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Fisica

Tracce di vita nello spazio: trovati alcuni precursori del dna

Il telescopio Alma ha permesso di scoprire, intorno a una protostella simile al Sole, molecole di gliconitrile, un composto chiave nei processi che portano alla formazione del dna e dell’rna. Ed ora gli scienziati studieranno se ci sono molecole di rna e dna nello Spazio

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Nel mezzo interstellare non tutto è polvere. Un gruppo internazionale di astronomi ha scoperto, intorno a una stella nella Via Lattea, la presenza di alcune molecole prebiotiche, di glicolonitrile (HOCH2CN), che sono precursori dell’rna e del dna. Queste molecole, in pratica, giocano un ruolo importante nella formazione dell’rna e del dna. Il composto di gliconitrile è stato rintracciato intorno a una stella in formazione (nome Iras16293-2422 B). Queste tracce possono essere utili per studiare la presenza di molecole di dna e rna nello Spazio. Lo studio è pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

Secondo una teoria scientifica accreditata, chiamata “ipotesi del mondo a rna”, all’origine della vita sulla Terra, subito dopo la sua formazione, c’erano proto-forme di vita – genomi primordiali – basati solo sull’rna, prima che comparissero organismi viventi dotati del dna (le cui tracce risalgono probabilmente a circa 3,7 miliardi di anni fa).

Sia il dna che l’rna sono composti da basi azotate che a loro volta sono formate da altre molecole, che sono precursori del dna e dell’rna. Oggi, gli scienziati cercano di capire come si sono generate queste macromolecole biologiche, studiandone le tracce anche nello Spazio.

La scoperta di oggi, che riguarda la presenza di molecole di gliconitrile nello Spazio, è stata possibile attraverso le osservazioni del telescopio Alma (Atacama Large Millimeter/submillimetre Array), in Cile.

Le molecole sono state individuate in prossimità di una protostella, cioè di una stella ancora in formazione, in cui nubi di gas e polveri si stanno contraendo, un processo che è avvenuto anche quando si è formato il Sistema solare. La protostella si trova a 450 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione di Ofiuco. Questa costellazione è posizionata all’interno di una regione chiamata Rho Ophiuchi, ricca di giovani stelle nelle prime fasi della loro evoluzione.

dna

(foto: Crediti: ESO/Digitized Sky Survey 2; Davide De Martin; Inaf. Rho Ophiuchi)

“Il glicolonitrile – commenta Victor M. Rivilla dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), che ha preso parte allo studio – è una molecola molto interessante dal punto di vista astrobiologico perché è considerata un ingrediente chiave per formare alcuni mattoni fondamentali della vita, come i nucleotidi dell’rna e dna, e anche aminoacidi come la glicina, presente in molte proteine”. In tempi recenti, un gruppo di ricerca guidato da Rivilla ha scoperto, sempre col telescopio Alma, anche un altro precursore dell’rna, la cianometanimina, all’interno di una nube molecolare sempre nella nostra galassia.

Nel 2017, inoltre, nella stessa zona di formazione stellare, un gruppo di ricerca che include anche Rivilla, aveva scoperto, intorno a stelle nella fase precoce della loro formazione e sempre simili al Sole, tracce di isocianato di metile, un composto che ha la stessa formula chimica del glicolonitrile scoperto oggi, anche se ha proprietà fisiche e un comportamento diverso (è infatti un suo isomero). Anche questa molecola è un precursore dell’rna e del dna. Insomma, nello Spazio ci sono composti che sono gli stessi che hanno dato luogo alle macromolecole biologiche che contengono tutte le informazioni genetiche per lo sviluppo della vita. Un tassello in più nel puzzle dell’astrobiologia.





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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

Teletrasportare i qubit è possibile grazie all’intelligenza artificiale

Uno studio coordinato dall’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr dimostra come sia possibile trasferire un bit quantistico (qubit) tra due posizioni, facendo in modo che scompaia da quella di partenza e ricompaia in quella di arrivo senza passare nel mezzo. Il risultato reso possibile grazie all’intelligenza artificiale ‘deep learning’. Lo studio pubblicato su “Nature Communications Physics”

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©Science Photo Library

“Abbiamo deciso di mettere alla prova l’intelligenza artificiale di tipo ‘deep learning’, che ha già molto fatto parlare di sé per aver battuto il campione del mondo al gioco di Go e per applicazioni più serie come il riconoscimento del cancro al seno, applicandola al campo dei computer quantistici”, racconta Enrico Prati dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) e coordinatore dello studio pubblicato su Nature Communications Physics.

Il deep learning si basa su reti neurali artificiali disposte in diversi strati, ciascuno dei quali calcola i valori per quello successivo affinché l’informazione venga elaborata in maniera sempre più completa. “Utilizzando questo metodo nella variante detta ‘per rinforzo’”, aggiunge Prati, “abbiamo assegnato all’intelligenza artificiale il compito di scoprire da sola come controllare l’unità fondamentale di informazione quantistica, conosciuta come bit quantistico o qubit, codificata mediante un singolo elettrone per trasferirlo tra due posizioni, facendo in modo che l’elettrone scompaia da quella di partenza e ricompaia in quella di arrivo senza passare nel mezzo”.

Il fenomeno è noto e si può ottenere se la posizione di partenza e di arrivo sono la prima e l’ultima di una catena dispari di siti identici in cui l’elettrone può trovarsi. Questo è un processo prettamente quantistico e una soluzione per far avvenire il trasferimento grazie al controllo opportuno di potenziali elettrici era stata inventata da Nikolay Vitanov dell’Helsinki Institute of Physics nel 1999. Data la sua natura piuttosto distante dal ciò che il senso comune suggerirebbe, tale soluzione è chiamata appunto sequenza ‘controintuitiva’.

“Senza quella felice (contro) intuizione avremmo ancora potuto non conoscere quella soluzione. E in ogni caso fino a oggi non sapevamo come modificarla quando l’elettrone sta subendo disturbi durante il processo, facendo fallire il teletrasporto. Abbiamo lasciato che l’intelligenza artificiale trovasse una soluzione propria, senza fornirle preconcetti o esempi: l’ha trovata ed è più veloce di quella nota, ma soprattutto si adatta quando sono presenti disturbi. L’intelligenza artificiale ha capito il fenomeno e generalizzato il risultato meglio di quanto sappiamo fare noi. È come se l’intelligenza artificiale fosse in grado di scoprire da sola come teletrasportare i Qubit a prescindere dal disturbo in atto, anche nei casi in cui noi non possediamo già una soluzione”, conclude Prati. “Con questo lavoro abbiamo dimostrato che la progettazione e il controllo dei computer quantistici possono trarre vantaggio dall’uso dell’intelligenza artificiale”.

La ricerca è stata svolta in collaborazione con il giovane studente Riccardo Porotti e Dario Tamascelli dell’Università di Milano e con Marcello Restelli del Politecnico di Milano.





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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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