L’antimateria e l’origine dell’universo

26 10 2013

     Nelle classi prime della scuola secondaria di secondo grado, quando si inizia un corso di chimica di base si spiega cos’è la chimica, di cosa si occupa e si forniscono cenni sulla storia di questa scienza. Sul piano didattico la chimica si può suddividere in varie parti a seconda del campo d’indagine specifico, perciò si ha la chimica generale, quella inorganica, organica, biologica, fisica ecc. Si aggiunge che la chimica si occupa della materia, delle sue proprietà, delle sue trasformazioni e dei fenomeni che le accompagnano. Per materia intendiamo noi stessi, tutto ciò che ci circonda, che ha una massa e che occupa uno spazio.

     Ma se ogni corpo è fatto di materia, cos’è l’antimateria? Sull’argomento ho già scritto alcuni anni fa, ma è intrigante e voglio ritornarci. Le prime ipotesi sull’esistenza di “antiparticelle” furono fatte nel 1928 dal fisico Paul Dirac (1902-1984), Premio Nobel nel 1933 insieme ad Erwin Schrodinger (1887-1961). Dirac, tra i suoi numerosi lavori, nel 1930  formulò l’equazione che prevedeva l’esistenza di uno stato energetico opposto a quello dell’elettrone e che portò alla scoperta del positrone (stessa massa dell’elettrone: 9,110*10-28g,  ma carica opposta).

     Da allora è stato scoperto che tutte le particelle hanno un’antiparticella con la stessa massa ma carica opposta. Per cui esiste l’antiprotone, con massa pari a quella del protone (1,673*10-24g) ma carica elettrica negativa. Anche le particelle neutre per quanto riguarda la carica elettrica, come il neutrone (massa = 1,675*10-24g), hanno una corrispondente antiparticella. Questa, non potendo avere carica opposta (l’opposto di zero è zero) hanno però le altre proprietà di segno cambiato, ad esempio il momento angolare intrinseco o più comunemente spin. Lo spin indica il momento di rotazione delle particelle sul loro asse e, in base al tipo di spin le particelle vengono suddivise in bosoni [il termine vi ricorda qualcosa, vero?] (a spin intero) e fermioni (a spin semintero). Questi ultimi soddisfano il principio di esclusione di Pauli.

     L’antiprotone e l’antineutrone furono osservati per la prima volta solo negli anni ’50 del secolo scorso, a Berkeley in California, con acceleratori in grado di sviluppare sufficienti energie per le collisioni. Osservazioni di ulteriori antiparticelle furono fatte nei decenni successivi con gli acceleratori del CERN di Ginevra e di Serpukhov in Russia.

     Il modello Standard prevede anche altre classificazioni delle particelle, a seconda delle loro masse e delle interazioni che le caratterizzano. In questo corso non è il caso di approfondire concetti tanto teorici, non sarei neanche in grado di farlo.

     L’Universo, secondo la teoria del Big Bang, ha avuto origine circa 15 miliardi di anni fa da una grande esplosione che produsse uguali quantità di materia ed antimateria. Perché ora è così difficile osservare l’antimateria e dov’è? Oppure che fine ha fatto tutta quella che corrisponde alla materia che ci circonda? Nessuno è un grado di dirlo. E se l’antimateria si è progressivamente ridotta per qualche motivo, fino quasi a scomparire, perché la materia è rimasta? Perché oggi c’è (o noi riusciamo solo a osservare) questa “asimmetria” materia-antimateria? O da qualche parte nell’universo o in un universo “parallelo”, inosservabile per i nostri strumenti, ci sono antigalassie con antistelle?

Per chiarire un po’ i concetti: un bel video su antimateria e origine dell’universo, http://www.youtube.com/watch?v=Oqa5TRqYI9M

Nelle immagini: una nebulosa rossa e simulazione al computer di particelle di antimateria.

 




Erasmus è diventato più

19 10 2013

     Negli ultimi mesi si era parlato di ulteriori riduzioni dei fondi per i progetti Erasmus. La Commissione Europea invece, considerando fondamentale un periodo di formazione fuori dai confini nazionali dei giovani dei vari Paesi dell’Unione, ha rifinanziato il progetto Erasmus che assegna borse di studio per soggiorni all’estero. L’annuncio è stato dato l’altro ieri da Androulla Vassiliou, Commissario UE per l’istruzione e la cultura. Il nuovo progetto si chiama Erasmus+.

     Il budget di quindici miliardi di euro (con un aumento del 43% rispetto a quanto stanziato nel settennio 2007-2013, sembra incredibile per il nostro Paese!) per i prossimi sette anni permetterà viaggi di studio all’estero a circa quattro milioni di studenti. Non pochi se si considera che negli ultimi venticinque anni hanno usufruito di viaggi studio circa tre milioni di giovani. 

     Erasmus è il programma più conosciuto e apprezzato della Commissione Europea e ingloberà tutti gli altri del settore dell’educazione e dell’istruzione. Consente agli studenti universitari di migliorare le conoscenze linguistiche e sviluppare fondamentali competenze trasversali sulle quali si lavora fin dalla scuola secondaria: senso del dovere e autocontrollo, rispetto del sapere e del lavoro altrui, partecipazione a lavori di equipe, capacità di organizzare, eseguire e valutare la corrispondenza del proprio lavoro alle richieste, migliorare le proprie capacità critiche e il proprio spirito di iniziativa.

Anche nei corsi di laurea scientifici, un periodo di formazione all’estero è importantissimo. 

Per saperne di più: La Sapienza di Roma ; http://ec.europa.eu/education/erasmus-for-all/index_en.htm

 




Cluster Tecnologici Nazionali

14 10 2013

     Lo scorso anno ci fu l’avviso pubblico e la selezione di progetti relativi a otto cluster nazionali. Il bando si concluse il 28 settembre 2012. In quest’ambito sono stati approvati trenta progetti e nel processo di valutazione dei progetti, per la prima volta sono stati coinvolti esperti di riconosciuto valore, provenienti da altri Paesi.

     Cosa sono i cluster in questione? Sono gruppi di imprese, di istituzioni di ricerca, consorzi, fondazioni, distribuiti sul territorio e in grado di sviluppare ricerca, servizi, formazione, competenze specializzate in un determinato settore.

     “Ciascuno degli otto Cluster, nati grazie all’Avviso del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca, costituisce una rete ampia e inclusiva delle eccellenze italiane operanti su tutto il territorio nazionale in aree tecnologiche strategiche per il sistema Paese: Fabbrica Intelligente, Chimica verde, Scienze della Vita, Mezzi e sistemi per la mobilità di superficie terrestre e marina, Agrifood, Aerospazio, Tecnologie per le Smart Communities, Tecnologie per gli ambienti di vita.” [MIUR]

     I progetti sono stati finanziati con circa 266 milioni di euro, di cui una parte come credito agevolato. C’è l’auspicio che i cluster possano attrarre altri investimenti, sia pubblici che privati, in modo da richiamare e impiegare ricercatori e tecnici altamente qualificati, anche dall’estero, per realizzare prodotti di elevata qualità per le imprese, il mercato e i territori in cui essi operano.

Una piccola speranza per alcuni dei tanti giovani talenti italiani della Scienza e della Tecnologia che continuano a migrare verso altri Paesi?

 




Premio Nobel per la chimica 2013

9 10 2013

     Dopo in Nobel per la fisica attribuito qualche giorno fa allo scozzese Higgs e al belga Englert, per la “scoperta teorica di un meccanismo che contribuisce alla nostra comprensione dell’origine della massa delle particelle subatomiche” (leggi bosone di Higgs), ieri è stata comunicata anche l’assegnazione del premio Nobel per la chimica. 

Se il pronostico dei beneficiari dell’assegnazione del premio della fisica è stato rispettato, si sapeva poco dei candidati al Nobel per la chimica.

     La scelta dell’Accademia Reale svedese ha premiato l’austriaco Martin Karplus, il britannico Michael Levitt e l’israeliano Arieh Warshel per “lo sviluppo di modelli per l’analisi di molecole molto complesse”. In pratica i ricercatori hanno scoperto come descrivere al computer strutture e funzionamento di molecole molto grandi, come quelle di farmaci e proteine, simulando le loro reazioni altrimenti difficili da studiare.

Karplus ha 83 anni, di origine austriaca, è professore emerito dell’università americana di Harvard. Dopo essersi trasferito negli Stati Uniti a  23 anni, cominciò a lavorare al prestigioso Caltech (California Institute of Technology) ed ha anche insegnato all’università di Strasburgo.

Levitt invece, cittadino britannico, è di origine sudafricana ed ha 66 anni, lavora anche lui in  California ma all’università di Stanford.

Anche Warshel,  73enne, lavora nello stesso Stato, a Los Angeles alla University of Southern California. Di origini israeliane, ha anche la cittadinanza americana.

Le motivazioni del premio Nobel:

“Per creare dei modelli delle molecole, un tempo i chimici usavano sfere di plastica e bastoncini. Oggi usano il computer. Negli anni settanta Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel hanno gettato le basi dei potenti programmi informatici che vengono usati per capire e prevedere i processi chimici. Questi modelli sono diventati fondamentali e sono alla base della maggior parte dei progressi compiuti dalla chimica.

Le reazioni chimiche avvengono alla velocità della luce. In una frazione di millisecondo gli elettroni saltano da un nucleo all’altro. La chimica tradizionale ha fatto fatica a seguire questi processi. Aiutati dei metodi introdotti da Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel, i chimici di oggi usano i computer per studiare i processi chimici, come per esempio la fotosintesi delle piante.

Il lavoro di Karplus, Levitt e Warshel è rivoluzionario perché è riuscito a far lavorare la fisica tradizionale di Newton insieme alla fisica quantistica. In passato i chimici dovevano scegliere se usare l’una o l’altra. Il vantaggio della fisica classica era dovuto ai calcoli semplici e si potevano usare per creare modelli di molecole molto grandi. Ma non permetteva di simulare le reazioni chimiche. Per questo i chimici usavano la fisica quantistica, ma questi calcoli avevano bisogno di computer molto potenti e si potevano fare solo su molecole molto piccole.

I premi Nobel per la chimica 2013 hanno preso il meglio da entrambi i mondi e hanno creato metodi che sfruttano sia la fisica quantistica sia quella classica.
Oggi per i chimici il computer è diventato importante quanto la provetta. Le simulazioni sono così realistiche che possono permettere di prevedere il risultato degli esperimenti.” (Fonte: Nobelprize)

Il video dell’annuncio: http://www.youtube.com/watch?v=5c_mVYcGrxA&noredirect=1

 




Ritornano le serate scientifiche all’ITIS Majorana

5 10 2013

     Anche quest’anno il corso serale dell’ITIS Majorana di Grugliasco organizza presso il suo auditorium serate di incontri scientifici (SeralMente). Si inizia giovedì 14 novembre con alcuni aspetti della matematica fondamentali per la società: le simmetrie, i numeri, la topologia, i dati, l’informazione e la conoscenza. Come la rassegna Teatro e Scienza di quest’autunno, anche SeralMente in questo primo incontro punta sull’importanza dei numeri, Relatore d’eccezione è il Professore Emerito di Fisica Teorica Mario Rasetti, del Politecnico di Torino. Come lo scorso anno, modera il dibattito il Dr. Michele Caponigro.

Gli incontri, di forte valenza didattica e divulgativa, sono ad ingresso libero.

La locandina a sinistra fornisce altre informazioni.

     Gli studenti tutti, anche del nostro istituto, in particolare dell’indirizzo scientifico e scienze applicate, sono invitati a partecipare. A richiesta viene rilasciato un attestato di partecipazione che, per gli studenti del triennio, può essere riconosciuto per l’attribuzione dei crediti di fine anno.

Per chi non lo conosce, l’auditorium è in via G. Cantore 119 a Grugliasco ed è dotato di un ampio parcheggio.

Per approfondire: http://www.itismajo.it/serale/2seralmente.htm  

 




Concentrazione record di CO2 in atmosfera

1 10 2013

     Ormai i dati indicano che la concentrazione di CO2 in atmosfera ha quasi raggiunto le 400 parti per milione (ppm). I dati del box nella colonna di destra del blog Scienze della Natura sono chiari: nel mese di agosto 2013 eravamo a 395,15 parti per milione (dati dell’Osservatorio statunitense di Mauna Loa, alle Haway: http://co2now.org/ ).

     La misurazione delle concentrazioni di soluzioni in parti per milione è possibile grazie a strumenti ormai molto sofisticati, in grado di rilevare piccolissime quantità di soluto in una soluzione. Solitamente le ppm sono utilizzate proprio per esprimere la concentrazione di sostanze inquinanti presenti nell’aria, oppure per dosare il principio attivo di alcuni farmaci. La concentrazione espressa in ppm si ottiene facendo il rapporto tra i grammi di soluto e i grammi di soluzione (soluto più solvente) e moltiplicando poi per 106 .

     Ormai è evidente che l’elevato livello di CO2 in atmosfera è la principale causa della tendenza al riscaldamento globale e di eventi climatici estremi. Purtroppo anche se si riuscisse a ridurre le emissioni annue di questo gas, gli esperti prevedono che il sistema climatico per inerzia continuerebbe a far registrare un aumento della temperatura almeno per i prossimi trent’anni.

     Considerato che a livello globale non si riesce a ridurre il consumo di combustibili fossili che incrementa la concentrazione di CO2 atmosferica, come fare per invertire la tendenza? In questi ultimi decenni ci sono state varie proposte. Ad esempio il metodo CCS (Carbon Capture and Storage), cattura e sequestro del carbonio, basato su tecnologie per l’immagazzinamento del biossido di carbonio rilasciato dalle centrali che utilizzano la combustione del carbone per produrre elettricità. La CO2 raccolta da filtri posti nelle ciminiere verrebbe poi stoccata nel sottosuolo. Non mi risulta però che qualche Paese abbia attivato questo sistema su vasta scala: la pratica non è commercialmente sostenibile. L’ostacolo principale è il suo costo, causato dalla separazione chimica dell’anidride carbonica dagli altri gas di scarico. Non è neanche ben chiaro se l’iniezione di grandi quantità di CO2 nel sottosuolo può creare instabilità di natura tettonica.       

     Fino a qualche secolo fa il sistema dei gas atmosferici è stato mantenuto in equilibrio dalla fotosintesi, la reazione chimica più importante del nostro pianeta. Oggi anche piante e alghe non sono più diffuse come una volta e la loro capacità complessiva di “cattura”, sulle terre emerse e negli oceani si è ridotta.

     Da qualche anno negli Stati Uniti si sta puntando anche su un’altra sostanza in grado di “estrarre” l’anidride carbonica dall’atmosfera: il biochar. Cos’è? Si tratta di carbone vegetale, prodotto dal riscaldamento di tronchi, rami, foglie di piante arboree, arbustive e erbacee, anche scarti di graminacee. Il riscaldamento, per evitare che porti alla combustione con produzione di CO2, avviene in assenza o con scarsa concentrazione di ossigeno. L’immissione del biochar, come anche del compost, in grandi quantità nei terreni agricoli, oltre ad aumentare la loro fertilità, porterebbe all’accumulo di anidride carbonica nel suolo. Alcuni studiosi ne sono fermamente convinti, soprattutto alla Cornell University dello Stato di New York. Sapremo nei prossimi anni se questa strada sarà più praticabile del metodo Ccs. Intanto nel nostro piccolo ciascuno può e deve impegnarsi a ridurre gli sprechi energetici ai quali sono collegate le emissioni di CO2.

Il grafico sulla CO2 atmosferica è tratta da: http://co2now.org/.

L’immagine carbon_capture è tratta da: http://www.verus-co2.com/