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Scoperto il pianeta extrasolare più simile alla Terra

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keLa caccia al pianeta gemello della Terra è sempre più concitata e ricca di novità come dimostra il risultato ottenuto questa volta da scienziati italiani con un telescopio italiano. Attorno alla stella Kepler-78 (individuata dal satellite astronomico Kepler della Nasa) visibile nella costellazione del Cigno e un po’ più piccola del nostro Sole, è stata rilevata la presenza di un pianeta roccioso della consistenza e della taglia del nostro pianeta azzurro; le più simili finora individuate.

VICINO ALLA SUA STELLA – Le condizioni in cui si trova sono molto particolari. Dista circa un milione di chilometri dall’astro madre (la Terra è a 150 milioni di chilometri) e compie un giro velocissimo intorno ad esso in appena otto ore e mezza. La grande vicinanza rende il suo ambiente tremendamente incandescente e quindi è difficile immaginare che possa ospitare qualche forma di vita.

UN PO’ DI ITALIA – Il risultato pubblicato dalla rivista britannica Nature è stato raggiunto dal gruppo di scienziati guidato da Francesco Pepe dell’Osservatorio di Ginevra, grazie allo strumento Harps-N installato sul telescopio dell’Istituto nazionale di astrofisica alle Canarie. L’apparato è stato concepito proprio per inseguire pianeti extrasolari rilevandone presenza e caratteristiche. Per il momento tuttavia ancora non si riesce a fotografarli. Anche se l’identikit del nuovo pianeta («un passo avanti notevole», ha sottolineato Giovanni Fabrizio Bignami, presidente dell’Inaf) ha destato attenzione, purtroppo non essendo collocato nella «zona abitabile» (con condizioni per la presenza dell’acqua) allontana, appunto, il sogno della vita. Ma qui è importante la capacità di cogliere la consistenza del nuovo corpo celeste grazie alla raffinatezza di Harps-N che ha già dimostrato la sua efficacia anche con i telescopi dell’Eso in Cile.
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OLTRE 1.000 PIANETI – Finora i pianeti scoperti intorno ad altre stelle della Via Lattea sono 1.010 e sono stati individuati misurando gli anomali movimenti dell’astro indotti dalla presenza del pianeta oppure dalla luce che si affievolisce impercettibilmente quando questo le transita davanti. Degli oltre mille, però, soltanto 12 si trovano nella zona abitabile ad una giusta distanza per raccogliere l’energia necessaria. Ma in realtà i pianeti extrasolari sono sicuramente ben più numerosi di quelli accertati. Solo il satellite Kepler ha individuato 3500 candidati ora attentamente valutati. E proprio grazie alle sue osservazioni gli astronomi hanno stimato che nella galassia possano esserci addirittura 17 miliardi di pianeti extrasolari. La tecnologia corre, come dimostra Harps-N e dunque possiamo aspettarci altre sorprese.
Corriere della Sera

 

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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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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Ecco la stella di neutroni più massiccia mai osservata

L’oggetto si chiama J0740+6620 e le sue caratteristiche sono state studiate da un’équipe di ricercatori del National Radio Astronomy Observatory alla University of Virginia e pubblicate sulla rivista Nature Astronomy.

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Credits immagine: X-ray (Nasa/Cxc/Eso/F.Vogt et al); Optical (Eso/Vlt/Muse & Nasa/STScI)

Più che stella di neutroni, è praticamente un buco neroche non ce l’ha fatta. Perché, stando a quanto dicono gli scienziati che l’hanno scoperta e caratterizzata, le sarebbe bastato un pizzico di massa in più per farla collassare su se stessa, schiacciata dalla sua stessa forza gravitazionale, e farle cominciare ad attirare tutta la materia circostante. Ma è comunque un oggetto da record: si tratta infatti della stella di neutroni più massiccia mai osservata finora. Contiene oltre due volte la massa del Sole, compressa in una sfera di appena 30 chilometri di diametro – si pensi, per confronto, che la nostra stella ha un diametro di quasi un milione e mezzo di chilometri.

L’oggetto si chiama J0740+6620 e le sue caratteristiche sono state studiate da un’équipe di ricercatori del National Radio Astronomy Observatory alla University of Virginia e pubblicate sulla rivista Nature Astronomy.

Stelle di neutroni e buchi neri

Le stelle di neutroni rappresentano l’ultima fase di vita di stelle molto grandi, che pesano tra 8 e 30 volte più del Sole. Quando esauriscono il carburante che innesca e mantiene attive le reazioni di fusione nucleare che avvengono al loro interno, queste stelle cominciano a espellere violentemente materiale nello spazio circostante. Infine, collassano sotto la propria forza gravitazionale, accorpando tutta la materia rimanente (generalmente dell’ordine di una o due volte la massa del Sole) in uno spazio piccolissimo. Ne risulta un oggetto ad altissima densità, pari a quella che si misura nei nuclei degli atomi: le stelle di neutroni, per l’appunto.

I buchi neri, come accennavamo, si formano più o meno allo stesso modo, anche se hanno bisogno di una massa di partenza ancora maggiore: al momento non è mai stato osservato un buco nero più leggero di cinque masse solari. Uno dei problemi ancora irrisolti riguarda, per l’appunto, la zona grigia tra stelle di neutroni e buchi neri, e in particolare il calcolo preciso della massa massima (ci si perdoni il gioco di parole) che porta alla formazione di una stella di neutroni e della massa minima necessaria alla formazione di un buco nero.

E poi riuscimmo a misurar le stelle

Il metodo usato per la misurazione della massa di una stella di neutroni. Credits: Yukterez/Wikimedia Commons
Misurando la massa di J0740+6620, gli astronomi hanno cercato per l’appunto di trovare una risposta a questa domanda. Riuscirci non è stato facile: la stella di neutroni si trova a oltre 4500 anni luce di distanza dalla Terra e ruota molto velocemente su se stessa. Analizzando le caratteristiche delle onde emesse dalla stella – e misurando in particolare un effetto chiamato ritardo temporale di Shapiro– per un arco temporale di cinque anni, gli scienziati sono riusciti a determinare la massa della stella stessa, pari a 2,14 masse solari, espressa in un intervallo di confidenza del 68,3%, il che la rende la stella di neutroni più massiccia mai osservata con questa precisione.

In passato sono state individuate altre due stelle di neutroni, PSR J2215+5135 e PSR B1957+20, con massa stimata di 2,27 e 2,4 masse solari rispettivamente, ma si tratta di misure meno attendibili rispetto a quelle condotte con il metodo usato dagli autori dello studio attuale. E dunque, fino a prova contraria, il record spetta a J0740+6620.





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Relatività e meccanica quantistica, l’incontro proibito che cambia l’ordine del tempo

Gli scienziati hanno rotto la struttura classica in cui gli istanti scorrono dal passato al futuro. Di fatto, non hanno viaggiato nel tempo ma hanno mostrato che mischiando la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica si potrebbe ottenere una realtà temporale (a livello puramente teorico) del tutto diversa

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Sovvertire l’ordine del tempo, muovendosi nel passato o nel futuro, e potendo tornare nel presente, a piacimento. La possibilità di viaggiare nel tempo ispira da sempre l’immaginazione umana, dalla letteratura al cinema (basti ricordare Ritorno al futuro del 1985 e il più recente Interstellar) dove i protagonisti riescono a farlo attraverso vari artifici. Ma a farci sognare questa volta è lo studio di un gruppo di fisici dell’Università del Queensland che, seppure non ha viaggiato nel tempo, ha ottenuto, a livello teorico, una nuova concezione del tempo.

Gli scienziati hanno rotto la struttura classica in cui gli istanti scorrono dal passato al futuro. Di fatto, non hanno viaggiato nel tempo ma hanno mostrato che mischiando la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica – da sempre incompatibili – si potrebbe ottenere una realtà temporale (a livello puramente teorico) del tutto diversa da quella che conosciamo, una condizione in cui non si sa cosa viene prima e cosa dopo. I risultati dello studio sono pubblicati su Nature Communications.

Ordine del tempo, partire dalla relatività

Per capire l’esperimento bisogna partire proprio dalla relatività di Einstein. Secondo il grande fisico, quanto più un corpo si trova vicino a un oggetto dalla massa molto grande, come un pianeta o un buco nero, tanto più lentamente scorrerà il tempo misurato nel punto dove si trova il corpo. Questo fenomeno è stato verificato con orologi atomici posti a diverse altitudini, che hanno dimostrato tempi differenti – anche se si tratta di nanosecondi, alterazioni impercettibili per noi esseri umani. Confermando così la dilatazione gravitazionale del tempo teorizzata da Einstein.

Mettere un pianeta in mezzo

Ma cosa c’entra questo con l’esperimento odierno? I ricercatori hanno supposto di avere due navicelle spaziali che nello stesso istante devono spararsi per distruggersi a vicenda. “Nella teoria di Einstein, un nemico potente potrebbe usare il principio della relatività generale mettendo un oggetto di grande massa, come un pianeta, vicino a una delle navicelle per rallentare il trascorrere del tempo”, sottolinea Magdalena Zych, prima autrice del paper, fisica all’Università del Queensland, in Australia. “A causa del rallentamento del tempo, la navicella più lontana dall’oggetto massivo sparerebbe prima, distruggendo l’altra”. Insomma, Einstein potrebbe venire in aiuto in situazioni in cui anche un istante è determinante.

Cambiare l’ordine del tempo, con la relatività e la quantistica

Ma ora aggiungiamo un nuovo tassello. Se oltre alla relatività chiamassimo in gioco la meccanica quantistica? In altre parole, se l’oggetto massivo (il pianeta) che “rallenta il tempo” della navicella fosse, come il gatto di Schrödinger, in uno stato di sovrapposizione quantistica? Ricordiamo che il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale in cui un gatto posto in una scatola è sia vivo sia morto (in una sovrapposizione degli stati di vita e di morte) fino a quando l’osservatore compie la misura, ovvero apre la scatola. Nello studio, i fisici hanno immaginato di rallentare la navicella con un pianeta che è contemporaneamente vicino e lontano (oppure presente e assente). Cosa succederebbe in questo caso?

“Si ribalterebbe il concetto di tempo”, risponde il fisico Fabio Costa, coautore del paper. “La sovrapposizione di oggetti massivi può risultare in un ordine degli eventi non definito, una condizione, in cui tra due eventi, non si sa quale sia avvenuto prima e quale dopo”, dice il fisico intervistato da Galileo.

Come si cambia l’ordine del tempo

“Immaginiamo due laboratori, spiega Costa, “ciascuno dei quali deve compiere una certa azione a un’ora prefissata, diciamo a mezzogiorno, e mettiamo un pianeta vicino al primo laboratorio: qui gli orologi saranno rallentati e quindi il mezzogiorno arriverà dopo. Ma se mettiamo il pianeta più vicino al secondo sarà questo ad avere il tempo rallentato, di conseguenza, un evento che accade qui a mezzogiorno è nel passato per il primo laboratorio. “Ma se mettiamo il pianeta in sovrapposizione delle due posizioni – continua Costa – ovvero sia vicino sia lontano a uno dei due laboratori avremo che l’ordine temporale tra i due eventi è genuinamente non definito. In questo caso non sarebbe possibile stabilire quale evento (quale segnale mandato dai laboratori) venga prima e quale dopo”.

Questo è di fatto quello che hanno calcolato i ricercatori, utilizzando la meccanica quantistica e la relatività per cambiare l’ordine del tempo e creare una scala del tutto nuova.

Invertire l’ordine del tempo, le considerazioni

“È bene precisare – sottolinea il ricercatore – che quello dei pianeti è solo un esempio illustrativo. In realtà per la situazione da noi considerata è più rilevante la densità della massa. Quindi sarebbe ‘sufficiente’ usare oggetti piccoli, ma di densità molto elevata, per causare il rallentamento degli orologi”. Insomma, l’esperimento potrebbe valere non solo con i pianeti nello spazio ma – sempre a livello teorico – anche sulla Terra se si avessero oggetti piccoli ma estremamente densi.

Computer quantistici: più veloci con i salti nel tempo

“L’esperimento resta comunque fuori della portata della nostra tecnologia – aggiunge Costa – e una sovrapposizione di pianeti come descritta nel paper non sarà mai possibile, dato che le tecnologie consentono una simulazione di come funziona il tempo nel mondo quantistico senza utilizzare la gravità”. Tuttavia, osserva il ricercatore, il risultato è interessante per studiare questo effetto a scale molto diverse e per lo sviluppo di nuove tecnologie. “Attualmente”, conclude Costa, “stiamo lavorando per realizzare computer quantistici che – parlando in maniera molto semplice – possano effettivamente fare salti nel tempo per migliorare le loro prestazioni e svolgere le operazioni in maniera molto più efficiente rispetto ai dispositivi che lavorano con una sequenza di tempo fissato, quella che conosciamo e che è propria del mondo normale”.





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