La prestigiosa rivista scientifica Physics Worlddell’Institute of Physics di Oxford (UK) ogni fine anno seleziona, mediante una commissione di scienziati nominata ad hoc, i dieci migliori risultati di fisica ottenuti nel mondo nell’anno appena trascorso. Le motivazioni della scelta vengono pubblicate nel numero di dicembre della rivista. La selezione è basata sui seguenti criteri: importanza fondamentale della ricerca; avanzamento significativo della conoscenza; connessione fra teoria ed esperimento; interesse generale della comunità dei fisici.
Quest’anno la selezione (Top Ten Breakthrough of 2014) include quattro risultati che coinvolgono in qualche modo fisici o istituzioni italiane: la misura dell’energia solare attraverso i neutrini da parte dell’esperimento Borexino (messa in seconda posizione nell’elenco dei Top Ten), la Sonda Rosetta sbarcata su una cometa (nominata in prima posizione), la prima osservazione di un filamento cosmico, la simulazione in laboratorio dell’esplosione di una Supernova mediante un laser.
Il risultato maggiormente targato italiano è quello ottenuto dall’esperimento Borexino, istallato nel laboratorio del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), e nella cui ideazione e costruzione hanno avuto un ruolo fondamentale gruppi misti Università-Infn sia a Milano che a Genova. La motivazione di Physics Worldrecita: «Alla Collaborazione Borexino per essere stati i primi a rivelare i neutrini prodotti nella principale reazione nucleare che alimenta il Sole». Tale reazione, che riguarda la fusione di due nuclei di idrogeno, produce circa il 99% di tutta l’energia solare. Questa quindi è la prima misura dell’energia prodotta dal Sole non ottenuta attraverso i fotoni, ma per mezzo dei neutrini che vengono prodotti dalle stesse reazioni nucleari che fanno brillare il Sole. Perché tale misura è così importante?
I fotoni, come i neutrini, vengono prodotti nella regione centrale del Sole; nel loro cammino attraverso la materia solare essi subiscono continui scattering, assorbimenti da parte degli atomi della materia solare e riemissioni; pertanto impiegano circa centomila anni per giungere a noi. Invece i neutrini, che hanno bassissima probabilità di interagire con la materia, ci raggiungono in pochi minuti. Quindi la misura attraverso i neutrini è una misura in tempo reale e permette un confronto tra la situazione attuale e quella di centomila anni fa. Il confronto ci svela che la produzione di energia solare non è sostanzialmente cambiata negli ultimi centomila anni.
La misura di Borexino è stata possibile per l’estrema radio-purezza del suo rivelatore, condizione questa necessaria per riuscire a rivelare i neutrini solari, dato che essi hanno energia cinetica molto bassa, inferiore a quella delle radiazioni emesse per radioattività. Senza una soppressione quasi totale della radioattività naturale, i pochi eventi prodotti nel rivelatore dai neutrini sarebbero completamente mascherati da quelli prodotti dalla radioattività. Borexino ha raggiunto questa radio-purezza, mai ottenuta nella storia scientifica precedente, attraverso un sviluppo di tecnologie ad hoc, che l’hanno reso un rivelatore unico al mondo.
Oltre ai neutrini solari Borexino è riuscito a rivelare e misurare i neutrini provenienti dall’interno della Terra, i cosiddetti geo-neutrini, ottenendo una piena evidenza della loro esistenza. La Collaborazione Borexino, che comprende, oltre a Istituti italiani, Università tedesche, francesi, russe e americane, è stata diretta sin dall’inizio per più di vent’anni dal sottoscritto, che tre anni fa ha passato la mano a suoi più giovani collaboratori.
Un’altra impresa, la prima nominata nei Top Ten, è la sonda Rosetta, che circa un mese fa è atterrata sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. La sonda ha già permesso di ottenere due interessanti risultati: sulla cometa sono presenti molecole organiche (formate cioè da ossigeno, idrogeno, carbonio) e nell’acqua presente nella cometa vi è abbondanza di deuterio, molto più alta che nei nostri oceani. Questa prime misure, insieme a quelle che si spera verranno, potranno dare informazioni utili per comprendere meglio l’origine del sistema solare. Cosa c’è di Italiano in questa impresa?
Il programma Rosetta è stato realizzato dall’Ente europeo per la ricerca spaziale (Esa) a partecipazione anche italiana; l’Italia ha dato un contributo importante alla costruzione della sonda attraverso l’Agenzia Spaziale Italiana (Asi), l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), università e industrie, come Thales Alenia Space (Thales-Finmeccanica).
Gli altri due risultati menzionati sopra sono stati ottenuti da scienziati italiani che lavorano all’estero; riguardano ambedue l’astrofisica.
All’ Università della California un team che comprende fra gli altri Sebastiano Cantalupo, Piero Madau in collaborazione con Fabrizio Arrigoni-Battaia del Max Plank Istitute tedesco sono riusciti per la prima volta ad osservare l’esistenza di un filamento cosmico. I filamenti cosmici sono delle strutture, probabilmente gassose, che collegano fra di loro i cosiddetti “ammassi” di Galassie. In questo caso gli astrofisici hanno utilizzato la radiazione ultravioletta emessa da un quasar lontano per osservare in maniera indiretta un filamento cosmico. Ricordiamo che i quasar sono della Galassie aventi nel loro centro dei “buchi neri” super massivi , circondati da materiale ad altissima temperatura, che ruota intorno a loro.
Un’altra ricerca riguardante l’astrofisica è quella intrapresa da Gianluca Gregori con un collega, ambedue dell’Università di Oxford. Si tratta della simulazione in laboratorio di una Supernova, in particolare della Cassiopea A, che si distingue per la sua forma irregolare dovuta alla presenza di campi magnetici, dei quali non si capiva l’origine. Le supernove sono delle stelle nell’ultima fase della loro vita, che esplodono emettendo prima una grande quantità di neutrini e poi dei fotoni, con una grande quantità di energia, che può essere pari a quella emessa dal nostro Sole durante tutta la sua esistenza; l’esplosione produce un’onda d’urto che si diffonde nel mezzo interstellare e forma un enorme bolla di gas in espansione; l’emissione della radiazione può durare per qualche settimana o per qualche mese.
Gregori e colleghi, mediante l’emissione di un potente laser hanno fatto esplodere una barra di carbonio in atmosfera di gas Argon. Il risultato, fatte le dovute proporzioni, è stato la produzione di un’onda d’urto e di un campo magnetico, analogo a quello presente in Cassiopea A. Questo esperimento fa pensare che alcuni comportamenti delle strutture cosmiche possano essere spiegati per mezzo di simulazioni in laboratorio.
Gli altri sei risultati selezionati da Physics Worldriguardano la fusione, la misura delle deboli interazioni magnetiche fra due elettroni singoli, le trasmissioni di immagini via fibre ottiche, l’analogo quantistico della compressione di dati, la memoria olografica per l’immagazzinamento di dati, l’uso di onde acustiche come “tractor beam”.
Il successo della fisica e dei fisici italiani induce a due considerazioni: la fisica italiana è sempre stata a livello mondiale e tiene bene la concorrenza degli altri paesi europei, nonché Usa e Giappone; i fisici italiano hanno sempre avuto riconoscimenti negli Istituti intorno per il mondo, raggiungono posizioni di responsabilità; questo dimostra l’ottimo livello della formazione dei fisici nelle nostre Università. Purtroppo la scarsa disponibilità di posti di ricercatore in Italia genera l’espatrio di persone che potrebbero dare un contributo eccellente in patria.