Müller Thomas
La materia oscura
Mer, 06/06/2007 - 13:16 — michele_bonaventuraAutore:
Müller Thomas
La materia oscura é un fenomeno molto studiato e in generale abbastanza ben compreso.
La prima osservazione capace di scoprire materia oscura fu opera dell’astronomo Zwicky; il suo argomento applicato ai superammassi è simile a quello che spigheremo sulla rotazione delle galassie.
In sostanza è possibile stimare la massa di una galassia “contando” gli oggetti luminosi in essa (stelle e pianeti sono luminosi nel senso che emettono calore).
Questa stima é approssimativa, ma dovrebbe riuscire a fornirci un’idea della massa di una galassia.
Un altro modo di stimare la massa di una galassia è osservare la velocità di rotazione delle stelle che si trovano al bordo esterno. La loro velocità può essere in seguito calcolata teoricamente con le leggi di Keplero e di Newton; la velocità di rotazione dipende dalla massa dell’oggetto che si trova al centro del sistema considerato, analogamente ad un satellite che gira intorno alla terra.
Ci si accorge però che le stelle ruotano ad una velocità troppo elevata rispetto alla massa della galassia, il che porta a concludere che esiste una quantità enorme di materia pesante e oscura, materia cioè che non brilla, che non emette radiazioni e che non è possibile vedere in alcun modo, ma che ha una massa e fa sentire la sua influenza.
Sono state fatte molte congetture sulla natura di questa materia oscura:
la difficoltà é data dal fatto che se si trattasse di materia convenzionale, dovremmo riuscire a vederla grazie al “calore” che emette. Più correttamente parlando essa dovrebbe interagire per elettromagnetismo e emettere fotoni, visibili come radiazione.
In modo abbastanza sorprendente non vediamo assolutamente niente.
La principale congettura fino a qualche anno fa era che si trattasse di neutrini, particelle stabili che interagiscono pochissimo. Con interazione intendo che nel caso di uno incontro tra due particelle, se interagiscono esse devono scontrarsi, mentre se non interagiscono continuano per la loro strada.
È chiaro che se non interagiscono non possiamo vederle dato che ciò che vediamo non sono le particelle, ma il risultato delle loro collisioni.
Nel 2005-2006 é stato finalmente accertato e confermato che i neutrini hanno una massa, sconfessando il modello standard che li voleva privi, ma è anche stato accertato che la loro massa é troppo piccola per essere responsabile della materia oscura.
Una speranza resta a causa del fatto che l’esistenza di neutrini con massa implica l’esistenza di una famiglia di particelle nuove: i “vecchi” neutrini sono sinistrorsi (“ruotano” in senso antiorario) le particelle nuove sarebbero quindi neutrini destrorsi.
Nessuno ha mai osservato neutrini destrorsi, la principale congettura e che essi non interagiscano in nessun modo con le altre particelle e che abbiano una massa molto elevata, sufficiente a giustificare la materia oscura.
Questa é la congettura più accreditata; si spera di riuscire a costruire neutrini destrorsi all’acceleratore LHC durante il 2008.
Una seconda congettura molto in voga é la materia supersimmetrica.
Per farcene un’idea dobbiamo discutere brevemente il modello standard delle particelle elementari. Tutte le particelle possono essere divise in due gruppi; fermioni e bosoni.
Cosa sono fermioni e bosoni? Sono due modi di comportamento, due diversi atteggiamenti sociali.
Le particelle fermioniche obbediscono al principio di esclusione di Pauli: nello stesso luogo possono convivere al massimo due fermioni. I bosoni invece possono raggrupparsi a piacere.
Per capire un po’ meglio proviamo questo esempio (professor Savona):
immaginiamo che lo spazio occupato dalle particelle siano gli scompartimenti di un treno. Una persona rappresenta una coppia di particelle.
Se sul treno salgono sei italiani andranno a sedersi tutti nello stesso scompartimento. Questi sono bosoni.
Se invece salgono sei Svizzeri andranno a sedersi ognuno in uno scompartimento diverso. Questi sono fermioni.
La congettura supersimmetrica immagina che per ogni particella esista un compagno supersimmetrico: se la particella é un bosone esisterà una s-particella fermionica; se la particella é un fermione esisterà una s-particella bosonica.
Nessuno ha mai osservato delle s-particelle, anche in questo caso la speranza é di osservarle nel 2008 a Ginevra.
Le s-particelle sono fonte di molte congetture, ma in generale si suppone che esse si siano formate nei primissimi istanti di vita dell’universo e che si tratti di particelle instabili la cui vita non può estendersi a più di qualche piccolissima frazione di secondo.
Per permettere loro di sopravvivere é necessario immaginare qualche meccanismo particolare: un esempio conosciuto sono le Q-palle, aggregati di s-particelle che in numero molto elevato (qualche milione o qualche miliardo) formerebbero delle palline di materiale stabile; queste poi sarebbero la causa della materia oscura.
Altri esempi possibili sono le B-palle (un tipo particolare di Q-palle) e i Q-axion.
Un terzo tipo di congettura riguarda una possibile modifica delle leggi di gravità. In effetti tutte le misure della massa delle galassie, dipendono dalla teoria gravitazionale in uso. Se esiste un’inconsistenza di risultati, il problema potrebbe essere appunto un errore nelle leggi che governano la gravità, le leggi di Newton o la relatività generale.
Le leggi di Newton sono state ritoccate con il modello MOND, una teoria che prevede che a lunghe distanze la gravità si comporti diversamente da quanto mostrato su corte distanze.
La relatività generale invece è soggetta a molte più critiche: tra le più interessanti annoveriamo la teoria mondo-membrana di Shaposhnikov Rubakov che immagina l’esistenza di due universi-foglio, il nostro e un altro, proiettati n un modo a cinque dimensioni.
L’immagine é appunto quella di due membrane, ogni membrana rappresenta un universo, che interagiscono tra loro unicamente per gravità.
Un secondo approccio possibile sarebbe una piccola modifica della relatività generale nella sua formulazione, come tentato più volte; l’ultimo modello sopravvissuto é quello di A.N. Whitehead, che nel 2006 ha però trovato una secca smentita e necessita di una revisione se vuole continuare ad essere sostenibile.
Infine le diverse teorie delle corde (stringhe bosoniche, superstringhe) sembrano per ora essere meri giocattoli matematici, privi di qualsiasi potere predittivo.
Approfondimenti
http://it.wikipedia.org/wiki/Modello_standard
tm
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Commenti
Prox. energia oscura
"Sono state fatte molte congetture sulla natura di questa materia oscura:
la difficoltà é data dal fatto che se si trattasse di materia convenzionale, dovremmo riuscire a vederla grazie al ?calore? che emette. Più correttamente parlando essa dovrebbe interagire per elettromagnetismo e emettere fotoni, visibili come radiazione.
In modo abbastanza sorprendente non vediamo assolutamente niente."
ma se è un problema di rotazione delle stelle... non potrebbe essere un bel buco nero al centro delle galassie. è grosso, ha massa e non vedi un accidente...
o ho letto troppo Asimov?
"La principale congettura fino a qualche anno fa era che si trattasse di neutrini, particelle stabili che interagiscono pochissimo. Con interazione intendo che nel caso di uno incontro tra due particelle, se interagiscono esse devono scontrarsi, mentre se non interagiscono continuano per la loro strada."
ma i neutrini non se ne vanno violentemente a zonzo? come cavolo fanno a fissare su un'orbita delle stelle?
"Se sul treno salgono sei italiani andranno a sedersi tutti nello stesso scompartimento. Questi sono bosoni.
Se invece salgono sei Svizzeri andranno a sedersi ognuno in uno scompartimento diverso. Questi sono fermioni."
quanto è vero, putroppo...
" i ?vecchi? neutrini sono sinistrorsi (?ruotano? in senso antiorario) le particelle nuove sarebbero quindi neutrini destrorsi"
in tutto l'universo i comunisti sono in crisi...
"sono le Q-palle"
chiamale palle-Q. o meglio bolle-Q. Perché non è che suoni proprio come in inglese sai? mi sono quasi strozzato con le q-palle
"
Un terzo tipo di congettura riguarda una possibile modifica delle leggi di gravità. In effetti tutte le misure della massa delle galassie, dipendono dalla teoria gravitazionale in uso. Se esiste un?inconsistenza di risultati, il problema potrebbe essere appunto un errore nelle leggi che governano la gravità"
ma così a posteriori non si può mica....
giustifica il testo barbaro. ah tanti auguri vecio
2> No niente buco nero centrale. Un buco neero si vede (emette radiazioni e ha un effetto lente gravitazionale).
In più per compensare l'eccesso di velocitä di rotazione la massa deve essere all'esterno non all'interno. Come nel caso di un satellite che gira intorno alla terra molto in fretta senza venire "sparato via". È possibile solo se esiste un anello di massa che orbita oltre al satellite, da qualche parte più lontano.
3> Mah, se hanno massa devono poter ruotare come tutto il resto. Poi se sono pesanti come pensano sono anche molto lenti.
E non mi toccare le palle-Q soono un'istituzione. Comunque suona così anche in inglese.
6> no frena. Io ho solo la fisica del liceo ma. Più è grande la massa centrale più veloce devi girare per non schiantarti al centro. Dai era l'uznica cosa che avevco capito...
7> ascolta. quando ero piccolo, ma piccolo piccolo, 90cm al garrese la maestra usava tutti i diminutivi. Matthiasino, franchino, giannino. Salvo per Pompeo. Lui non cambiava anche se era il piùi piccolo. e Q-balls in inglese non suona such-bolls non fare il furbo.
pensaci
Allora un corpo in rotazione intorno ad un altro può caderci sopra o scappare via, dipende dalla sua velocitä e dall'orbita.
"Questa é la congettura più accreditata; si spera di riuscire a costruire neutrini destrorsi all?acceleratore LHC durante il 2008".
Che cos'è l'accellatore LHC? Cosa succederà nel 2008 a Ginevra?
C'è da aver paura della materia oscura?
>9 ecco che, se un corpo ha una velocità troppo grande ma resta in orbita suppongo che al CENTRO ci sia più massa che previto. ma tu dici che deve essere esterna...
LHC = Large Hadron Collider
Im'acceleratore gigante installato sotto la città di Ginevra e proprietà del CERN (Center of European Research on Nuclear physics).
Dovrebbe testare energie da cento a millle volte più elevate di FermiLab, il più grande acceleratotre esistente.
Si spera molto nei risultati (bosone di Higgs, superparticelle, teorie multidimensionali), e personalmente spero nel Nobel a Shaposhnikov, se si scopre che ha imbroccato qualcosa.
12> si vede che sei tornato a lavorare... i toui interventi sonoi decuplicati.
te la spassi coi vecchi eh?
>10 una robina da nulla. 27 km di acceleratore
se vuoi più info
http://lhc-milestones.web.cern.ch/LHC-milestones/Flash/LHCMilestones-en....
"Nel 2005-2006 é stato finalmente accertato e confermato che i neutrini hanno una massa, sconfessando il modello standard che li voleva privi, ma è anche stato accertato che la loro massa é troppo piccola per essere responsabile della materia oscura."
Ah. Gran Sasso per caso? E il modello standard che fine ha fatto?
"La relatività generale invece è soggetta a molte più critiche: tra le più interessanti annoveriamo la teoria mondo-membrana di Shaposhnikov Rubakov che immagina l?esistenza di due universi-foglio, il nostro e un altro, proiettati n un modo a cinque dimensioni."
Sì, sì, ricordo di averne letto alla preistoria delle mie vecchie letture. Si sono fatti passi avanti rilevanti sperimentalmente, o ancora le difficoltà pratiche sono insuperabili?
"nfine le diverse teorie delle corde (stringhe bosoniche, superstringhe) sembrano per ora essere meri giocattoli matematici, privi di qualsiasi potere predittivo."
Eleganti ed eteree. Quasi un sogno da scienziato.
15> Neutrini solari, mi sembra che abbiano sperimentato in Francia.
Prob. anche al Gran Sasso e in Giappone.
Il modello standard é ancora incompleto (manca Higgs) ma già sappiamo che non funziona bene da diversi anni. Manca la materia oscura, l'energia oscura e i neutrini sterili (destrorsi).
Vedremo nei prossimi anni, esistono già diverse versioni estese.
16> Teorie a 5D sono ancora fuori dal raggio di sperimentazione, ma forse diventerà possibile testarle a Ginevra.
È difficile però e le ultime news di sett. scorsa dicono che le versioni ritoccate della relativitä generale sono da scartare, ma mancano i test definitivi.
18> Si, maanche al di lä di qualsiasi speranza di sperimentazione. Nemmeno un acceleratore di taglia galattica potrebbe riuscirci.
Personalmente trovo inutile una teoria che nessuno può testare, che predice qualsasi cosa si voglia farle dire e che nonha nessuna interpretabilità.
È come un linguaggio che non dice assolutamente nulla, ma che alcuni trovano avere un bel suono.
20. Bé, potrebbe essere arte in questo caso, alcuni la chiamano anche musica... :)
È una vecchia discussione tra fisici, questa della teoria delle corde.
Il problema é attuale anche in meccanica quantistica; si tratta della domanda "ha senso una teoria?" nel caso in cui questateoria si componga solo di una serie di assunti matematici, ma che per essi non sussista alcuna interpretazione intelleggibile.
Nel caso della quantistica esiste un interesse di tipo epistemologico, per cui l'interpretazione non ü unilaterale, ma quantomeno esiste un accordo di principio su alcuni aspetti e si cerca di figurarsi gli altri.
Nel caso delle corde invece esiste solo un formalismo matematico, ma nessuna interpretazione intelleggibile, nessuna fisicitä, solo l'artificio matematico dal quale qualcuno spera un giorno di ricavare una teoria del tutto. Assunto, dico io, arrogante e antipatico.
Gli unici risultati ottenuti dalla teoria delle corde sono di riuscire a semplificarla fino a ritrovare la relatività e di riuscire a dedurne la quantistica.
È un po pochino se pensi che ci lavorano da decenni, che non vige nessun accrodo tra specialisti e che riescono a predirre qualunque cosa, basta che nasca una nuova moda ed ecco che la teoria delle corde "scopre" di saperla prevedere.
Ultimamente ü un vizio, quello di sottrarsi a qualsiasi confutabilitä, che hanno molte teorie delle particelle. Questo ne fa candidati di studio eterni, ma anche eternamente insulsi.
Una teoria scientifica per essere seria deve essere testabile, in laboratorio, e avere potere predittivo.
Altrimenti sono solo peti di qualche teorico.
Da notare poi, che questi "artisti" dell'operatore sono in prima fila a biasimare chi fa filosofia, perché "poco seri" e "ascientifici".
Arte in matematica è altro: pensa a Whitehead e alla sua teoria della relatività, modesta, pacifica e resistente. Basata solo su argomenti estetici.
O ai teoremi di Goedel sull'incompletezza del metodo matematico.
No, non intendevo la teoria delle stringhe come vicina all'arte, ci mancherebbe, neanche la conosco decentemente per sommi capi. Mi riferivo alla tua frase: "È come un linguaggio che non dice assolutamente nulla, ma che alcuni trovano avere un bel suono."
Per la questione di una "artisticità" scientifica esistono numerosi casi di umanisti che interpolano dalla scienza e non altrettanti viceversa, almeno che io sappia. Che degli non specialisti attingano dalla scienza significa, quasi sempre, che ne abusino e stravolgano. Forse adesso sarebbe ottima apertura lo specialista scientifico che produce risultati nel suo campo partendo dalle arti. Tu me ne nomini due e io non li conosco abbastanza. Certo però immagino ne esisteranno molti altri. Poi, ok, bene l'estetica della bellezza, ma questa non è sufficiente per essere arte. Pensa alla volta celeste, alla natura, a un neonato. Sono bellezza pura, ma per niente arte.
"Personalmente trovo inutile una teoria che nessuno può testare, che predice qualsasi cosa si voglia farle dire e che nonha nessuna interpretabilità"
Se la scienza diventa una questione di fede, allora non è più scienza.
La scienza è sempre stata una questione di fede, fede nella ragione, fede in un ordine della natura.
Che altro pensi che sia?
20. 21.
http://users.unimi.it/~gpiana/dm11/dangelo/arpaeolia.htm
;)))
>27 basta con sta storia dell'ordine. L'ordine non esiste è solo un caos gigantesco.
La scienza non ha fede. Se qualcosa non va si cambia.
Intendevo Fede come ci credo anche se non ci sono prove tipo la religione.Più che fede nella ragione la definirei fiducia nella ragione.
L'approccio scientifico (sarebbe meglio generalizzare in razionale) parte dall'assunto che esistono dei compostamenti generali, semplici, intelleggibili, che possono essere espressi nella forma di una legge.
E questo non è un assunto dimostrabile; dunque è fede.
Secondo me non è così, perchè stai dicendo se supponiamo questo io ti dimostro che succede quest'altro, io non ho fede nel fatto che esista la concorrenza perfetta ma sono convinto che si dovrebbe far di tutto per avvicinarsi a questo modello ideale.