7 misteri di Fisica

n. 580

gattosilverCi sono misteri irrisolvibili. Per esempio, perché spesso gli incompetenti fanno una grande carriera? Perché le scarpe più belle sono sempre scomodissime? E perché le cose che ci piacciono tanto fanno male o... fanno ingrassare? E poi ci sono gli enigmi della Fisica. Ne ho presi in considerazioni sette. E so con certezza che un giorno questi avranno una risposta.

 

1)   Che cos’è la materia oscura?

     All’appello manca circa il 96% della materia e dell'energia dell’Universo. Come dire: c’è un elefante in una stanza ma vediamo solo un gatto. Come si è scoperto? Osservando il movimento degli oggetti più grandi che popolano l’universo: i raggruppamenti di galassie. Era il 1933 quando l’astronomo bulgaro naturalizzato svizzero Fritz Zwicky stava esaminando l’Ammasso di galassie della Chioma scoprendo che qualcosa non tornava. L’ammasso si trova a 350 milioni di anni luce da noi e contiene migliaia di galassie. Per come questo ammasso si muove, dovrebbe avere una massa gravitazionale di circa 400 volte più grande. Se la massa fosse solo quella visibile, allora certe galassie in rotazione, proprio come i seggiolini di un giostra che ruota, dovrebbero allontanarsi una dall’altra. Invece ciò non avviene. L’’ammasso si comporta come se fosse più “pesante”. Ma questa massa non si vede. Gli studi di Zwicky furono ripresi e confermati trent’anni dopo dall’astronoma Vera Rubin ma i suoi risultati non furono presi in considerazione: innanzitutto era una donna e poi non aveva il carattere aggressivo di Zwicky, che definiva i suoi colleghi bastardi sferici: erano bastardi da qualunque punto fossero osservati. Dunque, che cosa tiene insieme le galassie? La materia oscura. Di cosa sia fatta, è ancora un mistero.

2) Come finirà l’universo?

    Ci sarà un Big Crunch, forse, cioè Grande Accartocciamento: l’Universo invece di espandersi tornerà indietro fino a diventare il misterioso “seme” da cui iniziò tutto. O forse si espanderà in eterno? Mah. Da cosa dipende il destino del nostro Universo? Dalla massa (e c’è il problema di quella mancante, v. punto 1), dalla densità e dalla forma, tutte cose ancora da chiarire.

3) Perché nell’Universoha vinto la materia?

     Durante il Big Bang, la materia e l’antimateria sarebbero dovute apparire nella stessa quantità invece la prima supera di gran lunga la seconda (il fenomeno è chiamato bariogenesi, cioè genesi dei barioni, le particelle composte da quark, come il protone e il neutrone). Perché? Non si sa. La materia “ordinaria” è quella che ci circonda e della quale siamo fatti. L’antimateria ha le stesse caratteristiche ma ha carica, numeri quantici e spin opposti. Non basta infatti dire che l’antimateria ha la carica elettrica opposta. E’ vero che un antiprotone è carico negativamente ma come la mettiamo con l’antineutrone, privo di carica? Ha altre caratteristiche “opposte”, di natura quantistica. L’esistenza delle antiparticelle fu predetta in via del tutto teorica da Paul Dirac nel 1928. Lo scienziato prese la celebre equazione d’onda di Schroedinger per l’elettrone e la considerò per un elettrone in movimento con una velocità vicina a quelle della luce: in quelle condizioni, l’equazione aveva due soluzioni. Una era per una particella identica all’elettrone ma di carica opposta: così fu scoperto l’antielettrone (positrone). Materia e antimateria, se si scontano si annichilano: la massa è totalmente trasformata in energia. Esiste magari una zona dell’Universo formata solo da antiparticelle? Chissà, magari un’anti-Terra gira attorno a un anti-Sole? Non si sa. Le antiparticelle sono prodotte artificialmente nei grandi acceleratori (sono generate dallo scontro di particelle ad alta energia) ma esistono anche in Natura: per esempio dal decadimento del potassio emergono gli antielettroni (quindi una banana è fonte di antimateria!) mentre tante altre arrivano dal cosmo.

4)   Perché il tempo scorre solo in una direzione?

      Un’altra stranezza. Le leggi della Fisica “funzionano” anche con i tempi che “vanno all’indietro” mentre nella realtà il tempo punta in una sola direzione: verso il futuro. Si parla così di freccia del tempo, un’espressione coniata nel 1927 dall’astronomo britannico Arthur Eddington. Per ora possiamo affermare che sia la Termodinamica a “decidere”: il tempo scorre nella direzione in cui aumenta l’entropia. In altre parole: il nostro corpo invecchia, gli oggetti si rovinano, la benzina si consuma. E per complicare ulteriormente le cose, non dimentichiamo che il tempo, secondo alcune teorie proposte da fisici e psicologi, potrebbe non esistere ed essere una sensazione che il cervello proietta per facilitarci la vita (no cari ritardari cronici, questo non basta per scusarvi!).

5)  La vita del protone è infinita?

     Ah, saperlo! Fino ad ora era considerato stabile, cioè eterno. Invece pare che la sua vita sia limitata: decade in 10 alla 32 anni. Sì, scrivete 1 seguito da 32 zeri e avrete la vita media del protone. Però non ci sono ancora prove sperimentali che lo dimostrino. Pensate che la questione sia irrilevante? No, anzi. Da una parte c’è una teoria (Modello Standard) che afferma la stabilità del protone, dall’altra c’è un gruppo di teorie (Grande Unificazione) che invece “permettono” il decadimento del protone grazie all’intervento del bosone di Higgs. Insomma, staremo a vedere.

6)  Da dove viene il “ruggito” dell’Universo?

     Roaaaaar! Lo spazio è il luogo più tranquillo per le orecchie. Mancando l’aria, i suoni non posso viaggiare. Quindi, silenzio cosmico. Ma le orecchie elettroniche dei radiotelescopi che captano altre frequenze, hanno scoperto che nell’Universo c’è una specie di ruggito che è 6 volte più intenso di quello che ci si aspettasse. Da dove arriva? Nessuno lo sa. Nel luglio del 2006 la squadra di ricercatori diretta da Alan Kogut del Goddard Space Flight Center della Nasa ha captato questo misterioso segnale radio grazie ad ARCADE (Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission), una specie di pallone-sonda lanciato dal Texas che ha raggiunto un’altitudine di 36500 metri, dove l’atmosfera ormai “sfuma” nel vuoto dello spazio. Lo scopo di ARCADE era cercare i segnali di calore emessi dalla prima generazione di stelle e invece...ha sentito questo ruggito, molto più forte. Che cosa fa questo rumore? Misteroooar!

 

7)  7 Chi ha fregato il litio?

Nei primi minuti di vita dell’Universo, è stato deciso tutto: le reazioni nucleari hanno forgiato gli elementi più leggeri, fra cui elio, deuterio e litio, in un processo chiamato nucleosintesi primordiale. Bene, le osservazioni fatte sulle stelle più antiche e sulle nebulose più vecchie, confermano la teoria. Tranne per un elemento: nello loro atmosfera hanno molto meno litio-7 (4 neutroni e 3 protoni) di quanto dovrebbero: soltanto un terzo del previsto. Perché?

fonti:

https://astronomicamens.wordpress.com/2012/06/23/gli-enigmi-dellasimmetria-barionica-e-della-materia-scura-spiegati-con-lilogenesi/

http://press.web.cern.ch/backgrounders/matterantimatter-asymmetry

http://discovermagazine.com/2007/jun/in-no-time

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/proton.html#c2

http://www.guide-to-the-universe.com/space-roar.html

http://www.space.com/6293-mystery-roar-faraway-space-detected.html

http://www.universetoday.com/44764/shedding-light-on-the-suns-lithium-mystery/

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