domenica 15 aprile 2018

La prova della materia oscura è in una galassia senza materia oscura.

Tutto nasce da un recente articolo pubblicato su Nature: A galaxy lacking dark matter (una galassia a cui manca la materia oscura). L'articolo riporta la scoperta di una galassia nella costellazione del Dragone, che di nome fa NGC1052–DF2, e che dalle misure non sembra praticamente avere materia oscura al suo interno o attorno ad essa. Che uno direbbe "evabbè, magari può capitare, fra tante galassie". E invece, potrebbe essere che questa scoperta sia la prova più forte proprio a sostegno dell'esistenza della materia oscura.  Come è possibile? Perché proprio la mancanza di materia oscura in una galassia potrebbe costituire la prova della sua esistenza nell'universo?


NGC1052-DF2 viene chiamata anche "see-through galaxy", perché appare rarefatta in modo anomalo, e si possono vedere galassie molto più distanti attraverso di essa.

Facciamo un passo indietro. Cos'è la materia oscura? Già da circa 40 anni si è scoperto che il moto delle stelle attorno alle galassie non è quello che ci si aspetterebbe in base alla quantità di materia che si suppone essere presente nelle galassie tramite le emissioni elettromagnetiche. Le stelle, infatti, ci appaiono ruotare attorno alle galassie molto più velocemente del previsto, come se ci fosse molta più materia di quella che vediamo. E non solo, ma più ci allontaniamo dal centro della galassia, più questa differenza fra materia osservata e aspettata, cresce.

Ma perché una stella ruota attorno al centro della galassia? Risposta: per lo stesso motivo per cui la terra ruota attorno al sole: la forza di gravità. Il nostro sole, ad esempio, si trova a circa 30mila anni luce dal centro della Via Lattea, e ruota attorno al suo centro alla velocità di circa 220 Km/s, facendo un giro completo in circa 230 milioni di anni, milione più milione meno. Questo moto è dettato da tutta la massa che si trova compresa nella sfera di raggio pari alla distanza fra il sole e il centro della galassia. Tutta la materia al suo interno regola il moto del sole, in base alle leggi della gravitazione. E' la stessa cosa che succede alla terra, e che fa sì che essa ruoti attorno al sole: la massa compresa in una sfera di raggio pari alla distanza terra sole (e che sostanzialmente coincide con la massa del sole), regola il suo moto di rivoluzione. E se avete qualche dubbio, questa qua sotto è la velocità di rivoluzione dei pianeti attorno al sole, in funzione della loro distanza dal sole stesso, sovrapposta alla previsione data dalla legge di Newton, cioè la terza legge di Keplero.

Velocità di rivoluzione dei pianeti attorno al sole in funzione della loro distanza dal sole stesso. In blu la previsione della legge di Newton.


La stessa regola vale anche per le stelle dentro una galassia, che può essere vista come un mega sistema solare. Quindi, secondo la legge di Newton, la velocità di una qualunque stella attorno al centro della sua galassia dovrebbe decrescere con la distanza dal centro, così come avviene nel sistema solare.

E invece si osserva il contrario: misure effettuate su un numero molto grande di galassie mostrano inequivocabilmente che la velocità di rivoluzione delle stelle attorno al centro della galassia, qualunque sia la galassia a cui appartengono, differisce fortemente dalle previsioni della legge di Newton, come si vede dalla figura qua sotto.

Velocità di rotazione della galassia M33 in funzione della distanza dal centro. Dati osservati e andamento aspettato in base alla distribuzione di materia visibile.




Differisce come se nelle galassie ci fosse molta più materia di quella visibile e stimabile in termini di stelle e gas, ovvero tramite ciò che emette e assorbe onde elettromagnetiche. E soprattutto questa materia misteriosa deve essere presente in modo sostanzialmente diverso dalla materia ordinaria, e cioè essere distribuita in grandi aloni attorno alle galassie, in modo da spiegare l'andamento della velocità di rivoluzione delle stelle in funzione della distanza dal centro galattico.



Velocità di rotazione in alcune galassie, In rosso la via lattea, dove siamo noi. Tutte differiscono dalle previsioni in base alla distribuzione di materia visibile.
La quantità di materia invisibile presente negli aloni delle galassie è stimabile in base ai suoi effetti gravitazionali, tramite lo studio del moto delle stelle, e è tipicamente pari ad almeno 30 volte la massa visibile delle galassie. In sostanza questo vuol dire che la quantità di materia oscura presente nelle galassie è di gran lunga dominante rispetto alla materia ordinaria.

Sketch (da non prendere troppo alla lettera!) di come generalmente dovrebbe essere distribuita la materia oscura negli aloni delle galassie, in base alle misure della velocità di rotazione delle stelle.


Intuita la sua presenza da Fritz Zwicky nel 1933, e osservata in tutto il suo fulgore negli anni 70 grazie alle misure dell'astronoma Vera Rubin, negli anni le evidenze sulla presenza della materia oscura sono aumentate, anche grazie ad altre tipologie di osservaioni sperimentali, ma la sua natura resta misteriosa. Potrebbero essere sconosciute particelle elementari prodotte nei primi istanti di vita dell'universo, e che a tutt'oggi vagano inerti senza interagire con il resto della materia, ma producendo forza di gravità, oppure magari buchi neri prodotti all'inizio della storia dell'universo, e che si sono "ingrassati" nel tempo. La recente osservazione delle onde gravitazionali, prodotte dalla fusione di due buchi neri di circa 25-30 masse solari, evento ritenuto rarissimo prima di questa scoperta, e invece apparentemente frequente, potrebbe supportare questa ultima ipotesi, fino a ieri ritenuta improbabile rispetto alla prima ipotesi. Sta di fatto, che ad oggi non abbiamo idea di cosa sia la materia oscura, nonostante i tanti esperimenti realizzati per evidenziarne la natura. E quindi è anche per questo doppiamente oscura: non si vede, e non sappiamo cosa sia.

E non basta! Senza materia oscura diventa veramente molto difficile spiegare come si possano essere formate le galassie (e noi, in ultima analisi) a partire da quel calderone caldissimo e praticamente uniforme che era l'universo primordiale. Accumuli sparsi di materia oscura sarebbero stati indispensabili per addensare la materia ordinaria, grazie all'azione della forza di gravità, e quindi dare origine ai germi delle galassie odierne. Insomma, tanto per dirne una, senza materia oscura questo blog non sarebbe esistito, non so se mi spiego!

Però, come sempre, agli scienziati piace trovare spiegazioni alternative intriganti. E' il bello della scienza, quello di mettere sempre tutto in discussione. Alla faccia di chi dice che la scienza è dogmatica. E quindi alcuni hanno pensato che forse quello che noi chiamiamo materia oscura non è affatto un eccesso di materia misteriosa ammassata ai bordi delle galassie, ma è un effetto apparente, dovuto al fatto che la legge di Newton, a grandi distanze, devia dalla legge di Newton che studiamo a scuola. E quindi, fidandoci della legge di Newton per interpretare il moto delle stelle attorno alle galassie, arriviamo  a conclusioni sbagliate su come dovrebbe essere la distribuzione di materia al loro interno, tanto da credere che ce ne sia molta di più. Questa teoria prende il nome di MOND, MOdified Newtonian Dynamics (fonte, fonte).

Insomma, in soldoni, secondo MOND noi crediamo di osservare la presenza di materia oscura nelle galassie perché ci fidiamo della legge di Newton a grandi distanze, e secondo la legge di Newton il moto delle stelle attorno al centro delle galassie non è proprio spiegabile se non ammettendo che ci sia più materia di quella che vediamo. Ma se invece fosse la legge di Newton a essere sbagliata a grandi distanze, allora tutto questo si spiegherebbe facilmente senza dover ammettere materia oscura di alcun tipo.

Certo, MOND è una spiegazione ad hoc, ma in fin dei conti anche la materia oscura lo è. E non ci crederete, ma questa spiegazione alternativa funziona molto bene! Funziona benissimo per spiegare il moto anomalo delle stelle attorno alle galassie, senza dover ipotizzare l'esistenza della materia oscura. E sebbene esistano altre evidenze a supporto della materia oscura, quali il gravitational lensing e il "famoso" bullet cluser, anche in questo caso la partita con MOND non sembra essere proprio chiusa (fonte).

Fino alla scoperta recente di NGC1052–DF2. In questa galassia la misura del moto delle stelle attorno al suo centro fornisce un rapporto fra materia oscura e materia ordinaria pari a 1, contro i 30 e passa normalmente misurati in tutte le galassie. In sostanza la materia oscura in NGC1052.DF2, è pochissima. Le sue stelle, ruotandoci attorno, seguono perfettamente la legge di Newton.

E perché la mancanza di materia oscura in questa galassia costituirebbe, paradossalmente, una prova molto forte dell'esistenza della materia oscura nell'universo? Semplice: perché in un colpo solo mette in crisi MOND! Eh sì, perché se, come dice MOND, la materia oscura fosse dovuta al fatto che la legge di Newton, a grandi distanze, non è quella che ci fanno studiare a scuola, questa regola dovrebbe valere per tutte le galassie, una volta che andiamo a grandi distanze rispetto al loro centro. E quindi dovrebbe valere anche per NGC1052–DF2. E invece per lei non vale! Un perfetto esempio di falsificazione di una teoria scientifica. Se trovi qualcosa che va in contraddizione con le sue previsioni, quella teoria è sbagliata. O, per lo meno (Popper non va mai preso troppo alla lettera), è probabile che sia sbagliata. Un'osservazione del genere di per sé non significa molto (con buona pace di Popper), ma la scoperta di altre galassie di questo tipo potrebbe mettere in crisi le teorie Mond.

In ogni caso questa scoperta è molto interessante. Non solo perché metterebbe in crisi le teorie alternative alla materia oscura tipo MOND, ma anche perché ci dice che non è detto che per forza nelle galassie ci debba essere materia oscura! Sarà interessante vedere se altre galassie presentano la stessa caratteristica di NGC1052–DF2. Che la risposta sia sì o no, sarà una risposta interessante. Nel primo caso sarà interessante capire cosa caratterizza il formarsi di galassie senza materia oscura al loro interno, nel secondo caso sarà invece interessante capire come mai, proprio quella galassia e solo quella, è stata schifata dalla materia oscura. Insomma, come al solito, è la scienza, bellezza! Come diceva Shakespeare, "ci sono più cose in cielo e in terra, Orazio (che non credo sia quello di CSI Miami) di quante ne sogni la tua filosofia".

giovedì 12 aprile 2018

Ci sbattiamo per arginare la deriva ascientifica. E poi leggi questo...

In questi ultimi tempi si discute molto di come arginare la diffusione delle bufale e la deriva ascientifica, in particolare sui temi che riguardano la salute, incentivata da siti farlocchi, da pseudomedici e pseudoscienziati di vario tipo, santoni, ciarlatani, e comitati di gente informata. E per fare questo si organizzano giustamente convegni, dibattiti, e si mobilitano perfino le Istituzioni.

Poi però succede che leggi un articolo come quello di oggi sul Corriere della Sera, cronaca di Torino, che titola: Federica e Marta, respiriane: "il cibo non è utile, ci nutriamo di energia. A casa non ci sono più pentole".

E' la storia di due donne, che hanno smesso di mangiare (ogni tanto un piccolo spuntino, ma roba da poco, e quasi mai cibi solidi), perché hanno scoperto l'alimentazione pranica, che sostanzialmente significa che il cibo si ricava dal semplice vivere in armonia con la natura.

Entrambe, dice l'articolo,  "normalmente non mangiano, perché si saziano dell’energia positiva che le circondano". A parte quel "normalmente" (anche io, normalmente, tra un pasto e l'altro non mangio), mi chiedo se sarà stato per mancanza di energia positiva che Bobby Sands, attivista nordirlandese, quando era prigioniero nelle carceri inglesi, nel 1981, morì in seguito a uno sciopero della fame condotto a oltranza. Invece di rigenerarsi come le due tipe, a forza di digiunare è morto! Incidenti che succedono ai pranici principianti.

Comunque, fermo il fatto che senza mangiare si muore senza se e senza ma, e che l'alimentazione pranica è una cazzata punto-e-basta, bisogna anche dire che su sette miliardi c'è anche posto per questi scocomerati. Ne avevo parlato in questo articolo, proprio a proposito delle pratiche demenziali sul digiuno. Che uno - ingenuamente - penserebbe che in realtà non ci creda realmente nessuno a queste cose, ma poi, leggendo certe risposte stizzite che ho ricevuto, corredate dall'immancabile "studia!", ti devi ricredere pure su questo.

Però, andando avanti nella lettura dell'articolo del Corriere, mi aspettavo da un momento all'altro una stoccata sarcastica da parte della giornalista. Non so, una cosa del tipo "ma quando respirate, respirate aria pura, o l'odore dell'arrosto che cuoce in forno?" Cose così, insomma. Io, di sicuro, al suo posto non avrei resistito.

E invece niente. Neanche una punta di ironia, un dubbio sul fatto che non fosse una questione pranica, ma cranica. Nemmeno una velata insinuazione sul fatto che queste due scocomerate necessitassero innanzitutto di un bravo psichiatra, perché la loro non è armonia con la natura, ma anoressia. Una malattia, di cui si può morire, e che è sempre più diffusa, soprattutto fra i giovani, e in particolare le ragazze.

E invece nulla. Nessuno scetticismo, nessun dubbio nemmeno di fronte a frasi del tipo "Per me l’alimentazione pranica è una scelta. Trovo l’energia intorno a me, l’accolgo e ascolto il mio corpo. Non ho fame, mi sento sazia dell’energia che ho raccolto", e nemmeno un sorrisetto all'affermazione "Io mi sento addirittura meglio. La mia pelle è ringiovanita, addirittura cambia anche l’odore della pelle, è come ringiovanire". Niente di niente. Con lo spirito critico di una lumaca che si accinge ad attraversare l'autostrada, la giornalista riporta stupita queste incredibili rivelazioni, in un articolo che è una bomba.

Una bomba non tanto per le cazzate che contiene, ma perché sputa sopra lo sforzo che tanti genitori  fanno contro l'anoressia dei figli. Un articolo che è un alibi perfetto per i malati di questa patologia, che notoriamente hanno innanzitutto il problema di percepirsi malati. E' noto infatti che gli anoressici si vedono sempre belli e in piena forma, senza nessuna consapevolezza del loro stato. Non a caso l'anoressia è una malattia mentale.

E quindi hai voglia a organizzare congressi, dibattiti, campagne di sensibilizzazione, pubblicità progresso e task force contro la diffusione di bufale e di notizie pericolose sulla salute, quando poi ci sono giornalisti che addirittura esaltano atteggiamenti del genere.

Il Corriere, comunque, ha rimosso l'articolo dopo poche ore. Forse, dai commenti ricevuti, ha intuito di averla fatta grossa. Ma siccome il web non dimentica e non perdona le cazzate che scriviamo, questo è l'articolo originale tratto da archive.

In tutto questo delirio, una nota divertente, che ci riporta con i piedi per terra. Alla fine dell'articolo originale, che avevo letto quando era ancora visibile, c'era una pubblicità. Diceva "ti potrebbe interessare la ricetta degli spaghetti alla siciliana". Meno male che c'è il web!





martedì 10 aprile 2018

Giornata Internazionale dell'omeopatia

Oggi è la giornata internazionale dell'omeopatia (fonte).

Tutte le manifestazioni in programma si svolgeranno dalle ore 14:00 alle ore 14:01.



domenica 8 aprile 2018

Siti web che vengono chiusi. E altri che restano aperti.


Ieri il sito di Bufale Un Tanto Al Chilo (Butac) è stato sottoposto a sequestro preventivo dalla Polizia Postale, su ordine della Procura di Bologna (fonte), a seguito di una querela da parte di un medico "oncologo olistico" di Brindisi, che si è sentito diffamato da un articolo di alcuni anni fa. L''oncologo olistico in questione affermava (e afferma tuttora) che il cancro si cura da solo, che basta l'amore e il potere magico del proprio pensiero, e insomma, il solito campionario già visto. L'articolo di Butac era eufemisticamente scettico su queste tesi. Sorprende che si sia oscurato l'intero sito, che in molti casi svolgeva un'azione di pubblica attività, e non semplicemente l'articolo in questione, ma comunque spetterà adesso alla procura valutare se c'è stata diffamazione o meno, e su questo non voglio proprio entrare.






Però.

Però adesso cambiamo argomento. Apparentemente.
Sempre ieri a Catania è morto un bambino di 10 mesi, per il morbillo (fonte). A dieci mesi è troppo presto per vaccinarsi, e il morbillo gli è stato fatale. E' la quarta vittima a Catania in sei mesi, la terza nel 2018. Com'era la storia che racconta Travaglio, che quando era bambino lui, avere il morbillo era considerato come fare il tagliando? (fonte)

Cosa c'entra questo con Butac? C'entra perché questo bambino è una vittima, non la prima e probabilmente nemmeno l'ultima, di tesi demenziali sulla salute, diffuse anche da siti web che, senza nessuna competenza in materia, in modo irresponsabile invitano i genitori a non vaccinare i propri figli, elencando terribili quanto inesistenti effetti nefasti delle vaccinazioni presso il genere umano. 

A questo punto, chiedo, quali sono i siti web che maggiormente violano la legge? Quali quelli che eventualmente andrebbero chiusi? Quali quelli che diffamano maggiormente?

Uno potrebbe pensare che una cosa non escluda l'altra, e chiedersi: "ma cosa c'entra il medico olistico con i siti antivax?" Il punto è che la medicina olistica molto spesso va a braccetto con gli antivax, strizzando loro l'occhio con complicità. E sara un caso, ma anche l'oncologo olistico di cui stiamo parlando, sul suo profilo Facebook, manifesta apertamente la sua avversione ai vaccini, dicendo frasi del tipo: "Ci si preoccupa del morbillo quando ci sono centinaia di migliaia di casi di cancro!". A parte che ci si preoccupa molto anche del cancro, ma è come dire: "ci si preoccupa degli incidenti stradali, quando invece ci sono le guerre". Da un medico ci saremmo aspettati qualcosa di più intelligente. Perfino da un medico olistico.

mercoledì 28 marzo 2018

Però una volta si viveva meglio!

Talk show. Di quelli in cui in genere non ti ci soffermi più del tempo tecnico necessario alla tv per assimilare il fatto che tramite il telecomando gli hai intimato di cambiare canale (l'elettronica a volte sa essere assurdamente lenta!). Mi blocco però prima di premere il tasto forward, perché il conduttore chiede agli ospiti (il solito amalgama che comprende, come da copione, una velina,  un sociologo/psicologo/ologo di qualcosa, un attore di teatro e un giornalista/scrittore) la seguente domanda: "in che epoca storica aveste voluto vivere?"

Siccome per me la risposta è scontata (l'epoca storica presente), mi fermo ad ascoltare, perché so già che ci saranno risposte interessanti. Le risposte degli ospiti in studio vanno infatti dagli egizi, perché indossavano gioielli bellissimi e la loro civiltà era affascinante (se però dovevi spingere un obelisco dalla cava fino a Luxor, un po' di fascino secondo me si perdeva per strada), fino al rinascimento, quando era pieno di artisti (e anche di topi, che come niente ti scatenavano un'epidemia di peste).

Forse questi fini opinionisti confondono una breve comparsata nel passato, tipo piombare nel Rinascimento per vedere Monna Lisa che dice "Maestro, non ce la faccio più a tenere questo sorriso del menga!", o Ramsete che sbotta "ragazzi, ma possibile che ancora non siamo cazzi di fare un disegno che non sia di profilo?!", con il fatto di "vivere" in quell'epoca.

Perché a pensarci bene, vivere in epoche passate implicava una serie di problemucci non da poco.

Cominciamo con una cosa semplice semplice: l'anestesia.  I Babilonesi ti comprimevano le carotidi per farti perdere i sensi (pare che ogni tanto qualcuno calcasse un po' troppo la mano...) , mentre gli egizi, leggo, usavano la neve per farti perdere la sensibilità. Che, dato il clima dell'Egitto, era proprio un cogli l'attimo. Pare che poi usassero la "pietra di Menfi", che opportunamente triturata e spalmata sul corpo faceva perdere la sensibilità. Per l'anestesia totale, invece, te la sbattevano in testa. E insomma, ridendo e scherzando, per aspettare di poterti togliere un dente con un'anestesia decente bisogna arrivare al 1850 o giù di lì. Un motivo per me più che valido per escludere di pacca tutte le epoche precedenti.

Gli antibiotici: la penicillina, il primo antibiotico, è stato scoperto nel 1928. Prima di allora una semplice infezione poteva tranquillamente portarti al Creatore, o implicare l'amputazione di un arto. In realtà la piena diffusione degli antibiotici presso la popolazione avviene dopo la seconda guerra mondiale. Un altro motivo per escludere tutte le epoche precedenti (che magari, già che ci siamo, ci evitiamo anche di vedere Hitler in azione, prendendo due piccioni con una fava).

La chirurgia: vogliamo parlare di cosa significava farsi operare ai tempi di Lorenzo il Magnifico e il fiorire delle arti e della cultura? Cose tipo la setticemia, la sterilizzazione degli strumenti chirurgici, gli ambienti pulitissimi dell'epoca? Parliamone. 

E senza andare troppo lontano nel tempo, la prima operazione al cuore con circolazione extracorporea avviene solo dopo il 1950 (fonte), e i bypass coronarici sono della fine degli anni 60. Mio nonno è morto d'infarto in quell'epoca. Sapeva di avere problemi cardiaci, e sapeva che gli sarebbe toccato prima o poi, ma non ci si poteva fare niente. Adesso ti fanno bypass e stent e ti rimandano a casa per cena, e campi fino a novant'anni. Solo cinquant'anni fa erano cavoli tuoi.


E della corrente elettrica, e del riscaldamento in casa, che non esistevano? Mi ricordo i salti di gioia di mia nonna quando a casa le avevano messo il riscaldamento coi termosifoni. Prima aveva solo la stufa "economica", dove mettevi i ceppi di legno. Di fianco faceva un caldo bestia, ma se poco poco ti allontanavi e andavi in bagno o in camera da letto, gelavi. Eh... quando il mondo era più semplice e genuino, che bei tempi! Che stupida, mia nonna, a non rendersi conto di quello che stava perdendo con l'avvento del progresso!



E poi le vaccinazioni, giusto! Quasi me ne dimenticavo.  Quelle che fanno ingrassare Big Pharma, e adesso in tanti rimpiangono i vecchi tempi in cui, solo per il morbillo, in Italia morivano un centinaio di bambini all'anno, e molti di più restavano rovinati dalle complicanze! Quando io facevo le elementari, alla fine degli anni 60, era poi normale conoscere gente storpiata dalla poliomielite. Il mio bidello (cattivissimo!) lo era, un'amica di famiglia lo era, un mio amico con cui facevo nuoto lo era. Tutti costoro avevano una gamba sottile e inutilizzabile, che trascinavano. E erano i più fortunati! Perché poi, sempre per chi aveva avuto la poliomielite e aveva avuto la possibilità di raccontarla (a molti non era concesso questo privilegio), c'erano anche i centri appositi con i polmoni d'acciaio: amene camerate dove tanti bambini passavano la vita tutti assieme, 24 ore su 24, dentro una macchina al di fuori della quale sarebbero morti. Per i restanti, valeva la regola che, anche nei civilissimi anni 50, prima dell'invenzione di quella mostruosità chiamata vaccino, soltanto in Italia 8000 persone in media, ogni anno, morivano di poliomielite. Ah, i vecchi tempi passati in cui tutto era sano, che nostalgia!



domenica 18 marzo 2018

Anche il neutrone nel suo piccolo ha i suoi misteri

Sembra che tenga un basso profilo, e invece...


I neutroni sono particelle subatomiche che assieme ai protoni compongono il nucleo atomico. Hanno proprietà sostanzialmente identiche a quelle dei protoni, e come loro sentono la forza nucleare. La massa di un neutrone è praticamente uguale a quella del protone, soltanto lo 0,13% più grande, e entrambi hanno spin 1/2. L'unica vera differenza è la loro carica elettrica, che è zero, contrariamente a quella dei protoni, che è invece, per convenzione, positiva (+1). La carica del nucleo atomico è quindi data dal numero di protoni in esso contenuti, quantità quest'ultima che corrisponde al numero atomico dell'atomo, e che differenzia i vari elementi chimici, dall'Idrogeno, che nel nucleo ha un solo protone, fino all'Uranio, che ha 92 protoni.

Tutte le caratteristiche chimiche degli atomi, i loro legami, la capacità di legarsi in molecole, dipende esclusivamente dal numero di protoni dei loro nuclei, che è uguale al numero di elettroni. Nella chimica il neutrone non gioca nessun ruolo.

E quindi a che servono i neutroni? Perché la natura ne ha bisogno? Perché deve infilarli dentro i nuclei atomici?

Un indizio sull'uso che la natura fa dei neutroni viene dall'osservazione di quanti neutroni sono presenti nei nuclei passando dal nucleo più semplice (l'Idrogeno) al più complesso (l'Uranio), come mostrato nel grafico qua sotto.

Numero dei neutroni nei nuclei, in funzione del numero di protoni. La riga corrisponde ad un uguale numero fra protoni e neutroni.

Si vede che per bassi valori del numero atomico (che è il numero di protoni nel nucleo) il numero di neutroni cresce proporzionalmente. In pratica tanti neutroni quanti sono i protoni. Poi però, superato grosso modo il numero atomico 20, che corrisponde al Calcio, il numero di neutroni aumenta più velocemente di quello dei protoni. Perché? Perché la natura sente il bisogno di piazzare sempre più neutroni dentro il nucleo atomico, all'aumentare del numero dei protoni?

Il motivo sta nel fatto che i protoni hanno tutti carica elettrica positiva, e quando stanno tutti belli appiccicati dentro un nucleo, tendono a respingersi l'uno con l'altro, perché cariche elettriche uguali si respingono. Se non ci fosse la forza nucleare, che al contrario è attrattiva, il nucleo atomico non potrebbe quindi esistere. La forza nucleare fa sì che i protoni si attraggano a vicenda in modo più forte della repulsione elettrica.

La forza nucleare, però, ha un raggio d'azione molto breve, che vale circa 1 Fermi (che corrisponde a 10 alla -13 cm), che è una distanza confrontabile con le dimensioni di un nucleo non troppo grande. Quindi con l'aumentare del numero di protoni le dimensioni del nucleo crescono e i protoni fanno sempre più fatica ad abbracciarsi tutti assieme tramite la forza nucleare. Parti "distanti" del nucleo non si sentono reciprocamente tramite la forza nucleare, e la stabilità del nucleo stesso diventerebbe difficile.

Ecco che entrano in gioco i neutroni, che opportunamente introdotti nei nuclei aggiungono attrazione nucleare, dato che tramite essa si agganciano sia ad altri neutroni che ai protoni, ma allo stesso tempo non contribuiscono alla repulsione elettromagnetica, non avendo carica elettrica. I neutroni, in pratica, diluiscono la repulsione elettromagnetica nei nuclei aggiungendo contemporaneamente attrazione nucleare, e in questo modo rendono più stabili i nuclei. Ecco quindi che quando i protoni nel nucleo diventano tanti, c'è bisogno di neutroni in numero sempre maggiore per garantire la stabilità del tutto.

Nuclei con un dato numero di protoni e un diverso numero di neutroni si chiamano Isotopi di un certo elemento. Ad esempio il Carbonio ha 6 protoni, e questo basta per determinare le sue proprietà chimiche, cioè il suo modo di formare molecole o di reagire chimicamente. Però, oltre ai 6 protoni che lo rendono Carbonio e non qualcos'altro, il numero di neutroni nel nucleo può variare da 2 a 16. I più comuni sono la versione con 6 neutroni, detta C12, con 7 neutroni, il C13, e quella con 8 neutroni, il famoso C14. Dal punto di vista chimico sono sempre Carbonio ma dal punto di vista nucleare questi nuclei hanno comportamenti diversi. Tanto per dirne una, il C12 è molto stabile (altrimenti non saremmo qui) mentre altri isotopi del Carbonio lo sono molto meno.

Il neutrone ha poi una proprietà non da poco. Il fatto che sia un filo più pesante del protone, anche se solo di pochissimo, gli permette, quando gli aggrada, di trasformarsi (decadere, in gergo) in un protone più un elettrone e un anti-neutrino. Questo processo si chiama "decadimento beta" del neutrone, un processo che è regolato dall'interazione "debole".



Un neutrone libero, fuori dal nucleo atomico, decade mediamente dopo un quarto d'ora da quando è stato prodotto in seguito a qualche processo subatomico. Un quarto d'ora è un'eternità per i tempi di decadimento tipico delle particelle elementari, che in genere vanno dal microsecondo del muone al milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo delle particelle più pesanti.  Questa vita media così lunga è dovuta alla differenza di massa piccolissima fra la massa del neutrone e la somma delle masse del protone, dell'elettrone e dell'antineutrino, che sono le particelle in cui il neutrone decade. In pratica questa piccolissima differenza di massa impedisce al neutrone di decadere velocemente, come fanno altri suoi colleghi come il muone o il pione, sebbene dal punto di vista del processo fondamentale che regola il decadimento, neutroni, pioni e muoni decadano esattamente allo stesso modo, tramite le interazioni deboli.

La lentezza del decadimento del neutrone è dovuta al fatto che, per decadere, questa particella deve "quasi" violare il principio di conservazione dell'energia, e questo gli impedisce di decadere velocemente come fanno tutti i suoi colleghi. Tutto questo accade quando il neutrone è libero, fuori dai nuclei.

E nel nucleo? Perché il neutrone nei nuclei invece non decade, ma se ne sta lì a volte per l'eternità? Che è un bene, per carità! Se, tanto per dire, dentro i nostri atomi di carbonio uno dei neutroni decadesse come gli succede quando è fuori dal nucleo, il nucleo dell'atomo si trasformerebbe da Carbonio a Azoto. Se invece uno dei neutroni presenti nel nucleo di ossigeno decadesse, l'ossigeno diventerebbe fluoro. Fa bene per i denti, ma da respirare non sarebbe un gran che, e il risultato è che noi non saremmo qui.

Il motivo per cui normalmente il neutrone dentro un nucleo atomico è stabile e non decade è dovuto al fatto che l'energia di legame che lo lega al resto dei protoni e dei neutroni, è di segno negativo, e quindi ha l'effetto di abbassare la sua massa effettiva nel nucleo, rendendolo in pratica più leggero del protone. Il neutrone in pratica è come se nel nucleo atomico stesse bello comodo, senza avere l'energia sufficiente per alzarsi dalla poltrona e decadere. E a questo punto il principio di conservazione dell'energia gli impedisce di decadere, e lui se ne resta dentro il nucleo bello tranquillo, per la nostra soddisfazione, e per la soddisfazione di tutto il resto.

Per i protoni è invece l'esatto contrario. Un protone libero resta protone per sempre, perché anche volendo, non saprebbe come decadere. Qualunque modo scegliesse per decadere, violerebbe qualche principio di conservazione di quelli importanti. E quindi è costretto a restare protone. Anche questa è una fortuna non da poco. Una di quelle che ci permette di stare in questo mondo a cazzeggiare, perché l'idrogeno, che è l'elemento che compone le stelle e è il più abbondante nell'universo, ha il nucleo fatto di un solo protone. Se quel protone potesse decadere dopo un quarto d'ora, come farebbe il neutrone se lasciato solo, addio stelle, addio terra, addio vita, addio blog di Helter Skelter.

Qualche anno fa facevano la pubblicità dei diamanti, che diceva "regala un diamante, un diamante è per sempre". Sarebbe stato meglio "regala un protone, un protone è per sempre". Che un protone è moooolto più per sempre di un diamante, e costa anche meno. Certo, ci fai meno bella figura quando lei lo scarta e apre la scatola, anche perché nemmeno si vede, però sulla durata non si discute. Nessuno, infatti (inteso nessun esperimento di quelli che ci hanno provato), ha mai visto un protone libero decadere, tanto che la sua vita media è sicuramente maggiore di 10 alla 33 anni. Molto maggiore della vita dell'universo, che è di 10 alla 10 anni.

Però un protone non libero, ovvero dentro un nucleo, in certi casi può diventare più pesante del neutrone acquisendo energia dall'energia di legame (sempre dovuto a questa storia che massa e energia sono la stessa cosa), e quindi a quel punto può decadere, trasformandosi in un neutrone, un positrone (l'antiparticella dell'elettrone) e un neutrino. Anche questo è un decadimento beta come quello del neutrone, solo in direzione opposta: i neutroni lo fanno se sono liberi, mentre i protoni possono farlo, in particolari condizioni, nei nuclei.

Ci sono infatti nuclei in cui lo stato dei neutroni o dei protoni è instabile, e questi possono prima o poi decadere, o catturare un elettrone e trasformarsi in qualcos'altro, rendendo i nuclei radioattivi. Ad esempio il Potassio 40, ovvero l'isotopo 40 del Potassio, che contiene 19 protoni e 21 neutroni, è instabile, e decade "beta". Quando questo avviene un neutrone al suo interno si trasforma in protone e cambia il nucleo da Potassio a Calcio. Questo processo è accompagnato dall'emissione di un elettrone, che è quello che in genere viene chiamato "radioattività".

Le banane ad esempio contengono molto potassio, e quindi anche Potassio 40 in una percentuale dello 0.012%. Una banana al giorno corrisponde all'1% della dose di radioattività naturale che assorbiamo quotidianamente. Altri cibi "radioattivi" sono le noci brasiliane, le carote, le patate, la carne rossa, e - questa non ci voleva proprio -  la birra! Ah, anche il burro di arachidi, ma con quello non c'è pericolo che faccia stravizi. Dopo l'olio di palma, che recentemente è risultato essere l'ingrediente più dannoso alla salute nella storia dell'umanità, e per questa ragione bandito da tutti i prodotti, dai biscotti alle candele per le auto, la prossima campagna salutista sarà "non contiene Potassio 40" scritto bello grosso sulle banane.

Ma anche il neutrone, che sembra così tranquillo e riservato, di cui credi di sapere tutto e da cui non ti aspetteresti mai un colpo di testa, riserva un mistero non da poco. Le misure della sua vita media hanno infatti qualcosa di strano, che potrebbe nascondere implicazioni molto profonde e inaspettate.

La vita media è, detto in soldoni, il tempo che impiega un numero molto grande di neutroni liberi a dimezzarsi in seguito ai loro decadimenti. Non è proprio dimezzarsi, ma la sostanza non cambia.

Per misurare la vita media ci sono due possibilità: la prima è produrre un fascio di neutroni, contare quanti ne vengono prodotti e quanti ne decadono trasformandosi in protoni (che è l'unico modo conosciuto che ha il neutrone di decadere).  Il secondo modo è quello di intrappolare dei neutroni a bassissime temperature dentro un opportuno contenitore, e di contare quanti ne restando dopo un po'. Le bassissime temperature servono a ridurre l'energia cinetica dei neutroni in modo che stiano tranquilli e non si agitino troppo sbattendo di qua e di là dentro il contenitore, cosa che potrebbe alternarne lo stato (e il numero). La prima misura conta quanti neutroni muoiono, la seconda conta quanti neutroni restano vivi. Le due misure, che concettualmente dovrebbero dare risultati uguali, differiscono fra loro di 8 secondi su un totale di circa 880 secondi, con una significatività di 4 sigma.

Quattro sigma è la classica incertezza delle misure sperimentali che non è né carne né pesce. E' quel valore carogna che ti fa sospettare che le due misure possano veramente essere diverse, ma senza averne la certezza. Se fosse di meno, mettiamo tre sigma, il dubbio che si tratti di una fluttuazione statistica o di una non corretta stima degli effetti sistematici sarebbe più che lecito. Il cimitero delle presunte scoperte a 3 sigma, rivelatesi poi un falso allarme, in fisica è affollatissimo. Se invece fossero 5 o 6 sigma, in generale si parlerebbe di scoperta (sempre che gli errori sistematici siano stati correttamente valutati). Quattro sigma invece è quella cosa che non sai cosa dire. Non ti sbilanci troppo, perché potrebbe ancora essere una fluttuazione statistica, ma potrebbe essere che ci sia qualcosa di nuovo sotto, e quindi è il caso di starci dietro e fare misure più precise e accurate. 

E tornando ai nostri neutroni, la misura in cui si contano i neutroni decaduti dal numero di protoni che saltano fuori, dà una vita media più lunga rispetto all'altra, nella quale si contano invece quanti neutroni restano ancora vivi.

Ma perché è così importante che le due misure diano lo stesso risultato? A parte la risposta ovvia, cioè che la vita media del neutrone quella deve essere, e non due diverse a seconda di come la si misura, la cosa che rende questa discrepanza interessante è che, se guardiamo bene, in un caso determiniamo i decadimenti dei neutroni contando i protoni che saltano fuori, mentre nell'altro contiamo i neutroni sopravvissuti.

Dietro il fatto che le due misure dovrebbero dare risultati identici c'è l'assunzione che il neutrone decada sempre nel modo noto, cioè emettendo un protone. Quindi le due misure potrebbero essere diverse se il neutrone non decadesse sempre in protone + elettrone + antineutrino, ma anche in qualcos'altro, di cui però non ce ne siamo mai accorti. Se questo fosse vero, se noi stiamo lì a contare i protoni che saltano fuori, perché siamo convinti che quello è l'unico modo che hanno per decadere, quel qualcos'altro ce lo perderemmo. E concluderemmo che la vita media del neutrone è maggiore di quello che invece è realmente.

La cosa potrebbe essere molto interessante se questo qualcos'altro fosse, ad esempio, qualche particella responsabile della materia oscura. Infatti il decadimento dei neutroni ha avuto un ruolo fondamentale nei primi istanti di vita dell'universo, quando protoni e neutroni vagavano liberi assieme a elettroni e fotoni, prima della cosiddetta nucleosintesi, cioè la formazione dei nuclei di Idrogeno e Elio. All'epoca i neutroni erano liberi, e sono in parte decaduti in quella manciata di minuti che hanno avuto a disposizione prima di legarsi definitivamente dentro nuclei di Deuterio, Trizio e Elio. Un eventuale canale anomalo di decadimento del neutrone avrebbe potuto produrre particelle di materia oscura che sarebbero sopravvissute indisturbate fino ad oggi, con importanti ripercussioni cosmologiche. Per questo è importante vederci chiaro su questo aspetto.

Un altro aspetto curioso e intrigante del neutrone è cosa sarebbe successo all'universo se la massa del neutrone fosse stata leggermente inferiore a quella del protone, e non il contrario come invece è. In quel caso sarebbero stati i protoni liberi a decadere in neutroni tramite decadimento beta, e il risultato è che praticamente non ci sarebbe stato idrogeno in giro per l'universo, dato che il nucleo di idrogeno è principalmente costituito da un solo protone e basta. Non ci sarebbe stato quindi l'elemento che invece è il più diffuso nell'universo, e che costituisce la materia e il carburante del sole e delle stelle. E l'effetto più tragico di questa insana decisione della natura sarebbe stato che questo meraviglioso blog di scienza e cazzeggio non sarebbe mai esistito.

Un po' di Bibliografia per approfondire:

Protons and neutrons: the massive pandemonium in matter.

Mystery of neutron-lifetime discrepancy deepens.



giovedì 1 marzo 2018

La storia del cervello, che ne utilizzeremmo solo il 10%.

Una storia che si sente dire spesso è che gli esseri umani utilizzino solo il 10% del loro cervello, lasciando quindi intendere che avremmo capacità incredibili di cui non ci rendiamo conto, che stanno lì inutilizzate, e che potremmo invece sfruttare.

Se non lo sapete già, questa affermazione è una colossale scemenza. E adesso vi spiego perché.

Di gran moda nel mondo dei new-agers, il motivo principale che sta sotto alla diffusione di questa diceria - diciamolo chiaramente - è quello di venderti libri, corsi, seminari e metodi pratici per imparare a sfruttare questo restante 90% che altrimenti starebbe lì a girarsi i pollici.

L'altro motivo per cui questa storia è così diffusa è quello di giustificare con le capacità sopite del nostro cervello i vari presunti poteri della mente, le capacità divinatorie, il saper spostare gli oggetti col pensiero e tutto il resto del campionario che ben conosciamo.

Ma vediamo il motivo per cui questa affermazione è, dal punto di vista scientifico, un'assurdità.

Il cervello è un organo che richiede all'organismo un grande sforzo per funzionare. Un enorme sforzo. Pur essendo la sua massa, in percentuale, soltanto circa il 2% della massa corporea (raggiunge al massimo 1.5 Kg di peso), esso consuma in un adulto il 20% dell'ossigeno assimilato, e fino al 50% in un bambino (fonte). Oltre all'ossigeno, il cervello umano richiede quindi cibo e riposo, e anche un grosso occhio di riguardo, perché se si ammala, se si guasta o si "rompe", si rischiano guai seri. Insomma, non serve certo sottolineare che un cervello funzionante è qualcosa di cui non si può fare a meno per vivere.



L'evoluzione ci insegna poi che l'esistenza di ogni specie è un perfetto compromesso tra costi e benefici. Ciò che permette la perpetuazione delle specie viventi è infatti la loro capacità di sopravvivere fino alla riproduzione. Non è necessario essere perfetti, tipo saper volare, correre, avere la corazza, la visione a infrarossi, e saper digerire le pietre, tutto assieme. Non serve avere superpoteri, ma basta trovarsi la propria nicchia ecologica e riuscire a vivere fino all'età riproduttiva, in modo da passare i propri geni alla prole, che è poi il motivo per cui una specie esiste nel tempo. Dopo di questo se ti viene il cancro, l'Alzheimer, l'ernia o il mal di schiena, o se la femmina appena messa incinta ti divora, come succede in alcune specie, la natura se ne fotte. Il perpetuarsi della specie è garantito, per definizione, dalla possibilità della specie di riprodursi. Quello che ti succede dopo non conta.

E quindi, visto che il filtro che fa sì che una specie esista o si estingua è la sua capacità di riprodursi efficacemente, tutte le zavorre inutili che il nostro corpo potrebbe avere, tutto ciò che rende una specie più vulnerabile, diventa automaticamente una caratteristica svantaggiosa, che può farti ammalare senza esserti d'aiuto in altri modi, e che può quindi precluderti il raggiungimento dell'età adulta, e quindi la possibilità di riprodursi.

Il ghepardo, ad esempio, ha ossa delle zampe leggere e lunghe, che gli permettono di correre veloce, e quindi cacciare efficacemente, e quindi procacciarsi il cibo per sopravvivere e riprodursi. Se - mettiamo - il ghepardo avesse le ossa ancor più leggere e le zampe ancor più lunghe, riuscirebbe sicuramente a correre più velocemente di quello che già sa fare, e quindi a uccidere gazzelle con maggiore efficienza. Tuttavia sarebbe anche a maggior rischio di fratture ossee o distorsioni. E un ghepardo con la zampa rotta è un ghepardo che non può cacciare, e quindi è un ghepardo morto. E un ghepardo morto difficilmente si riproduce. E quindi la struttura del ghepardo attuale è il giusto compromesso che gli permette di sopravvivere cacciando con efficienza senza tuttavia rompersi le ossa troppo spesso, tanto da arrivare a riprodursi in numero sufficiente da garantire la perpetuazione della specie. I ghepardi che - sfiga loro - hanno avuto geni che li rendevano ancora più snelli e agili, sono stati fatti fuori dal filtro della selezione naturale. E quindi, in analogia con la storia del cervello, un ghepardo che avesse zampe lunghissime ma non utilizzate (al 90%!) sarebbe un controsenso.

E' come se l'elefante avesse anche le ali. Ha le ali ma - poverino - ciccione com'è, non le può usare. Però ce le ha lo stesso, e se le porta in giro per la savana inutilizzate, e queste ali gli si impigliano sempre fra i rami, nonostante lui cerchi di tenerle ben piegate sulla schiena, e i leoni ogni tanto gliene strappano una, che poi gli fa infezione e muore. Un eventuale elefante di questo tipo sarebbe stato spazzato via dalla selezione naturale, perché le ali inutilizzate sarebbero state soltanto un ostacolo alla sopravvivenza.

Oppure immaginate che fra i panda giri la voce, messa in giro dai panda-santoni, che il panda avrebbe una fila di denti da squalo che gli permetterebbe di azzannare e sbranare le altre bestie, "ma non ce lo dicono!!1!". Potrebbero mangiare di tutto, dal torrone al sushi, ma nonostante questo si ostinano a mangiare solo bambù rischiando di estinguersi. Sarebbe una cosa priva di senso, perché questa fila di denti segreti ogni tanto produrrebbe ascessi, si infetterebbe, e vista la cronica assenza di dentisti fra i panda, costituirebbe un problema.

La natura, insomma, quello che non viene usato lo toglie di mezzo. Vedi la coda, che noi umani avevamo un tempo, e che adesso è scomparsa, perché portarsi dietro una coda senza usarla sarebbe stato soltanto un impiccio. Sarebbe stata una parte del corpo che avrebbe potuto ferirsi, infettarsi, ammalarsi, essere agguantata dai predatori, senza dare niente in cambio. E questo avrebbe potuto precludere la possibilità di arrivare all'età della riproduzione. Ovviamente non c'è stato alcun disegno in questo, come sempre avviene per l'evoluzione. E' solo che avere i geni che ti garantivano una lunga coda pelosa era semplicemente una sfiga, visto che non stavi più a penzolare sui rami, e la tua attività era invece quella di camminare su due zampe. E quindi questi geni svantaggiosi sono stati automaticamente eliminati nel tempo dal fatto che i loro possessori arrivavano con maggiore fatica all'età riproduttiva.

Per il cervello è la stessa cosa. Avere un 90% di cervello che faccia solo da zavorra e che stia lì inutilizzato, in attesa del santone new-age che ci spieghi come riportarlo in vita, è semplicemente un controsenso della natura. Anche perché sappiamo, tra l'altro, che le cellule cerebrali non utilizzate tendono al decadimento. E visto il fabbisogno di energia del cervello umano, se esso potesse fare a meno di alimentarne quel 90% inutilizzato solo per tenerlo lì, l'intero organismo ne guadagnerebbe in sopravvivenza. Quindi la storia del 90% del cervello inutilizzato è innanzitutto un'affermazione ampiamente smentita dall'osservazione delle specie viventi. Una scemenza, in pratica.

Poi in effetti è vero che tanta gente ha il cervello usato soltanto per separare le orecchie, ma questo è un altro discorso.

Per saperne di più: Scientific American, e Wikipedia.
E poi c'è il libro del mio amico Gianluca Giusti: Oscuramente.