Nuova fibra, vita nuova!

La novità della settimana del laboratorio riguarda l'arrivo di un pezzo costruito dall'officina del Dipartimento di Fisica che ci permette di collegare una nuova fibra ottica da poco acquistata al nostro "vecchio" monocromatore. Il monocromatore è lo strumento grazie al quale possiamo ottenere luce di un singolo colore (monocromatica) partendo da una lampada ad arco avente uno spettro di luce molto largo simile a quello del sole. Passando attraverso questo utilissimo strumento la luce bianca della lampada si scompone nelle sue componenti diverse: viola, blu, azzurro, verde, giallo, arancione, rosso. Con una fessura molto stretta riusciamo a selezionare una di queste componenti per volta, accoppiarla alla fibra ottica e dirigerla dove ci serve. La nuova fibra ottica, grazie alla sua particolare forma, ci permette di raccogliere la luce più efficacemente così da ridurre le perdite e guadagnare un po' di potenza utile. I primi test hanno riportato un incremento di circa 4 volte in intensità, non male!

Che giornata!

Giovedì scorso il sindaco di Milano Giuliano Pisapia, visitando il Museo, si è fermato presso il nostro laboratorio regalandoci l'opportunità di spiegare anche a lui la particolarità della nostra attività di ricerca/comunicazione. Lo ringraziamo per la curiosità manifestata e per la gentilezza nell'ascolto.
Buon lavoro sindaco, a lei e a tutto il suo staff, Milano ha bisogno di voi!

La roulette dell'LHC

Allora, vi è venuta qualche idea su come si possa dimostrare l'esistenza del bosone di Higgs a partire dal risultato di esperimenti come quello mostratovi nel nostro post precedente? (Ricordiamo che si tratta dell'analisi di una collisione di due protoni accelerati ad altissima energia nel Large Hadron Collider del CERN.)

La soluzione dell'enigma che vi avevamo sottoposto è la seguente. E' vero che i muoni, oltre a poter essere figli (sarebbe più esatto dire nipoti, ma non stiamo a sottilizzare) del bosone di Higgs, potrebbero anche derivare da altri processi già ben noti. Ma la probabilità di tali processi, proprio perché ben noti, può essere calcolata con precisione dai fisici teorici (nei quali, naturalmente, bisogna avere grandissima fiducia...). Pertanto, se esiste il bosone di Higgs, i quattro muoni (ma in altri tipi di eventi potrebbe trattarsi anche di altre particelle) dovrebbero comparire, ad una certa energia, con una frequenza un poco più alta di quella prevista in base ai soli processi già noti. L'energia alla quale questo eccesso di eventi si verifica corrisponderebbe alla massa (tuttora ignota) del fantomatico bosone, in base alla celeberrima formula di Einstein E=mc^2, che stabilisce appunto l'equivalenza tra massa ed energia.

Bene. Ma come si fa a dire se un certo eccesso di eventi c'è davvero? Qui entra in gioco la statistica. Immaginiamo, tanto per fare un esempio un po' più familiare, di voler studiare con quale frequenza un certo numero, facciamo lo 0, esce alla roulette di un casinò. Visto che i numeri della roulette sono 37 (da 0 a 36) ci dovremmo aspettare che lo 0 esca mediamente una volta ogni 37. Se però sospettiamo che, nella nostra roulette, la casella dello 0 zero non sia esattamente uguale alle altre (magari perché è stata taroccata dal gestore della casa da gioco, per incrementare le vincite del banco...) allora la probabilità che esca lo 0 potrebbe essere leggermente maggiore, facciamo di un 10 per cento (come avrete già capito, vedere uscire lo 0 corrisponde a rilevare un evento come quello con 4 muoni di cui stiamo parlando, mentre la presunta differenza tra questa particolare casella e le altre corrisponde all'effetto dovuto al presunto manifestarsi del bosone di Higgs). Come possiamo fare per confermare (oppure smentire) questo nostro sospetto?

Possiamo, tanto per cominciare, provare a lanciare 370 volte la pallina. In una roulette normale lo 0 dovrebbe uscire mediamente 10 volte. Se però i nostri sospetti sono fondati, nella nostra roulette lo 0 dovrebbe uscire mediamente il 10 per cento in più, ossia 11 volte. E' chiaro tuttavia che, se anche la nostra roulette non fosse taroccata, non è detto che su 370 lanci lo 0 esca esattamente 10 volte. Potrebbe benissimo uscire 11 volte, o anche 13, o anche 8, per effetto delle pure fluttuazioni statistiche. Pertanto, quand'anche nel nostro esperimento lo 0 uscisse, guarda caso, proprio 11 volte su 370, non potremmo concludere un bel nulla.

Le leggi della statistica ci dicono che, per poter arrivare a dire qualche cosa di fondato, dobbiamo armarci di pazienza e aumentare di molto il numero dei lanci. Ad esempio, se volessimo poter dire qualcosa con una sicurezza del 95%, dovremmo aumentare il numero dei lanci di almeno 40 volte, arrivando a 370 x 40 = 14800. In questo caso, se dovessimo veder uscire lo 0 più di 440 volte su 14800, ossia il 10 % di volte in più rispetto al numero atteso 400, allora potremmo dire che molto probabilmente nella nostra roulette c'è effettivamente qualcosa di anomalo, benché ciò non sia ancora del tutto sicuro.

Questa è più o meno la situazione attuale degli esperimenti in corso sull'LHC: c'è l'indizio che i dati fin qui raccolti mostrino effettivamente qualcosa di nuovo, ma per il momento possiamo dirlo solo con una certezza del 95% o poco più. Troppo poco per annunciare una scoperta scientifica (e reclamare il premio Nobel!). La buona prassi scientifica richiede che il margine di errore sia ridotto ancora di molto, fino ad essere inferiore a una parte su un milione. Nel caso della nostra roulette, ciò significherebbe arrivare a fare circa 100 mila lanci! E, nel caso dell'LHC, ciò significa continuare l'anno prossimo a far funzionare la macchina a pieno regime ancora per molti mesi, producendo e analizzando ogni giorno (grazie ai computer, si intende) miliardi e miliardi di collisioni fra protoni. Sempre ovviamente col rischio che, coll'accumularsi dei dati, i primi incoraggianti segnali, anziché essere confermati, svaniscano come neve al sole.

Qualche dubbioso dirà ancora: ma anche ammesso che i segnali fin qui raccolti vengano confermati, cosa ci assicura che corrispondano proprio al bosone di Higgs, e non a qualcos'altro? Beh, la nostra fiducia nella teoria del professor Peter Higgs, ovviamente!

Adesso è tutto chiaro, vero? Eh sì, la fisica delle particelle elementari a volte sembra proprio un gran... casinò!

Higgs: chi l'ha visto?

Riprodotto da: http://public.web.cern.ch/public/

Il 2011 si sta concludendo con notizie abbastanza eclatanti che provengono dal mondo della fisica, e siccome anche noi siamo dei fisici, la cosa non può che rallegrarci. Dieci giorni fa, in un'affollatissima conferenza svoltasi al CERN di Ginevra, sono stati infatti presentati dei risultati preliminari che indicherebbero (il condizionale è d'obbligo) l'esistenza di una serie di ``impronte'' lasciate dal bosone di Higgs nei mega-rivelatori dei due principali esperimenti realizzati  sull'acceleratore di particelle LHC, un gigantesco anello sotterraneo lungo circa 27 km. Nonostante la mole dell'apparato sperimentale utilizzato, ricordiamo che queste ricerche hanno a che fare con particelle estremamente piccole, talmente piccole che le nanoparticelle, di cui noi qui nel nostro laboratorio al Museo della Scienza ci occupiamo, appaiono al loro cospetto come dei veri e propri giganti. Se infatti l'unità di misura a cui noi facciamo riferimento è il nanometro, che corrisponde a un miliardesimo di metro, per misurare il raggio dei protoni, ossia delle particelle che vengono accelerate e fatte collidere nell'LHC,  occorre fare uso del femtometro (detto anche più semplicemente Fermi, dal nome del grande fisico italiano del secolo scorso), che è ben un milione di volte più piccolo di un nanometro!

Alla guida di tutti i principali esperimenti in corso al CERN, che coinvolgono migliaia di fisici provenienti da tutto il mondo, vi sono dei fisici italiani. Di questo possiamo andare fieri, dato che la selezione di queste persone avviene in base alle capacità, e non certo al passaporto. Questi fisici sono stati protagonisti martedi scorso di un'altra affollatissima conferenza, intitolata ``Lo strano mondo di LHC'', che questa volta si è tenuta proprio nell'auditorium del Museo della Scienza di Milano.

Sull'importanza che avrebbe una definitiva conferma dell'esistenza del bosone di Higgs, finora ipotizzata sulla base di speculazioni puramente teoriche, rimandiamo il lettore interessato ad altri commenti, ben più autorevoli del nostro, che si possono facilmente reperire in rete. A chi invece, più semplicemente, volesse chiederci se questa particella è stata davvero scoperta oppure no, una risposta possiamo comunque provare a darla. Innanzitutto, occorre precisare che il bosone di Higgs ``in persona'' non sarà in ogni caso possibile guardarlo in volto. La sua vita media è infatti talmente breve che, appena nato, subito si disintegra generando altre particelle assai più comuni di lui, come ad esempio i quattro muoni corrispondenti alle tracce rosse presenti nell'immagine (tutte le altre centinaia di tracce bianche e gialle ignoratele pure, sono altri sottoprodotti della collisione di due protoni, che non interessano alla ricerca in questione).  Proprio rivelando e analizzando queste particelle,  possiamo però sperare di risalire al papà da cui esse sono nate. Il problema è che, ogni qual volta queste particelle vengono osservate, è impossibile  stabilire se sono effettivamente figlie di un bosone di Higgs, oppure se sono state prodotte a seguito di altri processi già noti, che col bosone di Higgs non c'entrano nulla. Che si può fare allora per tirare qualche conclusione da questi complicatissimi (e costosissimi) esperimenti?

Speriamo che la serenità del vostro Natale non verrà guastata, se dovrete trascorrerlo con l'assillo di questa inquietante domanda nella vostra mente. La risposta vi sarà svelata alla prossima puntata...

Cari lettori, un po' di scienza!

Oggi vi parliamo delle misure che ci hanno visti impegnati in queste ultime settimane. Come vi abbiamo già raccontato alcuni dei nostri studi riguardano il Biossido di Titanio (TiO2) strutturato a grani di dimensione nanometrica e depositato in film sottili (circa 200 nm di spessore).

Le applicazioni che ci interessano in questo caso sono quelle di conversione luce-energia dove il vantaggio di questi nano-materiali sta nella maggiore superficie esposta alla luce.

E' facile intuire che poichè si parla di ENERGIA ELETTRICA la capacità di questi film di trasportare la corrente elettrica è fondamentale. La struttura però altamente porosa non aiuta il trasporto elettrico, quindi il suo studio al variare della grandezza dei grani (per meglio dire porosità del film) è di grande interesse (quantomeno per noi ricercatori!!). Bene, questo è esattamente ciò che stiamo facendo e abbiamo scoperto che la presenza di contaminanti organici (in parole più semplici atomi di carbonio con qualche altro elemento attaccato) nei nostri film complica le cose. Siamo quindi alla ricerca di un trattamento per rimuovere i contaminanti senza modificare la struttura del film e le misure che vi mostriamo fanno vedere l'effetto del trattamento con luce UV e del riscaldamento. Le misure riportano lo spettro di assorbimento della luce infrarossa da parte del film e sono da noi utilizzate per monitorare la presenza di contaminanti organici.

Tutto chiaro? Se avete domande o curiosità a riguardo ci trovate al Museo nei prossimi giorni di ponte. Per i dettagli delle nostre attività vi rimandiamo come sempre al sito del Museo.

Tutti invitati al convegno

Vi segnaliamo un importante convegno sul tema Nanotecnologie e Salute organizzato da Università di Milano e Museo in programma per Giovedì 6 ottobre. Il programma è ricco e vede tra gli speaker il nostro professore Paolo Milani in rappresentanza del mondo della ricerca, Gianluigi Forloni presidente comitato scientifico di Legambiente per industria e società , Giovanni Caprara, Andrea Cerroni  e Maria Xanthoudaki per la parte di comunicazione. Al termine del convegno sarà possibile dialogare con noi ricercatori e visitare l'area e il laboratorio. La partecipazione è libera e gratuita. Vi aspettiamo!
Scarica il programma

Grande entusiasmo per le nanotecnologie (e per i neutrini)

Cari amici,
un grosso grazie innanzitutto a tutti i numerosissimi visitatori che sabato scorso si sono soffermati presso il nostro laboratorio nanotecnologico durante la serata a porte aperte del museo della scienza. Il loro entusiasmo e la loro vivace curosità ci stimolano a proseguire col massimo impegno (almeno fin tanto che ci sarà concesso...) la nostra opera non solo di ricercatori, ma anche di comunicatori scientifici, che stiamo svolgendo presso il museo.

Per restare in tema di comunicazione scientifica, la scorsa settimana tutti i mezzi d'informazione di massa hanno giustamente dato risalto alla sorprendente notizia di un superamento della velocità della luce, che sarebbe stato rilevato da un esperimento sui neutrini in corso tra il CERN di Ginevra e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Naturalmente, prima di trarre delle conclusioni, e magari di rimettere in discussione la teoria della relatività ristretta di Einstein e Poincaré (la cui importanza per la nostra comprensione del mondo fisico non ne risulterà in ogni caso minimamete scalfita, quand'anche dovesse risultare necessario apportarvi delle correzioni) occorrerà verificare la correttezza di questo risultato sperimentale, che è basato su misure estremamente sofisticate, e che ha rilevato una velocità apparentemente superiore a quella della luce di solo 20 parti su un milione.

Sul piano della divulgazione mediatica dell'evento, noi vorremmo però sottolineare il notevolissimo contributo che è stato fornito dal Ministro dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca del nostro governo. Con un comunicato divenuto ormai celebre, e che sicuramente è stato appositamente formulato ad arte, il Ministro ha infatti attirato l'attenzione su una delle proprietà più strabilianti dei neutrini, che sicuramente era sfuggita a una larghissima frazione del pubblico delle televisioni, dei giornali e di internet. Senza bisogno di alcun tunnel, queste particelle sono infatti capaci di transitare in meno di tre millesimi di secondo dal CERN al Gran Sasso muovendosi perfettamente in linea retta per circa 730 km. Tenendo conto della rotondità della Terra, ciò significa che essi attraversano imperturbati un pezzo di crosta terrestre, raggiungendo profondità in certi punti superiori a 11 km rispetto alla superficie terrestre. Ciò è dovuto al fatto che queste particelle interagiscono in modo estremamente debole con la materia. Pensate che la stragrande maggioranza dei neutrini provenienti dal Sole attraversano la Terra da parte a parte come se niente fosse! Potete quindi immaginare come deve essere difficile realizzare dei rivelatori che siano in grado di registrare l'arrivo di queste sfuggenti particelle. Eppure i fisici, come ad esempio quelli dei laboratori del Gran Sasso, ma anche parecchi altri prima di loro, ci sono riusciti.

Se poi, alle fantomatiche proprietà di queste particelle, bisognerà aggiungere anche quella di viaggiare più velocemente della luce, saranno i risultati degli esperimenti dei prossimi anni a confermarlo oppure a smentirlo. Il metodo scientifico richiede infatti che nessuna teoria debba essere considerata intoccabile, ma anche che qualunque nuovo risultato debba essere sottoposto a una severissima verifica prima di essere riconosciuto come vero.