Contattaci

Fisica

Tlick, l’unità di tempo appena inventata da Facebook

Pubblicato

il

Si chiama flick, parola coniata mettendo insieme frame (nel senso di fotogramma) e tick (ticchettio). Ed è una nuova unità di misura per il tempo appena inventata dagli scienziati di Facebook (in particolare dal team che si occupa dello sviluppo dei visori Oculus), balzata agli onori della cronaca perché equivalente “al tempo medio trascorso dagli utenti a visualizzare un singolo post”, ovvero riconducibile in qualche modo all’unità di tempo che misura l’attenzione degli utenti stessi. Spiacenti di spoetizzare la questione, ma la vera motivazione che ha spinto i tecnici di Menlo Park a introdurre il flick è di natura molto più tecnica: la nuova unità di misura, infatti, definita come la settecentocinquemilionesimaseicentomillesima parte di un secondo (1/705.600.000 secondi, o 1,4172×10-9 secondi, se preferite), è un escamotage che renderà molto più semplice ed efficiente lo sviluppo di nuovi prodotti audio e video, snellendo i processi di produzione e codifica ed evitando possibili errori di programmazione.

Le unità di misura
Come misuriamo il tempo? Nel Sistema metrico internazionale (il più diffuso sistema di unità di misura, adottato dalla maggior parte dei paesi del mondo) ha come unità di misura fondamentale per il tempo il secondo, definito come “la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini […] dello stato fondamentale dell’atomo di cesio, con i suoi sottomultipli (millisecondo, picosecondo, nanosecondo etc.

Le unità di misura derivate, come il minuto, l’ora e il giorno, sebbene siano di comune utilizzo, non fanno invece parte del Sistema internazionale. Altre unità di misura, in ordine rigorosamente sparso, sono il tempo di Planck (definito come il tempo impiegato dalla luce per percorrere una lunghezza di Planck: si tratta del più piccolo intervallo di tempo concepibile), la Time Unit (pari a 1024 microsecondi), l’anno galattico(basato sul tempo di rotazione delle galassie), lo Svedberg (pari a 100 femtosecondi). E, da pochi giorni, il flick.

Dalle stelle al flick
Come dicevamo all’inizio, un flick è pari a un settecentomilionesimo di secondo circa. Perché è stato introdotto? Si tratta, come spiegano i suoi inventori su GitHub, della “più piccola unità di tempo più grande del nanosecondo, che può rappresentare esattamente con numeri interi la durata di un singolo fotogramma alle frequenze di 24, 25, 30, 38, 50, 60, 90, 100 e 120 Hertz”. È importante perché si tratta delle frequenze di campionamento più comunemente utilizzate per la riproduzione di video audio.

film, per esempio, sono riprodotti in genere a 24 fotogrammi al secondo, e un 24esimo di secondo è uguale a un numero intero di flick (29.400.000, per la precisione): lo stesso accade con le altre frequenze. L’adozione di questa unità di misura porterà quindi a una notevole semplificazione nelle operazioni legate alla codifica, alla produzione e all’esportazione di audio e video, perché la base temporale su cui lavorare sarà omogenea e, lavorando solo con numeri interi, non sarà più necessario tagliare i valori a un certo numero di cifre dopo la virgola, riducendo così il rischio di errore legato all’approssimazione.

Cosa è il tempo…
Per comprendere bene la questione è necessario però un breve excursus storico-scientifico su cosa si intende per tempo e su come lo misuriamo. Per quanto il concetto di tempo sia intuitivamente inteso da ognuno di noi, dargli una definizione precisa e univoca è tutt’altro che semplice e ha impegnato per secoli filosofi, matematici e fisici. Un punto colto molto bene, per esempio, da sant’Agostino“Io so cosa è il tempo”, scriveva nell’undicesimo libro delle sue Confessioni“Ma quando mi chiedono di definirlo non so farlo”. L’American Heritage Dictionary of English Language definisce il tempo, un po’ tautologicamente, come “il continuum nonspaziale in cui gli eventi avvengono in successione apparentemente irreversibile dal passato al presente al futuro”, facendo esplicito riferimento dunque ai concetti di passatopresente e futuro, che però incorporano in sé il concetto di tempo. I fisici sono arrivati a un compromesso, enunciando una cosiddetta definizione operativa del tempo, intesa come grandezza identificata dalla sua misura. Più concretamente, dal punto di vista fisico il tempo è una quantità fondamentale (al pari, per esempio, di lunghezzamassacarica elettrica) ed è definito da quello che si legge sugli strumenti che si usano per misurarlo – gli orologi. È proprio in virtù di questa definizione operativa che i metodi di misurazione e le unità di misura del tempo sono sempre stati un aspetto dirimente e fondamentale della questione.

…e come lo si misura
La storia della misura del tempo inizia già 30mila anni fa, quando le prime comunità umane notano per la prima volta delle regolarità negli eventi naturali. Anzitutto quelli astronomici, come il movimento di Sole stelle nel cielo e le fasi lunari; poi quelli legati al clima e alla lunghezza del giorno e della notte – venti e piogge, esondazioni dei fiumi, fioritura degli alberi, migrazioni animali. Da queste prime osservazioni emerge, quasi naturalmente, l’idea di una suddivisione dell’anno in quattro stagioni: in questo senso, la stagionalità può essere considerata la prima e più basilare suddivisione del tempo in unità di misura. Altri marker temporali utilizzati in epoche passate sono stati, per esempio, la prima apparizione in cielo della stella Sirio – che in Egitto coincideva con l’esondazione del Nilo –, la posizione all’orizzonte del Sole all’alba, la lunghezza dell’ombra di uno gnomone.

Successivamente, con l’aumentare della complessità delle società umane, la misurazione del tempo diventa una necessità sempre più sentita, specie per esigenze agricole, commerciali e militari: si iniziano così a mettere a punto delle tavole astronomiche e a costruire i primi rudimentali strumenti di misura, come clessidre a sabbiameridiane orologi ad acqua. I punti di svolta arrivano con i lavori di Galileo Galilei, che per primo osserva le oscillazioni costanti del pendolo e le usa per misurare lo scorrere del tempo, di Christiaan Huygens, che perfeziona il pendolo stesso, e di Isaac Newton, che prosegue lo studio quantitativo del tempo e delle leggi che lo legano, per esempio, alla forza e all’accelerazione dei corpi.

In epoca più recente, il contributo più significativo è stato quello di Albert Einstein, che con la sua teoria della relatività (prima ristretta e poi generale) ha completamente ridefinito il concetto di tempo, declassandolo a grandezza relativa e postulando per la prima volta l’idea dell’esistenza di uno spazio-tempo a quattro dimensioni che costituisce il tessuto del nostro Universo. La discussione sulla natura del tempo e su come misurarlo, naturalmente, non si è mai esaurita, e continua a tenere banco tra la comunità dei fisici teorici: “Il funzionamento del tempo”, ha raccontatorecentemente a Wired.com Sean Carroll, fisico del Caltech che da tempo studia l’evoluzione dell’Universo, “è una questione complessa e dalle molteplici sfaccettature. La maggior parte delle quali sono riconducibili alla teoria di Einstein e a come misuriamo il tempo nel nostro sistema di riferimento. L’aspetto più interessante, a mio avviso, riguarda la freccia del tempo, cioè, in altri termini, il fatto che il passato sia diverso dal futuro. Ci sono processi apparentemente irreversibili, che indicano che la freccia del tempo scorre solo in una direzione. Sappiamo che questo fenomeno è legato alla seconda legge della termodinamica: l’entropia – cioè la misura del disordine di un sistema fisico – non può che crescere. Ma perché è così? E perché lo stato iniziale del nostro Universo, prima del Big Bang, era uno stato estremamente ordinato, con entropia minima?”. Come a dire: per comprendere esattamente il senso del tempo e della sua misurazione, è indispensabile risalire ai principi primi, e capire cosa è accaduto negli istanti di vita iniziali dell’Universo.

 
  

Licenza Creative Commons

 

 

Crediti :

Wired

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

In Cina sono nati topi da due madri (e sono in salute)

Utilizzando cellule staminali e l’editing genico, un team di ricercatori dell’accademia delle scienze cinese è riuscito a far nascere una cucciolata di topi in buona salute da due madri

Pubblicato

il

Nuove nascite nei laboratori dell’Accademia delle scienze cinese. Una cucciolata di topi del tutto in salute. Ma la cosa sorprendente è che questi animali sono nati da genitori dello stesso sesso, e più precisamente da due madri. A raccontarlo sulle pagine di Cell Stem Cell sono stati proprio i ricercatori dell’Accademia delle scienze, in Cina, che servendosi delle cellule staminali e dell’editing genetico sono riusciti a dare alla luce topi sani da due madri. Sono nati, precisano i ricercatori, anche topi di due padri, ma sono riusciti a sopravvivere per soli due giorni.

Mentre alcuni rettili, anfibi e pesci possono riprodursi per partenogenesi, ovvero quella tipologia di riproduzione asessuata che non richiede alcun intervento da parte del maschio, è difficile per i mammiferi fare lo stesso anche con l’aiuto delle tecnologie più innovative: infatti, nei mammiferi, poiché alcuni geni materni e paterni vengono spenti durante lo sviluppo della linea germinale a seguito di un meccanismo chiamato imprinting genetico (ovvero la modulazione dell’espressione di una parte del materiale genetico), la prole che non riceve materiale genetico da una madre e un padre potrebbe subire anomalie dello sviluppo o non essere vitali.

“Eravamo interessati a capire il perché i mammiferi possono riprodursi solo sessualmente. Così abbiamo cercato di scoprire se i topi nati da due genitori di sesso femminile, o maschile, sarebbero potuti essere creati utilizzando cellule staminali embrionali aploidi con delezioni genetiche”, afferma l’autore Qi Zhou.

(foto: Leyun Wang)

 

Per capirlo, Zhou e il suo team di ricercatori hanno usato cellule staminali embrionali (Esc) aploidi, ovvero cellule che contengono metà del numero normale di cromosomi e il dna di un solo genitore. Successivamente, i ricercatori, servendosi di complesse tecniche di editing genetico, sono riusciti a iniettare queste cellule staminali contenenti il dna di un genitore femminile negli ovuli di un altro topo femmina. Al termine della sperimentazione, i ricercatori hanno osservato che da 210 embrioni sono riusciti a far nascere 29 topi sani (e che sono vissuti fino all’età adulta). “In questo studio abbiamo scoperto che le Esc aploidi erano più simili alle cellule germinali primordiali, i precursori di uova e spermatozoi, mentre l’imprinting genetico che si verifica nei gameti è stato cancellato”, spiegano i ricercatori.

Successivamente, i ricercatori sono riusciti a far nascere anche 12 topi da due padri con una procedura molto simile ma ancor più complessa. In questo caso, tuttavia, dopo aver modificato geneticamente le Esc aploidi di un topo maschio e averle iniettate insieme allo sperma dell’altro padre in una cellula uovo privata del suo materiale genetico, i cuccioli sono riusciti a sopravvivere solamente 48 ore dopo la nascita. Ora, il prossimo passo dei ricercatori sarà quello di migliorare quest’ultimo procedimento in modo tale che i cuccioli di topo nati da due padri possano riuscire a vivere fino all’età adulta. “Abbiamo anche rivelato alcune delle regioni genomiche più importanti che ostacolano lo sviluppo dei topi con genitori dello stesso sesso, informazioni che sono preziose e interessanti anche per lo studio dell’imprinting genomico e della clonazione animale, concludono i ricercatori.

In passato, precisiamo, che altri tentativi erano stati fatti per facilitare la riproduzione dello stesso sesso nei topi. Alcuni scienziati si erano concentrati sulla creazione di spermatozoi con il dna femminile e viceversa, di ovuli con il dna di un padre, mentre altri avevano utilizzato cellule staminali e l’editing genetico. Per fare qualche esempio, in uno studio del 2004 i ricercatori erano riusciti a creare i primi topi da due madri, dimostrando l’importanza dell’imprinting genetico nell’impedire la partenogenesi. Nel 2010, invece, un altro studio era riuscito a produrre topi da due padri utilizzando cellule staminali derivate dalla pelle (ma arrivare a un topo con solo dna maschile attraverso questa tecnica aveva richiesto più generazioni). Finora, tuttavia, tutti i topi nati in questi studi avevano ancora molti difetti di sviluppo. Risultati simili a questo ultimo studio, invece, erano stati raggiunti dagli stessi ricercatori dell’Accademia delle scienze cinese nel 2011, utilizzando un metodo che si basava su un intermediario femminile, tra i due padri.

 
  

Licenza Creative Commons

 

 

Crediti :

Wired

Continua a leggere

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

Pubblicato

il

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.
Continua a leggere

Fisica

Vega C si prepara al lancio. Un video ci porta dietro le quinte della missione

Pubblicato

il

Partirà da Kourou, in Guyana francese, nella seconda metà del 2019, spinto da un motore straordinario che gli conferirà una potenza senza concorrenti tra i vettori spaziali della sua categoria. Vega-C, così si chiama, è l’ultimo arrivato tra i sistemi di lancio europei, e rappresenta un motivo di orgoglio anche per la scienza e tecnologia italiane: il cuore del suo sistema è stato infatti elaborato da un’azienda italiana con sede a Colleferro.

In questo video l’Agenzia spaziale europea ci porta dietro le quinte della missione.

 

 
  

Licenza Creative Commons

 

 

Crediti :

Wired

Continua a leggere

Newsletter

NASA TV

SPACE X

Facebook

I più letti