A caccia del bosone di Higgs

24 02 2013

     Si tratta di un libro su una grande conferma scientifica dello scorso anno. Il libro di Luciano Maiani, che è stato direttore generale del CERN di Ginevra, e Romeo Bassoli, è pubblicato dalla Mondadori Università (198 pagine, 17,00 euro, uscito l’8 febbraio) e verrà presentato all’Auditorium di Roma, Sala Petrassi, giovedì 14 marzo 2013 alle ore 10,30.  

     Parteciperanno alla presentazione, insieme agli autori, due grandi della ricerca italiana: Fabiola Gianotti e Guido Tonelli. Entrambi hanno diretto gli esperimenti che hanno portato alla conferma dell’esistenza del bosone di Higgs. Fabiola Gianotti è stata anche collocata al quinto posto come personaggio dell’anno 2012 dalla rivista Time. Al primo posto c’era il Presidente Obama. La presentazione sarà arricchita dalle domande poste da Marco Cattaneo, direttore de “Le Scienze”. Verranno ripercorse alcune tappe della costruzione dell’acceleratore LHC e delle esperienze che vi sono state condotte. Si cercherà di chiarire qual è la portata della scoperta di questo bosone e quali potrebbero essere le future implicazioni.

Nella foto (http://www.ansa.it): Fabiola Gianotti e Peter Higgs al CERN di Ginevra nel 2012. Per saperne di più:

http://www.ansa.it/scienza/notizie/rubriche/libri/2013/02/04/caccia-bosone-Higgs_8189960.html

Video di RAI-Scienze sul bosone di Higgs spiegato da Piero Angela, con immagini e descrizione del CERN.

http://it.wikipedia.org/wiki/Bosone_di_Higgs

Su Fabiola Gianotti e l’influenza che hanno avuto su di lei Einstein e Marie Curie: http://www.repubblica.it/scienze/2012/12/22/news/la_signora_delle_scienze_fabiola_gianotti_si_racconta-49278119/

http://it.wikipedia.org/wiki/Fabiola_Gianotti

 




Lettera al Presidente Napolitano sui giovani e la ricerca

21 02 2013

     Ho letto e segnalo con piacere la lettera rivolta al Presidente della Repubblica italiana dal “Gruppo 2003 per la ricerca” di http://www.scienzainrete.it . Una delegazione del Gruppo 2003, costituito da eminenti studiosi, è stata ricevuto ieri al Quirinale, in occasione del decimo anniversario della sua fondazione.

     La lettera è stata illustrata da Maria Grazia Roncarolo, presidente del Gruppo 2003 e direttore scientifico dell’Ospedale San Raffaele di Milano.

     Nell’invitarvi a leggere la lettera completa, riporto solo due brevi brani, uno riferito alla situazione tedesca, l’altro a quella italiana.

 “… In Europa, il programma per la ricerca e l’alta educazione della Germania di Angela Merkel prevede un aumento del 5% ogni anno fino al 2015 dei finanziamenti ai centri di ricerca statali; 7,7 miliardi di euro aggiuntivi per le università dal 2011 al 2015; 14,6 miliardi di euro per lo sviluppo dell’alta tecnologia in settori considerati strategici: energia, clima, salute e sicurezza. Va sottolineato che, quando due anni fa la Merkel ha operato un taglio nel bilancio federale di 80 miliardi, ha aumentato gli investimenti in università e ricerca di 15 miliardi.”

“… L’Italia è ferma da decenni, per questo riteniamo con grande convinzione che prima di ogni altra cosa sia fondamentale un cambiamento culturale, che riconosca alla ricerca scientifica il suo ruolo fondamentale e prioritario come motore delle politiche di sviluppo, rilancio e innovazione. Invece assistiamo da troppo tempo a una generale mancanza di interesse culturale e politico nei confronti della ricerca, che ci allontana sempre più da paesi come la Germania, la Francia, l’Inghilterra e gli Stati Uniti, e che compromette in modo irreversibile il nostro futuro.” …

 La risposta del Presidente Napolitano.

L’immagine si riferisce all’incontro ed è tratta da www.quirinale.it




Oro e pirite

19 02 2013

    La pirite (disolfuro di ferro II, FeS2) ha ingannato spesso migliaia di cercatori dilettanti, tanto che ha meritato l’appellativo di “oro degli sciocchi”. Ma solo l’aspetto esteriore può confondere. Dal punto di vista chimico, mentre la pirite è un composto, l’oro è un elemento (Au, numero atomico 79) che raramente forma legami con altri elementi, perciò è uno dei pochi della tavola periodica che in natura si trova allo stato nativo, sotto forma di pepite o pagliuzze, nei depositi alluvionali o nelle rocce. Nei rari casi in cui l’oro forma composti, lo fa con il tellurio (Te, numero atomico 52). Se l’aspetto esteriore di pirite e oro si possono confondere, le loro densità sono molto diverse: oro 19320 kg/m3, pirite 5100 kg/ m3.

Per chi non lo rammenta, la densità di una sostanza è una grandezza intensiva, caratteristica della sostanza, che non dipende dalle dimensioni dell’oggetto. La densità è definita come rapporto tra la massa e il volume della sostanza (d=m/V). Nel Sistema Internazionale è una grandezza derivata e l’unità di misura è il kg/m3, ma spesso è più comodo esprimerla in g/cm3. Nei liquidi e nei gas, la densità invece viene spesso indicata in g/L oppure in g/mL.

Anche le durezze di oro e pirite (misurate con la scala Mohs)  sono molto diverse, questa volta a favore della pirite: Au = 2,5; FeS2 = 6,5 circa. La scala  sulla durezza dei minerali fu introdotta nel 1818 da Friedrich Mohs, un mineralogista tedesco. Assegna durezza 1 al talco e durezza 10 al diamante. Un minerale di una determinata durezza può scalfire tutti i minerali che hanno durezza inferiore ed è scalfito da tutti quelli di durezza superiore. Contrariamente all’oro inoltre, la pirite se riscaldata su una fiamma emette il caratteristico odore di uova marce tipico dei solfuri.

     Da sempre l’oro, per le sue caratteristiche, è stato utilizzato anche per fabbricare monete. Anche la falsificazione di monete o lingotti risale all’antichità: ad esempio Sparta ricevette lingotti di piombo placcati d’oro dal re di Samo, Policrate, per appoggiarlo militarmente. Non so se gli spartani si accorsero dell’inganno.

L’oro ha incrociato anche la vita di un padre della Scienza moderna, Isaac Newton, che a cinquant’anni fu nominato direttore della zecca reale inglese. In questo ruolo dovette combattere anche le falsificazioni di monete d’oro e i falsari. La falsificazione del denaro era considerata un reato molto grave dai sovrani e gli autori di questo crimine  venivano condannati a morte in modo esemplare. Anche qualche mese fa, nelle notizie di cronaca riportate anche dai telegiornali nazionali, è stato individuato e chiuso un locale adibito alla produzione di monete false da due e un euro. Gradualmente, a partire dal 1700 circa, vari Stati iniziarono l’emissione di banconote che si affiancarono e, nel tempo, sostituirono le monete d’oro. Naturalmente anche le falsificazioni si sono spostate verso le banconote, con un continuo “gioco” di mosse e contromosse basato su tecnologie e elementi chimici diversi dall’oro. Quali? Ne scriverò in qualche altro post. Nelle immagini: monete d’oro e un blocco di pirite con cristalli cubici.

Video sull’elemento Au.

Video su: Gold and pyrite e le loro differenze.

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Oro

http://it.wikipedia.org/wiki/Pirite

 




Alluminio e Alcoa

11 02 2013

     Le tristi (per certi versi drammatiche) vicende umane, industriali ed economiche dell’Alcoa di Portovesme degli ultimi mesi, mi offrono lo spunto per qualche riflessione storica sull’elemento 13 della tavola periodica.

     Quest’elemento, l’alluminio, è diffusissimo nella crosta terrestre in quanto ne rappresenta circa il 7,5% in massa, ma è presente solo sotto forma di composti, prevalentemente con l’ossigeno. Soprattutto per la sua leggerezza e la resistenza alla corrosione, oggi trova numerosi impieghi industriali e civili. Dopo il ferro è il metallo più utilizzato dall’uomo. L’alluminio si usa nella costruzione di contenitori alimentari, per pellicole molto sottili, nell’industria aeronautica, automobilistica e navale e nell’edilizia anche sotto forma di leghe con altri elementi (Mg, Si, Cu). Il suo costo è relativamente basso, sia per i nuovi metodi di produzione dall’allumina (Al2O3) e dall’allumina idrata (Al2O3)*nH2O, la bauxite, sia per l’efficienza del riciclaggio dei prodotti d’alluminio (ad esempio, le lattine). Ma non è stato sempre così.

     L’alluminio venne isolato e scoperto nel 1827 da Friedrich Wohler (1800-1882), lo stesso che scoprì l’ittrio e il boro cristallino. Ma Wohler è ricordato soprattutto per essere stato il primo a riprodurre l’urea in laboratorio, dimostrando che anche i composti organici possono essere prodotti artificialmente. Considerate le piccole quantità di alluminio prodotto, per il suo colore argenteo e lo scintillio, venne classificato tra i metalli preziosi, insieme all’oro (oro e argento risalgono alla preistoria) e al platino (scoperto da Antonio Ulloa, 1716-1795, nel 1735 all’età di  diciannove anni). Poiché l’alluminio non si presenta mai in forma pura, era più raro e più prezioso dell’oro. Rimase tale anche quando un francese, intorno al 1850, trovò un processo chimico per produrlo più facilmente. Per avere un’idea di quanto venisse tenuto in  considerazione, le cronache riportano che l’imperatore francese Napoleone III riservasse ai suoi ospiti più illustri le posate d’alluminio, tutti gli altri invece avevano a disposizione “solo” posate d’oro! Non solo, nel 1884 il governo statunitense per mostrare la potenza di quel Paese fece sistemare una piramide d’alluminio di “ben” tre kg in cima all’obelisco dedicato al “padre” della patria George Washington (1732-1799), primo comandante dell’esercito americano e primo presidente USA (1789), confermato nell’incarico quattro anni dopo.

     Per molti decenni, chimici e fisici si occuparono di questo metallo, per cercare di ottenerne quantità significative in modo più efficace. Tra essi c’erano due chimici statunitensi: Franck Fanning Jewett e il suo allievo Charles Hall (1863-1914, nella foto da giovane) che provarono in molti modi a cercare una soluzione. Hall nel 1886, a ventitré anni, ebbe l’idea di far passare la corrente elettrica sprigionata da una batteria artigianale in una soluzione contenente composti di alluminio: osservò che in pochi minuti sul fondo del recipiente precipitavano pagliuzze d’alluminio. Sembrava l’uovo di Colombo. Nello stesso periodo anche il francese Paul Héroult (1863-1914) aveva fatto la stessa scoperta. Per uno scherzo del destino, Hall e Héroult sono stati uniti nella data di nascita, in quella della morte, nell’iniziale del cognome e nella loro principale scoperta. La via era stata tracciata e l’anno successivo l’austriaco Carl-Joseph Bayer trovò un metodo di separazione ancora diverso. A questo punto Charles Hall fondò una società che diventerà la Aluminum Company of America (Alcoa). In pochissimi anni soprattutto per merito  dell’Alcoa, la produzione di alluminio aumentò progressivamente in modo esponenziale con il conseguente crollo dei prezzi e la facile disponibilità di un metallo dalle qualità eccezionali (vedi anche: Caratteristiche degli elementi del III gruppo). Charles Hall diventò ricchissimo e la sua creatura, l’Alcoa, è ancora oggi una multinazionale che continua a produrre alluminio nel mondo.  

     Spero vivamente che qualche cambiamento della politica economica e del lavoro possa portare anche per lo stabilimento di Portovesme e per i suoi lavoratori una soluzione degna della vita eroica di quello studente fondatore della società Alcoa. Un tempo si moriva per il troppo lavoro, oggi per la mancanza di lavoro, di reddito e di dignità. L’ultimo caso di suicidio si è verificato in Sicilia qualche giorno fa.

Quando tenete in mano una lattina d’alluminio o usate un foglio d’alluminio per avvolgere qualche alimento, ricordate che per molti decenni questo elemento era considerato molto, molto più prezioso dell’oro!

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Charles_Martin_Hall

http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_H%C3%A9roult

http://www.alcoa.com/italy/it/info_page/home.asp

http://www.alcoa.com/italy/it/alcoa_italy/history.asp

La foto del giovane Charles Hall è tratta da: https://www.chem.wisc.edu/

La foto del silos dell’Alcoa occupato è tratta da: http://www.unionesarda.it/

 




Celebrare Joseph Louis Lagrange

3 02 2013

    Quest’anno, nel 2013, ricorre il bicentenario della nascita di Giuseppe Verdi e, in campo scientifico, quello della morte di uno dei più grandi uomini di scienza di tutti i tempi. Sicuramente Joseph Louis Lagrange, insieme ad Amedeo Avogadro, è stato il più grande scienziato nato in Piemonte, senza nulla togliere ai torinesi premi Nobel per la medicina Rita Levi Montalcini e Salvador Luria.

     Perché? Scopriamolo con un cenno alla sua biografia e alle sue opere principali.

Giuseppe Luigi Lagrange nacque a Torino il 25 gennaio 1736 e morì a Parigi il 10 aprile 1813. La sua famiglia aveva origini francesi e non era agiata: era il primo di 11 fratelli e solo due di loro raggiunsero l’età adulta.

Il padre lo indirizzò verso gli studi legali e lo iscrisse giovanissimo all’Università di Torino. Qui Lagrange si appassionò tanto e con successo alla matematica che, a soli 19 anni, venne nominato, professore di geometria alla Scuola di artiglieria della città. Lesse gli scritti di Euclide, Clairaut, Eulero, Bernoulli, Newton, D’Alembert. Iniziò uno scambio epistolare col grande matematico, già affermato, Leonardo Eulero che, impressionato dalle sue doti lo fece eleggere membro aggregato dell’Accademia delle Scienze di Berlino nel 1756, a soli 20 anni! L’anno precedente aveva partecipato alla fondazione della Società Scientifica di Torino che poi divenne la prestigiosa Accademia Reale delle Scienze. Nel 1766, Federico II di Prussia, su proposta di Eulero e di D’Alembert, lo nominò Presidente della sezione di Scienze dell’Accademia di Berlino. Qui, libero dalle attività didattiche, in vent’anni pubblicò una sessantina di memorie sugli Atti dell’Accademia. I suoi lavori sulle equazioni algebriche costituirono il punto di partenza delle ricerche di altri grandi matematici: Ruffini, Cauchy, Galois. Oltre all’algebra, ottenne grandi risultati “in quasi tutti i campi delle matematiche, dalla teoria dei numeri, al calcolo delle probabilità, all’astronomia matematica, alla meccanica celeste”.[1] Dopo la morte della moglie torinese Vittoria Conti, nel 1783, che aveva sposato a Berlino, e quella di Federico il Grande nel 1786, accettò l’invito del re di Francia Luigi XVI e si trasferì a Parigi per far parte dell’Accademia delle Scienze. Nella capitale francese si affievolì la sua opera di ricerca in matematica ma aumentò considerevolmente il suo interesse per la chimica, partecipando anche ai lavori coordinati da Antoin Laurent Lavoisier che stava rendendo moderna questa disciplina, facendola diventare vera e propria scienza quantitativa. Durante la rivoluzione francese, impegnato nei lavori accademici e nonostante fosse considerato “straniero”, riuscì ad evitare problemi con i rivoluzionari mentre il grande Lavoisier, che nella sua vita (per sua sfortuna) aveva svolto anche il ruolo di esattore delle tasse, venne ghigliottinato. Lagrange, dispiaciuto per la sua morte, scrisse: “Alla folla è bastato un momento per rimuovere la sua testa; un centenario non sarà sufficiente per riprodurla”.[2] Nell’arco della sua vita Lagrange fu anche colpito da depressione e, talvolta, da apatìa.

     Fu Presidente della commissione incaricata di fissare un nuovo sistema di pesi e misure e che elaborò il Sistema Metrico decimale introducendo i nuovi campioni universali (metro, litro, chilogrammo), sostituito dal Sistema Internazionale solo nel 1976. Venne nominato professore dell’École polytechnique e vi insegnò dal 1795. Intanto il Piemonte nel 1802 fu annesso alla Francia e Lagrange, diventato cittadino francese, fece in modo che suo padre, rimasto a Torino, ricevesse per il suo sostentamento il sussidio dello Stato. Con l’affermarsi di Napoleone Bonaparte, Lagrange migliorò ancora la sua posizione e venne eletto prima senatore e poi conte dell’impero francese nel 1808. Alla sua morte, nel 1813, venne sepolto nel Pantheon di Parigi (dove tra gli altri si trovano Victor Hugo, Lazare Carnot, Jean Jacques Rousseau, Émile Zola) e i suoi manoscritti furono acquistati dal governo francese.

Principali pubblicazioni e opere

1)     Principii di analisi sublime  (1755)

2)     Miscellanea taurinensia vol. I (1759)

3)     Miscellanea taurinensia vol. II (1762)

4)     Collaborazione alle Opere di Leibniz a cura di L. Dutens, (1768)

5)     Numerosi Atti dell’Accademia di Berlino

6)     Frazioni continue (1776)

7)     Metodo della variazione delle costanti arbitrarie per l’integrale di una equazione differenziale  (1776)

8)     Trattato magistrale Mécanique analytique, Parigi (1788)

9)     Les leçons élémentaires sur les mathématiques (1795)

10) Théorie des fonctions analytiques (1797) 

11) De la résolution des équations numériques (1798) 

12) Leçons sur le calcul des fonctions (1806).

     La matematica deve molto a Lagrange. Ad esempio, in analisi matematica il teorema di Lagrange (o del valor medio) afferma che: “Se una funzione f(x) è continua in un intervallo chiuso [a; b] e derivabile in [a; b], esiste almeno un punto interno all’intervallo tale che risulti: [f(b)-f(a)]/(b-a) = f(c)

Il primo membro dell’uguaglianza rappresenta il rapporto incrementale della funzione f(x) relativo all’intervallo [a; b], per cui il teorema, date le stesse ipotesi, può anche enunciarsi in questo modo:

“Il rapporto incrementale della funzione f(x) relativo all’intervallo [a; b] è uguale alla derivata della funzione calcolata in un conveniente punto c, interno all’intervallo [a; b]” .

     Geometricamente il teorema di Lagrange s’interpreta dicendo: “Se un arco di curva continua è dotato di tangente in ogni suo punto, esclusi al più gli estremi, esiste almeno un punto interno all’arco nel quale la tangente è parallela alla corda che congiunge i punti estremi dell’arco”[3], infatti considerando il triangolo rettangolo ABC, si ha:

tg xr = (CB/AC) = [f(b)-f(a)]/(b-a)

     Esistono anche I cosiddetti punti di Lagrange, tecnicamente chiamati punti di oscillazione; sono posizioni di coppie di corpi nello spazio (calcolate da Lagrange nel 1772), nell’ipotesi semplificativa in cui uno dei corpi abbia massa molto inferiore agli altri due, in cui le forze che agiscono sull’oggetto minore si bilanciano, creando una situazione di equilibrio. In astronomia, i punti lagrangiani sono molto usati: identificano un particolare punto di un’orbita in un sistema di corpi, di un pianeta o di un satellite. 

Note:

[1] Luigi Pepe “Enciclopedia Biografica Universale”, Biblioteca Treccani, vol. 11 p. 35, 2007 Milano

2 Wikipedia, l’enciclopedia libera. http://www.it.wikipedia.org

3 Giuseppe Zwirner “Istituzioni di matematiche” parte prima, p. 428, edizioni CEDAM, Padova 1975

4 Museo di Storia della Scienza di Firenze. http://www.imss.firenze.it/

     Nelle immagini: L’ingresso della biblioteca dell’Accademia delle Scienze di Torino, in via Maria Vittoria 3, nei pressi di Piazza San Carlo. Ritratto di J.L. Lagrange. Rappresentazione geometrica del Teorema di Lagrange.  

     Torino ricorda Lagrange e gli rende onore anche con il nome di una piazza e di una via, tra corso Vittorio Emanuele II e via Accademia delle Scienze.