(2) Kant, Critica della Ragion Pura: l’Estetica Trascendentale

Image result for critique of pure reasonLa Critica della Ragion Pura è un trattato sistematico. La scelta del genere letterario non è un semplice omaggio alla tradizione filosofica tedesca; per Kant la sistematicità è un’esigenza intellettuale e metodologica irrinunciabile. Le Critiche sono considerate da Kant opere propedeutiche a un sistema di filosofia nel quale i contenuti del sapere teoretico – relativo quindi al mondo della natura – e del sapere pratico – relativo al dominio della libertà – trovano finalmente una collocazione ordinata e organica. Continua a leggere

Onde Gravitazionali: la prossima tappa sarà osservare le stelle di neutroni

Risale allo scorso febbraio la rilevazione delle onde gravitazionali prodotte dallo scontro di due buchi neri. Ora i ricercatori si aspettano di studiare segnali simili a seguito dello scontro di altri giganti nell’universo come, ad esempio, le stelle di neutroni.

astronomia

Stella di neutroni (fotografia per gentile concessione NASA/Andrew Fruchter STScI).

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Non Solo Classiconi: parlando di libri su youtube

Con l’ultimo video sul canale abbiamo cominciato un viaggio libresco che coinvolgerà vari generi; si spiega il titolo del post e, forse, il titolo della playlist o rubrica (che non ho ancora scelto). Fare video lunghi su youtube è una sfida. Una doppia sfida se decidi di pubblicare video complessi, che richiedono riflessione e pazienza per essere compresi, che non danno l’illusione della conoscenza ma cercano di mostrare una via e di fornire gli strumenti per incamminarsi lungo quella via.

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Divagazioni sul Tempo: Tommaso d'Aquino, Aristotele, Einstein

Visto che sono anni che studio questi argomenti, ho deciso che è arrivato il momento di mettere ordine tra le mie carte e scrivere qualcosa di sensato su concetto di tempo. Certo, in Aristotele soprattutto, ma anche in Tommaso d’Aquino e nella fisica relativistica di Einstein. In questo post sollevo due problemi:

(1) l’analisi del concetto di “ora”, nunc (tradotto anche con istante) come anticamera del presentismo che, in contrasto con l’eternalismo, sostiene che solo le entità presenti esistano, e quindi che il presente abbia un genuino privilegio metafisico. Questa tesi è compatibile con il tridimensionalismo (in ontologia) e con la A-teoria. Per Aristotele in presente esiste o non esiste?

Mi spiego meglio: la A-teoria dice che il movimento del presente è una caratteristica della realtà indipendente dai soggetti e dalle loro intenzioni o rappresentazioni mentali; per questo motivo le proprietà come essere presente, passato o futuro sono determinazioni indipendenti e non riducibili alla nostra posizione nella serie temporale in cui viviamo. Questa posizione, ascrivibile più a Tommaso d’Aquino che ad Aristotele – e qui fidatevi, per ora, perché lo dimostrerò nei successivi post su questo blog – si contrappone al quadridimensionalismo, eternalismo e B-teoria di cui parleremo più diffusamente in seguito.

(2) Se l’ora in Aristotele è come una “singolarità” in fisica, ossia se riusciremo a dimostrare che l’ora è la singolarità che limita il tempo nel passato senza che sia necessario postulare un primo evento o istante, si affaccia un problema, il problema (cosmologico?) della misura del tempo. Orologi atomici vs prima sfera aristotelica. In questa questione si concentra il rompicapo più terribile: il tempo ha avuto un’origine? Continua a leggere

La materia oscura stealth

La materia oscura sarebbe inafferrabile, furtiva, stealth. Da quanto emerge dai calcoli dei fisici del Lawrence Livermore National Laboratory e dai modelli dati in pasto a Vulcan (un supercomputer per il calcolo parallelo in grado masticare numeri al ritmo dei petaflop), sarebbe questa la natura della materia oscura: stealthy, appunto. Per forza non c’è ancora esperimento che sia riuscito a rilevarla.

L’articolo, intitolato Direct Detection of Stealth Dark Matter through Electromagnetic Polarizability è in corso di pubblicazione per la rivista Physical Review Letters ma disponibile su arxiv.

(1) Che cosa sappiamo. Nelle galassie la concentrazione delle stelle diminuisce più ci si allontana dal nucleo, e la velocità delle stelle che abitano la regione esterna al nucleo decresce all’aumentare della distanza. Questo ci dice la legge di gravitazione universale di Newton. Ma c’è un problema: le osservazioni smentiscono questa spiegazione. La velocità delle stelle anche lontane dal nucleo è molto maggiore di quella attesa e, inoltre, non diminuisce affatto con la distanza!

Cosa significa? Che c’è più massa di quella che vediamo. Se, infatti, si correggono i calcoli ammettendo che c’è una materia invisibile e non concentrata nel nucleo, la cui attrazione gravitazionale è responsabile del moto delle stelle, allora le equazioni confermano che le stelle sono letteralmente circondate da una grande massa invisibile. La stessa cosa vale per gli ammassi di galassie. Conoscendo la massa totale di un ammasso si può calcolare il moto relativo di ciascuna galassia presente in esso. Anche in questo caso le osservazioni sperimentali, per essere coerenti con la formula newtoniana, richiedono un surplus di materia, visto che le velocità delle galassie sono anche di 400 volte maggiori di quelle calcolate. 

L'ammasso di galassie Abell 1689 osservato dal Telescopio Spaziale Hubble

L’ammasso di galassie Abell 1689 osservato dal Telescopio Spaziale Hubble.

Un’altra conferma viene dalla forma dell’Universo. L’Universo ha una curvatura spaziotemporale nulla, il che significa che è piatto.Questo comporta che la sua densità di massa totale deve essere uguale a un valore noto, la Densità Critica (circa 10-30 g/cm3). Anche questo valore si spiega solo ammettendo la presenza di materia invisibile. Oggi sappiamo che il Modello Standard spiega solo il 4% della materia/energia dell’Universo; il resto è materia oscura per il 24% ed energia oscura per il 72%. Secondo il principio di equivalenza di Einstein (E=mc2), l’energia oscura rende conto della maggior parte della massa/densità dell’Universo, visto che si comporta come una gravità negativa – tende a far espandere l’Universo – e si contrappone alla decelerazione dovuta all’attrazione gravitazionale della materia (barionica e non).

(2) Cosa ci dice questa nuova ricerca? Che la materia oscura avrebbe natura composita e confinata. Come un neutrone o un protone, quindi. Solo che a comporla sarebbero dei fermioni dark. Una sorta di “quark oscuri” confinati in nuclei di stealth matter da una forza anch’essa dark e sconosciuta: l’equivalente oscuro dell’interazione forte descritta dalla QCD, la cromodinamica quantistica. L’interazione forte può essere osservata in scala più piccola fra quark a formare i protoni, i neutroni ed altre particelle, e in scala più grande (dove si parla più propriamente di “forza nucleare forte”) fra protoni e fra neutroni a formare il nucleo dell’atomo. Nel primo caso le particelle mediatrici dell’interazione sono i gluoni, nel secondo i pioni.

È davvero singolare che una candidata particella di materia oscura, centinaia di volte più pesante d’un protone, possa essere costituita da componenti elettricamente cariche e, nonostante questo, possa esser riuscita a eludere, fino a oggi, il rilevamento diretto”, spiega Pavlos Vranas (LLNL) uno dei coautori dell’articolo.

Ma non è sempre stato così. Nell’epoca immediatamente successiva al Big Bang, per esempio, la temperatura era talmente elevata da presentare le condizioni giuste affinché materia ordinaria e materia stealth riuscissero a interagire senza difficoltà. Condizioni che, sostengono gli autori dello studio, disponendo di acceleratori sufficientemente potenti potrebbero essere ricreate anche oggi. Permettendo così una rilevazione diretta della dark matter. Questo perché, sebbene i nuclei di materia oscura  stealth – proprio come i protoni – siano estremamente stabili anche su scale cosmiche, quando si creano (come avveniva nell’universo primordiale) dovrebbero produrre una cascata di altre particelle nucleari a decadimento rapido. Particelle che potrebbero dar luogo a interazioni.

Certo, si potrebbe pensare che sia piuttosto comodo spiegare l’oscurità della materia oscura ipotizzando un intero mondo oscuro dove una sorta di “quark oscuri” vengono tenuti assieme da una sorta di “interazione forte” oscura anch’essa, no? Ma il modello non si limita a questo.

La materia oscura è oscura proprio perché interagisce in maniera quasi impercettibile con la materia visibile. Qualsiasi teoria per la materia oscura deve poter spiegare il fatto che l’interazione attuale con la nostra materia è così minimale, ma allo stesso tempo che le due siano state in interazione all’inizio dell’universo. La nostra teoria, che comunque non consiste in una “copia oscura” della materia visibile (basti il fatto che i “barioni” stabili sono “bosoni”, come per esempio i mesoni della nostra materia, e non “fermioni” come i protoni o i neutroni)”, spiega a Marco malaspina di Media INAF uno dei coautori dello studio, Claudio Rebbi, della Boston University. 

Mappa 3D della distribuzione su larga scala della materia oscura ricostruita da misure di lente gravitazionale debole utilizzando il telescopio spaziale Hubble

Mappa 3D della distribuzione su larga scala della materia oscura ricostruita da misure di lente gravitazionale debole utilizzando il telescopio spaziale Hubble.

Fino ad oggi alcuni pensavano avesse una componente barionica, e dunque propendevano per la teoria secondo cui le componenti della materia oscura sarebbero i MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects, Oggetti astrofisici massicci e compatti di alone) ed emettono una quantità di luce troppo scarsa per poter essere visti. Altri, invece, ritenendo abbia una componente non barionica, ritengono sia fatta di WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, particelle massive debolmente interagenti), che interagiscono pochissimo con la materia, ancor meno dei neutrini.

Sappiamo da qualche ano che la Cryogenic Dark Matter Search (Cdms), ha individuato tre particelle di materia oscura che hanno, più o meno, la stessa massa e il teamdella Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT) ha rilevato un segnale compatibile con una particella di materia oscura di massa compresa tra 7 e 11 GeV. 

Nel caso del modello stealth, che non è una copia esatta dell’interazione forte che conosciamo ma ha molti elementi in comune con questa, esiste la possibilità che questo mondo oscuro (con le sue nuove particelle) possa essere rivelato dagli esperimenti in corso al Large Hadron Collider al CERN di Ginevra.

Paper: arxiv.org/abs/1503.04205 

Fonti:

http://phys.org/news/2015-09-theory-stealth-dark-universe-mass.html

http://www.media.inaf.it/2015/09/25/materia-oscura-stealth/

Il lato oscuro del bosone di Higgs

Su Phys.org è comparsa una breve ma incisiva intervista a Daniela Bortoletto una ricercatrice dell’Università di Oxford che fa parte del team di ATLAS al CERN.

Dopo la conferma del bosone di Higgs, come sapete da circa due mesi LHC ha ripreso a funzionare ad energie da record: 13 TeV. Sappiamo che decade in due fermioni, e avevo fatto un primo punto della situazione intervistando il Prof. Guido Tonelli.

Ora è interessante sentire cosa ha da dire la Prof.ssa Daniela Bortoletto, in quanto le sfide che ci aspettano sono a dir poco emozionanti. Per prima cosa gli scienziati sperano di colmare i buchi del Modello Standard, visto che non è una teoria del tutto. Per lo meno, non lo è ancora.

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La catena degli acceleratori del CERN, organizzati in stadi successivi di accelerazione terminanti con l’iniezione in LHC.

Come è noto, pur avendo riunificato la forza elettromagnetica e quella nucleare debole (forza elettrodebole), il Modello Standard non è completo:

(i) non include la forza di gravità, che è l’interazione di più debole intensità;

(ii) non spiega lo spettro delle masse delle particelle;

(iii) contiene diversi parametri arbitrari;

(iv) non rende conto dell’asimmetria tra materia e antimateria nell’universo, fallisce nell’identificare le particelle fondamentali di materia oscura e nello spiegare l’energia oscura;

(v) non riunisce in un’unica teoria l’interazione nucleare forte e la forza elettrodebole, che la teoria della grande unificazione spiega con l’ipotesi che queste due forze a temperature elevate si equivalgono.

Ovviamente è la materia oscura l’argomento più “caldo”. “Grazie alle elevate energie di LHC speriamo proprio di ricreare in laboratorio la materia oscura”, dichiara la Bortoletto. “Se la materia oscura è la più leggera delle particelle previste da SUSY che potremmo scoprire, ci sono molte altre particelle SUSY che potremmo scoprire, poiché la supersimmetria prevede che ogni particella del Modello Standard abbia una sua controparte supersimmetrica”.

Galassie mancate piene di materia oscura

Una suggestiva immagine dell’ammasso della Chioma (Cortesia NASA/JPL-Caltech/GSFC/SDSS).

La supersimmetria (o SUSY, da SUper SYmmetry) è stata formulata per rendere conto dei fenomeni della fisica delle particelle che rimangono inspiegati nell’ambito del Modello Standard. La peculiarità di questa ipotesi è semplice: a ogni particella bosonica, dotata cioè di spin intero, si associa una particella fermionica (o superpartner) dotata di spin semi-interi (in modo correlativo, ogni fermione ha un superpartner bosonico).Dobbiamo ammettere che sembra una tesi abbastanza esotica.  Perché abbiamo bisogno della supersimmetria?

Ecco tre buoni motivi: (i) consente di unificare le tre forze fondamentali della natura, una volta raggiunte le energie più elevate; (ii) prevede l’esistenza di particelle che potrebbero costituire la materia oscura; (iii) permette di risolvere il problema della differenza di intensità tra forza nucleare debole e forza gravitazionale – di 32 ordini di grandezza a favore della forza debole (ciò significa che è 100.000 miliardi di miliardi di miliardi più intensa). Tuttavia, benché il modello standard sia solidamente confermato dagli esperimenti, sul tappeto rimangono ancora molti problemi, in primis l’antimateria.

Che cosa ha causato l’asimmetria o, meglio, la rottura della simmetria che ha permesso alla materia barionica di dominare sull’antimateria? “Non lo sappiamo ancora, ma abbiamo scoperto il bosone di Higgs, una particella che non ha spin, che potrebbe decadere in particelle di materia oscura e che potrebbe aiutarci a capire perché non è stata l’antimateria a prendere il sopravvento”, spiega la Bortoletto. “Lo spin spiega il comportamento delle particelle. Gli elettroni hanno spin ½, mentre i fotoni che sono responsabili delle interazioni elettromagnetiche, hanno spin 1. Le particelle a spin ½ obbediscono al principio di esclusione di Pauli che vieta a due elettroni di occupare lo stesso stato quantico. L’Higgs è la prima particella spin 0, la prima particella scalare osservata, una particella che, tecnicamente, non è materia né forza”.

Proprio per questa sua natura ha certamente un ruolo importante nella spiegazione dell’inflazione cosmica, dell’energia del vuoto e, come è noto, nella spiegazione della massa delle altre particelle. “Ed è proprio a causa del bosone che l’elettrone ha massa e che gli atomi hanno potuto formarsi. Ma perché le particelle elementari hanno masse così diverse? Ora, grazie ai nuovi dati di LHC e ATLAS possiamo studiare meglio il decadimento del bosone e le interazioni tra bosoni e quarks”. Insomma, anche se il prossimo potenziamento di LHC sarà nel 2025, è ormai certo che in questi anni le novità non si faranno attendere.

Qui trovate la pagina della Prof.ssa Daniela Bortoletto – Department of Physics, Oxford.

Fonte: http://phys.org/news/2015-07-exploring-higgs-boson-dark-side.html