Gli scienziati lavorano con l’osservatorio IceCube, situato nelle profondità del ghiaccio dell’Antartide, hanno recentemente individuato sette enigmatiche “particelle fantasma” mentre attraversavano il nostro pianeta.

Questi segnali indicano che potrebbero trattarsi di neutrini tau di origine astrofisica, fungendo da cruciali messaggeri tra noi e gli eventi celesti più energetici e potenti.

Particelle fantasma: cosa sono i neutrini

I neutrini sono particelle prive di carica e quasi prive di massa che viaggiano attraverso lo spazio a velocità vicine a quella della luce. In modo sorprendente, a causa di queste caratteristiche, i neutrini interagiscono appena con la materia. Di fatto, circa 100 trilioni di neutrini attraversano il nostro corpo ogni secondo, senza lasciare alcuna traccia.

Se immaginassimo di essere rilevatori di neutrini delle dimensioni umane, dovremmo aspettare circa 100 anni perché un neutrino interagisca con una particella nel nostro corpo. Questo fatto spiega perché i neutrini sono spesso definiti “particelle fantasma”.

I neutrini ad alta energia provenienti da sorgenti cosmiche ai margini della Via Lattea sono conosciuti come “neutrini astrofisici” e si presentano in tre varianti, o generazioni: neutrini elettronici, neutrini muonici e neutrini tau. Queste particelle fantasma sono incredibilmente elusive, come ci si potrebbe aspettare, ma catturarle è la missione principale dell’osservatorio IceCube.

Nel 2013, IceCube ha segnato il suo debutto con la prima rilevazione di neutrini astrofisici e ora sembra aver individuato in particolare i neutrini tau astrofisici, che potrebbero rappresentare una categoria del tutto nuova di messaggeri cosmici.

Il lavoro di IceCube

Doug Cowen, co-autore dello studio, leader e docente di Fisica alla Penn State University, ha affermato in una nota: “La scoperta dei neutrini tau astrofisici fornisce anche una forte conferma della precedente scoperta di IceCube del flusso diffuso di neutrini astrofisici”.

Per rilevare i neutrini mentre attraversano la Terra, IceCube si è avvalso di stringhe di globi dorati chiamati moduli ottici digitali, o DOM, che sono incorporati nel ghiaccio. In totale, l’osservatorio dispone di 5.160 DOM posizionati nelle profondità dell’Antartide, pronti a registrare le interazioni dei neutrini con le molecole del ghiaccio che generano particelle cariche.

Queste particelle fantasma emettono luce blu mentre attraversano il ghiaccio, e i DOM sono in grado di rilevare questa luce. In particolare, quando i neutrini tau astrofisici ad alta energia interagiscono con le molecole del ghiaccio, producono emissioni luminose distintive, tra cui un caratteristico evento a doppia cascata che si manifesta con due picchi nei livelli di luce rilevati dai DOM.

Cosa sono le particelle fantasma?

Il termine “particelle fantasma” è comunemente utilizzato in fisica delle particelle e astrofisica per descrivere elementi subatomici altamente elusivi che possono interagire solo debolmente con la materia ordinaria. Essi, spesso indicati come neutrini ad alta energia, hanno l’aggettivo qualificativo di “fantasma” perché sono estremamente difficili da rilevare direttamente a causa della loro debole interazione con la materia. Ecco alcuni punti chiave riguardo all’argomento principale del nostro articolo:

Le previsioni meteorologiche influenzano ogni aspetto della nostra vita, dalla pianificazione delle attività quotidiane alla preparazione per eventi estremi. Nonostante i progressi tecnologici, prevedere il tempo a lungo termine rimane una sfida, tuttavia uno studio rivoluzionario offre una nuova prospettiva: la calotta glaciale della Groenlandia potrebbe essere la chiave per anticipare il clima estivo europeo.

La parte più importante della ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista Weather and Climate Dynamics, derivata dallo studio della dottoressa Marilena Oltmanns del National Oceanography Centre del Regno Unito, è quella di aprire nuove frontiere nella meteorologia. Il lavoro della dottoressa suggerisce che il tasso di scioglimento dei ghiacci della Groenlandia è un indicatore precoce delle condizioni climatiche estive in Europa.

Analizzando il processo di scioglimento, notiamo che la Groenlandia, con la sua vasta calotta glaciale, è un gigante dormiente nel contesto climatico globale, e quando le temperature salgono, il ghiaccio inizia a sciogliersi, riversando acqua dolce nell’Atlantico, acqua che è più leggera di quella salata, pertanto rimane in superficie, alterando lo scambio termico tra aria e mare e influenzando i venti circostanti.

La catena di eventi che influenza le previsioni meteo

I venti intensificati dall’acqua di fusione spingono la corrente del Nord Atlantico verso nord, modificando la circolazione atmosferica. Questo fenomeno, secondo Oltmanns, reindirizza i venti estivi verso nord, favorendo condizioni calde e secche sull’Europa, ecco perché la posizione e l’intensità di questi eventi di acqua dolce diventano predittori del clima futuro, andando ad influenzare le previsioni meteo.

La ricerca di Oltmanns offre una finestra sul futuro –sebbene sia limitata solamente alle previsioni meteo–, suggerendo che i modelli di scioglimento dei ghiacci possano diventare un importante strumento predittivo. Questa connessione tra la Groenlandia e il clima europeo potrebbe significare che, monitorando la quantità di acqua dolce che entra nell’Atlantico, gli scienziati potrebbero effettuare delle previsioni meteo molto più precise in quanto sarebbero già a conoscenza dei vari movimenti metereologici.

Le previsioni meteo per l’estate corrente, basate sull’analisi degli eventi di acqua dolce, indicano un’estate insolitamente calda e secca per l’Europa meridionale; questo potrebbe avere implicazioni significative per l’agricoltura, la gestione delle risorse idriche e la preparazione ai rischi di incendi boschivi.

Le scoperte di Oltmanns hanno il potenziale di migliorare significativamente le previsioni meteorologiche, infatti con la comprensione di questi meccanismi, gli scienziati possono fornire avvisi più accurati, permettendo alle società di prepararsi meglio agli impatti dei cambiamenti climatici. Nonostante ciò, il lavoro di Oltmanns è solo l’inizio.

La ricerca futura dovrà esaminare anni di dati per confermare la correlazione e perfezionare i modelli predittivi, per di più sarà essenziale comprendere come altri fattori, come l’attività vulcanica e le emissioni antropogeniche, possano influenzare o alterare questa catena di eventi.

Mentre il mondo si confronta con la realtà del cambiamento climatico, la ricerca come quella di Oltmanns è vitale, e continua, ricordandoci l’importanza di monitorare i cambiamenti nei poli della Terra. Ci fornisce gli strumenti per anticipare e mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici, sottolineando l’importanza di agire ora per proteggere il nostro futuro, con la Groenlandia che non è solo un indicatore del riscaldamento globale, ma anche un messaggero che annuncia il tempo che verrà.

La ricerca di Oltmanns è un passo significativo verso la comprensione del clima futuro, e studi futuri dovranno esaminare anni di dati per confermare la correlazione tra lo scioglimento dei ghiacci e il clima europeo. Sarà fondamentale analizzare come altri fattori, come le eruzioni vulcaniche e le emissioni di gas serra, possano influenzare questi modelli.

La ricerca di Oltmanns ci ricorda che il nostro pianeta è un sistema interconnesso. La Groenlandia, con il suo vasto manto di ghiaccio, gioca un ruolo cruciale nel clima globale. Comprendere come il suo scioglimento influenzi il clima europeo è essenziale per prepararci ai cambiamenti climatici.

Se sei attratto dalla scienza, dalla tecnologia, o vuoi essere aggiornato sulle ultime notizie, continua a seguirci, così da non perderti le ultime novità e news da tutto il mondo!

Gli scienziati hanno scoperto che un materiale con una formula trovata in natura, la miassite, è in grado di supercondurre a basse temperature senza utilizzare i tipici artifizi quantistici, rendendolo il primo superconduttore non convenzionale del suo genere. Pochi materiali hanno lo straordinario talento di trasportare una corrente praticamente senza resistenza in quella che è conosciuta come superconduttività. La più piccola manciata di questi si trova in natura.

Miassite: un superconduttore non convenzionale

I superconduttori sono affascinanti e anche estremamente utili perché conducono l’elettricità senza perdita di energia. Questo è tipicamente dovuto al fatto che i loro elettroni condividono l’identità in quelle che sono note come coppie di Cooper, consentendo loro di scivolare attraverso un mix di atomi con relativa facilità.

Le coppie di Cooper nei superconduttori non convenzionali si collegano in modi che non erano stati descritti nei primi modelli sulla superconduttività, modi che significano anche che compaiono a temperature più elevate.

Attraverso una serie di dettagliati test di laboratorio, un team internazionale di ricercatori ha scoperto che il minerale miassite, già noto per essere un superconduttore può mostrare le proprietà di un superconduttore non convenzionale.

Il fatto che la miassite sia presente in natura, oltre ad essere qualcosa che gli scienziati possono sintetizzare in laboratorio, la rende ancora più rara. Vale la pena tuttavia sottolineare che è improbabile che i pezzi di miassite trovati in natura abbiano mai la purezza necessaria per funzionare come superconduttore non convenzionale.

“Intuitivamente si pensa che si tratti di qualcosa che viene prodotto deliberatamente durante una ricerca mirata e che non può esistere in natura“, ha dichiarato il fisico Ruslan Prozorov della Iowa State University: “Ma si è scoperto che è così”.

Eseguiti tre diversi test per stabilire se la miassite fosse un superconduttore non convenzionale

Sono stati utilizzati tre diversi test per stabilire se la miassite fosse un superconduttore non convenzionale, incluso il test della profondità di penetrazione di Londra, che misura la reazione del materiale a un debole campo magnetico.

Un altro test sulla miassite ha previsto la creazione di difetti nel materiale, che possono influenzare la temperatura alla quale diventa un superconduttore non convenzionale. I superconduttori non convenzionali sono molto più sensibili al disordine causato da questi difetti rispetto ai materiali superconduttori convenzionali.

La scoperta è stata fatta come parte degli studi volti a trovare nuovi materiali innovativi per far avanzare campi come la scienza quantistica. Questo ha portato il team alla miassite (Rh 17 S 15 ), che ha combinato un elemento ad alto punto di fusione (rodio) con un elemento volatile ( zolfo ).

“Contrariamente alla natura degli elementi puri, abbiamo imparato l’uso di miscele di questi elementi che hanno consentito la crescita dei cristalli a bassa temperatura con una pressione di vapore minima“, ha spiegato il fisico Paul Canfield della Iowa State University.

“È come trovare una buca nascosta piena di grossi pesci grassi. Nel sistema Rh-S abbiamo scoperto tre nuovi superconduttori“.

La natura unica della miassite

Paul Canfield, illustre professore di fisica e astronomia presso l’Iowa State University e scienziato presso l’Ames Lab, ha esperienza nella progettazione, scoperta, crescita e caratterizzazione di nuovi materiali cristallini. Ha sintetizzato cristalli di miassite di alta qualità per questo progetto.

“Sebbene la miassite sia un minerale scoperto vicino al fiume Miass nell’oblast di Chelyabinsk, in Russia“, ha detto Canfield: “È un minerale raro che generalmente non cresce come cristalli ben formati”.

I superconduttori sono già ampiamente utilizzati in tecnologie come gli scanner MRI e i grandi acceleratori di particelle, ma qui c’è molto più potenziale. Data la natura unica della miassite, potrebbe rappresentare una parte importante di tale potenziale, soprattutto nella sua forma pura e sintetizzata.

I superconduttori non convenzionali possono essere complessi, ma sono anche entusiasmanti, perché promettono di sbloccare nuove scoperte nel campo della fisica e nuovi usi per la tecnologia dei superconduttori.

“Scoprire i meccanismi alla base della superconduttività non convenzionale è fondamentale per applicazioni economicamente valide dei superconduttori“, ha concluso Prozorov.

Quando gli astronomi studiano la rotazione delle galassie distanti, si trovano di fronte a un enigma. Le stelle sono tenute insieme dalla gravità, che impedisce loro di disperdersi nello spazio intergalattico a causa della rotazione delle galassie.

Gli astronomi possono calcolare la quantità di gravità esercitata da una galassia in base alla massa delle stelle che riescono a vedere ma il problema è che le parti più esterne di queste galassie si muovono troppo velocemente per la gravità che possono esercitare. Non sembra che abbiano abbastanza massa per impedire alle stelle più esterne di volare via.

La materia oscura

Il fatto che ciò non accada è uno dei grandi misteri della cosmologia moderna. Sembra che vi sia una forza che tiene insieme le galassie, ma gli astronomi non sanno da dove provenga.

L’ipotesi migliore è che le galassie siano piene di un tipo di materia non visibile ma che esercita una forza gravitazionale che agisce anche sulla materia normale: la cosiddetta materia oscura.

La ricerca della materia oscura è uno dei grandi sforzi della scienza moderna. Nonostante anni di ricerche ed esperimenti costati miliardi di dollari, ancora nessuno è riuscito ad osservare direttamente la materia oscura o ad individuarne le particelle costituenti.

Qualcosa deve esserci, poiché non è visibile abbastanza materia normale da giustificare la quantità di gravità che esercitano le galassie. Qualcuno ha provato a dare una risposta a questo enigma cosmico senza tirare in ballo la materia oscura. Negli anni ’80, un fisico chiamato Mordehai Milgrom suggerì che, su scala galattica, le leggi del movimento di Newton potrebbero essere leggermente diverse da quelle osservate sulla Terra, insomma, l’ipotesi suggerita era che questa dinamicha newtoniana modificate o MOND potrebbe fornire la spinta gravitazionale extra per tenere insieme le galassie, senza bisogno di questa ipotetica ed invisibile materia oscura.

Come nel caso della materia oscura, sono emerse alcune prove a sostegno di questa idea. Vari studi hanno esaminato il modo in cui la MOND potrebbe influenzare le orbite di oggetti distanti, come Plutone o addirittura le navicelle Pioneer e Voyager, ma senza risultati incoraggianti e a molti astronomi l’idea non piace perché si tratta di inserire un cambiamento essenzialmente arbitrario nella dinamica newtoniana.

Per questo motivo, mentre la controversia sulla dinamica newtoniana modificata rispetto alla materia oscura andava e veniva, gli astronomi tendevano a favorire l’idea della materia oscura.

Ora, però, le cose potrebbero cambiare grazie al lavoro di Jonathan Oppenheim e Andrea Russo dell’University College di Londra che hanno capito perché l’idea MOND di Milgrom potrebbe essere vera, dopo tutto, fornendo alla MOND una base teorica che ne aumenterà l’attrattiva per astronomi e fisici.

Il nuovo lavoro si basa su un’idea che Oppenheim avanzò diversi anni fa per conciliare l’incompatibilità tra due dei grandi fondamenti della fisica moderna: la meccanica quantistica e la relatività generale.

La meccanica quantistica spiega il comportamento dell’universo su scala microscopica, mentre la relatività opera su scala cosmica, ma il carattere di queste teorie è completamente opposto, con la meccanica quantistica che suggerisce che l’universo sia di natura probabilistica mentre la relatività implica che sia del tutto classico.

Ciò pone un dilemma quando si tratta di derivare una teoria della gravità quantistica che i fisici devono ancora risolvere.

L’idea di Oppenheim è che la relatività sia classica ma fondamentalmente stocastica, intendendo con ciò che ha un carattere casuale, un po’ come il moto browniano, il movimento casuale delle particelle sospese in un fluido. Ciò consente di combinare la meccanica quantistica e la relatività in un modo matematicamente compatibile.

Una conseguenza del nuovo approccio è che, su scala umana, la gravità è interamente newtoniana, proprio come osservano i fisici anche se, su scala galattica, l’accelerazione dovuta alla gravità può variare di una quantità piccola ma casuale, come se lo spaziotempo suscitasse una sorta di movimento browniano sulle masse al suo interno. È questa natura stocastica dello spaziotempo che genera la forza gravitazionale extra che tiene insieme le galassie.

“Mostriamo che questo comportamento stocastico porta a una modifica della relatività generale a basse accelerazioni“, dicono. “Nel regime di bassa accelerazione, la variazione dell’accelerazione prodotta dal campo gravitazionale… agisce come una forza entropica, causando una deviazione dalla teoria della relatività generale di Einstein“.

In altre parole, la forza entropica agisce come se fosse materia addizionale. “La forza entropica guidata da una costante cosmologica stocastica può spiegare le curve di rotazione galattica senza bisogno di evocare la materia oscura”, concludono.

La somiglianza con l’idea di Milgrom non sfugge a Oppenheim e Russo. In effetti, mostrano che la loro idea produce previsioni simili a quelle di Milgrom ma invece di essere una modifica arbitraria alla dinamica newtoniana, la nuova teoria è una conseguenza necessaria della combinazione della relatività e della meccanica quantistica in un unico quadro.

Si tratta di un lavoro interessante con un potenziale significativo per esperimenti futuri che metteranno alla prova la natura della dinamica newtoniana.

Ma Oppenheim e Russo invitano alla cautela. Sottolineano che ci sono altre ragioni oltre alla rotazione galattica che suggeriscono l’esistenza della materia oscura. Ad esempio, la massa gravitazionale delle galassie distanti agisce come una lente piegando la luce mentre passa. E l’entità di questa curvatura suggerisce che la materia oscura debba contribuire a questa massa.

Oppenheim e Russo affermano che prima che la loro idea possa guadagnare terreno, deve essere studiata ulteriormente, in particolare simulando il movimento browniano dello spaziotempo e i suoi effetti sulla massa.

Ciò fornirà molte ore di lavoro agli astronomi anche se sarà meno divertente per i fisici sperimentali che hanno speso miliardi alla ricerca di prove dell’esistenza della materia oscura qui sulla Terra.

Rif: Anomalous contribution to galactic rotation curves due to stochastic spacetime: arxiv.org/abs/2402.19459