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Sarà una lunga estate Novembre 7, 2008

Inviato da Marco in : LHC , 26 commenti

Mercoledì scorso al run coordination meeting settimanale di ATLAS abbiamo ricevuto l’informazione ufficiale da LHC: l’ultimo magnete riparato dovrebbe scendere nel tunnel a fine Aprile 2009, e l’iniezione dei fasci non comincerà prima di Agosto 2009. Umpf. Accidenti, è come ti aggiungessero dei fogli addizionali al calendario, come se ti cambiassero di continuo il fuso orario. Merde, alors.

Ultimo test per LHC, poi in letargo Novembre 3, 2008

Inviato da Marco in : LHC , 24 commenti

Giusto per tenervi informati. Oggi alle 15 LHC farà l’ultimo test accensione dei magneti previsto prima dello shutdown invernale: si tratta veramente dell’ultima occasione nel 2008 in cui i settori verranno alimentati a 7 kA, poi l’elio verrà tolto dappertutto e il macchinone andrà in letargo fino alla prossima primavera (riparazioni permettendo). A proposito, la settimana scorsa il settore 12 - quello che mostrerebbe qualche sintomo di quelli potenzialmente correlati all’incidente al settore 34 di beneamata memoria - é stato testato per bene e a fondo: nessun problema o danno evidente, ma onestamente non so dirvi di piu. Qui comincia a fare freddo, e i macchinisti sono molto abbottonati di questi tempi.

Un sacco di muoni inspiegati Ottobre 31, 2008

Inviato da Marco in : Fisica , 18 commenti

Scusate il micropost tecnico, ma una notizia del genere va data, specie in questo periodo di traversata del deserto in attesa della ri-partenza di LHC. L’esperimento CDF a Fermilab ha appena annunciato di aver visto alcuni eventi in cui qualcosa produce una cascata di muoni, raggruppati in qualche cosa che assomiglia molto a un jet, ma di leptoni. La notizia è succulenta, perché non ci sono molti modi per ottenere un effetto simile nel quadro del Modello Standard, e dunque l’osservazione potrebbe essere la traccia di una qualche nuova particella esotica, il segno (finalmente?!) di nuova fisica.

Ovviamente le speculazioni si sprecano: qualche audace tira in ballo i preoni, i più discutono di materia oscura. I colleghi di CDF sono ovviamente ben più cauti, e nell’articolo si limitato a descrivere il fenomeno anomalo. Perché si sa, questo genere di eventi potrebbe anche solo essere una bizzarra forma di rumore di fondo, per cui la cautela è d’obbligo, fino a quando qualche altra osservazione (per esempio di D0, l’esperimento gemello di CDF a Tevatron) non dovesse vedere un fenomeno simile, o altre osservazioni parallele corroborassero quanto visto da CDF. E per questo tipo di conferme ci vorrà parecchio tempo. Bom, vado a finire la lettura dell’articolo; per chi volesse un riassunto, il blog di Tommaso è sempre prezioso.

Update (3 novembre 2008): come accennavio ieri mattina tra i commenti, stanotte è uscito un secondo articolo dove si cerca di interpretare l’origine fisica della “jet” di muoni: si tratta forse del decadimento multiplo di una nuova particella pesante? Stampo e vado a studiare. Nell’attesa, c’e una cosa interessante da notare: il primo articolo (quello che descrive l’osservazione) è firmato da quasi tutta la collaborazione CDF. Il secondo (quello che contiene la possibile interpretazione del fenomeno) è firmato da sole sette persone, gli autori dell’analisi. Il che ci dice probabilmente qualcosa sul clima di scetticismo interno a CDF rispetto a questi risultati: una cosa è vedere un fenomeno bizzarro che c’è ma non ha (ancora) spiegazioni chiare, un’altra è riuscire a giustificarne l’origine fisica con sicurezza.

Massa, velocità, energia. La formula più famosa del mondo e il teorema di Pitagora Ottobre 28, 2008

Inviato da Marco in : Divulgazione, Fisica, Formulette , 44 commenti

Secondo articoletto della categoria Formulette (e pazienza per la radiazione di sincrotrone che avevo promesso: sarà per un’altra volta). Oggi vi propongo di giocare un po’ con la formula di fisica più famosa del mondo. Che - credo sarete d’accordo - è senza dubbio questa:

E = m c^{2}

La si trova dappertutto (insieme al faccione irriverente dell’Einstein degli ultimi anni), simbolo dei trionfi (e anche dei disastri, se pensate all’energia nucleare) della fisica moderna del 900.Cosa dice questa formula? Ci rivela la geniale scoperta di Einstein: un corpo di massa m a riposo è un incredibile serbatoio di energia E, che può essere calcolata come il prodotto della sua massa m per il quadrato della velocità della luce c.

Quello che è un peccato è che la formula più famosa del mondo - così come è scritta lassù - ha almeno due difetti. Primo, vale solo per corpi a riposo: appena ci si sposta in un sistema di riferimento in cui il corpo in questione si muove, beh, non vale più (tra un minuto vediamo perché questo è un bel limite alla comprensione); la formula generale, quella che vale per un corpo qualunque sia la sua velocità v, è questa:

E = \frac{m c^{2}}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}

che è di certo meno facile da mettere sulle magliette o negli spot pubblicitari. Secondo, usa delle unità di misura innaturali, che aggiungono una complicazione probabilmente inutile alla formula, e, di nuovo, alla comprensione.

Iniziamo dalle unità di misura. La relatività speciale di Einstein ci dice che nulla si può muovere a una velocità maggiore di quella della luce c. A pensarci bene, se esiste una velocità limite, allora sarebbe sensato misurare ogni velocità in termini di questa velocità massima. Avrebbe molto più senso (perlomeno quando si fa fisica, forse non in autostrada) dire che un corpo viaggia a un centesimo della velocità della luce, piuttosto che a 3000 chilometri al secondo. Se decidiamo di usare questa convenzione (come tutti i fisici delle particelle fanno), possiamo ribattezzare la velocità come:

\beta = \frac{v}{c}

Se un corpo viaggia alla velocità della luce, avrà \beta=1. Se va a 3000 chilometri al secondo, avrà \beta=0.01. E naturalmente misurare le velocità in unità di c equivale a dire che c=1, per cui la nostra formula iniziale (quella che vale per tutte le velocità) diventa:

E = \frac{m}{\sqrt{1-\beta^2}}

Un po’ più semplice, no? Siccome \beta non ha dimensioni (nel senso che è un numero puro, senza unità di misura), il trucchetto ci permette di misurare le masse e le energie (e i momenti, come vedremo tra un attimo) nella stessa unità di misura (scegliete voi quelle che vi piacciono: ai fisici delle particelle piacciono gli elettronvolt). Adesso facciamo un po’ di magia con l’algebra (ce la potete fare!). In relatività il momento di un corpo si calcola come p = E \beta, per cui se manipolate un po’ l’ultima formuletta (fate il quadrato, moltiplicate a destra e sinistra per \sqrt{1-\beta^2}, …) potete ottenere questa qui:

E^2 = m^2 + p^2

che, detto tra noi, dovrebbe prendere il posto di formula più famosa del mondo!

E adesso, non sentite un formicolio dietro alle orecchie? Sono sicuro di si! Cosa vi ricorda l’ultima formula che abbiamo scritto? Dai, un piccolo sforzo… ma certo: il teorema di Pitagora! Eh si, possiamo scrivere la formula più importante della relatività ristretta come fosse il teorema di Pitagora. Ganzo! Provate a dirlo ad alta voce: il quadrato dell’energia di un corpo è uguale alla somma dei quadrati della sua massa e del suo momento.

Che cosa possiamo imparare da questa filastrocca? Guardate questa figura:

Nel caso (1) il corpo è fermo: la sua energia è completamente determinata dalla sua massa. Se il corpo in questione si muove (per esempio si tratta di Oliver che va a spasso) ha un momento molto più piccolo della sua massa (2), e la sua energia è ancora quasi completamente determinata dalla sua massa solamente. E’ il caso dei movimenti di tutti i giorni, della fisica classica: piccole velocità e grandi masse. Ma se il momento della particella è molto più grande della sua massa (2) come nel caso delle particelle negli acceleratori (che sono leggere, almeno rispetto a Oliver) che viaggiano a velocità prossime a quelle della luce, beh, l’energia della particella è praticamente tutta determinata dalla sua velocità! E nel caso estremo di particelle senza massa (4) come il fotone, beh, queste viaggiano sempre… alla velocità della luce.

Adesso provate a usare questa figura per capire che cosa succede in un acceleratore di particelle. Prendete due particelle leggerine (diciamo sue protoni, come in LHC) e acceleratele a velocità prossime a quella della luce: siete nella condizione (3). Poi le fare sbattere l’una contro l’altra, e, come già sapete, avete a disposizione nello scontro la somma delle energie. Ovvero un’ipotenusa blu bella lunga. Adesso immaginate che nello scontro saltiate dalla condizione (3) a quella (2) (o anche (1), se volete): con l’energia a disposizione potete produrre particelle moooolto più pesanti (con un cateto verde molto più lungo), ma che si muovono decisamente più piano (un cateto rosso più corto). Questo è quello che fanno i collisionatori: trasformano energia cinetica (che è facile accumulare, accelerando particelle leggere) in massa. Producendo particelle più pesanti di quelle di partenza! E, naturalmente, potreste farlo anche saltando da (4) a (2), usando due fotoni energetici per produrre particelle massive. Non è forte?

Un grazie a L.B Okun a cui ho preso in prestito l’idea del teorena di Pitagora. Questo articoletto é un regalo per Anna, che si sbatte per poter insegnare la fisica (moderna e non) alle scuole superiori.

Inauguriamo, inauguriamo Ottobre 22, 2008

Inviato da Marco in : CERN, LHC, Politiche della ricerca , 22 commenti

Da queste parti ieri ha avuto luogo la festa (mesta) di inaugurazione di LHC. A suo tempo i testoni dell’amministrazione, insieme con i delegati del consiglio del CERN, avevano deciso che lo champagne andava stappato comunque, anche con la macchina ferma per mesi e il morale di tutti un po’ basso. Certo, non avrebbero dovuto stupirsi che molte delle autorità previste abbiamo dato disdetta all’ultimo, adducendo malditesta improvvisi e appuntamenti dal dentista di corte. Peccato. Di tutta la giornata, pochi i punti salienti da ricordare.

Uno. La percentuale di tamarri autodipendenti tra i dipendenti del CERN è uguale a quella nella popolazione civile. Non siamo migliori. Nonostante la metà dei parcheggi del sito fosse chiusa per far spazio a giornalisti e VIP, e fosse stato esplicitamente chiesto di evitare le auto, praticamente nessuno ci ha rinunciato per venire al lavoro. Risultato: ogni centimetro quadrato di aiuola e marciapiede del CERN era coperta da macchine, veramente un’immagine splendida. Meno male che l’inaugurazione non se l’è cagata praticamente nessuno. Il sottoscritto - ligio al dovere come pochi - ha mollato l’auto nel parcheggio dell’asilo di Giulia, e se l’è fatta a piedi sotto la pioggia dal centro di Meyrin all’ufficio, per poi sentirsi un cretino di fronte al parcheggio selvaggio del resto del mondo.

Due. Sui baveri delle giacche degli italiani selezionati per accogliere ufficialmente le delegazioni campeggiavano adesivi con “cervello in fuga” o immaginette di “beata ignoranza”. Peccato che l’Italia non abbia inviato nessun responsabile politico che potesse apprezzarli. Ok, l’occasione non meritava (e la Gelmini avrebbe probabilmente preso i pomodori), ma tra la selva dei sottosegretari non potevano trovarne uno che fosse incuriosito dalla cucina molecolare del buffet ufficiale? Alla fine hanno spedito il capo delle delegazione italiana all’ONU di Ginevra, il più vicino in linea d’aria. A questo punto, italiano per italiano, il pizzaiolo della Meyrinoise aveva meno strada da fare.

Tre. I magneti di LHC esposti sulla rotonda di Saint Genis sono eccellenti per ospitare gli striscioni di una protesta. I francesi, che hanno pure loro dei problemini di tagli al numero di insegnati, lo hanno capito al volo e ne hanno approfittato. Certo, nel loro caso si è mosso il primo ministro (il presidente della repubblica era a chiacchierare con il presidente americano), motivo per il quale nel campetto di rugby dietro al CERN se ne stava ben appostata una squadra di CRS, la polizia francese dal manganello facile, pronta a menare le mani. I manifestanti di cui sopra hanno optato per la linea morbida, e abbandonato lo striscione in bella mostra sul magnete. Intorno alle 23 dovevano rimuoverlo i gendarmi sconsolati: anche questa è una buona strategia di protesta.

Quattro. E’ perfettamente possibile infilarsi di straforo al banchetto dei VIP, se si hanno insieme un po’ di fortuna, una faccia di tolla sufficiente, e la prontezza di mescolarsi ai camerieri che entrano dalla porta posteriore non presidiata dagli energumeni con l’auricolare. Il sottoscritto e un collega francese ci sono riusciti: la cucina molecolare valeva la pena di essere assaggiata (e il buffet per i comuni mortali non reggeva nemmeno lontanamente il confronto!). L’essere vestito da boscaiolo canadese quando tutti gli altri erano in giacca e cravatta è stato un dettaglio trascurabile, è bastato tenere costantemente in mente cosa riesce a fare Wolverine con un tenuta simile, e muoversi con leggerezza. Il fatto che i camerieri fossero italiani ha certamente aiutato, comunque. Anche il Marsala del 1988 tracannato di gusto appena entrati.

Cinque. Les Horrible Cernettes riscatterebbero qualunque serata.

Report sull’incidente a LHC Ottobre 17, 2008

Inviato da Marco in : Fisica, LHC , 15 commenti

Ieri sera il CERN ha rilasciato il report ufficiale sull’incidente a LHC del 19 settembre scorso, dopo che finalmente il tunnel è stato messo in sicurezza, l’elio evacuato, i magneti riscaldati a temperatura ambiente e qualcuno è potuto scendere e guardare di persona che cosa è successo. Come promesso dal Direttore Generale, il report arriva poco prima dell’inaugurazione ufficiale con gli alti papaveri, che avverrà martedì prossimo. Se siete pigri potrebbe bastarvi il comunicato stampa, ma consiglierei la lettura del fascicolo completo per i dettagli.

Ecco in tre parole che cosa è successo:

La situazione attuale vede 5 quadrupoli e 24 dipoli al massimo da riparare, anche se l’ispezione è ancora in corso e il numero delle vittime potrebbe crescere. Per fortuna una rapida occhiata all’inventario ha mostrato che il CERN ha abbastanza pezzi di ricambio per rimpiazzare subito i magneti danneggiati (verrà fatto durante lo shutdown invernale). L’altra cosuccia da risolvere è la contaminazione dei tubi del vuoto del fascio (che devono essere ben puliti e spolverati per avere un vuoto come si deve), ma questo problema sembra essere limitato. Vedremo. Apparentemente il tempo e la forza lavoro necessari per completare le riparazioni sarebbero sufficienti.

Per concludere, il punto che mi sembra più importante: come fare a evitare che una simile problema si ripresenti nel futuro o altrove? I tecnici del fascio hanno passato parecchio tempo a riguardare le misure sui magneti, per cercare di capire se l’incidente abbia una sua “firma” caratteristica. Sembrerebbe proprio che abbiamo identificato alcuni aspetti delle misure che, col senno di poi, possono essere correlati a questa maledetta connessione elettrica difettosa, e stanno verificando se la “firma” appare anche altrove nel resto di LHC. Prima o poi ne sapremo di più.

Ah, e ovviamente si parla anche di migliorare il sistema di quench e di scarica dell’elio, ma questo mi sembra scontato.

La statistica degli eventi improbabili spiegata a Oliver Ottobre 12, 2008

Inviato da Marco in : Divulgazione, Fisica, Scienza con Oliver, Scienza e dintorni , 45 commenti

Da qualche giorno Oliver mi guarda in cagnesco. In teoria non dovrebbe essere un problema, perché Oliver è a tutti gli effetti un cane. Il punto è che Oliver ha passato i suoi primi mesi di vita con una gatta, e questo lo ha piuttosto “felinizzato”. Chiariamoci, è sempre incredibilmente lineare, fedele e scemotto come un cane. Però saltella come un gatto quando caccia, e guarda in cagnesco solo in due casi: vuole assolutamente giocare a “tirami l’osso ed io ringhio feroce”, oppure è preoccupato. Le preoccupazioni di Oliver comprendono l’eccessiva vicinanza di qualcuno alla sua ciotola, un infante nella sua cuccia, o la sparizione di uno dei padroni per più di cinque minuti. Ma oggi sembra esserci qualcosa di nuovo. “Cosa c’è?  Sputa il rospo!” “Non mangio rospi da quella gita in montagna…”  “Uff” “Beh, anche se sono un cane a volte ascolto quello che si dice in giro. Tu stai costruendo un macchinone che ci ucciderà tutti. Si, insomma, quell’acceleratore elleaccacci a cui lavori, dicono che potrebbe distruggere il mondo con un buco nero o con qualche altra terribile cosa… ” (Oliver è un cane pavido) “… puoi garantirmi che la cosa è sicura, che non c’è pericolo?”.

Ahi ahi ahi, come faccio questa volta? Con il bosone di Higgs me l’ero cavata con la storia della melassa, ma questa volta mi tocca tirare in ballo la statistica, e statistica vuol dire numeri: Oliver sa contare, ma non gli piace farlo. Vabbé, proviamo.

Allora, Oliver, ascolta, ci sono due cose importanti che devi cercare di capire (Oliver assume la sua consueta faccia concentrata). La prima è questa: la scienza non può garantire nulla in modo assoluto. Non può dire “mai”, o “sempre” (lampo di terrore negli occhi di Oliver. Io continuo imperterrito). Per esempio, nella vita comune diciamo che la tua razione si pappa quotidiana (di nuovo rilassato e attento, conosco il mio pollo!) pesa 400 grammi. In realtà il massimo che la scienza può dire è che - con una certa probabilità - il peso della tua pappa è contenuto in un intervallo centrato sul valore di 400 grammi; intervallo che ha una larghezza che dipende da tanti fattori, ma principalmente dalla bilancia che abbiamo usato per pesare la pappa. Nella vita quotidiana questo intervallo è sufficientemente piccolo rispetto al peso totale della tua pappa, e finisce che ce ne dimentichiamo e usiamo solo il valore centrale. Allo stesso modo, la scienza non può mai dire che un avvenimento non avverrà mai, perché sappiamo solo calcolare la probabilità di un avvenimento (e in certi casi non ne siamo neanche capaci, ma di questo parliamo dopo). Tu capisci che cosa è la probabilità di un avvenimento, vero?

Se dico che hai il 50% di probabilità che io ti dia un biscotto ogni volta che usciamo in passeggiata, vuol dire che riceverai in media un biscotto ogni due passeggiate. E siccome usciamo in passeggiata due volte al giorno, in un anno riceverai in media 365 biscotti. Ma magari non proprio uno al giorno, che un giorno potresti riceverne due (Oliver sbava) e un altro nessuno (tristezza negli occhi). Adesso diciamo - ma solo per scherzo, eh! - che la probabilità che io ti dia un biscotto durante una passeggiata sia 10^{-20} (Oliver - che conosce bene la notazione esponenziale - impallidisce, lo vedo persino sotto il pelo): cosa vorrebbe dire? “Un cane salsiccio meticcio longevo come me ha un’aspettativa di vita di 20 anni: se conto due passeggiate al giorno fanno 7300 passeggiate nella vita: non avrei mai nessun biscotto. E nemmeno se uscissi dieci volte al giorno!”. Beh, sono sicuro che adesso capisci: questa è la migliore definizione di “mai” che la scienza possa dare! Un evento estremamente improbabile ha una probabilità piccolissima, sebbene diversa da zero: l’inverso della probabilità ti dice quante volte dovresti “tirare il dado” (o uscire in passeggiata, o far sbattere un protone contro l’altro) per far avvenire almeno una volta (in media) quell’evento. Se questo numero è enormemente più grande delle tue possibilità di tirare il dado (o di uscire in passeggiata nella tua vita, o di far sbattere un protone contro l’altro nell’arco della vita di tutto l’Universo), allora puoi rilassarti e dirti che l’evento non avverrà “mai”. Pur continuando ad essere (pochissimamente) probabile!

Rincariamo la dose: esiste una probabilità che io e te, adesso mentre passeggiamo, transitiamo per un fenomeno che si chiama tunnel quantistico nel centro della terra e moriamo di una morte orribile. Diciamo, approssimando, che la probabilità sia circa di 10^{-500}. Il suo inverso, contato in numero di interazioni tra atomi, è maggiore (e di molto!) dell’età dell’universo. E infatti nessun uomo e nessun cane si preoccupa che un tale evento possa accadere!

Ma qui arriva la seconda cosa di cui ti devo parlare. I biscotti in passeggiata o il tunnel quantistico degli atomi sono eventi che conosciamo e abbiamo osservato: sappiamo calcolarne la probabilità. Ma come facciamo per gli eventi che non sono mai accaduti? Come i buchi neri prodotti da LHC, o l’apparizione di draghi ferocissimi da un’altra dimensione nella tua cuccia quando vai a dormire? Semplice: non possiamo! Non è possibile calcolare una probabilità per un evento che non è mai accaduto. Quello che possiamo fare però è una cosa molto comune nella scienza: possiamo mettere dei limiti, ovvero possiamo dire che un certo evento mai osservato, se dovesse esiste, ha una probabilità di accadere inferiore a una certo valore. Come faccio il calcolo?  Per esempio, potrei contare quante volte nella storia della terra i cani sono andati a dormire nella loro cuccia, e i draghi ferocissimi da un’altra dimensione non sono apparsi (perché no, stai tranquillo, per adesso non è mai accaduto). La probabilità dell’evento-draghi sarà inferiore all’inverso di questo numero. “Che è un numero grande!” - guaisce Oliver, che ormai ha capito l’antifona, dunque una probabilità piccola, dunque… E per esempio puoi calcolare quante interazioni tra due protoni di energia simile a quella delle collisioni di LHC sono avvenute in natura dall’inizio dell’universo: è di nuovo un numero molto grande. E siccome non abbiamo avuto buchi neri catastrofici o draghi che abbiano inghiottito l’universo, puoi mettere un limite superiore alla probabilità di questi eventi, e confrontarla con il numero di collisioni che avverranno a LHC. Che è la migliore approssimazione di “non accadrà mai a LHC” che puoi dare. Soddisfatto?

Oliver sembra decisamente più sereno di quando siamo usciti di casa. Di colpo si ferma, si siede e gonfia il petto: “Se dovessimo finire nel centro della terra per quel tunnel-quanto-non-mi-ricordo-bene, io sarei fiero di morire al tuo fianco! Posso avere un biscotto, adesso?”.