L’oscuro canto del Cygno

La presenza della materia oscura nell’universo è un paradigma stabilito da tempo, sebbene ancora misterioso. Decifrare la sua essenza è una delle più grandi sfide della fisica di oggi. La difficoltà risiede nel fatto che essa non interagisce con la luce, come accade alla materia comune studiata nella fisica delle particelle. Vedremo le tecniche empiriche utilizzate dagli scienziati per “vedere” una cosa così “oscura”, e perché la galassia del Cigno rappresenta la possibile origine di tali segnali.

L’energia delle stelle per un futuro sostenibile, ed oggi?

La domanda di energia è sempre più elevata e la consapevolezza delle conseguenze di una politica miope sui cambiamenti climatici impone di minimizzare l’emissione di gas serra ed il ricorso a fonti energetiche che garantiscano la neutralità climatica. La fusione nucleare è la speranza per un futuro verde che minimizzi l’eredita’ di rifiuti radioattivi. Essa implica sfide scientifiche e tecnologiche che presuppongono enormi sforzi economici ed intellettuali e tappe verso un futuro che veda l’energia delle stelle come fonte energetica verde, virtualmente illimitata ed economicamente sostenibile. Oggi, però, è necessario intervenire con soluzioni di breve periodo che supportino la decarbonizzazione: per questo motivo molti paesi industrializzati hanno deciso di tornare a investire in modo massiccio sulla fissione nucleare.

Come cercare e trovare un ago in un pagliaio: ovvero
gli esperimenti di Fisica delle particelle agli acceleratori del CERN

Il laboratorio del CERN a Ginevra ha come ruolo primario la ricerca di base nel campo delle interazioni fondamentali fra le particelle elementari. Per la ricerca di nuovi fenomeni o di nuove particelle o per testare con precisione le predizioni della teoria, si utilizzano acceleratori e rivelatori tecnologicamente all’avanguardia. In questa presentazione parleremo della misura di un decadimento raro da parte dell'esperimento NA62, interessante in quanto misurando un decadimento così raro si può mettere alla prova la correttezza delle previsioni della teoria. Eventuali discrepanze potrebbero indicare l’esistenza di nuova fisica. Capiremo la struttura e gli scopi dell’esperimento, e mostreremo come la ricerca fondamentale comporti avanzamenti tecnologici in molti altri campi di cui tutti noi beneficiamo.

Acceleratori per il Futuro

La ricerca di base offre sempre più spesso occasioni, a volte previste, a volte inaspettate, per applicazioni di nuove scoperte scientifiche alla vita quotidiana ed allo sviluppo tecnologico ed economico delle nostre società. Gli acceleratori di particelle ne sono un esempio importante e forse poco noto. In questo incontro passeremo in rassegna alcune delle più importanti applicazioni degli acceleratori di particelle, dall’industria alla ricerca di base all’incontro con la biologia e la medicina che permetteranno di capire più a fondo i meccanismi della cellula e delle malattie. La ricerca di base è un terreno di continue sfide tecnologiche all’intersezione fra discipline e competenze diverse, da cui spesso derivano conoscenze e tecnologie in grado anche di migliorare le nostre vite. 

That’s life!

“For those who are not shocked when they first come across quantum theory cannot possibly have understood it.”. Niels Bohr, tra i padri fondatori della Meccanica Quantistica, sottolineava l’inevitabile sconcerto prodotto dall’avvicinamento ai concetti di base della Meccanica Quantistica, la rivoluzionaria teoria emersa nella prima metà del secolo scorso. Essa, storicamente, è sempre stata confinata nell’ambito del mondo microscopico, essendo emersa per spiegare la struttura atomica e il comportamento delle particelle elementari che lo costituiscono. Sebbene fino a quali dimensioni lineari di un sistema si estenda il comportamento quantistico sia una domanda che è stata posta e affrontata fin dagli albori della teoria, è stato sempre dato per assunto che esso non possa manifestarsi nell’ambito biologico, ovvero nel reame dei processi e delle strutture che regolano la vita. Quest’ultimo, infatti, è caratterizzato da ambienti termodinamicamente vivaci, in cui ogni sistema viene sottoposto di continuo ad interazioni che dissolverebbero rapidamente eventuali caratteristiche quantomeccaniche di stati quantistici. Recenti studi su diversi sistemi biologici sembrano tuttavia suggerire che effetti quanto-meccanici siano in atto in tali contesti, contraddicendo l’idea di partenza e aprendo scenari inediti sulla comprensione delle strutture viventi.

Silvia Pisano
Certro Ricerche Enrico Fermi, INFN-LNF

James Webb Space Telescope, l’Universo in un granello di sabbia

Protagonista di questo talk sarà il James Webb Space Telescope, telescopio spaziale infrarosso che sta dominando i media per le sue spettacolari immagini, le quali ci illustrano gli oggetti celesti – dai vicini pianeti all’Universo profondo – con un dettaglio senza precedenti. Il lungo percorso che ha condotto alla messa in funzione di questo gioiello tecnologico (20.000 persone coinvolte in ben 27 anni di lavoro) rappresenta un esempio dell’eccellenza che l’ingegno umano è in grado di raggiungere.

L’Inseguimento Laser dei Satelliti e della Luna

L’inseguimento laser dei satelliti e della Luna (in inglese “Satellite and Lunar Laser Ranging” o SLR/LLR) sono riconosciute come le tecniche più precise e, al tempo stesso, meno costose per realizzare il posizionamento assoluto nel sistema Terra-Luna. I retroriflettori laser portati 40 anni fa sulla superficie lunare dalle missioni Apollo hanno permesso nel tempo di conoscere l’orbita della Luna con la precisione di pochi centimetri, di effettuare molteplici accurati test della Teoria della Relatività Generale di Einstein e importanti misure della struttura interna della Luna. Questo è l’esperimento spaziale costruito dall’uomo più longevo di tutti. Nel 1976 la NASA lanciò il satellite LAGEOS (LAser GEOdynamics Satellite), una sfera metallica massiccia coperta di retroriflettori laser. Nel 1992 NASA e ASI lanciarono LAGEOS II. Le loro orbite sono usate come “metro” spaziale e per definire (in un certo senso “materializzare”) il centro di massa della Terra (altrimenti inaccessibile direttamente). Le missioni Apollo e i due satelliti LAGEOS sono due pietre miliari della fisica fondamentale del sistema Terra-Luna e della geodesia spaziale. Sono anche tra le prime e le più feconde applicazioni scientifiche e tecnologiche del laser, inventato agli inizi degli anni 60. L’acquisizione e l’analisi dei loro dati, che sono gratuiti, continua a ritmo incessante da parte della rete di stazioni di Terra dello ILRS (“International Laser Ranging Service”).
Le due frontiere di questo campo della ricerca spaziale sono l’installazione di retroriflettori laser di seconda generazione sulla superficie della Luna con missioni robotiche e a bordo delle moderne costellazioni navigazione satellitare, come Galileo, il GNSS (Global Navigation Satellite System) dell’Europa. In questi due ambiti è attivo e all’avanguardia il laboratorio di test spaziale SCF_Lab dei LNF, il cui contributo originale alla disciplina dell’inseguimento laser è stata la realizzazione di due apparati sperimentali unici al mondo (SCF e SCF-G) e di una nuova procedura di test spaziale dei retroriflettori laser (SCF-Test). I LNF stanno anche sviluppando nuovi retroriflettori lunari in collaborazione con l’Università del Maryland a College Park (USA), l’istituzione che fu responsabile dei retroriflettori delle missioni Apollo. I nuovi riflettori targati Maryland/Frascati avranno prestazioni migliori fino a un fattore 100 rispetto a quelli Apollo e a quelli installati sui rover Russi Lunokhod e saranno installati sulla Luna nel 2024 con due missioni NASA-ESA e col supporto dell’ASI.
Si accennerà alle applicazioni sci-tech e industriali alla missione LARES-2 dell’ASI Galileo 2nd Generation dell’UE (implementata tramite ESA), a imminenti e importanti missioni di Osservazione della Terra (di ASI ed ESA) e ad alte missioni imminenti e in corso nel sistema solare: Marte, Phobos/Deimos e asteroide doppio Didymos.

12.30 – 13.30

Studi di meccanica quantistica nel silenzio cosmico alla caccia di una nuova teoria

La Meccanica Quantistica, uno dei pilastri della fisica moderna, è una teoria nata circa 100 anni fa, per spiegare alcune “bizzarrie” del mondo microscopico, come la struttura e la stabilità degli atomi. I fenomeni quantistici stanno alla base non solo del mondo delle particelle, ma anche delle nostre migliori tecnologie. Verrà brevemente introdotta la Meccanica Quantistica, incluse le sue meravigliose proprietà, quali la sovrapposizione di stati e l’entanglement, nonchè, al riguardo, il paradosso del famosissimo gatto di Schrödinger. Ai laboratori sotterranei del Gran Sasso, INFN-LNGS, svolgiamo esperimenti alla ricerca di possibili segnali di una teoria oltre l’attuale meccanica quantistica: i cosiddetti modelli di collasso, che rapresententano una soluzione al problema della misura (quella, per intenderci, del gatto). Vi presenterò brevemente i nostri esperimenti sulle tracce felpate del gatto, ma anche esperimenti alla ricerca di possibili segnali della violazione del principio di esclusione di Pauli. Illustrerò i possibili sviluppi futuri anche nel campo delle tecnologie quantistiche, a partire dal computer quantistico. La Meccanica Quantistica non ha finito di soprenderci e, forse, studi come i nostri ci mostreranno la strada verso nuove teorie dell’Universo.