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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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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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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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Un nuovo modo per modificare il dna: usare la proteina CasX

Una nuova proteina, chiamata CasX, potrebbe essere una nuova arma di Crispr. Questa proteina si va ag aggiungere a Cas9 e Cas12. E per certi aspetti potrebbe essere anche più efficiente, dato che è più piccola e potrebbe agire in maniera più mirata

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(foto: KtsDesign/Science Photo Library via Getty Images)

Il sistema Crispr, alla base ormai nota tecnica di editing (modifica) del dna, trova una nuova strada per raggiungere i suoi obiettivi. Oggi, infatti, in aiuto della tecnica Crispr è stata identificato un nuovo enzima, cioè una proteina chiamata CasX, che taglia in maniera specifica il dna permettendo la modifica. Questa proteina potrebbe funzionare proprio come la nota Cas9. Inoltre, essendo di dimensioni inferiori rispetto a Cas9, CasX potrebbe fornire un vantaggio quando si deve applicare a piccole parti di dna. A trovarla è un gruppo di ricerca guidato dall’Università della California a Berkeley, che ha pubblicato i risultati dello studio su Nature.

Il sistema Crispr di fatto si basa sull’uso di proteina, come Cas9 (ma anche della Cas12), che deriva da frammenti di batteri con cui siamo venuti in contatto. Questa tecnica sfrutta l’azione di questi frammenti proteici diretti contro virus invasori e in grado di riconoscere e demolire il loro dna. E Crispr agisce in modo simile.

Finora, il sistema Crispr si serve principalmente di Cas9, un enzima che funziona come un paio di forbici per tagliare e inserire parti di dna. Da anni, gli scienziati conoscono questo ingranaggio e lo utilizzano per trovare e sostituire specifiche sequenze del codice genetico.

I ricercatori di Berkeley hanno scoperto questo enzima, estratto da batteri che non colonizzano l’essere umano, ma presenti nelle acque sotterranee e nei sedimenti, già due anni fa, pubblicando i risultati in un paper sempre su Nature. Ed oggi forniscono una spiegazione di come funziona questo enzima. Come le altre proteine Cas, CasX riesce a tagliare dna, a legarvisi per regolare i geni e colpire specifiche sequenze di codice, dunque presenta tutti i vantaggi di Cas9 e Cas12. Inoltre, un enzima un po’ più piccolo di Cas9 e risulta comunque diverso rispetto ai due enzimi già noti, tanto da essersi evoluto in maniera diversa nei batteri.

Oltre alle dimensioni ridotte, anche il fatto che CasX provenga da batteri non nell’essere umano potrebbe renderla più accettabile per il sistema immunitario umano. Al contrario, in precedenza è stato posto il dubbio che queste proteine batteriche possano essere combattute dal nostro organismo, mettendo a rischio l’efficacia. Alcuni medici temono che Cas9possa essere associata a una reazione immunitaria in alcuni pazienti, sottolineano gli autori dell’università della California. “La capacità della sostanza di indurre una risposta immunitaria, l’invio e la specificità dello strumento di editing del genoma sono estremamente importanti”, ha spiegato Benjamin Oakes, co-primo autore dello studio, coordinato da Jennifer Doudna. “Siamo entusiasmati da CasX riguardo a tutti questi aspetti”.

I primi autori dello studio, Jun-Jie Liu e Natalia Orlova, hanno utilizzato la microscopia crio-elettronica, che ha vinto il Nobel per la chimica nel 2017, una tecnica di imaging che consente di congelare biomolecole, come proteine, per osservare il loro comportamento a livello atomico. In questo modo hanno catturato immagini istantanee di CasX nei movimenti legati alla modifica del gene. Ed è proprio da quest’analisi che gli autori hanno osservato che le modalità in cui CasX agisce sono diverse rispetto a quelle messe in atto da Cas9 e Cas12, anche se l’obiettivo è lo stesso. In qualche modo la dimensione minore di CasX rende la sua attività differente. Per questa ragione CasX farebbe parte di “una famiglia di enzimi separataa livello funzionale”, come si legge nel paper, sia da Cas09 che da Cas12.

Le sue dimensioni minime, spiegano gli autori, rappresentano una prova del fatto che la natura (ovvero i batteri) usa una ricetta base per mettere in atto queste modifiche del genoma. “Comprendere questa ricetta ci aiuterà ad andare avanti in maniera più ragionata e a costruire strumenti di editing del genoma per i nostri obiettivi piuttosto che per quelli della natura”, sottolinea Oakes. E ora i ricercatori intendono approfondire il funzionamento di CasX. Senza escludere la possibilità, conclude Doudna, di trovare forbici molecolari ancora più potenti. Già perché questi elementi – queste proteine – non sono per forza in competizione fra loro, ma sono tutti strumenti che potrebbero servire per realizzare l’editing del genoma.





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La scienza da aspettare nei prossimi dodici mesi

Gli ultimi anni sono stati densi di avvenimenti scientifici importanti, che hanno segnato la via per ulteriori sviluppi nel prossimo futuro. Dall’astronomia alla fisica delle particelle, dall’editing genetico al riscaldamento climatico, ecco i settori della ricerca scientifica da tenere d’occhio nel 2019 secondo “Nature”

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Progetti polari
A gennaio, ricercatori statunitensi e britannici scenderanno in Antartide per iniziare la loro più grande missione congiunta nel continente da oltre 70 anni. Lo scopo del progetto quinquennale è capire se il ghiacciaio Thwaites, remoto e apparentemente instabile, inizierà a collassare nei prossimi decenni. Il progetto prevede lo studio delle condizioni oceaniche vicino al ghiacciaio, che ha le dimensioni della Florida, circa metà dell’Italia, usando veicoli sottomarini a navigazione autonoma e foche equipaggiate con sensori.

Un iceberg staccatosi dalla Penisola Antartica (Credit: agefotostock/AGF)

Più oltre nell’anno, scienziati europei progettano di iniziare la perforazione di Little Dome C, nella calotta glaciale antartica, nel tentativo di recuperare una carota di ghiaccio vecchia di 1,5 milioni di anni. Se avranno successo, la carota produrrà la più antica registrazione del clima e delle condizioni atmosferiche primordiali.

Una montagna di denaro
Verso la fine del 2019, quando tutti i paesi avranno pubblicato i dati di spesa del 2018, la Cina potrebbe classificarsi come il più grande investitore del mondo in ricerca e sviluppo, tenendo conto del potere d’acquisto della sua valuta. A partire dal 2003, in Cina le spese per la scienza hanno subito un’accelerazione, anche se il paese è ancora dietro gli Stati Uniti nei parametri di qualità della ricerca. In Europa, i funzionari cercheranno un accordo su come distribuire il fondo proposto di 100 miliardi di euro con il prossimo programma di finanziamento della ricerca dell’Unione europea, Horizon Europe, che partirà nel 2021. Non è chiaro in che misura potranno partecipare i ricercatori britannici, poiché l’incertezza sulla Brexit continua ad affliggere il paese.

Origini umane

Altri fossili che illuminano le origini di antiche specie di ominidi potrebbero emergere dalle isole dell’Asia sudorientale – una regione di grande interesse da quando, nel 2003, gli archeologi hanno scoperto una specie di hobbit simile all’uomo sull’isola indonesiana di Flores. Gli scavi in corso potrebbero rivelare di più sui primi abitanti umani dell’isola filippina di Luzon, compreso se il loro isolamento abbia portato a una piccola statura, come potrebbe essere accaduto su Flores.

Ricostruzione del cranio dell’uomo di Flores, scoperto nella cava di Liang Bua, in Indonesia (Science Photo Library/AGF)

Futuro incerto per il collisore
Potrebbe essere un anno decisivo per i piani di costruzione di un successore del Large Hadron Collider (LHC). Nel 2012, i fisici giapponesi hanno proposto di ospitare l’International Linear Collider (ILC), del costo di circa 7 miliardi di dollari, dopo che gli scienziati dell’LHC di Ginevra, in Svizzera, hanno annunciato la scoperta del bosone di Higgs. ILC studierà in dettaglio l’Higgs. Ma un rapporto del 2018 commissionato dal governo giapponese ha dato parere negativo sulla sostenibilità del progetto a causa dei costi. Il Giappone è l’unico paese che ha mostrato interesse a ospitare l’ILC e il governo dovrebbe rilasciare una dichiarazione in merito alle sue intenzioni entro il 7 marzo.

La ricaduta dell’editing genetico
I genetisti continueranno ad occuparsi delle ripercussioni dell’annuncio fatto nel 2018 da He Jiankui di aver contribuito a produrre i primi bambini geneticamente editati al mondo. I ricercatori sperano di verificare se He, che si occupa di editing genomico presso la Southern University of Science and Technology di Shenzhen, in Cina, ha modificato i geni di due embrioni che hanno dato origine a due gemelle. In seguito a una protesta internazionale, gli scienziati cercheranno di scoprire qualsiasi potenziale effetto collaterale del processo e di creare un quadro di riferimento per garantire che eventuali futuri interventi per modificare il DNA umano ereditabile – come quello di ovociti, spermatozoi o embrioni – avvengano in modo responsabile e regolamentato.

Aspettando Plan S
Le riviste su abbonamento potrebbero rivedere i loro modelli di business per adattarsi a Plan S, il progetto di convertire le pubblicazioni scientifiche in un modello completamente open access. Gli editori hanno un anno prima che i sostenitori del progetto richiedano ai ricercatori che finanziano di depositare immediatamente gli articoli accettati per la pubblicazione in archivi ad accesso gratuito, una pratica attualmente vietata da molte riviste. La spinta verso una scienza aperta è alla base anche di un progetto del 2019 di finanziatori e organizzazioni di ricerca dei Paesi Bassi che cerca di fare a meno dell’uso di citazioni e impact factor per valutare i ricercatori.

La Bibbia della biosicurezza
L’Organizzazione mondiale della sanità prevede di terminare una revisione importante del suo Manuale sulla biosicurezza in laboratorio a metà del 2019. Le linee guida, ampiamente utilizzate, definiscono le migliori pratiche per la gestione sicura di agenti patogeni come Ebola. Questa è la prima revisione del manuale dal 2004. Le revisioni aumenteranno l’attenzione verso la creazione di valutazioni del rischio specifiche per sito e per esperimento e verso il miglioramento della gestione, delle pratiche e della formazione del personale di laboratorio. Il ripensamento mira a scoraggiare i laboratori che affrontano la biosicurezza in modo meccanico e a incoraggiare la definizione di procedure più flessibili ed efficaci.

SPL/AGF

Armeggiare con il clima
Mentre le emissioni di carbonio continuano a salire, il 2019 potrebbe vedere i primi esperimenti che mirano esplicitamente a capire come raffreddare artificialmente il pianeta usando una pratica chiamata geoingegneria solare. Gli scienziati dello Stratosferic Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx) intendono spruzzare pennacchi da 100 grammi di particelle di un materiale simile al gesso nella stratosfera per osservare come si disperdono. Tali particelle potrebbero finire per raffreddare il pianeta riflettendo parte dei raggi del Sole nello spazio. Chi considera scetticamente la geoingegneria teme però che la pratica possa avere conseguenze imprevistee distrarre dagli sforzi per ridurre le emissioni di gas serra. Il team SCoPEx, guidato dagli Stati Uniti, attende il via libera da un comitato consultivo indipendente.

Grandi speranze

Marcia pro cannabis a Toronto, in Canada (ZUMAPRESS.com / AGF)

I ricercatori canadesi dovrebbero iniziare a vedere i primi risultati di una serie di studi sulla coltivazione e sulla biologia di base della cannabis. Nell’ottobre 2018, il paese ha legalizzato la pianta per tutti gli usi. È la seconda nazione al mondo a farlo, dopo l’Uruguay, portando sulla ricerca sulla marijuana una pioggia di denaro inatteso da parte dei governi provinciali e federale. Entro la fine del 2019, i ricercatori dell’Università di Guelph sperano di lanciare il primo centro accademico del Canada dedicato alla ricerca sulla cannabis, che la studierà a 360 gradi, dalla genetica della pianta ai suoi benefici per la salute.

Segnali cosmici
Il più grande radiotelescopio del mondo – l’Aperture Spherical Radio Telescope, con un’apertura di 500 metri – dovrebbe essere pienamente operativo e disponibile per i ricercatori da settembre. Dall’inizio della fase di commissioning, nel 2016, il mega-telescopio da 1,2 miliardi di yuan (circa 150 milioni di euro) ha individuato più di 50 nuove pulsar: stelle dense, morte e che ruotano rapidamente. Presto andrà in caccia di deboli segnali prodotti da fenomeni come i lampi radio veloci e nuvole di gas cosmico. Nel frattempo, gli astronomi decideranno se procedere con la costruzione del Thirty Meter Telescope sulla montagna hawaiana Mauna Kea. Nel 2018, i progetti hanno superato l’ultima di una lunga serie di cause legali presentate dalle popolazioni locali.

Segnali cosmici
Il più grande radiotelescopio del mondo – l’Aperture Spherical Radio Telescope, con un’apertura di 500 metri – dovrebbe essere pienamente operativo e disponibile per i ricercatori da settembre. Dall’inizio della fase di commissioning, nel 2016, il mega-telescopio da 1,2 miliardi di yuan (circa 150 milioni di euro) ha individuato più di 50 nuove pulsar: stelle dense, morte e che ruotano rapidamente. Presto andrà in caccia di deboli segnali prodotti da fenomeni come i lampi radio veloci e nuvole di gas cosmico. Nel frattempo, gli astronomi decideranno se procedere con la costruzione del Thirty Meter Telescope sulla montagna hawaiana Mauna Kea. Nel 2018, i progetti hanno superato l’ultima di una lunga serie di cause legali presentate dalle popolazioni locali.

Illustrazione del futuro Thirty Meter Telescope (Cortesia TMT Observatory Corporation)





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5 star review  Difficile spiegare per me.Ho conosciuto i Bambini di Satana tramite mio figlio e ho trovato tanti argomenti interessanti,a volte scomodi,che i perbenisti non affrontano.Grazie ragazzi

thumb Susy Barini
12/30/2017

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