Blogging Day per liberare Rossella Urru

Rossella Urru lavorava da due anni nel campo profughi Saharawi di Rabuni, nel sud ovest dell’Algeria. Lei e due cooperanti spagnoli sono stati rapiti il 23 ottobre da un gruppo di uomini armati.  Dopo mesi di silenzio, nel mese di dicembre un gruppo dissidente dell’Aqmi (Jamat Tawhid Wal Jihad Fi Garbi Afriqqiya) ha rivendicato il rapimento.  

La liberazione di Rossella e dei suoi collaboratori è resa estremamente complicata dai molteplici interessi contrastanti, ciascuno con la propria agenda, che non necessariamente coincide con la liberazione della volontaria italiana.  Per un resoconto aggiornato della situazione si rimanda qui.

Nonostante il lavoro delle istituzioni impegnate per la sua  liberazione debba necessariamente procedere in silenzio e sotto traccia, è altrettanto necessario mantenere viva l'attenzione dei media su questo rapimento. A questo scopo questo blog aderisce all'iniziativa di un blogging day il 29 febbraio per ricordare questa coraggiosa ragazza. 

Altri link di riferimento: 

Pagina dei familiari: www.rossellaurru.it.
Pagine facebook: https://www.facebook.com/groups/rossellalibera/
https://www.facebook.com/pages/Vogliamo-Rossella-Urru-e-i-colleghi-Spagnoli-liberi-sani-e-salvi/239516446106962

Rush hour sul treno: fluidodinamica dei passeggeri-sardina e le posizioni segrete da conquistare

Nelle ore di punta il numero di viaggiatori dei treni diretti a Tokyo cresce a dismisura.  Le leggi della statistica dei piccoli numeri - valide per chi è seduto -  non si applicano ai 200-300 sfortunati stipati all'inverosimile in ciascun vagone, senza neanche la possibilità di muovere un braccio.  Grazie alla teoria dei fluidi è possibile simulare il comportamento dei salarymen nelle ore di punta e scoprire così i punti segreti del vagone cui anelare per guadagnare preziosi centimetri. Infatti le equazioni di Navier-Stokes possono essere usate per descrivere con successo gas, liquidi o plasmi nello spazio interplanetario o all'interno delle stelle. Sono equazioni molto complicate, di solito risolte numericamente, anche se spesso - soprattutto per navi, aerei e macchine di formula uno - si ricorre anche a modelli in scala che riproducono le stesse condizioni che devono affrontare i vari mezzi.  Anche per la rush hour possiamo realizzare un semplice modello che colga gli aspetti essenziali del movimento nel vagone. 

Modellino per un vagone del treno: i chicchi di riso (le persone)
 escono dalle porte scorrendo come un fluido viscoso (il sapone liquido)

Nel nostro caso possiamo utilizzare (vedi la foto accanto)  dei chicchi di riso per gli spostamenti delle persone che vengono fatte scorrere su del sapone liquido. Il nastro adesivo bianco riproduce i sedili e le pareti e le aperture verso il basso rappresentano le porte. Inclinando la tavola, il sapone ed i chicchi di riso fluiscono verso il basso, ed escono verso la "stazione".
Perchè abbiamo usato il sapone? Il comportamento delle persone nel vagone  non è assimilabile a quello dei gas. La densità della gente è infatti molto superiore a quelle dell'aria. Non è neanche quello dell’acqua: anche se le persone che entrano ed escono dal vagone possono ricordare l’acqua spinta in un tubo, quando le porte sono chiuse la differenza di pressione in punti e direzioni diversi del vagone mal si addice ad un fluido che scorre facilmente come l’acqua. Viaggiando nell'ora di punta (e non) siamo infatti  più simili al miele o al sapone liquido:  particelle un fluido denso e viscoso in cui risulta difficile se non impossibile muoversi.

Le persone sono ora "scese" dal treno. Si noti che alcuni
chicchi di riso - di cui due indicati dalle frecce -
non si sono quasi mossi. 

In questo video è mostrata l'animazione in stop motion che mostra le varie fasi della simulazione. Si può vedere come  la velocità con cui defluiscono i passeggeri è maggiore al centro delle porte e minore verso i lati, dove l'attrito  con le pareti del treno rallenta il flusso delle persone. Ai lati delle porte, in prossimità dei sedili e negli angoli, questo effetto di bordo è tale da far sì che i chicchi di riso non si muovano minimamente.

Passeggeri nell'ora di punta: si noti
come sono soprattutto addensati
 tra le porte  e meno sulla destra,
tra i sedili.  

Queste considerazioni valgono anche quando al momento di salire sul treno:  le persone tendono infatti  ad addensarsi  tra le due porte del vagone ed a lasciare più sgombra l’area tra i sedili (questo è visibile anche nella prima foto, scattata lontano dall'ora di punta). Questo è dovuto alla viscosità che  rende più difficile spostarsi lateralmente rispetto al muro umano che ci spinge  all'indietro appena saliti sul vagone.
Se si riesce a raggiungere lo spazio tra i due sedili si starà sicuramente più comodi che tra le porte. I punti più ambito sono quelli ai lati delle porte: il flusso dei passeggeri in entrata od uscita dal treno non riesce minimamente ad intaccare questa roccaforte strategica della rush hour.

I  luoghi più ambiti nella rush hour sono gli angoli  ai lati delle
 porte, dove siamo protetti dal flusso e riflusso dei passeggeri.  

PS come fa notare @toto, ci sono almeno altri due effetti in cui incontriamo quotidianamente la fluidodinamica nel mondo macroscopico e che cercheremo di trattare in futuro: 1) nelle code che si formano improvvisamente sul GRA di Roma (e non solo....)  [si tratta di uno shock] e 2) nelle strettoie di persone o ai caselli autostradali [effetto Venturi]

Grikon, Presentazione alla Civetta sul Comò, Grazie a tutti!

L'autore, Junko Terao e Luca Raffaelli

Grazie a tutti quelli che hanno preso parte alla presentazione del mio romanzo d'esordio, Grikon alla Civetta sul Comò.

Un ringraziamento speciale e di cuore a Luca Raffaelli e Junko Terao per aver  reso interessante e divertente la serata con aneddoti, impressioni e commenti sul Giappone, la sua storia e la sua cultura da un lato ed il mondo dell'animazione non solo nipponico dall'altro.

Grazie anche  a Cooper ed in particolare ad Elena Giacchino per l'organizzazione dell'evento, ed ovviamente a tutti coloro che sono intervenuti in barba al martedì grasso ed hanno contribuito a rendere  piacevole  l'incontro.

Menzione d'onore  all'impeccabile Vito Andrea Marchese per le  foto qui riportate. Altre foto si trovano su facebook.

Il Grikon V in una  copertina
di Animage degli anni '70

Einstein, Galileo e le cospirazioni dei neutrini superluminari.

L'esperimento SuperKamiokande in Giappone. Le sfere di
vetro sono enormi fotomoltiplicatori per rivelare la luce
prodotta dalle interazioni dei neutrini con l'acqua
che riempie la cavità. 

A quanto pare i  neutrini non viaggiano più veloci della luce. Qui la dichiarazione ufficiale del CERN già anticipata   Nature   ed altri, secondo sono state identificate due concause che hanno cospirato per simulare l'apparente arrivo dei neutrini 60ns (60 miliardesimi di secondo) prima di quanto previsto dalla teoria della Relatività. 

Allora Einstein aveva ragione? 

Einstein sarebbe stato il primo a gioire dei neutrini superluminari e la formulazione una teoria più generale e ampia di quelle da lui formulate. Le modalità del progresso scientifico e l'investigazione della Natura proseguono infatti  in maniera diversa da come titolano i giornali. Una teoria scientifica può essere falsa o palesemente errata (la terra non è piatta). Non esistono però teorie vere sempre: sono di solito valide in un dato contesto. La teoria della Relatività speciale di Einstein (secondo cui nulla può viaggiare più veloce della luce) generalizza ed amplia quella di Galileo. Quest'ultima era ed è applicabile per basse velocità, ossia praticamente sempre ai fini pratici e difatti si usa per la maggior parte delle attività (difficile  pensare che i frecciarossa nostrani abbiano bisogno della teoria della Relatività speciale). 

Scopo della fisica è di scoprire (sperimentalmente) o formulare (teoricamente) teorie valide in contesti sempre più ampi. Se ci si riesce,  oltre ad  una comprensione più ampia e dettagliata dei meccanismi di funzionamento del nostro universo, si ha come "bonus" una serie di applicazioni tecnologiche come ad esempio il GPS, figlio delle due teorie della relatività. Se il neutrino fosse (o fosse stato) più veloce della luce sarebbe stato necessario sviluppare una teoria che tenga conto anche di questo fenomeno e avremmo potuto assistere ad una nuova rivoluzione della fisica.

Ma allora tutto il clamore era dovuto "solo" ad un cavo? 

Alzi la mano chi non ha mai avuto problemi con l'antenna. Se l'errore sarà realmente tracciabile ad una connessione o ad un cavo mal collegato va ricordato che questo è uno dei milioni di fili che collegano rivelatori, magneti, strumenti, computer in una ragnatela di enorme complessità.  La misura sperimentale ed i dati che essa produce richiedono un enorme lavoro di analisi e pulizia per evitare che questi  cospirino e si organizzino per fornire informazioni errate. L'analisi dei dati di esperimenti di questa complessità richiede una lunga  e certosina scrematura dell'informazione  che permetta di eliminare falsi dati ben più subdoli di qualunque virus del computer. Sono decenni se non secoli che le sirene dell'errore sistematico traggono in inganno generazioni di studenti e ricercatori con false scoperte.

Il fascio di neutrini generato a J-Parc (città di Tokai) (destra)
verso Superkamiokande, nella miniera di Kamioka (sinistra).
Il fascio di neutrini è stato recentemente ripristinato dopo
il terremoto dell'11 Marzo 2011

In ogni caso la conferma o smentita finale deve venire da altri esperimenti, come Minos  (che ha comunque visto un segnale simile) o T2K (da Tokaimura a  SuperKamiokande) e non è detto che queste nuove misure non ci riservino nuove sorprese. 

PS  in rete già circolano  teorie di un altro tipo di cospirazione, secondo cui i neutrini vadano effettivamente più veloci della luce e che questa scoperta sia stata messa a tacere per nascondere applicazioni industriali  e militari. In questa maniera si spiegherebbe il repentino ritrattare di tutti gli organi uffficiali del Cern e dell'INFN... ovviamente notizie di questo genere, per quanto divertenti, sono prive di ogni fondamento.  

Grikon - presentazione a "La Civetta sul Comò", Martedì 21 Febbraio 2012

Martedì 21 Febbraio alle ore 19:00,  Luca Raffaelli, giornalista, saggista ed esperto di animazione,   e  Junko Terao, giornalista ed editor del settimanale Internazionale,   presentano Grikon  対 闇星鬼 di  Marco Casolino e ne discutono con l'autore

La quotidiana mediocrità degli studi di Adriano in Giappone è interrotta da un’esplosione notturna nel garage della famiglia che lo ospita. Il giovane figlio del Professor Uchinomori rimane ferito, mentre tutti i suoi amici muoiono in seguito a una misteriosa malattia. Sul luogo dell’incidente, Adriano trova delle celle, fogli illustrati che rappresentano i fotogrammi di un vecchio cartone animato giapponese degli anni ’80, L’invincibile Robot Grikon V, una serie tv considerata maledetta a causa degli omicidi degli artisti che -morendo- la lasciarono incompiuta. Il giovane Adriano si troverà suo malgrado coinvolto in trame e scontri di fazioni che si combattono dal tempo della Seconda guerra mondiale. Cosa nascondono le formule di cosmologia e fisica dei quanti inscritte prima del loro tempo tra celle di Grikon? E perché chiunque entri in contatto con questi disegni, ne resta fatalmente segnato?

Tra fanatici cacciatori di celle, mercenari e reduci di una guerra ancora incombente e ragazze travestite come i personaggi di “anime”, Adriano dovrà cercare di salvarsi la vita brancolando nei meandri più oscuri del Giappone contemporaneo e in quelli non meno pericolosi di quello del passato.

Presso "Ludodeca La Civetta sul comò", Roma www.asscivetta.it

Associazione La Civetta Via Cereate 8, 00183 Roma Telefono: 067003752

Per informazioni:

Cooper – ufficio stampa

Elena Giacchino ufficiostampa@bandalargaeditore.it

Tel. 06 80 91 271 ; Cell. 340 26 82 776

Pagina Fb della presentazione

Pagina FB di Grikon

Dalle palline del pachinko alle astronavi: 3. La sonda Hayabusa ed il progetto Orione

Modello in scala 1:1 della sonda giapponese Hayabusa.

Osservando le immagini  o il video del post precedente possiamo vedere come – dopo la partenza della pallina verso sinistra – il blocco di palline + magnete si è  spostato verso destra. La conservazione dell’impulso sancisce che se lanciamo un oggetto in una direzione ci spostiamo dalla parte opposta. 

Navi, aerei – sia ad elica che a reazione – sfruttano questo principio: spingono acqua o aria da una parte per avanzare nel verso opposto. Missili e razzi non sono diversi; inoltre –  sia perché richiedono enormi accelerazioni che perché devono muoversi nel vuoto dello   spazio  –  sono costretti a trasportare il gas al loro interno.

Foto dell'asteroide Hitokawa ripresa dalla sonda Hayabusa

Tutti i sistemi di propulsione spaziale si basano sul principio di azione e reazione: per ottenere la spinta necessaria si può usare una reazione chimica che espelle una  gran quantità di gas espulso ad velocità  supersonica   o – come nei motori a ioni - una  microscopica quantità di gas espulso a velocità prossima a quella della luce. Alle particelle di gas vengono strappati gli elettroni: gli atomi così ionizzati possono esser accelerati con un campo elettrostatico non diverso da quello presente nei vecchi televisori a tubo catodico. La missione giapponese Hayabusa,  sfruttava con successo la propulsione a ioni.  Questa complessa missione ha subito una serie interminabile di vicissitudini (narrate in un recente film), problemi e malfunzionamenti ma  è riuscita ad atterrare con successo sull’asteroide Hitokawa riportando sulla Terra per la prima volta  del materiale proveniente da un altro corpo celeste oltre alla Luna.
Non utilizzando una reazione chimica, questo tipo di motori è estremamente  efficiente ma poco potente, generando una lenta ma costante spinta adatta a missioni automatizzate destinate a passare decenni nello spazio interplanetario.

Ipotetica astronave classe Orione: l'esplosione nucleare
 spinge il disco in basso a destra. Il disco assorbe l'onda
d'urto e spinge l'astronave proteggendo allo stesso tempo
gli astronauti dalla radiazione. (da qui)

Al momento non si conoscono metodi di propulsione che facciano a meno del principio di azione e reazione: con l’energia nucleare si può fare a meno della propulsione chimica generando spinte enormi. Il progetto Orione - di cui abbiamo già parlato - prevedeva già negli anni ’60 di sfruttare la spinta dell’esplosione nucleare per accelerare delle vere e proprie astronavi con una efficienza migliaia di volte maggiore di quella dei razzi attuali. L’onda d’urto dell’esplosione atomica avrebbe colpito uno spesso disco posto sul retro dell’astronave. Questa piastra aveva la duplice funzione di schermare gli astronauti  dalle radiazioni e spingere – con un sistema di molle – tutta la navicella.  Con un sistema del  genere sarebbe stato possibile raggiungere Marte in due settimane (rispetto a quasi un anno delle missioni attuali) e Plutone in un anno. Varianti più sofisticate avrebbero potuto raggiungere anche il 5% della velocità della luce, rendendo plausibile un piano di esplorazione robotica dello spazio interstellare a noi vicino riconvertendo  allo stesso tempo una parte delle armi nucleari per scopi pacifici. Negli anni '60 il trattato di non proliferazione nucleare uccise Orione, lasciandoci sulla terra a giocare con le palline del pachinko e a zoppicare a poche centinaia di chilometri dalla Terra con  i combustibili chimici. 

(3, fine) Questo post in tre parti partecipa all'edizione di Febbraio 2012 de  'Il Carnevale della Fisica'  
Qui la prima parte
Qui la seconda parte

Dalle palline del pachinko alle astronavi: 2. il cannone di Gauss, i treni magnetici ed i lanci orbitali.

Treno giapponese a levitazione
magnetica MLX-01. (prototipo non
utilizzato nel trasporto passeggeri.

Abbiamo visto nel post precedente  come una pallina che colpisce una fila di biglie identiche  trasferisce tutta la sua energia a quella dal lato opposto, che si allontana  con una velocità identica a quella del proiettile iniziale.
Se agganciamo un magnete alle biglie del pachinko la situazione muta drammaticamente: la calamita attira il proiettile in metallo accelerandolo negli ultimi istanti prima dell’impatto. In questo modo colpisce con forza  la fila di palline, lanciando la biglia nel verso opposto ad una velocità più di dieci volte superiore di quella iniziale (qui il video). 

Cannone di Gauss e palline del
pachinko: 1. La pallina di destra
viene lanciata verso le altre . Il
magnete è indicato dalla freccia
blu. 2. il magnete attira la pallina e
la accelera. 3. la pallina di destra
schizza via. 

 Utilizzando una semplice macchina fotografica è possibile stimare la velocità di questo “proiettile magnetico”: la velocità balza da 3 cm/s a 50 cm/s (i conti sono mostrati qui). Anche in questo caso l’energia del sistema si conserva: la pallina del pachinko è infatti accelerata grazie all'energia immagazzinata nel campo magnetico, che è più bassa dopo l'urto. Il neodimio (⁶⁰Nd) fa parte delle terre rare e in un composto con il ferro ed il boro è in grado di generare campi magnetici molto più intensi delle classiche calamite ferrose. 

Con l’aggiunta della calamita alle palline del pachinko abbiamo creato un semplice cannone di Gauss, un sistema che sfrutta i campi magnetici per accelerare un oggetto. Utilizzando gli elettromagneti è possibile creare cannoni di Gauss più potenti e versatili. Infatti utilizzando la corrente che scorre nei fili piuttosto che quella dei nuclei atomici  presenta due vantaggi: una zona cava in cui far passare  il carico da accelerare e la possibilità di governare l'accensione e lo spegnimento  dei vari moduli, realizzando un  sistema  a più stadi. 

Un grande cannone di Gauss potrebbe esser utilizzato per  per lanciare navicelle nello spazio con estrema efficienza e  costi estremamente ridotti. Purtroppo le accelerazioni in gioco sono troppo elevate per gli astronauti e rendono questo sistema più adatto ad lancio di cargo e materiale, o per l'uso come arma, dove si sta concentrando la maggior parte della ricerca e degli investimenti.

Configurazione dei magneti
per guidare il treno (alto)
e per tenerlo sollevato (basso).

I campi magnetici sono utilizzati con successo nei treni a levitazione magnetica. E' possibile creare una configurazione variabile di elettromagneti su cui il treno galleggia e scivola allo stesso tempo: senza ruote e binari l'attrito è molto ridotto ed è possibile raggiungere e superare velocità di 500km/h. Rimane l'aria a rallentare il treno: in un tunnel ideale in cui sia stato fatto il vuoto sarebbe possibile attraversare l'oceano atlantico in poche decine di minuti. Linee a levitazione magnetica sono state realizzate in vari paesi del mondo, con il primo servizio per passeggeri in funzione dall'aeroporto alla città di Shanghai. Altri dovrebbero entrare in funzione in Cina, Corea e Giappone nei prossimi anni. 

Schema del Lofstrom loop: un lungo
 cavo tenuto in piedi dalla
forza centrifuga generata dall'alta
velocità in cui scorre. Il cavo socrre
da ovest verso est, e compia
un ciclo completo tornando indietro
da est verso oves. 

Una ferrovia magnetica potrebbe essere utilizzata per lanciare carichi e persone nello spazio: il Lofstrom loop, dal nome del suo ideatore,  è una specie di lunga funivia senza piloni, tenuta in piedi dalla spinta centrifuga di un cavo che viene fatto circolare ad alta velocità all'interno di una guaina da cui è separato con campi magnetici. Le carrozze o cabine scorrerebbero - sempre sostenuti da campi magnetici - su questo cavo-binario lungo più di 2000km sino ad una altezza di più di 80km. Da lì si sganciano ed entrano in orbita  con dei propri piccoli propulsori. A differenza dell'ascensore orbitale, una struttura statica che  richiede lo sviluppo di materiali in grado di resistere a trazioni enormi, il Lofstrom loop è realizzabile con la tecnologia a nostra disposizione e consenitrebbe di ridurre enormemente i costi di lancio nello spazio.

Putroppo, in assenza di spinte economiche che consentano la realizzazione di queste strutture, per raggiungere il cosmo siamo costretti a ricorrere ai razzi convenzionali. Confrontando le immagini 1 e 4 della figura in alto è possibile vedere che l'urto non ha solo lanciato la pallina verso sinistra, ma anche spostato le altre verso destra. Ciò è dovuto al principio di azione e reazione  (che verrà trattato nel prossimo post) alla base di tutti i sistemi di lancio spaziale e di tutti - o quasi - i mezzi di trasporto sulla Terra.



(2, continua) Questo post in tre parti partecipa all'edizione di Febbraio 2012 de  'Il Carnevale della Fisica'  
Qui la prima parte
Qui la terza parte

Dalle palline del pachinko alle astronavi: 1. urti, simmetrie e diagrammi di Feynmann

Uno dei tanti Pachinko giapponesi

Scopo del pachinko, uno strano ibrido  a metà tra tra flipper  e slot machine - è di far rimbalzare le palline lungo le piste definite dai chiodini posti sulla plancia di gioco sino sino a farle cadere in una piccola e stretta buca. Se si raggiunge l'obiettivo si ottengono in premio altre palline che poi possono essere scambiate con merce o -  sottobanco -  con  denaro. Nelle rumorose e sgargianti sale di pachinko giapponesi vengono sperperati centinaia di miliardi di dollari all'anno, rendendole una delle attività più redditizie anche per il riciclo del denaro sporco. 

Foto di una macchina di Galton:
le palline cadono dall'alto e rimbalzano
 sui  chiodini  fino a raggiungere
 le scanature in basso. La distribuzione
delle palline è di tipo binomiale
 e per grandi numeri  diventa  gaussiana.

Lo schema è simile al quinconce di Galton, uno strumento utilizzato per mostrare la relazione tra  dati sperimentali e statistica. Nel caso del “pallinometro”,  nome con cui questo strumento è  noto a generazioni di studenti italiani di fisica, la distribuzione regolare dei chiodi consente un semplice trattamento matematico, non molto diverso da quello che regola i movimenti dei passeggeri della metro di cui abbiamo parlato in passato. La matematica dei pachinko è però estremamente più complicata ed i maestri di questo gioco d'azzardo vincono basandosi più sull'esperienza e l'istinto che sui freddi e soprattutto complessi calcoli.


Urti e rimbalzi delle biglie metalliche obbediscono agli stessi principi alla base del funzionamento di tutti i mezzi di trasporto: azione e reazione e conservazione dell'energia. Ad esempio, se una pallina del pachinko ne colpisce  altre messe in fila, essa  trasferisce la sua energia solo all'ultima   –  che si allontana con la stessa velocità della prima   –  lasciando immobili quelle in mezzo. Questo fenomeno – a prima vista sorprendente   –  è dovuto alla conservazione dell'energia cinetica  e della spinta o impulso nel sistema composto dalle quattro palline. Ciò  accade indipendentemente dal numero di sfere presenti: basta che siano identiche tra loro e che e l’attrito sia trascurabile. 

Senza dover ricorrere alla matematica, si può comprendere questo risultato intuitivamente osservando che è regolato da un principio ben più profondo: la simmetria temporale. Come nelle parole e frasi palindrome (oro, ara, onorarono...) che possono esser lette in entrambe le direzioni, l'urto delle palline è identico se si svolge al  contrario. Guardando una registrazione dalla fine verso l'inizio si può vedere (mano a parte) che non vi è alcuna differenza: la pallina che si allontanava è adesso quella che colpisce le altre ferme in fila, lanciando indietro quello che era il proiettile originale.

I diagrammi di Feynmann descrivono gli urti
microscopici: possono essere letti
 indifferentemente dall'alto, dal basso,
da destra e da sinistra. In questo caso
dal basso è descritta l'annichilazione
di un positrone con un elettrone 

Anche gli urti che coinvolgono particelle subatomiche, nei raggi cosmici o negli acceleratori di particelle godono di questa fondamentale proprietà: i diagrammi di Feynmann descrivono il tipo di interazione e permettono di calcolare la probabilità che un urto o un dato evento avvenga. Peculiarità di questi schemi è che sono "palindromi" in tutte e quattro le direzioni, e possono esser letti anche dall'alto verso il basso: è possibile infatti scambiare anche tempo e spazio riuscendo a descrivere fenomeni apparentemente diversi ma concettualmente identici.

Se poniamo un piccolo magnete su una delle palline e ripetiamo l’esperimento vedremo che la pallina viene lanciata ad altissima velocità: abbiamo realizzato un semplice cannone di Gauss. Dato che l’energia del sistema si deve conservare, vedremo nel prossimo post da dove viene l’energia per accelerare la pallina del pachinko e come utilizzare questo meccanismo per lanciare navicelle nello spazio.

(1, continua) Questo post in tre parti partecipa all'edizione di Febbraio 2012 de  'Il Carnevale della Fisica' 
Qui la seconda parte
Qui la terza parte

Le scale mobili giapponesi, le autostrade cinesi ed il bosone di Higgs: rottura di simmetria e difetti topologici

Scale mobili a Tokyo: per
convenzione si sta fermi a
sinistra e si cammina a
destra. Ad Osaka è
l'opposto. Da qui.

La regola è chiara: a Tokyo e nel Kanto, sulle scale mobili, si sta fermi sulla sinistra e si cammina sulla destra. Non è chiaro come e quando si sia giunti a questo tacito accordo, ma -  come nel caso del traffico automobilistico – anche l’opposto è perfettamente accettabile. Infatti nel Kansai la convenzione è opposta: nelle città di Kyoto, Osaka e Kobe si sta fermi sulla destra e si lascia lo spazio per camminare sulla sinistra.

La regola della scala mobile è un esempio di “rottura spontanea della simmetria” che incontriamo ovunque nel nostro mondo. Il nostro corpo ci fornisce un altro esempio: il cuore si trova a sinistra ed il fegato  a destra, anche se in alcuni individui la disposizione degli organi è speculare . In questi casi vi sono solo due possibilità: destra o sinistra (e si parla più propriamente di parità), ma si possono immaginare esempi più complessi: immaginate di prendere uno spillo e tenerlo  in verticale con un dito  facendogli toccare il tavolo con l'altra estremità. Lasciato il dito lo spillo cadrà in una direzione a caso: Si è passati da una configurazione simmetrica (lo spillo in verticale) ad una asimmetrica (lo spillo caduto da un lato). 

In un materiale ferroso si passa
da uno stato  disordinato ma
 simmetrico ad  uno ordinato
 in cui la simmetria  è rotta dalla
 direzione della calamita che si
è venuta a formare. 

Lo stesso accade in un materiale ferroso: anche se inizialmente smagnetizzato, dopo un certo tempo si magnetizzerà spontaneamente diventando quindi una calamita. Microscopicamente, le mini-calamite costituite dai dipoli atomici si sono allineate tra loro passando da uno stato disorganizzato e casuale ad uno ordinato (ad energia più bassa e dunque più stabile) in cui tutti i dipoli puntano nella stessa direzione.

Si ritiene che un fenomeno analogo sia avvenuto nei primi istanti di vita dell’universo: si è passati da uno stato perfettamente simmetrico in tutte le particelle non hanno massa ad uno asimmetrico (ma ad energia più bassa), in cui le particelle elementari che compongono il nostro universo hanno masse tutte diverse tra loro. Nel caso dello spillo, il responsabile della rottura di simmetria è il nostro dito, nel caso delle particelle elementari, il “colpevole” di questa rottura di simmetria dovrebbe essere  il bosone di Higgs (il condizionale è d'obbligo dato che non è stato ancora trovato con certezza).

Schema dei domini di Weiss
in un materiale ferromagnetico
da qui

Torniamo al nostro pezzo di ferro: spesso la magnetizzazione non è uniforme. Può accadere che parti del metallo si magnetizzino in direzioni diverse. Queste microscopiche regioni in cui la magnetizzazione è uniforme prendono il nome di domini di Weiss, dal nome del suo scopritore. Particolarmente interessante è quanto avviene al confine tra questi lillipuziani paesi: la transizione tra un dominio e l’altro crea delle discontinuità, delle “zone di nessuno” (o domain wall) che esibiscono particolarità geometriche e matematiche molto particolari. 

La strada da Hong Kong alla Cina
collega regioni in cui si guida in
verso opposto: è quindi un esempio
macroscopico di difetto
topologico.

Nell'autostrada che collega Hong Kong alla Cina è possibile vedere una di queste transizioni, creata apposta per facilitare il passaggio dal primo paese, con la guida a sinistra al secondo, in cui si guida a destra. 

In Giappone non c'è nulla di simile nel caso delle scale mobili, anche se ci si potrebbe immaginare una fantastica città di Escheriana memoria, sita tra il Kansai ed il Kanto, in cui si passa da una convenzione all'altra.  

E per il nostro universo? La questione è ancora aperta: la teoria del Big Bang prevede un’espansione talmente rapida del nostro universo che la rottura di simmetria regolata dal bosone di Higgs potrebbe essere avvenuta in maniera diversa in punti diversi del nostro universo. Lì le  leggi della fisica potrebbero essere diverse dalle nostre.   Messaggeri di questi remoti angoli dell'universo potrebbero essere i difetti topologici, strutture geometriche simili ma infinitamente più complesse dell'autostrada cinese che potrebbero giungere anche sul nostro pianeta. Al momento sono relegati nel mondo della fisica teorica e della fantascienza, ma esperimenti in corso di progettazione hanno in programma la ricerca di queste splendide rarità.