senza distruggerne la membrana.Impulsi cortissimi e potentissimi Veniamo all’altro breakthrough, quello relativo all’invenzione della chirped pulse amplification. Negli anni ottanta, Donna Strickland era una dottoranda della University of Rocchester. Il suo supervisor era il professor Gérard Mourou, e i due lavoravano nel laboratorio di ottica dell’ateneo statunitense. In quel momento, la fisica dei laser sembrava essere arrivata a un binario morto: in sostanza, gli impulsi laser vengono generati con una reazione a catena in cui le particelle di luce, interferendo con sé stesse in una cavità che le amplifica, ne generano di nuove. Si riteneva fosse impossibile aumentare ancora l’intensità della luce prodotta senza distruggere il materiale della cavità.Strickland e Mourou riuscirono a superare il problema, ideando una tecnica che permetteva di allungare la durata temporale di un singolo impulso laser, amplificarne l’intensità e quindi rallentarlo di nuovo. Il trucco sta nel fatto che quando si aumenta la durata di un impulso la sua potenza di picco è molto più bassa, e quindi è possibile amplificarlo senza danneggiare l’amplificatore: una tecnica semplice ed elegante. E soprattutto efficace: nel 1985 il primo dispositivo superò la prova del laboratorio, rivoluzionando completamente la fisica dei laser e aprendo la strada a nuove applicazioni in fisica, chimica e medicina.Tante applicazioni Le pinzette di Ashkin, nel corso degli anni, sono state utilizzate in moltissimi campi: è stato possibile, per esempio, studiare diversi processi biologici tra cui il comportamento delle proteine, i cosiddetti motori molecolari, le caratteristiche del dna e la vita interna delle cellule. Uno dei campi più recenti, e promettenti, è quello della cosiddetta olografia ottica, in cui si usano contemporaneamente migliaia di pinzette, per esempio, per separare le cellule del sangue sane da quelle infette, il che potrebbe essere molto utile nella lotta alla malaria e ad altre malattie. Stesso discorso per la Cpa, che ha permesso, tra le altre cose, di realizzare la telecamera più veloce al mondo – che funziona grazie a impulsi laser della durata di pochi femtosecondi, un milionesimo di miliardesimo di secondo – e trivelle microscopiche precise e potentissime, con le quali è stato possibile bucare, letteralmente, atomi, molecole e cellule viventi. Ma, assicurano gli esperti, il meglio deve ancora venire.

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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Fisica

Nella storia dell’essere umano non c’è mai stata così tanta CO₂ nell’atmosfera

Lo scorso weekend la presenza di gas serra ha toccato un nuovo preoccupante livello record di 415,26 parti per milione: non era mai stato così alto da quando l’uomo è sulla Terra

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Gli appelli di Greta Thunberg, la 16enne paladina del clima che ha convinto centinaia di migliaia di studenti in tutto il mondo a protestare contro i cambiamenti climatici e chiede ai governi di impegnarsi molto di più sul fronte ambientale, per ora sembrano essere caduti nel vuoto. Eppure sempre più dati testimoniano la necessità di prendere sul serio l’attivista: questo weekend, i ricercatori dello Scripps Institute for Oceanography di San Diego hanno fatto sapere che la presenza di CO₂ nell’atmosfera ha raggiunto il livello record di 415 parti per milione. Il dato, certificato dall’Osservatorio Mauna Lau delle Hawaii, è il più alto da quando l’uomo è comparso sulla Terra.

Il numero è allarmante. “Non è il più alto solo della storia documentata, o non solo dall’invenzione dell’agricoltura 10mila anni fa: è il più alto dai tempi precedenti ai primi esemplari moderni di essere umano, milioni di anni fa. Non sappiamo nulla di un pianeta come questo”, ha twittato il meteorologo Eric Holthaus.

Gli ha fatto eco la climatologa della Texas Tech University, Katherine Hayhoe. “Come scienziata, quello che mi preoccupa di più non è che abbiamo superato l’ennesima soglia, ma ciò che questo aumento significa nella realtà. Stiamo continuando con un esperimento senza precedenti sul nostro pianeta, che è l’unica casa che abbiamo”.

Un aumento costante

Gli scienziati hanno iniziato a monitorare la presenza di CO₂ nell’atmosfera negli anni Sessanta. Da allora, il livello di emissioni – che era pari a 315 ppm – è sempre aumentato, proporzionalmente allo sviluppo industriale, fino ad arrivare a quota 400 ppm nel 2016. Oggi siamo a 415,26 parti per milione, il che significa che negli ultimi tre anni la presenza di CO₂ è cresciuta in media di 5 parti per milione, soprattutto a causa delle scelte dei governi e dell’utilizzo dei combustibili fossili.

Secondo gli scienziati, è impossibile prevedere cosa comporterà questo livello di CO₂ nei prossimi anni. Si possono solo fare delle ipotesi. Una di queste è che la Terra torni a essere com’era durante il Pliocene, un’epoca geologica che ebbe inizio 5 milioni di anni fa e terminò 2 milioni di anni fa e fu caratterizzata da livelli di Co2 superiori a 400 ppm. Allora la temperatura media era tre gradi più alta di quella odierna, gli oceani erano più alti di 15 metri e non c’erano ghiacciai. Il Polo Sud, per esempio, era ricoperto da foreste.





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Fisica

SpaceX lancia i primi 60 satelliti per l’internet dello spazio, ma Musk è pessimista

SpaceX sulla rampa di lancio per spedire in orbita i primi nodi della rete spaziale, ma il fondatore di Tesla Elon Musk teme un insuccesso, mentre accelera la corsa con i concorrenti. Ecco come seguire il lancio

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Falcon 9 in fase di decollo (Foto: SpaceX/Flickr)
Continua la corsa alla conquista dell’internet spaziale con un lancio di 60 satelliti da parte di SpaceX, la società aerospaziale di Elon Musk, con l’obiettivo di avviare i test della rete web satellitare Starlink. Il lancio dei 60 satelliti caricati nella stiva del razzo Falcon 9 è previsto nella finestra di tempo tra le ore 2.30 e le 4 (fuso orario di Greenwich) del 16 maggio 2019.

L’annuncio è stato dato dal patron di Tesla, Elon Musk, su Twitter, con due foto suggestive del vano di carico del Falcon9 pieno dei satelliti, che verranno rilasciati in orbita a formare la prima parte della rete internet dello spazio.

SpaceX non vuole rimanere indietro dopo che i concorrenti dOne Web, a febbraio, sono riusciti a mettere in orbita 6 satelliti funzionanti. Né vuole essere superata nella corsa allo spazio da Amazon e dai suoi 3.236 satelliti Kuiper

Elon Musk però non è convinto della riuscita del primo lancio. “Molto probabilmente andrà tutto storto nella prima missione”, ha scritto nelle risposte al suo tweet. La rete composta da soli 60 satelliti fungerà da test ma non avrà una ricaduta immediata pet gli untenti. “Saranno necessari altri 6 lanci da 60 satelliti per avere una minima copertura di segnale”, ha spiegato Musk, “e altri 12 per una moderata”.

Finora SpaceX ha inviato in orbita solamente due satelliti di test, denominati TinTin A e TinTin B. I 60 satelliti prossimi al lancio sono un’evoluzione di quei modelli ma non sono ancora la versione definitiva. Sono prototipi sacrificabili per testare l’efficacia del progetto, che si comporrà, nei piani di SpaceX, di circa 12mila satelliti.

Il decollo avverrà dalla stazione aeronautica di Cape Canaveral in Florida e potrà essere seguito dalla diretta live trasmessa sul canale YouTube di SpaceX .





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Caro Libero, ti spieghiamo la differenza tra meteo e clima

Secondo il quotidiano un maggio così freddo basterebbe a smentire il riscaldamento globale in atto, che la scienza sta denunciando ormai da anni. Ancora una volta è stata fatta confusione tra meteo e clima

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Riscaldamento del pianeta? Ma se fa freddo”. Così titola e si risponde il quotidiano Libero, nella sua prima pagina di lunedì 6 maggio 2019. L’ennesima leggerezza giornalistica dovuta alla confusione tra due concetti molto diversi tra loro, quello di clima e quello di meteo. A detta dell’autore dell’articolo, infatti, quest’inizio di maggio così freddo e piovoso, con nevicate anche a bassa quota, in tutta la nostra penisola, smentirebbe il riscaldamento globale in atto che la scienza e Greta Thunberg, la sedicenne svedese diventata una celebrità nella lotta al cambiamento climatico (ma che il giornale non perde occasione di chiamare Gretina), stanno denunciando ormai da anni.

libero surriscaldamento globale

Ma bastano davvero temperature rigide e piogge torrenziali per sbugiardare i cambiamenti climatici? No, anzi. Si tratta solamente dell’ennesimo errore da parte di un giornale, che ha confuso fenomeni meteorologici anomali di qualche giorno con il clima e quindi il cambiamento climatico, che si misura invece su lunghe scale temporali. Ricordiamo, infatti, che poco tempo fa anche il Messaggero di Roma aveva fatto uno scivolone simile, titolando un articolo del 5 gennaio scorso con “Il freddo di questi giorni allontana i timori sul riscaldamento globale”. Come vi avevamo raccontato, il giornale aveva successivamente rimediato al “malinteso”, riferendo che era saltato un “non” che aveva cambiato tutto il senso della frase.

Ricordiamo che la lettura degli eventi meteo estremi potrebbe essere proprio l’opposto a quanto sostenuto dal giornale: sarebbero infatti proprio i cambiamenti climatici a generale e rendere più frequenti le ondate di gelo e di calore. E di documenti scientifici che lo dimostrano ce ne sono a palate. Per citarne alcuni, i dati dell’Istituto di science dell’atmosfera e del clima (Isac) del Cnr di Bologna hanno evidenziato come il 2018 è stato l’anno più caldo degli ultimi due secoli nel nostro Paese, confermando la tendenza all’aumento delle temperature medie del pianeta. “Il 2018 è stato l’anno più caldo dal 1800 ad oggi per l’Italia”, ci aveva raccontato il climatologo Michele Brunetti“Con una anomalia di 1,58°C sopra la media del periodo di riferimento dal 1971 al 2000, ha superato il precedente record del 2015 (1,44°C sopra la media)”.

Secondo uno studio della University of Hawaii, pubblicato su Nature Climate Change, le ondate di caldo sono destinate ad aumentare: come sottolineano i ricercatori, nei prossimi anni, le emissioni di gas serracontinueranno a crescere e il 75% della popolazione mondiale potrebbe essere esposto entro il 2100 a ondate di calore mortali. E se le cose non cambieranno, stando al Climate Action Tracker, sempre nel 2100 la temperatura sarà di 3,4°C più alta rispetto a quella attuale, con conseguenze catastrofiche.

Ricordiamo, inoltre, che dall’inizio del 2019 sono già stati registrati 33 record di caldo, ma nessuno di freddo. Lo aveva raccontato al New Scientist il climatologo Maximiliano Herrera, a commento dell’ondata di gelo eccezionale (temperature di -40 gradi) che aveva investito l’America del Nord a gennaio scorso. Secondo lo scienziato, per poter dire che un clima sia stabile, il numero di record di temperature calde e fredde dovrebbe essere uguale. Ma stando alle ultime analisi, nel 2018 ben 430 stazioni in tutto il mondo hanno registrato temperature massime e solamente 40 hanno riportato i minimi storici. Un confronto che è il chiaro ed ennesimo segno del fatto che il nostro pianeta stia diventando sempre più caldo.

 





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