Dall'atterraggio della sonda Philae dell'ESA sulla cometa 67P ai neutrini lenti rilevati dall'esperimento Borexino sotto il Gran Sasso, dalla supernova prodotta in laboratorio alla compressione quantistica dei dati: il 2014 è stato un anno ricco di risultati di rilievo nel campo della fisica e la rivista "Physics World" ha selezionato i 10 più importanti(red)
È l'atterraggio della sonda Philae dell'ESA sulla cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko, avvenuto il 12 novembre scorso nell'ambito della missione Rosetta, a occupare il primo posto nella speciale classifica dei risultati più rilevanti del 2014 nel campo della fisica stilata dalla rivista “Physics World”.
L'atterraggio di Philae non è stato privo di problemi: il modulo è rimbalzato due volte prima di trovarsi in una posizione stabile, adatta alla raccolta di dati sulla composizione della superficie e dell'interno della cometa, che potranno fornire nuove informazioni sull’origine e sull’evoluzione del sistema solare, nonché sull’origine della vita sulla Terra.
La prima foto di Philae dalla cometa, ripresa dalla telecamera a infrarossi CIVA del lander: il sito di atterraggio è molto in ombra, e questo spiegherebbe la mancata ricarica delle batterie (Credit: ESA/Rosetta/Philae/CIVA)Il primo risultato di rilievo di Philae, per quanto preliminare, è stata l'identificazione di molecole organiche sulla cometa che offre una conferma parziale dell'ipotesi che i mattoni elementari della vita possano essere arrivati sul nostro pianeta nella fase primordiale della sua evoluzione, quando era bombardato da un'intensa pioggia di comete.
Un altro risultato importante è stato ottenuto con l'esperimento ROSINA, che ha misurato il rapporto tra deuterio e idrogeno sulla cometa risultato molto più elevato che sulla Terra. Si tratta di una conferma sperimentale dell'ipotesi che le comete abbiano fornito solo una piccola frazione dell'acqua presente sul nostro pianeta, che sarebbe arrivata invece tramite gli asteroidi.
Oltre al risultato epocale di Philae, “Physics World” ha individuato altri nove risultati estremamente rilevanti, elencati di seguito senza un ordine specifico di importanza.
Il Web cosmico rivelato da un quasar Sebastiano Cantalupo, Piero Madau e Xavier Prochaska dell’Università della California a Santa Cruz e Fabrizio Arrigoni-Battaia e Joseph Hennawi del Max-Planck-Institut per l’Astronomia di Heidelberg, in Germania, hanno utilizzato il segnale di un quasar, una delle sorgenti di radiazione più luminose e distanti dell'universo, per ottenere la prima osservazione sperimentale di un filamento del Web cosmico.
Quest’ultimo è una sorta di ragnatela, in cui si concentra la maggior parte della massa dell’universo, che si sarebbe formata, secondo le previsioni teoriche, circa 380.000 anni dopo il big bang. Le osservazioni astronomiche permettono la rilevazione delle zone in cui la materia è fortemente concentrata, come le galassie, mentre i gas a bassa temperatura, che formano filamenti molto più evanescenti, finora sono sempre sfuggiti alle osservazioni. Cantalupo e colleghi hanno ora rilevato la radiazione emessa da questi gas quando assorbono la luce ultravioletta emessa da un quasar distante.
Neutrini lenti provenienti dal Sole Una suggestiva immagine dell'interno dell'esperimento Borexino, realizzato come una matrioska: il cuore è costituito da 300 tonnellate di liquido scintillante, schermato; poi, procedendo verso l'esterno, da mille tonnellate di pseudocumene, contenuto a sua volta in una sfera di acciaio in cui ci sono i fotomoltiplicatori, a loro volta schermati dalle sorgenti radioattive esterne da 2400 tonnellate di acqua altamente pura, che riempie in una cupola di 16 metri di diametro. (Cortesia Collaborazione Borexino)L'esperimento Borexino, nei laboratori nazionali del Gran Sasso, ha rilevato per la prima volta i neutrini emessi nella principale reazione di fusione nucleare che alimenta il Sole. Questa reazione inizia con la fusione di due protoni, e la produzione di un nucleo di deuterio, formato da un protone e un neutrone, accompagnata dall'emissione di un positrone, l’antiparticella dell’elettrone, e di un neutrino a bassa energia.
Si calcola che ogni secondo un centimetro quadrato di superficie terrestre è attraversato da circa 60 miliardi di questi neutrini, particolarmente difficili da rivelare perché interagiscono pochissimo con il resto della materia. L'esperimento Borexino è riuscito nel difficile compito, misurando un flusso di circa 66 miliardi di neutrini per centimetro quadrato, confermando così gli attuali modelli teorici della reazione di fusione nucleare del Sole.
Fusione nucleare in laboratorio La fusione nucleare è protagonista anche del quarto studio selezionato da “Physics World”, ma questa volta si tratta del tentativo di riprodurla artificialmente per ottenere energia pulita e virtualmente inesauribile.
Grazie al loro impianto sperimentale, Omar Hurricane e colleghi del National Ignition Facility (NIF) del Lawrence Livermore National Laboratory e dei Los Alamos National Laboratory, negli Stati Uniti hanno ottenuto per la prima volta un guadagno in termini energetici: ciò significa che l’energia liberata dalla reazione è maggiore di quella immessa nel sistema con il combustibile nucleare. Si tratta di una pietra miliare sulla difficile strada verso l'ottenimento di energia per usi civili dalla fusione nucleare.
Supernove prodotte artificialmente Immagine elaborata al computer della supernova prodotta in laboratorio (Cortesia Università di Oxford, Università di Chicago)Le supernovae sono enormi esplosioni stellari che producono, oltre alla liberazione di enormi quantità di energia e di radiazione, dense nubi di polveri e gas. La supernova Cassiopeia A, ha da sempre affascinato gli astronomi per la sua struttura irregolare che denuncia la presenza di forti campi magnetici al suo interno.
L'esplosione della barretta crea un'onda d'urto asimmetrica che si espande verso l'esterno attraverso l'argon, in modo molto simile a quanto avviene nel caso di una supernova nello spazio. Una griglia di plastica in grado di simulare la distribuzione irregolare del gas nella regione della supernova, posta sul cammino dell'onda d'urto: il risultato è un campo magnetico simile a quello osservato in Cassiopeia A
Ologrammi per la memorizzazione di dati L'olografia è una tecnica che sfrutta il fenomeno dell'interferenza tra un fascio di luce riflesso da un oggetto tridimensionale e un fascio identico al primo che non ha incontrato alcun oggetto sul proprio cammino. Il potenziale degli ologrammi nella memorizzazione di grandi quantità di dati in modo efficiente è enorme, ma la lunghezza d'onda dei fasci rappresenta un limite fondamentale.
Il disordine per fibre ottiche più efficienti Il disordine della materia con cui sono costruite le fibre ottiche rappresenta di solito un problema, perché tende a ridurre la qualità delle immagini che vengono trasmesse. Arash Mafi e colleghi dell'Università del New Mexico e di altre Università statunitensi hanno dimostrato che è possibile sfruttare un certo grado di disordine nei punti opportuni per ottenere immagini con una risoluzione migliore di quella ottenibile con le fibre ottiche convenzionali. Un raggio traente a ultrasuoni Immagine elaborata al computer del raggio traente realizzato presso l'università di Dundee: i fasci degli ultrasuoni emergono dai due angoli inferiori, investedo da lati opposti un bersaglio triangolare. Ne risulta una forza netta che trascina il corpo verso il basso (Cortesia Università di Dundee, Physical Review Letters)Il raggio traente, che compare in molti film di fantascienza, è un dispositivo che, sfidando le leggi della fisica, consente di attrarre un oggetto lontano verso una sorgente.
Christine Démoré e Mike MacDonald, dell'Università di Dundee, nel Regno Unito, hanno realizzato un raggio traente a funzionamento acustico. Il dispositivo è costituito da due fasci di ultrasuoni, i cui fronti d'onda curvano intorno alla direzione di propagazione e possiedono pertanto un momento angolare. Quando i due fronti d'onda investono un oggetto bersaglio, gli comunicano una quantità di moto nella direzione e nel verso voluti, attraendolo verso la fonte di emissione degli ultrasuoni.
Il risultato di Démoré e colleghi potrebbe trovare utili applicazioni in particolare nel campo della medicina, per esempio per portare il principio attivo di un farmaco esattamente nel sito in cui può essere efficace.
L'interazione magnetica tra due elettroni To Shlomi Kotler, Nitzan Akerman, Nir Navon, Yinnon Glickman e Roee Ozeri del Weizmann Institute of Science, in Israele, hanno misurato per la prima volta l'interazione magnetica estremamente debole che opera tra due elettroni. Questa interazione raggiunge il suo massimo d'intensità quando due elettroni sono separati da distanze atomiche, ma non può essere misurata in questo caso per la presenza di altre forze.
Quando i due elettroni sono distanti, per contro, l'intensità è talmente debole da essere difficilmente distinguibile dal rumore di fondo delle interazioni con l'ambiente. Kotler e colleghi sono riusciti a superare queste difficoltà sperimentali utilizzando elettroni legati dall'entanglement, l'interazione a distanza che rappresenta uno dei fenomeni più peculiari della meccanica quantistica, in grado di sopprimere il disturbo dell'ambiente.
