Le possibili sorprese della scienza nel 2016
di Paolo Di Sia
La scienza evolve costantemente attraverso i progressi teorici e le conferme sperimentali. Il nuovo anno si presenta come un anno di importanti scoperte per la fisica e la scienza in generale.
Il 2013 ha accolto la grande scoperta del bosone di Higgs al Large Hadron Collider (LHC), acceleratore di particelle situato al CERN di Ginevra, e considerato il più potente al mondo. Il bosone veniva cercato da molto tempo, essendo uno degli ultimi pezzi mancanti del cosiddetto “Modello Standard”, teoria fisica che descrive tre delle quattro forze fondamentali attualmente note, ossia le forze ‘forte’, ‘elettromagnetica’ e ‘debole’, assieme a tutte le particelle elementari ad esse collegate.
Molte questioni chiave che riguardano il mondo e l’universo sono tuttavia ancora senza una risposta definitiva. Il 2016 potrebbe essere l’anno decisivo per alcune nuove importanti scoperte. Nel dettaglio vengono elencati una serie di progetti che dovrebbero essere messi in atto nel corrente anno:
a) Scoperta di nuove particelle e supersimmetria
In due esperimenti separati a Large Hadron Collider del CERN sono stati rintracciati indizi provvisori di una nuova potenziale particella, con massa circa 800 volte la massa del protone. Ulteriori controlli cercheranno di vedere se il segnale diventa più forte o svanisce. I fisici teorici sono al lavoro per valutare le teorie esistenti in relazione alla possibile conferma dell’esistenza di questa nuova particella con questa massa nell’universo. Nel 2016 gli esperimenti in atto avranno 10 volte i dati che hanno finora, consentendo di capire più a fondo se si tratta di una semplice anomalia statistica o di una vera e propria particella.
Altri esperimenti al CERN dovrebbero confermare le cosiddette “particelle esotiche”, costituite da particelle subatomiche esistenti, come pentaquarks e tetraquarks, composte da quarks, e i cosiddetti “glueballs”, particelle costituite interamente di portatori della forza nucleare forte.
Sforzi sperimentali verranno fatti anche in relazione alla “supersimmetria”, nuova simmetria scoperta nel 1974 e alla base delle teorie attuali sull’unificazione di tutte le forze della natura, come la supergravità e le teorie di superstringa. La supersimmetria prevede che per ogni particella conosciuta esista un corrispondente partner supersimmetrico, detto “sparticella”.
b) Onde gravitazionali e struttura dello spazio-tempo
Le onde gravitazionali, increspature che emergono dalla deformazione dello spazio-tempo prevista dalla teoria della relatività generale di Einstein, sono oggetto di indagine sperimentale da vari anni. E’ stato previsto che le dinamiche delle stelle di neutroni, delle supernovae e il Big Bang stesso, abbiano lasciato tracce di queste onde gravitazionali nell’universo. Queste increspature sono state finora solo intraviste indirettamente e gli esperimenti progettati per rilevarle devono ancora vedere tracce significative e dirette.
Nel 2016 c’è una buona probabilità di “vedere” le onde gravitazionali grazie al misuratore avanzato di onde gravitazionali “LIGO” (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Advanced LIGO)). Il Giappone lancerà inoltre “Astro-H”, un satellite osservatorio a raggi X di nuova generazione che potrebbe confermare o smentire l’ipotesi teorica che i neutrini pesanti emanano segnali di materia oscura.
In relazione alle teorie unificate, la “gravità quantistica” prevede la quantizzazione anche dello spazio-tempo, che non sarebbe un “continuo”, ma un “discreto”. Uno dei più grandi problemi che i fisici devono affrontare riguarda la mancanza di prove sperimentali, essendo enorme l’energia necessaria per verificare direttamente la gravità quantistica, ben oltre quello che possiamo ottenere sulla Terra.
I cosmologi ritengono che l’universo può essere considerato un grande laboratorio, così si pensa da tempo a prove cosmologiche indirette della teoria. L’approssimazione debole della gravità quantistica è solitamente usata nel calcolo delle osservabili di oggi, come ad esempio lo spettro della radiazione cosmica di fondo (CMB).
Secondo i modelli attuali più ampiamente accettati, l’inflazione cosmica (ossia la fase di espansione accelerata che l’universo avrebbe attraversato immediatamente dopo la sua nascita, presa in considerazione per spiegare il suo alto grado di omogeneità) sarebbe guidata da un campo quantistico chiamato “inflatone”, che spiega il modello inflazionario 10^(-35) secondi dopo il Big Bang, seminando nello spazio le strutture che osserviamo oggi.
Le fluttuazioni quantistiche dell’inflatone causano le fluttuazioni quantistiche dello spazio-tempo. Esse sarebbero rimaste oggi visibili nella distribuzione su larga scala della materia e nella radiazione cosmica di fondo, anche se sussistono problemi legati alla conservazione delle informazioni per la “quantisticità” dello spazio-tempo. La differenza tra i risultati quantistici e quelli classici è infatti assai piccola e potrebbe essere non osservabile. Si tratta di un argomento di interesse generale e le future missioni senza dubbio affineranno le modalità di accuratezza delle misurazioni.
c) Materia oscura
Si ritiene che circa l’80% l’universo sia costituito da una misteriosa forma di materia che non emette o assorbe luce, rendendosi così invisibile ai telescopi. La materia oscura sembra esercitare un’attrazione gravitazionale sugli oggetti luminosi dell’universo, ma non vi sono ad oggi risposte definitive su cosa sia e su come di fatto agisca. C’è la speranza che arrivino risultati importanti nel 2016. Grandi rivelatori sotterranei, come lo “SNOLab” a Sudbury in Ontario e il “Laboratorio Nazionale del Gran Sasso” italiano, stanno lavorando per individuare direttamente la materia oscura. Molti fisici ritengono che la materia oscura potrebbe essere composta di particelle massive debolmente interagenti, dette “WIMP” (Weakly Interacting Massive Particle). Questi rivelatori utilizzano la Terra per l’assorbimento della maggior parte dei raggi cosmici che possono oscurare le deboli tracce della materia oscura.
d) Riscaldamento globale
Una società svizzera potrebbe essere la prima azienda a raccogliere l’anidride carbonica dall’aria per utilizzare il gas per stimolare la crescita delle colture nelle serre vicine; l’idea per il futuro è di aiutare a combattere il riscaldamento globale. I lavori dovrebbero iniziare intorno al mese di luglio 2016. Un’altra società in Canada, attiva da ottobre 2015, sta cercando di convertire il gas in combustibile liquido.
e) Ingegneria genetica
Quest’anno interessanti prospettive relative ai trattamenti che utilizzano le tecnologie del “DNA-editing” verranno sviluppate. A Richmond, in California, si metterà alla prova l’uso di enzimi chiamati “zinc-finger nucleases” per correggere un difetto del gene che causa l’emofilia. Lavorando con un gruppo di Cambridge, nel Massachusetts, si inizieranno prove relative al possibile aumento di una forma funzionale di emoglobina in persone con la malattia del sangue β-talassemia. Ciò comporta inevitabili questioni di natura etica, che ci si augura possano essere debitamente concordate relativamente alla modifica genetica negli esseri umani per la fine del 2016.
Sempre in ambito genetico, i neuroscienziati sperano inoltre di individuare i geni cruciali per la regolazione della tempistica e della durata del sonno; non è un compito semplice, perché essi hanno anche altre funzioni nel cervello. L’individuazione di questi geni potrebbe far luce sui disturbi del sonno e anche su alcune malattie psichiatriche, legate a situazioni di sonno molto disturbato.
f) Nuove ricerche sui virus
Nel 2016 ci saranno chiarimenti in relazione ai finanziamenti per la ricerca sui virus pericolosi; nel mese di ottobre 2014 il governo degli Stati Uniti aveva sospeso il loro sostegno finanziario per le ambivalenze del lavoro. Se infatti da una parte questi esperimenti possono aumentare la comprensione di come alcuni agenti patogeni si evolvono e come possono essere distrutti, dall’altra esistono rischi considerevoli per la vita umana, come il rilascio accidentale di virus mortali.
L’analisi dei rischi e dei benefici è stata completata nel mese di dicembre 2015 e il comitato per la biosicurezza “US National Science Advisory Comittee” si esprimerà nei prossimi mesi sull’opportunità di riprendere questi finanziamenti.
g) Esplorazioni spaziali
Nel 2016 le orbite della Terra e di Marte porteranno i due pianeti vicini l’uno all’altro, creando un’occasione unica per un viaggio verso Marte. Si prevede un lancio a marzo, una missione congiunta tra l’”Agenzia spaziale europea” (ESA) e l’agenzia spaziale russa “Roscosmos”, per analizzare i gas dell’atmosfera di Marte ed eseguire test sulle tecnologie di atterraggio.
Nel mese di luglio la missione della NASA “Juno” dovrebbe arrivare a Giove. In settembre la NASA lancerà un veicolo spaziale sull’asteroide “Bennu” e utilizzando un braccio robotico raccoglierà dei campioni con l’intento di spiegare meglio la formazione del nostro sistema solare e l’inizio della vita. La missione è chiamata “Osiris-Rex” (Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-regolite Explorer) e sarà la prima missione degli Stati Uniti a trasportare sulla Terra campioni da un asteroide.
Il “National Space Science Center” cinese lancerà la seconda e terza sonda spaziale, avendo pianificato il lancio di cinque sonde. In giugno verrà inviato (primo al mondo) il “Quantum Communications Test Satellite” e, entro la fine del 2016, l’“Hard X-ray Modulation Telescope”, che esaminerà il cielo alla ricerca di sorgenti energetiche di radiazioni, come i buchi neri e stelle di neutroni. In settembre in Cina dovrebbe completarsi la costruzione del telescopio ”500-meter Aperture Spherical Radio Telescope” (FAST) e sarà il più grande radiotelescopio del mondo.
h) Vita microbica
Nel 2016 sono attesi i primi risultati di un progetto ambizioso per analizzare le comunità microbiche del mondo. Si tratta del progetto “Earth Microbiome Project”, iniziato nel 2010, e che ha lo scopo di sequenziare e caratterizzare almeno 200.000 campioni di DNA microbico presi ovunque. Il progetto promette di svelare livelli senza precedenti di diversità biologica.
i) Luce di sincrotrone
Verso la fine del 2016 si accenderà in Giordania l’impianto “SESAME” (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East). Si tratta di un acceleratore di particelle a forma di anello che genererà luce intensa per sondare materiali e strutture biologiche fino al livello atomico. E’ il primo grande centro di ricerca internazionale della regione, e deriva da una collaborazione tra governi, tra cui Iran, Israele e Autorità Palestinese. Nel mese di giugno a Lund, in Svezia, gli scienziati utilizzeranno fasci di raggi X in un primo sincrotrone al mondo di quarta generazione, il “MAX IV”.
Si tratta di grandi investimenti economici e umani, con non pochi rischi, ma che sono senza dubbio utili per la crescita della scienza, della conoscenza e dello sviluppo umano.
Articolo di Paolo Di Sia
Paolo Di Sia
Paolo Di Sia è attualmente professore aggiunto presso l’università degli studi di Padova e l’università degli studi di Bolzano. Ha conseguito una laurea (bachelor) in metafisica, una laurea (master) in fisica teorica, un dottorato di ricerca in fisica teorica applicata alle nano-bio-tecnologie e un dottorato di ricerca in matematica “honoris causa”. Si interessa del rapporto tra filosofia e scienza, di fisica alla scala di Planck, di nanofisica classica e quantistico-relativistica, di nano-neuroscienza, di fisica transdisciplinare e di divulgazione scientifica. È autore di 276 lavori distribuiti tra riviste nazionali e internazionali, capitoli di libri, libri, interventi accademici su web scientifici, pubblicazioni accademiche interne, lavori in stampa. È reviewer di vari international journals, membro di molte società scientifiche internazionali e international advisory/editorial boards, gli sono stati attribuiti vari riconoscimenti internazionali.
Paolo Di Sia
Università di Padova (Italy) & Libera Università di Bolzano (Italy)
E-mail: paolo.disia@libero.it
Webpage: www.paolodisia.com
Commenti
Le possibili sorprese della scienza nel 2016 — Nessun commento