La vendetta del Modello Standard

FUTURO – È una di quelle notizie che possono elevarti al settimo cielo, o precipitarti nella disperazione più nera… se sei un fisico teorico. O passare inosservata altrimenti. È arrivata la conferma: la particella osservata l’estate scorsa al Large Hadron Collider di Ginevra è proprio il bosone di Higgs. Nella sua varietà più ordinaria, cioè quella predetta oltre mezzo secolo fa da Peter Higgs e che tiene in piedi l’intera architettura del Modello Standard delle particelle elementari.

Nessuna magia esotica, nessuna anomalia nascosta: la conferma arriva dalla conferenza di Moriond, in Svizzera, dove le ultime analisi dei due mega-esperimenti ATLAS e CMS hanno fatto rientrare le piccole anomalie riscontrate nei dati preliminari della scorsa estate. Si tratta proprio della versione del bosone di Higgs più semplice. Un trionfo per quella generazione di fisici teorici che negli anni Sessanta e Settanta costruirono la teoria più accurata e spettacolare mai inventata dal genere umano, confermata ancora una volta in maniera spettacolare. Un monumento alla potenza del metodo scientifico

Meno di zero?

CRONACA - Ricercatori dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera hanno recentemente pubblicato un articolo su Science, in cui descrivono la creazione di un materiale ultrafreddo, la cui temperatura assoluta, udite udite, sarebbe negativa! Ma cosa significa avere una temperatura negativa? Immaginate di trovarvi nello spazio siderale: buio assoluto, lontani milioni di anni luce dalla galassia più vicina, vi siete persi dopo un passaggio nell’iperspazio sulla Millennium Falcon. Nello spazio siderale, fa freddissimo: circa -270° Celsius, troppo freddo persino per lo Yeti. Alcuni potrebbero pensare che lo spazio siderale è il posto più freddo nell’universo. Ma contrariamente a quello che si crede, c’è un posto ancora più gelido, e non molto distante da casa nostra: il Large Hadron Collider al CERN. Per raffreddare i magneti superconduttori, necessari a mantenere i velocissimi protoni sulla loro traiettoria circolare, i fisici usano dell’elio superfluido, un grado e qualcosa più freddo dello spazio siderale: -271,25° Celsius.

Con enormi sforzi, si può fare un po’ meglio di così, ma non molto: la fisica predice l’esistenza di una temperatura minima, sotto la quale non si può raffreddare niente, nemmeno in linea di principio: si chiama infatti lo zero assoluto, o zero della scala Kelvin: -273,15° Celsius. Si possono avere temperature sottozero in gradi Celsius, come in Gennaio, mentre è del tutto impossibile sfondare la barriera dello zero Kelvin

La fisica incontra la biologia, ovvero dal lavoro sporco al calcolo matematico

CULTURA- Cosa succede quando un fisico sconfina nei territori tormentati della biologia? La sfida è scoprire le leggi alla base dei sistemi viventi: dai batteri unicellulari, dalle uova transgeniche di moscerino, agli stormi di uccelli migratori; fino agli esperimenti avveniristici, in cui un’equipe di Princeton, coordinata dal William Bialek, dell’Istituto di genomica integrativa Lewis-Sigler all’Università di Princeton, negli Stati Uniti, ha creato una colonia di neuroni, adagiata su un nanochip che ne registra ogni palpito. Un’ibrido uomo/macchina.

Bill Bialek, siamo alla vigilia di una nuova era nella biologia? I suoi successi nell’applicare principi fisici a problemi biologici complessi sembra puntare in questa direzione…

Proprio come Red e Toby, fisica e biologia condividono una lunga storia di amore/odio. L’obiezione che i fisici fanno subito quando si parla di biologia è che la vita, quest’amalgama di carne, ossa e sostanze chimiche, è molto imprecisa, di per sé. Ci è  chiaro che processi biologici i più diversi, dalla regolazione dei geni al comportamento dei batteri, per funzionare correttamente richiedono una precisione di almeno il 10%. Dunque non sono per nulla imprecisi: se la concentrazione di una molecole è sbagliata in una parte su dieci, il processo si blocca. Ma c’è un altro aspetto, più innovativo. Possiamo capire molti aspetti della biologia in modo quantitativo usando approcci fisici a partire da principi primi. Meccanica statistica, massimizzazione dell’entropia, teoria dell’informazione congiurano per trasformare quello che sembrava lavoro sporco in un preciso problema matematico: e fare delle predizioni verificabili quantitativamente. Il nostro punto di vista si è capovolto. Quelli che una volta sembravano bizzarri accidenti dei sistemi viventi imperfetti, sono diventati i meccanismi specifici grazie ai quali quei sistemi viventi operano ai limiti teorici delle loro capacità

Neutrini superluminali, materia oscura e neutroni specchio

Una chiacchierata fra fisici. Uno, l’intervistatore e nostro collaboratore Luca Mazzuccato, giovane fisico di belle speranze (research assistant professor al Simons Center for Geometry and Physics dell’Università Stony Brook, NY) incontra l’altro, Shmuel Nussinov, decano della Scuola di Fisica e Astronomia all’Università di Tel Aviv (ha appena compiuto settant’anni), che gli confessa i suoi forti dubbi sul fatto che i neutrini possano viaggiare più veloci della luce. E non solo… (FS)

CULTURA – Riserva sempre sorprese chiacchierare con Shmuel Nussinov. Nussinov spende molti mesi ogni anno in visita presso istituti di ricerca americani: l’Institute for Advanced Study a Princeton, Upenn, l’Università del Maryland e ora la Chapman University. I suoi consueti seminari al C. N. Yang Institute per la Fisica Teorica, a Stony Brook, sono un must e sarete certi di rimanere a bocca aperta. In occasione del suo recente settantesimo compleanno, Nussinov ha deciso di farsi un regalo unico nel suo genere: pubblicare undici articoli di fisica teorica nella stessa settimana, sui più svariati argomenti. Dalla materia oscura, alla fisica dei neutrini, alla teoria dei grafi e quant’altro

Brian Greene sullo stato della Teoria delle Stringhe

FUTURO – Brian Greene è “il miglior divulgatore al mondo di concetti astrusi,” secondo il Washington Post. È il co-direttore del Centro per le Stringhe, la Cosmologia e la Fisica Astroparticellare della Columbia University. Reso celebre dal suo best-seller L’universo elegante, Greene nel suo ultimo libro La realtà nascosta accompagna il lettore in un viaggio attraverso gli universi paralleli del “landscape” della teoria delle stringhe. Nessuno meglio di Greene può fare un bilancio complessivo dello stato attuale della ricerca in questo campo, a volte controverso.

La teoria delle stringhe è stata inventata quarant’anni fa, nel tentativo di descrivere le interazioni nucleari forti. Anche se quel primo tentativo fu un insuccesso, negli ultimi anni abbiamo scoperto che può funzionare, ma in un modo completamente diverso. Che cosa è cambiato nel frattempo

La gravità olografica

FUTURO – La gravità è la più misteriosa delle forze della natura. Da un secolo i fisici teorici ne sono ossessionati, a partire da Einstein, che per primo ne capì la relazione con la geometria. Intere generazioni di scienziati hanno speso la loro vita cercando di riconciliare i due cardini della fisica del secolo scorso: gravità e meccanica quantistica. Negli ultimi anni, grazie alle intuizioni di Leonard Susskind e del premio Nobel Gerard ‘t Hooft, sembra finalmente di avere imboccato la strada giusta, ma per percorrerla bisogna abbandonare la nostra intuizione e abbracciare una nuova visione dell’universo. Si tratta del concetto di olografia. Il primo esempio concreto di sistema olografico, basato sulla teoria delle stringhe, è stato costruito nel 1997 da Juan Maldacena. Ma alcuni ricercatori hanno recentemente scoperto che l’olografia sembra molto più generale della teoria delle stringhe e, forse, siamo finalmente vicini a crackare il codice segreto della gravità. Tenendo le dita incrociate, OS ha intervistato Rajesh Gopakumar, un fisico indiano tra i pionieri di queste nuove scoperte…

Che cos’è l’olografia?

Si tratta di un concetto radicalmente nuovo nel nostro sforzo di descrivere la realtà fisica in termini matematici. Tradizionalmente, la descrizione dei fenomeni fisici ha spesso portato all’introduzione di nuove entità che a volte non sono visibili a occhio nudo: penso all’atomo, ai campi elettromagnetici, ai quark, e così via

Intervista a Chen-Ning Yang (per gli amici, Frank)

NOTIZIE – New York. C’è una parola nella fisica moderna che compare dappertutto. Equazioni, teorie le più disparate, bizzarri fenomeni naturali, Premi Nobel: sono tutti degli Yang-qualcosa, tanto da far pensare a un massiccio caso di omonimia. L’impressionante mole di scoperte risale tutta ad una persona sola: Chen-Ning Yang, per gli amici Frank, senza dubbio lo scienziato che ha contribuito a plasmare la nostra attuale visione dei fenomeni naturali più di ogni altro. Al C. N. Yang Institute for Theoretical Physics di Stony Brook, Frank è di casa. E non solo perché il centro di ricerca porta il suo nome.

La maggior parte delle incredibili scoperte della sua carriera scientifica hanno avuto luogo proprio attorno a Stony Brook, dove approdò dopo aver studiato a Chicago sotto la supervisione di Enrico Fermi, di cui Frank ricorda: “Lavorare con Fermi ha avuto un’enorme influenza su di me: ho imparato quali problemi lui considerava importanti e come affrontarli.” L’ottantanovenne fisico

La gravità quantistica è una calamita

Alle soglie di una rivoluzione nell’immaginare il nostro Universo

FUTURO – Teniamo gli occhi aperti: la nuova rivoluzione delle superstringhe è dietro l’angolo. Nell’ultimo anno i fisici teorici sono riusciti a inventare dei nuovi strumenti “olografici” per attaccare la più ostica delle bestie nere: la gravità quantistica. Per scoprire un fatto sorprendente: il regime quantistico della gravità è descritto da un magnete, scaldato fino alla temperatura critica alla quale si smagnetizza!

Di tutto questo, e altro ancora, si è discusso per la prima volta al recente workshop su Higher spin theories and holography, tenuto al Simons Center per la Geometria e la Fisica dell’Università di Stony Brook. Gli esperti mondiali, riuniti in assise per una settimana, hanno formulato un nuovo quadro coerente dai risultati sorprendenti. Vediamo di cosa si tratta

L’Ecstasy danneggia il cervello. Anzi no!

SALUTE – Correva l’anno 2002 e un gruppo di medici della prestigiosa Johns Hopkins University di Baltimora dava alle stampe su Science un articolo, in cui si annunciava la scoperta di devastanti effetti a lungo termine dell’ecstasy sul cervello di cavie da laboratorio. L’anno dopo, gli stessi ricercatori furono costretti a ritirare l’articolo, dopo aver scoperto che la boccetta di MDMA (il nome da laboratorio dell’ecstasy) era stata scambiata con una boccetta di metamfetamine. La novità è che l’ultimo studio comprensivo pubblicato sugli effetti dell’ecstasy nell’uomo ha definitivamente sfatato il mito: l’ecstasy non produce danni a lungo termine nel cervello umano.

La ricerca pubblicata sul giornale Addiction rappresenta lo studio più vasto e rigoroso finora compiuto sull’argomento. Forti di un finanziamento di un milione e ottocentomila dollari da parte del governo americano, i ricercatori dell’Università di Harvard si sono posti come obiettivo proprio quello di verificare l’attendibilità degli studi precedenti e di produrre risultati inattaccabili. “I ricercatori,” scrive John Halpern, il primo autore dell’articolo, “sanno da tempo che gli studi precedenti  sull’uso di ecstasy avevano problemi che tutti gli studi successivi hanno tentato di correggere. Quando il National Institute for Drug Abuse decise di finanziare questo progetto, scorgemmo l’opportunità di ideare un esperimento migliore e avanzare la nostra conoscenza di questa droga.”

Neuroscienze: oltre il riduzionismo

INTERVISTE – La nostra comprensione del cervello fa ogni giorno passi da gigante, raggiungendo traguardi che fino a pochi anni fa sembravano dominio esclusivo della fantascienza. I neuroscienziati stanno decodificando il linguaggio che i neuroni usano per comunicare tra loro – e permettervi di mettere insieme queste buffe linee nere che vi scorrono davanti agli occhi in una frase di senso compiuto. Mano a mano che questo linguaggio viene decifrato, i neuroscienziati lo usano per comunicare con il cervello bypassando i sensi: attaccando protesi elettroniche direttamente alla corteccia cerebrale. Dando la vista ai ciechi e facendo muovere gli arti a chi è rimasto paralizzato. Quanto manca ancora prima di creare The Matrix? OggiScienza ha chiesto un parere rassicurante ad Alberto Mazzoni, neuroscienziato dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, che si occupa di reti neurali e interfacce uomo-macchina