Separati in casa! Meccanica quantistica contro Relatività generale

Un'altra inconsistenza tra le leggi della fisica valide per l'universo e quelle per il mondo microscopico riguarda l'impossibilità di conciliare la Meccanica quantistica con la Relatività generale in un'unica teoria.  

Per un breve cenno su uno dei più grandi misteri della fisica moderna, cedo la parola a due personaggi di Grikon, Adriano, studente di storia giapponese e Noriko, ricercatrice di fisica:

Schema della distorsione dello spazio tempo
secondo la Relatività generale. Da qui

Noriko sembrò colpita dalla sfida che l'amico gli aveva lanciato: “All’inizio del XX secolo la meccanica quantistica ha rivoluzionato la fisica, stravolgendola alle basi. Ha fatto crollare le certezze del meccanicismo ottocentesco, in cui ogni particella era immaginata come una pallina di cui si poteva conoscere ogni sua caratteristica. Dal determinismo della meccanica classica si è dovuti passare al comportamento casuale ed alle incertezze dettate dalle leggi delle probabilità. Ad esempio, l’elettrone non ruota intorno al nucleo atomico come un pianeta intorno al sole, ma se ne sta lì intorno circondando lo come una nuvola indistinta. Il passaggio dalla meccanica classica a quella quantistica fu imposto da una serie esperimenti che davano risultati altrimenti incomprensibili. Con il passare del tempo ci si abituò a questa descrizione della realtà per quanto assurda potesse sembrare. Anche i più scettici dovettero arrendersi all’evidenza che gli esperimenti mostravano un mondo microscopico saldamente attaccato alle leggi della meccanica quantistica”.

'Nuvole' di distribuzione della probabilità di un
elettrone dell'atomo di idrogeno. Da qui 

“Va bene… e quindi?”, le chiese Adriano, volendo mostrare di aver capito ma senza essere troppo sconvolto dall’idea che il caso governasse il mondo microscopico. “Tuttavia rimase una serie di stranezze”, riprese Noriko, “la più grande di queste è che siamo al momento incapaci di formulare una teoria che possa tener conto allo stesso tempo della Meccanica Quantistica e della Relatività Generale”.

“Ma è quella cosa che aveva detto Hikaru?”, chiese Adriano.

“Sì”, rispose brusca lei. Chiuse gli occhi, come per calmarsi, poi riprese la sua lezione: “Secondo la Relatività Generale la massa di ogni corpo distorce lo spazio tempo come una palla su un lenzuolo teso. Però secondo la meccanica quantistica il lenzuolo è fatto da una miriade di particelle che nascono e muoiono e che fluttua continuamente, per cui non puoi scrivere una teoria che ti descrive le minime spiegazzature del lenzuolo”.

“E quindi…”, disse Adriano.

“E quindi niente. La tecnologia e la scienza umana vanno avanti da anni ignorando questa gigantesca inconsistenza, che però rimane. Uno dei modi proposti per risolvere questo mistero è ipotizzare che le particelle non siano dei punti microscopici ma dei piccoli segmenti, dei pezzi di spago come dice White. In quel caso gli infiniti e le divergenze non ci sono più.”

“Tutto qui?”

“Beh, no, non è così semplice, la teoria è ancora estremamente primitiva, poco più di una elegante idea rivestita di tanta matematica.  Non sono in grado di prevedere nessun risultato sperimentale. Io non sono per niente convinta che sia giusta”.

In Grikon viene descritta una soluzione plausibile scientificamente ma non provata. Purtroppo nel mondo reale questi due capisaldi della fisica sono ancora 'separati in casa', costretti a condividere l'universo senza avere - almeno per quanto riguarda la nostra comprensione - nulla in comune. 

Questo post in due parti partecipa al carnevale della fisica 39, dal tema "Paradossi nella fisica".

Parte (1) Razzismo astrofisico: L'asimmetria materia-antimateria nell'universo. (chissà se e quale relazione c'è tra gli argomenti dei due post...)

Razzismo astrofisico: L'asimmetria materia-antimateria nell'universo.

Particelle ed antiparticelle
del modello standard.
 Immagine da qui

L'apparente universalità delle leggi della fisica  nasconde profonde e fondamentali discrepanze tra quello che ha luogo nell'universo e negli acceleratori di particelle.

Questi apparenti paradossi - al momento irrisolti - sono  oggetto di ricerca da svariati decenni sia dal punto di vista teorico che sperimentale, senza che però si sia riusciti a compiere  significativi progressi.  

1. Dov'è finita l'antimateria?

Perché il 4% di materia (protoni, elettroni, nuclei) che compone le stelle e le galassie è composto apparentemente solo di materia? Questa domanda giace dietro il problema della materia oscura, probabilmente costituita da una particella ancora inosservata, ma è plausibilmente distinto da esso. 

Le leggi della fisica delle particelle elementari mostrano infatti una simmetria tra materia ed antimateria. Se la collisione di una particella e la sua antiparticella produce energia, le leggi di conservazione prevedono che da essa si debbano create materia ed antimateria in parti uguali. Applicate su scala cosmica, queste leggi prevedebbero un universo costituito da uguali quantità di materia ed antimateria. L'universo appare costituito da sola materia:  infatti se vi fossero zone dominate da antimateria, il loro confine con la nostra regione dovrebbe brillare nei raggi gamma dell'annichilazione. 

Il Big Bang ha avuto una fase
di espansione rapidissima.
Immagine da qui

Pertanto le  le  leggi delle particelle elementari da noi conosciute devono aver iniziato ad esser valide solo dopo un certo tempo dal Big Bang.  Quali leggi più generali e ancora ignote erano valide prima? Come hanno prodotto questa macroscopica asimmetria tra materia ed antimateria? Nesssuno ne ha la più pallida idea. 

Lo scienziato e dissidente sovietico Andrei Sakharov, padre della bomba all’idrogeno sovietica, indicò nel 1967  tre eventi che si devono esser verificati in passato per portare alla asimmetria da noi attualmente osservata. Secondo le tre condizioni di Sakharov è necessario quindi: 

1) che l’universo non sia in equilibrio termico, cioè che si vada progressivamente raffreddando. 

        [verificata]: infatti l’universo nei suoi primi istanti di vita ha subito una fase -  detta di inflazione - in cui l’espansione è stata rapidissima, seguendo una legge esponenziale. Questa fase di inflazione potrebbe aver consentito ad una interazione ancora sconosciuta di creare un eccesso di materia rispetto all’antimateria, ingrandendo l’universo così velocemente da non dare tempo alle particelle appena nate di ricombinarsi secondo il processo inverso.           

Lo scienziato e dissidente sovietico
Andrei Sakharov

2) che non si conservi il numero barionico. De esser quindi possibile  creare in una singola reazione protoni senza creare anche un ugual numero di antiprotoni. 

      [non verificata] Non si conosce nessun fenomeno in natura che violi il numero barionico: conseguenza di questo è ad esempio la stabilità misurata del protone. 

3) che la produzione di materia sia privilegiata rispetto a quella di antimateria, ossia che si violi la legge simmetria di carica e parità (CP). 

   [appena accennata] La forza debole, responsabile del decadimento nucleare beta (che emette elettroni o positroni), può violare la simmetria di CP nel decadimento di alcune particelle. Questa violazione è però di gran lunga  troppo piccola per poter essere  in grado di soddisfare appieno la terza condizione.  

(1) continua in Separati in casa: Meccanica quantistica contro Relatività generale

Questo post partecipa al carnevale della fisica 39, dal tema "Paradossi nella fisica".

Fisica e Bolle: resoconto dei post partecipanti al 29o Carnevale della Fisica

Tema di questa edizione del Carnevale della Fisica era la Fisica e le Bolle, di qualunque genere. Le aspettative di vedere contributi vari ed originali non sono andate deluse: con post che spaziano dal teatro alla ricerca di civiltà aliene, dall'infinitamente grande dello spazio all'infinitamente piccolo delle nanotecnologie. E poi trittrici di post dagli argomenti più disparati ed eclettici. 

Ma andiamo per ordine:

Giancarlo Cavagna, insegnante di scuola superiore a Bergamo,  apre le danze con una serie di bei video sulle bolle di sapone, riempite ed immerse nei gas più disparati. Ma diamo a lui la parola: 

...E così capita che in laboratorio, un pomeriggio, con due colleghi (Sergio Facchi e Jolanda Repaci) si facciano bolle di tutti i tipi, con fiato, aria, ghiaccio secco, elio, esafluoruro di zolfo, anidride carbonica e si sperimentino fenomeni di statica dei fluidi. Di questi esperimenti ho alcune riprese video fatte per mostrarle agli studenti e poter discutere della fisica che regola i fenomeni. E tra una bolla e l'altra vengono fuori cose molto carine e bizzarre: come questa o questa. La solita spinta di Archimede qui e qui  è mostrata con bolle che galleggiano su strane, sfuggenti e addirittura invisibili superfici gassose ma che si comportano esattamente come quelle liquide (appunto i fluidi!). Abbiamo iniziato a fare queste belle cose grazie allo stimolo che Bergamoscienza ha portato nelle scuole...

Bolle molto più grandi sono quelle presenti all'interno del Sole, descritto con passione e precisione nel blog  notiziedalcosmo.storiepoesia. Il post sulla zona convettiva, dove le immense bolle salgono verso la superficie, è l'ultimo di una interessante trilogia dedicata alla nostra stella. 

Su scale ancora più grandi, Leopoldo Bennacchio ci propone un 'catalogo' di gioielli spaziali: nebulose planetarie e residui di esplosioni di supernovae. Nella loro bellezza queste foto testimoniano la brusca fine di una stella, con conseguente distruzione dell'eventuale sistema planetario intorno. Solo a prima vista possono apparire sferiche, ma studi dettagliati dell'esplosione e della posizione della stella ci forniscono informazioni interessanti sui meccanismi dell'esplosione e del fato della stella superstite. 

E che può esserci di più grande della bolla del nostro universo? Forse una somma di bolle di universi di cui il nostro è solo uno nel quale abbiamo avuto la sorte di esistere...
Gabriele Giordano, nel suo post  tratta di queste variegate ed affascinanti ipotesi.

Tra le bolle infinitamente piccole, Leo Sorge, in SFtech, interessante blog incentrato su temi di  scienza, tecnologia e fantascienza,  tratta di delle moderne stampanti 3D, che saranno le protagoniste della prossima rivoluzione tecnologica. Sono sempre le bolle a governare il principio di funzionamento di questi rivoluzionari oggetti:    Bolle oblunghe, bolle irregolari, bolle filamentose, ma sempre bolle di materiale scaldate a 200° che si assommano tra di loro,  nel formare la struttura che stiamo realizzando.  

E non ci sono solo le bolle di plastica, continua Sorge, la struttura stampata con stereolitografia è a nido d’ape, quindi una griglia tridimensionale che cattura… bolle d’aria! Tra gli esempi una stampante dell'università di Vienna sia in grado di costruire dal nulla un perfetto esemplare di micromachine da corsa. 

Dopo queste applicazioni pratiche ci si può rinfrescare la teoria delle bolle, la spinta di Archimede e tutta la fluidodinamica ad essa legata leggendo  il post su scienzaemusica di Leonardo Petrillo. E' un lungo articolo (ma non vi fate scoraggiare) che  analizza la matematica delle bolle di sapone, dal punto di vista della meccanica dei fluidi: ad una introduzione sui concetti base della meccanica dei fluidi (tra cui l'equilibrio statico di un fluido) e sulla distinzione fra solidi (di cui vengono analizzate alcune proprietà elastiche), liquidi e gas, segue un'approfondita analisi sul concetto di tensione superficiale, che termina con l'equazione di Laplace. Se vi spaventano formule e calcoli soffermatevi sulle immagini ed i video che Leonardo ha allegato. 

Dalle bolle terrestri possiamo andare nello spazio sulla Stazione Spaziale Internazionale, una "bolla" di ambiente terrestre faticosamente mantenuto a 400 km di altezza dal nostro pianeta. Il blog questionedelladecisione tratta - con un bel video di Don Petit - l'assenza di gravità, o meglio le condizioni di microgravità cui sono soggetti astronauti (ed uccelli) in orbita attorno alla Terra.

Sempre nello spazio Luca di Fino nel suo blog background noise affronta il problema della protezione degli astronauti dalle radiazioni spaziali, soprattutto nel caso di missioni interplanetarie. Il problema è ancora aperto, dice Luca: contenitori d'acqua possono essere utilizzati per creare una bolla di protezione attorno agli astronauti in caso di eruzioni solari, ma per andare su Marte i nuclei pesanti accelerati nell'esposione di supernovae sono talmente energetici da 'bucare' questa protezione. 

Tra problemi tecnologici e radiazione spaziale non siamo stati ancora in grado di allontanarci dalla Terra. Tuttavia, con le  prime trasmissioni  radio all'inizio del secolo scorso, l'uomo ha cominciato a trasmettere segnali elettromagnetici coerenti nel cosmo. Questa bolla di messaggi audio e video, per quanto debole e diluita nelle immensità del cosmo, copre già un raggio superiore ai 100 anni luce, comprendendo più di diecimila stelle del nostro vicinato galattico. E' possibile che civiltà aliene stiano facendo lo stesso, mandando segnali nello spazio?  Se qualcuno di questi segnali ci raggiungesse, saremmo in grado di riceverlo e identificarlo in mezzo al mare del rumore cosmico di fondo? Con il suo post, il Tredicesimo Cavaliere coglie l'occasione per aggiornarci dello stato del SETI (acronimo per Search of ExtraTerrestrial Intelligence - ricerca di intelligenza extraterrestre). 

Gianluigi Filippelli ci presenta un trittico di post che spaziano dalla cosmologia alla fisica delle particelle elementari: 1. Come funziona la scienza: JKCS 041 e l'infanzia dell'universo:  Stefano Andreon e Stefano Sandrelli dell'Osservatorio di Brera vengono intervistati da Rai News in merito alla scoperta del più vecchio ammasso ben formato dell'universo, JKCS 041. 

 2. Simulare il transito di pianeti extrasolari: post su come si cercano i pianeti extrasolari, la missione Kepler ad essi dedicata e su come simularne matematicamente il passaggio.  Molto interessante è anche la parte sulle esperienze effettuabili in laboratorio. 

3. La massa del W e il Particle Data Group: La collaborazione CDF sta lavorando sulle ultime elaborazioni possibili dai dati raccolti con l'ormai chiuso acceleratore statunitense Tevatron. Uno dei dati recentemente rilasciati è la misura della massa del bosone W, la cui scoperta portò il Nobel a Carlo Rubbia. In questo caso, sfrutto questa misura, ancora preliminare, per cercare di raccontare come funziona il Particle Data Group e la sistematizzazione dei dati nella fisica delle particelle.

Sempre in ambito di trilogie abbiamo il tris di bolle del tamburo riparato: 

1. Bolle papali, livelle e vasi comunicanti: l'immagine della bolla papale vince un premio (inventato ed inesistente) per la "bolla" più originale. 

2. La camera a bolle, essenziale strumento per la rivelazione delle particelle elementari negli anni '60, ancora insuperato per bellezza della risoluzione delle immagini (purtroppo di formazione troppo lenta per l'elevato numero di collisioni degli acceleratori più moderni). 

3. Bollicine della Birra e segreti della formazione della schiuma della birra. Di questo argomento ne parla anche il già citato  scienzaemusica.  

Su tutto-scienze.org ben cinque  post, che seppur non strettamente attinenti 
al tema delle bolle, sono tutti molto
 interessanti e vari:
Osserviamo gli effetti della corrente elettrica, Osserviamo I Fenomeni Magnetici, Moto Lungo Un Piano Inclinato E Grafici, Milla Baldo Ceolin, La Signora Dei Neutrini e La Pagella Di Einstein Dagli Einstein Archives Online

Per chiudere in bellezza citiamo le bolle teatrali e scenografiche del gruppo Onda R che con  Passione Fisica  mette in scena  - con passione e competenza - uno spettacolo  di teatro e scienza,   che mette in evidenza il percorso della ricerca scientifica e in particolare ciò che essa determina per l’umanità. Temi ed argomenti sono d'attualità spaziando dalla meccanica quantistica alla misteriosa scomparsa di uno dei più grandi fisici del XX secolo: Ettore Majorana.

E con questo si chiude la 29a edizione del carnevale della Fisica: voglio ringraziare gli organizzatori per avermi permesso di ospitare questa edizione. Uno speciale ringraziamento va a tutti i partecipanti: spero di non aver dimenticato nessuno, ma se qualcuno dei vostri interventi si fosse perso nel marasma della mia casella di posta elettronica scrivetemi e vi porrò rimedio quanto prima. A rivederci a fine aprile sul blog di scienza e musica con tema "lo spazio". 

Carnevale della Fisica - Edizione Marzo 2012: Fisica e Bolle

Questo mese ho l'onore di ospitare il Carnervale della Fisica di Marzo. Tema conduttore è:

"Fisica e Bolle"

ad esempio: Bollicine, Bolle di spumante, bolle d'aria, d'acqua, Bolle di sapone, Bolle di universo/i, Bolle di Supernovae, Bolle mediatiche e quant'altro. 

Come nelle precedenti edizioni l'argomento non è vincolante, si può partecipare seguendo poche regole:

SN 1006 Supernova Remnant
da qui 

1) scrivere un post  sull'argomento proposto (non necessariamente: anche altri argomenti purchè di fisica o scienza sono ben accetti).

2) menzionare  la partecipazione al Carnevale della fisica. 

3) avvertirmi  (entro il 31 29 marzo) commentando questo post o per email casolino.marco [att] gmail . com del vostro contributo.

Il 30 marzo sarà mia cura raccogliere i vari contributi e presentarli in questa sede.  Buon lavoro a tutti!


In questo post è presente il resoconto dei partecipanti, grazie di cuore a tutti!

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