1391: La meccanica classica

Il mondo che conosciamo non ha più le certezze di un tempo; per descriverlo bisogna ricorrere alle teorie che hanno rivoluzionato il Novecento: la relatività e la fisica dei quanti. Ma, se non si percorrono gli universi dell’infinitamente piccolo, dell’infinitamente grande e dell’infinitamente veloce, la meccanica classica resta più che valida.
Nata con la filosofia greca, contiene principi di base — sviluppati da menti geniali come Galileo, Newton, Lagrange — che rimangono inalterati ancora oggi, in alcuni casi con aggiustamenti e aggiornamenti; ma senza cambiare nella sostanza. La meccanica classica ha inventato il linguaggio della fisica e la matematica della fisica, che sono validi indipendentemente dalle applicazioni cui si riferiscono, e probabilmente lo saranno per sempre.
È il sostegno della razionalità in una natura che ci appare sempre più irrazionale. E anche se si dovessero modificare alcuni suoi capisaldi rimarrà comunque indistruttibile.
Contiene:
- Infedele ma indistruttibile di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Vincenzo Barone
- Cosa resta da scoprire di Vincenzo Barone
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1392: La teoria dei campi

I campi quantistici sono il contenitore dell’universo: onde, particelle, forze, cioè tutta la materia conosciuta e le sue interazioni, non sono che manifestazioni di un solo tipo di entità, che pervade tutto.
Il Modello Standard spiega la struttura e il comportamento di tutte le particelle conosciute e delle loro interazioni, ma c’è qualcosa al di sopra di esso: la teoria dei campi quantistici, che vede l’universo come permeato da una serie di grandezze, le cui eccitazioni si manifestano come materia e forze. In pratica, i campi quantistici sono l’estensione alla fisica quantistica del concetto di campo elettromagnetico — formulato da Maxwell un secolo e mezzo fa — che ha rivoluzionato il modo di vedere, e descrivere matematicamente, i fenomeni fisici. Si tratta di una teoria altamente efficiente, con la quale oggi gli scienziati pensano e sviluppano le loro ricerche in tutta la fisica particellare. Ma non definisce proprio tutto. Non si “parla” con la teoria della relatività di Einstein, che descrive invece la struttura dello spazio tempo dell’universo. Accordare queste due teorie in una sola è la grande sfida della fisica dei nostri giorni.
Contiene:
- Siamo, tutti, campi di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Roberto Iengo
- Cosa resta da scoprire di Roberto Iengo
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1393: L'universo violento

La volta stellata, apparentemente tranquilla, è scossa in realtà da gigantesche esplosioni e fenomeni catastrofici che stanno facendo scoprire nuove classi di sorgenti celesti.
L’astronomia gamma rappresenta una finestra sull’universo violento dove stelle molto più massive del nostro Sole esplodono e danno origine a supernove e ipernove; buchi neri mostruosi nel cuore delle galassie attive producono spettacolari getti di particelle accelerate; resti densissimi di stelle ruotano decine di volte al secondo; coppie di stelle di neutroni si fondono per formare buchi neri. Si tratta di fenomeni in grado di produrre fotoni gamma, dotati di energia pari a migliaia di miliardi di volte quella dei fotoni della luce visibile, studiati dall’astrofisica delle alte energie. Insieme ai fotoni gamma sono prodotti particelle accelerate, neutrini e onde gravitazionali, messaggeri diversi grazie ai quali possiamo indagare sui fenomeni più energetici dei cosmo. Sono ricerche nelle quali la comunità italiana è da sempre protagonista a livello internazionale.
Contiene:
- Catastrofi provvidenziali di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Patrizia Caraveo
- Cosa resta da scoprire di Patrizia Caraveo
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1394: Supersimmetria e superstringhe

Le particelle come corde vibranti. È l’assunto fondamentale della teoria delle stringhe, che sta impegnando i ricercatori di tutto il mondo per arrivare a una descrizione unificata di tutta la fisica.
Basata su un’idea dell’italiano Gabriele Veneziano, la teoria delle stringhe ha l’obiettivo di conciliare l’apparentemente inconciliabile: le interazioni fra particelle e la forza gravitazionale, così diverse fra loro. L’ipotesi di partenza è che le particelle si comportino come corde oscillanti e che nell’universo non esistano solo le quattro dimensioni note (tre spaziali e una temporale), ma addirittura 10 o perfino 26. In questo modo, a distanze immensamente piccole, o a energie immensamente grandi, la gravità e la meccanica quantistica sarebbero descritte allo stesso modo, giustificando così anche l’esistenza del gravitone, la particella responsabile delle interazioni gravitazionali e ancora non osservata. Il problema della teoria delle stringhe è che con gli strumenti attuali non è possibile compiere esperimenti per verificarla, e ciò ha anche fatto insorgere posizioni critiche; ma la maggioranza dei fisici continua a svilupparla perché i concetti e le tecniche di cui fa uso hanno già avuto numerose e fruttuose applicazioni.
Contiene:
- Il mondo in una stringa di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Marialuisa Frau e Alberto Lerda
- Cosa resta da scoprire di Marialuisa Frau e Alberto Lerda
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1395: La vita extraterrestre
Nel 1995 l’umanità ha ufficialmente avviato la ricerca di pianeti abitabili e di vita extraterrestre. Ma forse le sorprese possono essere più vicine a noi di quanto pensiamo.
Sono stati già individuati tremila pianeti potenzialmente abitabili e ogni anno se ne aggiungono centinaia. È il primo passo per avere la risposta che l’umanità si fa da sempre: «Siamo soli nell’universo?». La ricerca della vita extraterrestre è un puzzle complesso, al quale collaborano astrofisici, geologi, esobiologi, chimici, genetisti, perché per prima cosa bisogna definire la vita in senso strettamente biologico—evolutivo, e poi capire se, oltre a quella sviluppatasi sulla Terra, possa manifestarsi in ambienti e con una biochimica completamente diversi dai nostri. Ma non è detto che queste forme di vita possano esistere, o siano esistite, anche nel nostro sistema solare. L’esplorazione di Marte sta producendo scoperte relative alla presenza di acqua e di sostanze utili alla vita; le indagini delle sonde spaziali sulle lune di Giove o di Saturno hanno rilevato indizi di acqua oppure, in certi casi, di ambienti “esotici” letali per noi, ma non per eventuali altri composti chimici in grado di autosostenersi. Sempre che nel frattempo non ci arrivi un segnale radio (che gli scienziati continuano a cercare) troppo perfetto per essere frutto di fenomeni naturali.
Contiene:
- Cacciatori di pianeti di Giorgio Rivieccio
- La lezione di John Robert Brucato
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1396: La termodinamica

La termodinamica è alla base di tutto. Dalle particelle di gas ai buchi neri, spiega come si comporta ogni fenomeno, indipendentemente dalla natura dei suoi componenti o dalle loro proprietà.
Nata agli inizi dell’Ottocento per comprendere la relazione tra calore e lavoro nei motori a vapore, quando non si sapeva ancora che cosa fossero gli atomi e le molecole, la termodinamica si è poi rivelata una scienza in grado di descrivere qualunque sistema comporti uno scambio di energia, dal mondo microscopico all’intero universo, dalle cellule alla selezione naturale delle specie viventi. Le sue tre leggi pongono divieti assoluti — è impossibile che il calore fluisca spontaneamente da un corpo più freddo a un corpo più caldo; non si può estrarre calore da un sistema isolato a temperatura uniforme e trasformarlo in lavoro — che sono osservati in qualunque fenomeno, naturale o artificiale. Fu poi Ludwig Boltzmann, nel 1872, a trasformare questi obblighi fisici o meccanici in una legge la cui osservanza è dovuta all’estrema improbabilità dell’evento contrario (un cappuccino non si può separare da solo in caffè e latte), inaugurando la termodinamica statistica e proiettandola nelle grandi rivoluzioni scientifiche del Novecento, che ha superato indenne.
Contiene:
- Una teoria del tutto di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Angelo Gavezzotti
- Cosa resta da scoprire di Angelo Gavezzotti
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1397: La Fisica oltre il Modello Standard

Il Modello Standard è una teoria ormai completa e granitica che descrive il comportamento delle 12 particelle elementari (più il bosone di Higgs) e delle tre forze con cui interagiscono. Tuttavia, oggi non basta più. Gli scienziati guardano a una nuova fisica, che possa spiegare ciò che il Modello Standard non contempla: l’ipotetica particella mediatrice della gravità, la materia oscura e l’energia oscura, la massa dei neutrini — ancora da determinare quantitativamente —, l’asimmetria tra la materia e l’antimateria
nell’universo. I fisici hanno elaborato nuove teorie e stanno conducendo in tutto il mondo e oltre (con l’astrofisica) esperimenti per determinare l’esistenza delle particelle e delle interazioni previste.
Si tratta di una sfida difficile, a causa delle enormi scale di energia in gioco, ma gli scienziati l’hanno già intrapresa, fedeli alle parole di Seneca, secondo il quale «molti uomini avrebbero potuto raggiungere la sapienza se non avessero presunto di esservi già giunti».
Contiene:
- Al di là delle Colonne d’Ercole di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Fernando Ferroni e Antonio Masiero
- Cosa resta da scoprire di Fernando Ferroni e Antonio Masiero
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1398: I neutrini

I neutrini sono particelle camaleontiche, elusive, che ancora non hanno svelato tutto il loro volto. E dalle quali si attendono anche indizi fondamentali su alcuni misteri cieli universo. Da oltre ottant’anni gli scienziati cercano di mettere le mani in maniera definitiva sui neutrini, nel senso di capire finalmente come sono fatti in ogni loro aspetto.
Cosa non facile, perché, tra l’altro, cambiano aspetto in continuazione. Dopo innumerevoli esperimenti e Otto premi Nobel in quattro tornate (un record su un argomento di fisica così specifico), oggi si sa quasi tutto di essi; manca però un parametro fondamentale, cioè l’entità della loro massa: basti pensare che fino a non molti anni fa si riteneva che non l’avessero proprio. Tra l’altro, i neutrini hanno la caratteristica di non interagire quasi per nulla con la materia, e quindi di essere rivelabili con estrema difficoltà; per questo motivo si compiono esperimenti underground: all’interno di montagne, come nei nostri Laboratori del Gran Sasso, in miniere abbandonate, sotto i ghiacci antartici. Scrivere la parola definitiva sulla loro carta d’identità potrà essere di grande importanza anche per chiarire alcuni misteri ancora irrisolti sull’evoluzione dell’universo e per verificare alcune teorie della nuova fisica dei Terzo Millennio.
Contiene:
- Gli indomesticabili di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Carlo Bucci
- Cosa resta da scoprire di Carlo Bucci
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1399: La meccanica celeste

Raggiungere i confini del sistema solare, lontani miliardi di chilometri, con pochi chilogrammi di carburante è una delle straordinarie applicazioni della meccanica celeste, che studia il moto di tutto ciò che si trova nel cosmo: i pianeti, i satelliti, le comete e, naturalmente, i veicoli spaziali. E che, negli ultimi decenni, ha ideato anche i voli low-cost, ottenuti sfruttando gratuitamente la gravità dei pianeti che le sonde incontrano sul loro cammino.
I problemi studiati dalla meccanica celeste riguardano anche la stabilità del nostro sistema solare, un meccanismo tutt’altro che immutabile: non sappiamo neppure fino a quando la Terra, così come gli altri pianeti, potranno restare nella propria orbita, trasformandosi poi in schegge impazzite. I meccanici celesti sorvegliano anche le “schegge” che ci sono già: gli asteroidi e le comete, che abbastanza spesso iniziano a vagare alla cieca nello spazio con il rischio di schiantarsi su un pianeta, come è già accaduto nel caso del nostro.
Allo stesso modo, controllano le migliaia di rottami spaziali, o interi satelliti defunti, che possono lasciare le loro orbite per precipitare sulla Terra.
Contiene:
- Grazie, Galileo di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Alessandra Celletti
- Cosa resta da scoprire di Alessandra Celletti
- Cronologia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate

1400: Le asimmetrie

Un mondo troppo perfetto, troppo simmetrico, non può evolversi.
L’universo è figlio dell’asimmetria.
È bastato un piccolissimo squilibrio tra la materia e l’antimateria, una particella su un miliardo, per far sì che, dopo il Big Bang, l’universo si presentasse così come lo vediamo e non composto soltanto da luce. Ma questa è solo una delle asimmetrie che pervadono tutta la fisica e che rappresentano uno dei terreni più fertili per scoprire la natura e la struttura delle particelle e delle forze fondamentali.
I ricercatori, così, sono impegnati da decenni non solo a indagare su questi fenomeni, ma anche a scoprire il perché di queste violazioni di una perfezione apparente che tale non è. In altri termini, perché la natura preferisce (non sempre) intraprendere una direzione piuttosto che un’altra. Da questi studi si attende anche una risposta a una domanda che tormenta i fisici da molto tempo, e cioè se (e quando) il protone possa decadere: se così fosse, la materia dell’universo finirebbe con il disgregarsi.
Contiene:
- L’universo come Venere di Giorgio Rivieccio
- La lezione di Francesco D’Eramo e Ferruccio Feruglio
- Cosa resta da scoprire di Francesco D’Eramo e Ferruccio Feruglio
- Crono1oia a cura della redazione
- Le risposte della scienza a cura della redazione
- Le parole della fisica a cura della redazione
- Letture consigliate