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Un segnale allettante di materia oscura

Un esperimento ai Laboratori nazionali del Gran Sasso continua a osservare fluttuazioni nei dati che secondo alcuni ricercatori potrebbero essere segnali di materia oscura. Ma altri scienziati sono scettici e il mistero ormai ventennale di queste fluttuazioni si infittisce sempre di più

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Tecnici alle prese con il rivelatore dell'esperimento DAMA/LIBRA. (Credit: DAMA-LIBRA Collab./LNGS-INFN)

Un gruppo di fisici ha dichiarato che sta ancora rilevando la presenza di materia oscura – la sostanza misteriosa che si ritiene costituisca l’85 per cento della materia nell’universo – vent’anni dopo aver visto i primi indizi di un segnale del genere.
DAMA, una collaborazione di ricercatori italiani e cinesi, ha annunciato i risultati tanto attesi di sei anni di raccolta dati, seguiti a un aggiornamento dell’esperimento nel 2010. I risultati sono di stimolo per i vari gruppi che tentano di riprodurre i controversi risultati di DAMA, che contraddicono quelli di altri esperimenti. Ma la maggiore sensibilità di DAMA rende i suoi risultati ancora più difficili da spiegare, dicono i fisici.

Le osservazioni delle galassie e della radiazione primordiale dell’universo implicano che la stragrande maggioranza della materia sia di tipo invisibile e che interagisca quasi esclusivamente attraverso la gravità. Esistono molte teorie per spiegare la natura di questa materia oscura, e molti esperimenti hanno tentato di rilevarla ipotizzando sottili interazioni con la materia ordinaria.

Rita Bernabei, fisica dell’Università di Roma-Tor Vergata che ha guidato DAMA sin dai primi giorni, ha presentato gli ultimi risultati il 26 marzo in un incontro ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare, dove l’esperimento si trova in una caverna nel cuore di montagna. Le diapositive del suo intervento sono disponibili on line e Bernabei ha dichiarato a “Nature” che il suo gruppo non farà commenti finché non sarà completato il suo articolo sui risultati. I fisici che cercano la materia oscura sperano di misurare la piccola quantità di energia emessa quando le particelle in un “alone” di materia oscura che si pensa avvolga la Via Lattea interagiscono con gli atomi di materia ordinaria sulla Terra. Registrando brevi lampi di luce che compaiono in cristalli di ioduro di sodio quando particelle subatomiche colpiscono il nucleo di un atomo di sodio o di iodio. Alcuni lampi compaiono in seguito a collisioni di neutroni vaganti e altra radioattività di fondo. Ma un segnale dalla materia oscura nella Via Lattea si distinguerebbe, perché apparirebbe con una caratteristica modulazione annuale.

Questo perché mentre il Sole si muove attorno alla galassia, l’alone dovrebbe investire il sistema solare come un vento frontale, che visto dalla Terra potrebbe variare leggermente in velocità mentre la Terra orbita attorno al Sole. Più la Terra si muove velocemente, più numerose dovrebbero essere le rilevazioni di materia oscura, e quindi il numero di lampi rilevati dovrebbe variare nel corso dell’anno. I segnali dovrebbero raggiungere il picco a inizio giugno e il minimo a inizio dicembre, dice Katherine Freese, fisica teorica astroparticellare dell’Università del Michigan ad Ann Arbor, che faceva parte del gruppo che per primo propose di cercare simili fluttuazioni nel 1986.

Un alone di dubbio
Ma quando DAMA ha annunciato per la prima volta di aver osservato fluttuazioni del genere, poco dopo l’attivazione della prima versione dell’esperimento nel 1997, la comunità dei fisici è stata scettica. I critici dubitavano che questo effetto fosse un vero segno di materia oscura. Le fonti terrestri o gli artefatti dell’apparecchio – dicevano – avrebbero potuto simulare un segnale reale. C’era anche la possibilità che il segnale svanisse dopo la sostituzione di parti del rivelatore con una nuova tecnologia. Ma non è successo. “La modulazione è ancora lì, forte e chiara”, dice Freese.

Anche una serie di esperimenti sempre più sofisticati che dovrebbero vedere la materia oscura – sebbene con tecniche diverse – finora non ha trovato nulla. Ma il gruppo DAMA ha continuato a vedere una fluttuazione. Il gruppo ha confermato di aver visto il segnale l’ultima volta nel 2013, con una precedente versione dell’esperimento, chiamata fase 1 di DAMA/LIBRA. Le scoperte più recenti, quelle della fase 2 dell’aggiornamento di DAMA/LIBRA, arrivano mentre altri esperimenti stanno cercando, per la prima volta, di confermare o smentire l’annuncio usando lo stesso tipo di cristalli di ioduro di sodio di DAMA.

Il principale è COSINE-100, esperimento statunitense e sudcoreano presso il laboratorio sotterraneo di Yangyang in Corea del Sud. Hyunsu Lee, fisico dell’Institute for Basic Science di Daejeon, afferma che se il segnale di DAMA fosse scomparso nei nuovi dati, avrebbe attenuato la motivazione per ulteriori esperimenti basati su ioduro di sodio.

“Per noi, questi risultati sono molto incoraggianti”, dice Susana Cebrian, fisica dell’Università di Saragozza, in Spagna, che lavora a un altro tentativo di replica, chiamato ANAIS, nel Laboratorio sotterraneo Canfranc nei Pirenei.

Una deviazione inattesa
Ma gli ultimi risultati di DAMA hanno portato a un colpo di scena. L’aggiornamento ha reso l’esperimento sensibile alle collisioni a energia più bassa: segnali da particelle che si muovono più lentamente. Per i tipici modelli di materia oscura, i tempi delle fluttuazioni, visti dalla Terra, dovrebbero invertirsi al di sotto di determinate energie: “Dovrebbe raggiungere il picco a dicembre e il minimo a giugno”, dice Freese. Ma gli ultimi risultati non mostrano questo andamento. La deviazione “è stimolante, dà nuovi spunti di riflessione”, afferma Juan Collar, fisico sperimentale dell’Università di Chicago, nell’Illinois, che si occupa di rilevazione della materia oscura. “Chi elabora modelli farà festa”, aggiunge. “Potrebbe indicare un’origine banale della materia oscura oppure richiedere un’interpretazione estremamente complessa”.

Molti fisici però esprimono ancora scetticismo. Il 26 marzo Dan Hooper, fisico del Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia, Illinois, ha twittato: “Sono un costruttore di modelli di materia oscura molto creativo (se posso dirmelo da solo) e non riesco a trovare un modello valido che possa produrre questo segnale”.
Freese, che non fa parte della collaborazione DAMA, è più ottimista. Dice che i dati a basse energie sono ancora provvisori, e potrebbero ancora essere compatibili con un flip.

“È più urgente che mai che un esperimento indipendente basato sulla stessa tecnica, come ANAIS, possa riprodurre l’effetto”, afferma Cebrian. Il suo gruppo concluderà il primo anno di raccolta dati ad agosto, afferma, e intende pubblicare i risultati entro la fine dell’anno.

A quel punto, COSINE-100 avrà accumulato due anni di dati e probabilmente pubblicherà i suoi primi risultati. Altri esperimenti sono previsti in Australia e Giappone; Il rivelatore PICO-LON, che i ricercatori giapponesi sperano di installare nel Kamioka Underground Observatory, sarà particolarmente sensibile a quegli eventi a bassa energia significativi, afferma Kenichi Fushimi, che sta guidando il progetto per l’Università di Tokushima. Anche se gli ultimi aggiornamenti di DAMA hanno eliminato alcune preoccupazioni potenziali che l’effetto potesse essere generato all’interno del rivelatore, Collar afferma: “Resta però il mistero del perché il loro risultato è incompatibile con qualsiasi altro risultato ottenuto in questo campo”.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature





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Crediti :

le Scienze, Nature

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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Un computer quantistico per generare contemporaneamente tutti i futuri possibili

Non si tratta di prevedere il futuro ma di produrre simultaneamente, attraverso un complesso algoritmo quantistico, tutti i potenziali esiti di una determinata operazione, per poter scegliere al meglio. Un gruppo di fisici è riuscito a realizzare un dispositivo che genera tutti questi futuri

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È possibile generare contemporaneamente tutti i futuri possibili? E osservarli tutti, per scegliere quello migliore? Nella realtà macroscopica, quella che conosciamo e che è dominata dalle leggi della fisica classica, sicuramente no. Ma gli scienziati, oggi, hanno provato a farlo nel mondo invisibile dell’infinitamente piccolo attraverso un computer quantistico. Un gruppo coordinato dall’università di Griffith ha sviluppato un prototipo di dispositivo quantistico che è in grado di generare contemporaneamente tutti gli scenari futuri possibili – in questo caso non si tratta di situazioni reali ma di stati quantistici.

Il risultato è pubblicato su Nature Communications.

In ogni istante moltissime possibilità

Ogni scelta che ci si presenta può portare a diversi esiti: ad esempio nel film Sliding doors si vedono scorrere due futuri molto diversi. Moltiplicate il tutto per il numero di scelte che si presentano in ogni istante e avrete un’idea di quanti possibili futuri esistono ogni giorno. “Quando pensiamo al futuro”, sottolinea Mile Gu della Nanyang Technological University a Singapore, che ha sviluppato l’algoritmo quantistico alla base del prototipo, “ci confrontiamo con una vasta gamma di possibilità. Queste possibilità crescono esponenzialmente in ogni istante, mano a mano che si va nel futuro, come spiega l’esperto. “Anche se avessimo soltanto due diverse strade da scegliere ogni minuto, in meno di mezz’ora si sarebbero creati 14 milioni di possibili futuri. Insomma, si tratterebbe di un mare di futuri che non conosciamo.

Una sovrapposizione quantistica

Partendo da queste considerazioni matematiche, gli autori hanno sviluppato un algoritmo che possa esaminare tutti questi futuri. Come? Attraverso una sovrapposizione quantistica, ovvero studiando una sovrapposizione di stati fisici, puramente teorici. È quanto avviene nel caso ampiamente studiato del gatto di Schrödinger, che si trova in una scatola e che è contemporaneamente vivo e morto: lo stato di vita e quello di morte rappresentano una somma matematica e sono entrambi possibili con la stessa probabilità. E soltanto quando si verifica un intervento dall’esterno, cioè un osservatore apre la scatola – in altre parole si compie una scelta – si determina con certezza se il gatto è vivo oppure morto. Questo è quanto hanno realizzato i ricercatori, ma non solo con due futuri possibili, ma con tanti futuri. Gli autori hanno realizzato un dispositivo che potesse riprodurre questa sovrapposizione quantistica. Per farlo hanno sviluppato un particolare processore quantistico, in cui i possibili esiti (dunque i futuri) di un determinato processo decisionale sono rappresentati dalla posizione dei fotoni, i quanti di luce.

Tanti futuri possibili

Gli scienziati hanno dimostrato che il dispositivo riproduce vari futuri possibili, ognuno con la sua probabilità di accadere. In altre parole,  realizza una sovrapposizione quantistica di multipli futuri potenziali. E ciascun futuro è associato a un certo peso, ovvero ad una probabilità che possa verificarsi. Un po’ come quando il gatto di Schrödinger era vivo e morto con una probabilità identica per entrambi i futuri possibili. Tuttavia, in questo caso gli stati studiati sono ben più di due, e ognuno è associato ad un peso (una probabilità) corrispondente. Attualmente il prototipo riesce a simulare al massimo 16 futuri possibili, mentre in linea teorica l’algoritmo sottostante ne può generare numerosissimi. E il risultato va verso lo sviluppo di computer quantistici ancora più potenti.

Per determinare il funzionamento del dispositivo gli autori si sono basati sulle teorie del premio Nobel per la fisica Richard Feynman. L’idea è questa: quando una particella viaggia da un punto A ad un punto B, non segue necessariamente un singolo percorso. “Al contrario, percorre simultaneamente tutte le strade possibili che la collegano al punto di arrivo”, spiega la coautrice Jayne Thompson della Nanyang Technological University a Singapore. “Il nostro lavoro studia in maniera estesa questo fenomeno e lo manipola in modo da realizzare un modello statistico di questi futuri possibili”.

Un aiuto per l’intelligenza artificiale

“Il nostro approccio consiste nel mettere insieme una sovrapposizione quantistica di tutti i possibili futuri per ciascun processo decisionale”, aggiunge Farzad Ghafari, ricercatore dell’Università di Griffith, che ha coordinato lo studio. “Facendo interferire queste sovrapposizioni l’una con l’altra, riusciamo ad evitare di osservare singolarmente ciascun futuro possibile, uno alla volta”. L’autore spiega che molti algoritmi di intelligenza artificiale, sviluppati oggi, riescono a osservare che piccoli cambiamenti nel loro comportamento possono portare a esiti futuri molto differenti. “Per questo, le nostre tecniche – chiarisce Ghafari – possono permettere a questi sistemi quantistici di intelligenza artificiale di imparare in maniera più efficiente l’effetto delle loro azioni”. In altre parole, in futuro questi sistemi potrebbero essere in grado di studiare le conseguenze delle loro azioni e regolarsi in base a questa conoscenza: un obiettivo da sempre agognato da noi esseri umani, ma per noi impossibile da raggiungere.





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Come saranno le case su Marte? I progetti premiati dalla Nasa

Le idee vincitrici del contest dell’Agenzia spaziale per gli insediamenti marziani del futuro

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Ingresso, cucina abitabile, camere multiuso, spazio protetto per la crescita delle piante: potrebbero essere queste le stanze della nostra casetta sul Pianeta rosso, nel caso riuscissimo nel prossimo futuro a colonizzarlo.

È uno dei progetti premiati nel corso della 3D-Printed habitat challenge, il contest promosso dalla Nasa per raccogliere idee per potenziali spazi abitabili al di fuori della Terra, Luna compresa. A realizzarlo, il team Mars Incubator di New Haven, nel Connecticut. Nel video, eccone una ricostruzione virtuale con quanti più dettagli possibili.

Per vedere anche tutti gli altri premiati, fatevi un giro qui.





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I primi tessuti umani assemblati nello Spazio

Gli astronauti della Iss, alle prese con l’ingegneria dei tessuti, hanno recapitato sulla Terra i primi vasi sanguigni realizzati in laboratorio

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Un vero e proprio laboratorio biologiconello Spazio, dove cellule anche di tessuti umani crescono e possono fornire informazioni da applicare anche sulla Terra. Succede sulla Stazione spaziale internazionale, dove negli ultimi anni diversi astronauti si sono messi alla prova come biologi e ingegneri dei tessuti per approfondire le conoscenze, in particolare sui nostri vasi sanguigni.

Chi vediamo all’opera in questo interessante filmato è Tim Peake, protagonista della missione Principia, che ha assemblato durante una lunga serie di esperimenti veri e propri capillari: un risultato che non era mai stato raggiunto qui sulla Terra, poiché la struttura 3D che le cellule assumono in condizioni di microgravità è più coerente a quella dell’originale.





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4 star review  Da seguire !! Un analisi lucida e assolutamente razionale sui fatti scomodi alla chiesa che come sempre i media non hanno il coraggio di divulgare .

thumb Fabio Gabardi
1/03/2018

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