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Fisica

Quark, LHC: scoperte nuove particelle

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Aumenta la famiglia dei quark e i fisici sono più vicini a una più esatta interpretazione teorica dei tetraquark

l 28 giugno scorso il team della collaborazione LHCb ha comunicato di avere rilevato indizi – nei dati di LHC – di tre nuove particelle e ha confermato l’esistenza di una quarta particella. Le particelle sembrano costituite da quattro quark (il costituente fondamentale di tutta la materia dell’Universo): due quark e due antiquark (tetraquark). Proprio a causa di questa composizione, non standard, sono state definite particelle esotiche, un’affollata categoria di particelle per le quali gli scienziati ancora non hanno una esatta interpretazione teorica.

quark

LHCb sta per LHC-beauty, un rivelatore del circuito dell’LHC che ha lo scopo di studiare i fenomeni relativi agli adroni in cui è presente il quark beauty. Nell’illustrazione, rappresentazione artistica della collisione tra particelle.|CERN

DUE, TRE, QUATTRO QUARK

Il modello a quark, proposto nel 1964 da Murray Gell-Mann (Nobel per la fisica nel 1969), è il miglior schema di classificazione degli adroni (protoni e neutroni, le particelle composte) di cui disponiamo ed è parte del Modello Standard della  fisica delle particelle. Nello schema, gli adroni sono classificati in base al loro contenuto in quark.

Per lungo tempo sono stati osservati e rilevati solamente adroni formati dalla coppia quark – antiquark (mesoni) oppure da tre quark (barioni).

Nel 2003, e ancora di più negli ultimi dieci anni, molti esperimenti hanno però trovato evidenze dell’esistenza di particelle formate da più di tre quark, come quella rilevata nel 2009 al CDF (Collider Detector at Fermilab, Chicago, Usa): chiamata X(4140) – la lettera indica la provvisorietà del nome, il numero esprime la massa in megaelectronvolts (MeV) – è stata confermata da altri esperimenti e adesso con l’LHC, che nel 2014 rilevò anche Z(4430).

quark

Una collaborazione è esattamente ciò che suggerisce il nome: l’LHC, nel suo insieme, è una collaborazione di oltre 3.000 scienziati per condurre gli esperimenti di fisica delle particelle più grandi e complessi del mondo. Tenuto conto delle proporzioni e della possibilità che un esperimento possa essere condotto in collaborazione da centri di ricerca in tutto il mondo, nelle nostre pagine usiamo collaborazione ed esperimento come sinonimi. Nell’illustrazione, il tunnel di 27 km dell’LHC: gli esperimenti sono condotti in differenti “caverne” che ospitano i rivelatori e la strumentazione. | PHILIPPE MOUCHE

 

Finora però i numeri quantici di X(4140) non sono stati interamente  determinati, e questo ha introdotto un elemento di incertezza nella teoria del modello a tetraquark. La collaborazione LHCb potrebbe determinare i numeri quantici di X(4140) con elevata precisione, e questo avrebbe una ricaduta molto importante sull’interpretazione teorica di queste particelle, forse chiudendo la discussione su teorie alternative, come quella dell’interpretazione di queste particelle come molecole mesoniche (che cos’è un mesone?).

I numeri quantici identificano le proprietà di una particella

quark

La tavola delle particelle elementari

 

quark

Le particelle del Modello Standard. Clicca sull’immagine per ingrandirla. | FOCUS 232

 

PIÙ IN DETTAGLIO

Mentre X(4140) è stata confermata, l’osservazione di tre nuove particelle esotiche di massa superiore, X(4274), X(4500) e X(4700), è stata annunciata per la prima volta.

Anche se tutte e quattro hanno la stessa composizione in quark, ognuna ha struttura, massa e set di numeri quantici univoci.

Questi risultati sono basati sulla dettagliata analisi del decadimento di un mesone B+ nei mesoni J/ψ, φ e K+. Per la ricerca, i fisici di LHCb hanno utilizzato l’intero set di dati collezionati tra il 2010 e il 2012, durante la prima fase di funzionamento dell’LHC.





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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

Fisica

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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Fisica

Com’è Space Rider, il prossimo “accessorio” a salire a bordo di un razzo Vega

Un laboratorio orbitante che, una volta esaurito il suo scopo, può rientrare a Terra senza inquinare il cosmo. Il suo funzionamento, spiegato in un’animazione

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Potremmo definirlo il coltellino svizzero delle prossime missioni di esplorazione spaziale. Si chiama Space Rider e consiste in un insieme di dispositivi fatti apposta per lavorare nelle basse orbite, e quindi attorno alla Terra, come un vero e proprio laboratorio multifunzione in condizioni di microgravità.

Montato sui razzi Vega, i lanciatori di ultimissima generazione che portano i orbita i satelliti, il sistema è progettato per tornare al suolo dopo ogni missione, ed è quindi riutilizzabile e non produce spazzatura spaziale. Nel video possiamo scoprire com’è fatto da vicino.





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