Rilevare singole molecole, lo spin di singoli elettroni e i movimenti di masse incredibilmente piccole: è quanto sono riusciti a fare un gruppo di ricercatori della Yale School of Engineering and Applied Sciences grazie alla messa a punto di un oscillatore nanoscopico, o nanocantilever, che funziona sulla base dei principi della fotonica e che elimina la necessità di ricorrere a trasduttori elettrici e a faticose messe a punto dei laser.

L’apparecchiatura, descritta in un articolo pubblicato in anteprima sul sito di “Nature Nanotechnology” rappresenta una nuova generazione di strumenti per misurazioni ultrasensibili a scala atomica.
Nei sistemi nanoelettromeccanici, i cantilever sono i sensori meccanici fondamentali. Queste minuscole strutture, fissate a un’estremità e libere all’altra, funzionano come una sorta di trampolino a nanoscala che si “piega” quando una molecola “salta” su di esso, registrando così una carica che può essere misurata e calibrata. L’articolo dimostra quindi come sia possibile esuguire misure alla scala nanoscopica grazie all’uso della fotoelettronica per rilevare il movimento del cantilever.

“Il sistema che abbiamo sviluppato è il più sensibile esistente che possa lavorare a temperatura ambiente. In precedenza, questo livello di sensibilità era raggiungibile solamente a temperature estremamente basse”, ha osservato Hong Tang, che ha diretto la ricerca.

Il sistema è infatti in grado di rilevare deflessioni dei sensori fino a 0,0001 Ångstrom, vale a dire a un decimillesimo delle dimensioni di un atomo di idrogeno.

Per rilevare questi minuscoli movimenti, i ricercatori hanno creato una struttura fotonica che guida l’onda luminosa attraverso un cantilever. Dopo essere fuoriuscita dall’estremità libera, la luce scavalca un gap nanometrico ed è raccolta in un chip.

“Per far funzionare questi apparecchi non abbiamo bisogno di laser, ma sono sufficienti degli economicissimi LED, che possono essere anche ‘scalati’ in dimensioni per integrarli in un nanochip fotonico”, ha spiegato Wolfram Pernice, che ha partecipato alla ricerca.

Fonte: Lescienze

Il mondo è in attesa di vedere la “particella di Dio” e con esso il dipartimento di Fisica dell’Università Federico II di Napoli, che da dieci anni sta lavorando ad uno dei più grossi e suggestivi macchinari del mondo: l’acceleratore di particelle conosciuto come LHC (large Hadron Collider). LHC prende il nome dei due fasci di particelle subatomiche che saranno fatti scontrare ad altissima velocità per ricreare la scintilla originaria dell’Universo. Dopo essere entrato in funzione a settembre dello scorso anno, l’acceleratore si è rotto e dopo varie posticipazioni dovrebbe essere riacceso ad ottobre di quest’anno. “Il ritardo è un vantaggio – ci dice Sergio Patricelli del Dipartimento di Fisica dell’Università di Napoli – siamo in fase di raffinamento di tutte le nostre armi per la partenza di LHC e il nostro obiettivo è trovare il Bosone di Higgs, l’ultimo tassello per il completamento del modello standard delle particelle elementari”.

A Napoli si concentrano gli studi su eventuali particelle super-simetriche che potrebbero uscire dalla interazione di LHC, come parte del progetto ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) a cui collaborano 1700 scienziati di 159 istituzoni di 37 paesi. “Potrebbero essere la risposta ad interrogativi sul modello standard delle particelle elementari, ad esempio la materia scura potrebbe essere parzialmente spiegata da particelle super-simmetriche – dice Patricelli – siamo al limite della frontiera”. Nel dipartimento del Professor Patriceli si sta mettendo a punto il centro di calcolo dell’ LHC  che si inserisce, insieme ad altri sistemi, nel progetto Grid del CERN, per la distribuzione di risorse di calcolo accessibili a tutti nel mondo, come accade con le griglie elettriche. Fonte: Wired.it

Il condizionale è d’obbligo perché, come spiegano gli stessi autori dell’analisi, la sorgente di questi positroni in eccesso potrebbe essere una pulsar o altre sorgenti astrofisiche. Tuttavia, la lettura dei dati come segnale di materia oscura sembra essere la più accreditata, come ha spiegato a «Le Scienze» Piergiorgio Picozza dell’INFN e Università di Roma Tor Vergata, coordinatore dell’esperimento Pamela: «I dati presentati su “Nature” erano già stati messi a disposizione della comunità scientifica in un altro studio pubblicato a ottobre 2008 sul sito arxiv.org, per addetti ai lavori. Da allora, lo studio presentato su arxiv.org è stato sottoposto a revisione da parte di un centinaio di fisici, tra i quali anche alcuni dei massimi esperti del settore. Ebbene, il 60 per cento delle revisioni ha concluso che effettivamente siamo in presenza di segnali di materia oscura.»

Secondo i modelli proposti, le particelle di materia oscura interagiscono tra loro per poi annichilirsi o decadere, producendo flussi di altre particelle ad alta energia, in particolare coppie protone-antiprotone ed elettrone-positrone. E nel corso della sua missione Pamela misura proprio questi flussi, producendo dati estremamente interessanti, come l’abbondanza di positroni riportata su «Nature». «Questi dati – specifica Picozza – insieme a quelli pubblicati sul rapporto tra antiprotoni e protoni a febbraio su “Physical Review Letters“, sono uno dei più importanti contributi di questi ultimi anni alla conoscenza del mistero della materia oscura, permettendo di restringere in modo molto significativo il campo delle ipotesi sulla sua natura.»

La sonda russa con a bordo l’esperimento Pamela, frutto di una collaborazione tra INFN, Agenzia spaziale russa e istituti di ricerca russi, con la partecipazione dell’Agenzia spaziale italiana e il contributo delle agenzie spaziali e università tedesche e svedesi, è partita il 15 giugno 2006 da Baikonur, in Kazakistan, ed è in orbita a un’altezza tra 350 e 600 chilometri. L’esperimento continuerà per almeno altri tre anni, in attesa di AMS (Anti Matter Spectrometer): «Il più grande cacciatore di antimateria mai costruito, che verrà agganciata alla Stazione Spaziale Internazionale alla fine del prossimo anno», ricorda Enrico Flamini, responsabile Osservazione dell’Universo dell’Agenzia Spaziale Italiana, che insieme all’INFN sarà in prima fila nella realizzazione di AMS, un vero e proprio laboratorio orbitante per la fisica delle particelle, tutto europeo.

Fonte: Le scienze

Applicando un nuovo metodo statistico, un gruppo di ricercatori ha mostrato come sia possibile usare matrici casuali per spiegare l’entità della violazione di CP in natura

Per la prima volta è stata stimata l’entità di un fondamentale “squilibrio” che caratterizza il mondo sub-atomico: si tratta di quello correlato alla cosiddetta violazione CP (carica-parità) che distingue la materia dall’antimateria, ed è essenziale per comprendere perché nel mondo naturale la materia predomini in modo così marcato sull’antimateria. Il risultato è stato ottenuto da Gary Gibbons e Steffen Gielen dell’Università di Cambridge, in Gran Bretagna, da Neil Turok del Perimeter Institute for Theoretical Physics e da Chris Pope della Texas A&M, che firmano in proposito un articolo in corso di pubblicazione sulle “Physical Review Letters” (già consultabile peraltro sul sito di arXiv).

Subito dopo il big bang, nelle prime fasi di evoluzione dell’universo, materia e antimateria avrebbero dovuto essere generate in parti uguali. Ma poiché materia e antimateria si annichilano quando vengono a contatto, l’universo avrebbe dovuto avere fine in tempi brevissimi, se le proporzioni fossero state identiche. Secondo il modello standard, l’attuale squilibrio in favore della materia va imputato a un’asimmetria nel decadimento delle particelle, espressa appunto dalla “violazione CP”.

I primi esperimenti per la verifica dell’esistenza di questa violazione si svolsero al CERN e al Fermi National Accelerator Laboratory all’inizio degli anni novanta, ma poiché i risultati non avevano una precisione soddisfacente si dovette aspettare il 2001 per una prima definitiva dimostrazione per alcune particelle, seguita negli anni successivi da ulteriori conferme. Il modello standard, peraltro, predice con successo il funzionamento della violazione CP nel decadimento di diverse particelle, ma spiega non altrettanto bene da cosa abbia origine l’abbondanza di barioni – protoni e neutroni – rispetto alle loro antiparticelle.

Applicando un nuovo metodo statistico, Gibbons e colleghi hanno ora mostrato come sia possibile usare matrici casuali per valutare l’entità della violazione di CP in natura. Con loro stessa sorpresa, hanno poi constatato che i loro risultati collimavano con i dati sperimentali disponibili.

I ricercatori hanno inoltre mostrato che l’approccio può essere sfruttato anche per valutare se e quanto è probabile che in natura possano esserci o meno più di tre famiglie di particelle subatomiche e per anticipare proprietà dei neutrini. (gg)

Fonte: lescienze

Einstein@Home, promosso dall’Università del Wisconsin a Milwaukee (UWM) e dall’Albert Einstein Institute (AEI), che ha sede in Germania, è uno dei più grandi progetti di calcolo diffuso del mondo.

Oggi Bruce Allen, direttore dell’Einstein@Home project, e Jim Cordes, della Cornell University e direttore dell’Arecibo PALFA Consortium, hanno annunciato che il progetto sta cominciando ad analizzare i dati ottenuti con l’Osservatorio Arecibo di Puerto Rico.
Arecibo è il più grande telescopio a singola apertura del mondo e viene utilizzato per studiare pulsar, galassie e oggetti del sistema solare, oltre all’atmosfera terrestre.

Utilizzando un nuovo metodo sviluppato dall’AEI, Einstein@Home cercherà tra i dati nello spettro radio di Arecibo quelli relativi a sistemi binari che rappresentano i più estremi oggetti dell’universo: una stella di neutroni che orbita intorno a un altro oggetto dello stesso tipo o a un buco nero.

Le attuali ricerche di dati radio perdono sensibilità per periodi orbitali più corti di circa 50 minuti. Ma le enormi capacità computazionali del progetto (equivalente decine di migliaia di computer) rende possibile rivelare pulsar in sistemi binari con periodo orbitale di fino a 11 minuti.

“La scoperta di una pulsar che orbita intorno a una stella di neutroni o un buco nero, con un periodo inferiore all’ora fornirebbe incredibili opportunità di testare la teoria della relatività generale e di stimare quanto spesso questi sistemi binari si fondono,” ha commentato Cordes.

Le fusioni di questi sistemi sono tra gli eventi più rari e spettacolari dell’universo. Essi emettono esplosioni di onde gravitazionali che gli attuali strumenti potrebbero rivelare, e si ritene anche possano emettere burst di raggi gamma appena prima che le stelle che si fondono per formare un buco nero.

Cordes ha poi aggiunto: “Le risorse di calcolo di Einstein@Home sono un complemento perfetto ai sistemi di gestione dei dati del Cornell Center for Advanced Computing e degli altri istituti di PALFA.”

“Sebbene il nostro obiettivo a lungo termine sia di rivelare le onde gravitazionali, nel breve termine speriamo di scoprire almeno alcune nuove pulsar radio che dovrebbero riservare un notevole divertimento ai partecipanti a Einstein@Home ed essere di grande interesse per gli astronomi. Ci aspettiamo che la maggior parte dei partecipanti al progetto sia ansiosa di fare entrambe le ricerche” ha concluso Allen. I partecipanti di Einstein@Home riceveranno automaticamente i dati sia della ricerca nelle onde radio sia di quella delle onde gravitazionali.

L’enorme mole di dati di Arecibo è archiviata ed elaborata inizialmente presso la Cornell e altri istituti di PALFA: per il progetto Einstein@Home, i dati sono inviati all’AEI di Hannover tramite collegamenti Internet a banda larga e poi distribuiti ai computer di tutto il mondo. I risultati poi ritornano all’AEI, alla Cornell, e alla UWM per ulteriori studi. (fc)

Fonte: Le Scienze

Sarà Guido Tonelli, ricercatore associato dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a occupare la posizione di coordinatore internazionale dell’esperimento CMS (Compact Muon Solenoid) dell’LHC presso il CERN di Ginevra.

Si tratta di un riconoscimento importante per la fisica del nostro Paese, tenuto conto che l’esperimento ATLAS – il secondo dei quattro del nuovo acceleratore di particelle ginevrino – sarà coordinato da Fabiola Gianotti.

Guido Tonelli, classe 1950, si occupa di fisica delle alte energie dal 1978 e ha partecipato a ricerche presso il Fermilab di Chicago e lo stesso CERN (Svizzera). In particolare, si è dedicato ad alcune misure di precisione sui bosoni vettoriali intermedi, W e Z e sulla vita media dei mesoni “charmati”, alla determinazione del numero delle famiglie di neutrini leggeri e infine alla verifica sperimentale del Modello Standard delle particelle elementari.

“Il fatto che anche un secondo grande esperimento del CERN sia guidato da un italiano ci riempie di orgoglio: è il risultato del voto di una collaborazione che comprende istituzioni scientifiche di 38 paesi del mondo. L’elezione sancisce l’eccellenza dei risultati ottenuti dal gruppo italiano che lavora all’esperimento CMS”, ha commentato il presidente dell’INFN, Roberto Petronzio. L’esperimento CMS vedrà una nutrita partecipazione di nostri connazionali – circa 250, afferenti a 154 laboratori e sezioni dell’INFN sui 2500 scienziati provenienti da 138 università e centri di Ricerca di 38 paesi del mondo.

Posto nelle profondità del Massiccio del Jura, in una caverna 100 metri dalla superficie, CMS andrà alla ricerca del fantasmatico bosone di Higgs e di partner supersimmetrici delle particelle elementari, la cui rivelazione potrebbe consentire di spiegare la presenza della materia oscura nell’universo.

Fonte: LeScienze