lunedì 30 maggio 2011

Carnevale della Fisica #19


Signore e Signori: benvenuti alla 19-esima edizione del Carnevale della Fisica.

 

Finalmente ci siamo! Ma prima di entrare nel vivo della kermesse lasciate che vi presenti l’argomento di questa edizione: “Trent’anni di Fisica”
Ho scelto un tema molto vasto, con la speranza che riuscisse gradito ai più anche se, in tutta onestà, ammetto di essere stata in parte condizionata dalle più oscure ragioni “numerologiche”. 
E comunque, se consideriamo la data di nascita della Fisica: "estate del 600 a. C., in una agorà della Grecia Antica" - Sheldon Lee Cooper docet - , vedremo che 30 anni non sono poi così tanti rispetto a 2600 (...e Sheldon è un pessimo insegnante!).

Ma vediamo quali sono gli episodi legati al 30 maggio. Wikipedia ci ricorda la nascita di due illustri fisici: Norris Edwin Bradbury, scienziato americano, che fu il successore di J. Robert Oppenheimer (oltre che il suo più stretto collaboratore durante le fasi del Progetto Manhattan), per la guida del Los Alamos National Laboratory; e Hannes Olof Gösta Alfvén, di formazione ingegnere elettronico, fisico del plasma poi e vincitore
Hannes Alfvén
nel 1970 del premio Nobel per la Fisica; un giusto riconoscimento per il suo lavoro sulla magnetoidrodinamica (MHD). Il suo nome è legato alle onde MHD, oggi conosciute col nome di “onde di Alfvén”, alle aurore, di cui descrisse il comportamento basandosi su precedenti lavori di Kristian Birkeland, alle “VanAllen radiation belts”; si interessò inoltre di tempeste magnetiche, di magnetosfera, di dinamica dei plasmi nella Via Lattea e fu anche autore di una teoria cosmologica.

In questo contesto, legato alla Cosmologia e a tutto ciò che riempie e pervade il nostro Universo, si inserisce il primo contributo al Carnevale della Fisica #19. L’autore è Aldo Gagliano, curatore di TvSpace, giornalista che vive e lavora a Palermo. Esperto in didattica astronomica, effettuata con l’aiuto di un Planetario digitale itinerante, ci offre questo articolo sull’energia oscura; una storia affascinante, i cui recenti sviluppi dimostrano che la parola “Fine” è ancora ben lungi dall’essere scritta. Ed ecco a voi un piccolo assaggio di "Parliamo di energia: quella oscura":

“... Il termine energia oscura fu coniato da Michael Turner, cosmologo e membro dell’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti. Nel 1917 Albert Einstein nella formulazione della sua famosa teoria della relatività generale, a causa del modello previsto di Universo in contrazione dovuto alla mutua attrazione gravitazionale esercitata dalle masse presenti in esso, dovette suo malgrado “inventarsi” una forza antagonista che si opponesse a tale contrazione, nella convinzione (molto condivisa in quel periodo) che il Cosmo fosse fisso e immutabile. Questa forza la chiamò “costante cosmologica” ed ebbe il preciso ruolo di opporsi alla gravità in modo tale da rendere l’Universo statico; ciò avrebbe contentato tutti e reso più logiche le deduzioni della teoria. A rovinare questa ipotesi furono nel 1929 le osservazioni dell’astronomo Edwin Hubble con la scoperta della “fuga” delle galassie (il famoso red-shift). Einsten dovette ripudiare la sua idea di costante cosmologica, definendo più tardi questa invenzione come l’errore più grave della sua vita. Col senno del poi, oggi si comincia a pensare che quell’invenzione forse non fu propriamente un errore, anzi probabilmente si potrebbe definire un’intuizione geniale nella genialità della Relatività: i cosmologi non hanno mai smesso di pensare ad una qualche forma di energia che si opponesse a quella gravitazionale. ...”.

Sempre seguendo l’ordine di arrivo passiamo ad Annarita Ruberto, del blog Scientificando. Annarita, blogger e divulgatrice d’eccezione, oltre che prof. molto amata dai suoi allievi e da tutti coloro che hanno avuto la fortuna di conoscerla, per questa diciannovesima edizione, ci entusiasma con un vasto assortimento di contributi:

Exploring Space With Google: A Short History Of Space Exploration


Si tratta di un affascinante video realizzato da Google Student Blog, dedicato all’esplorazione dello spazio: 
“... Nel corso degli anni, gli operatori di Google hanno collaborato con i colleghi della NASA su alcuni progetti sorprendenti, come "Moon and Mars in Google Earth", unendo le rispettive abilità per completarsi a vicenda sui temi dello spazio.

In collaborazione con la NASA e PBS, YouTube e Google Moderator
è stato realizzato un canale per porre le domande degli utenti all'equipaggio della STS-134, impegnati nella missione finale dello space Shuttle Endeavour, in un'intervista in diretta dallo spazio. ...”.

Radiazioni Ionizzanti E Mutazioni Genetiche
 
Il post, richiesto da un ragazzino di terza media in cerca di materiale per la preparazione della sua tesina, si articola in più punti che sintetizzano i concetti di radiazione ionizzante, DNA e mutazione genetica. 


“... Da sempre l'uomo è soggetto all'azione di radiazioni ionizzanti naturali, alle quali si dà il nome di fondo di radioattività naturale. Il fondo di radioattività naturale è dovuto sia alla radiazione terrestre (radiazione prodotta da nuclidi primordiali o da nuclidi cosmogenici in decadimento radioattivo) sia a quella extraterrestre (la radiazione cosmica).

A tale azione si potrebbe aggiungere quella causata da radiazioni ionizzanti prodotte con vari meccanismi. I più comuni sono: decadimento radioattivo, fissione nucleare, fusione nucleare, emissione da corpi estremamente caldi (radiazione di corpo nero) o da cariche accelerate (bremsstrahlung, o radiazione di sincrotrone). ...”.

Eyes On the arth 3D Dal Jet Propulsion Laboratory

Eyes On the Earth 3D è una straordinaria applicazione, messa a punto dal Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology, che dà la possibilità di osservare in real time le traiettorie in 3D dei satelliti in orbita attorno alla Terra con l'obiettivo di raccogliere informazioni provenienti dallo spazio. ...”.

C’è il video: A tour of NASA's "Eyes on the Earth 3D" che indica in sintesi le caratteristiche dell’applicazione e c’è la bellissima pagina in flash “Occhi sulla Terra” che riguarda i numerosi satelliti che orbitano intorno alla nostra Terra.

Comete, Meteore, Meteoriti| Progetto Astronomia


“... si tratta di comete, meteore, meteoriti e altre informazioni sui pianeti del sistema solare, la grandezza delle stelle, l'attività solare e due filmati sulle splendide aurore polari....”

C’è anche un documento che potete scaricare da Google Docs: comete_meteore_meteoriti.pdf.

E non finisce qui, Annarita ci regala anche l'unità di apprendimento "Interpretare i movimenti della Terra e della Luna nel sistema solare", pubblicata nell'anno scolastico 2009/10 sul n. 5 della rivista Scuola e Didattica, che potrete comodamente sfogliare tramite il widget di Issuu.

Nascita, vita e morte di una stella


Che comprende una presentazione di 68 slides liberamente scaricabile da Google Docs, sunto finale di un percorso di apprendimento astronomico, e “... un video documentario in tre parti realizzato da History Channel, che ha svolto un lavoro di computer grafica eccezionale e intervistato noti scienziati, fisici e astrofisici. ...”.

Time-Lapse Tuesday: World Moves As Sun Stays Still


video pubblicato da New Scientist TV, “... realizzato con la tecnica time-lapse dal duo Semiconductor Ruth Jarman e Joe Gerhardt, geniali artisti pluripremiati che esplorano la natura materiale del mondo e il nostro modo di viverlo, mettendo in discussione il ruolo dell'uomo nell'universo fisico. ...”. 

E dulcis in fundo: il Nobel 2010 Per La Fisica Ad Andre Geim E Konstantin Novoselov, inerente al tema di questo Carnevale.

“... Quest'anno il Nobel per la Fisica è stato assegnato al duo Andre Geim e Konstantin Novoselov con la seguente motivazione presa dalla pagina del Nobel Prize: "The Nobel Prize in Physics 2010 was awarded jointly to Andre Geim and Konstantin Novoselov "for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene". Ovvero per i loro pioneristici esperimenti sul grafene (un materiale composto da uno strato monoatomico di atomi di carbonio).”

E ancora “La definizione ufficiale del grafene data dalla IUPAC è la seguente: 

"Uno strato singolo di atomi di carbonio ordinati secondo la struttura della grafite può essere considerato come l'elemento finale della serie naftalene, antracene, coronene, ecc. e la parola grafene va quindi utilizzata per indicare gli strati singoli di carbonio all'interno dei composti della grafite. Il termine "strato di grafene" viene comunemente utilizzato all'interno della terminologia del carbonio. ...".

E per quel che riguarda i due scopritori si può dire che: “Geim e Novoselov lavorano insieme da tempo: il 36enne Novoselov ha conseguito, infatti, il dottorato come studente del 51enne Geim nei Paesi Bassi, all’Università di Nijmegen, e poi ha seguito il suo supervisore all'Università di Manchester, dove sono entrambi attualmente professori. Altra singolare connessione: sia Geim che Novoselov hanno studiato in Russia, dove hanno anche iniziato le loro carriere di fisici!”

Ultimo contributo: Hans Christian Ørsted: Uno Dei Fondatori Dell'Elettromagnetismo

Oersted dimostrò come “una corrente elettrica passante in un filo fosse in grado di deviare un ago magnetico. Con questa esperienza del 1820, fu per la prima volta dimostrata l'interdipendenza fra elettricità e magnetismo, ovvero si dimostrò che elettricità e magnetismo sono fenomeni strettamente collegati, un concetto che è alla base della teoria dell'elettromagnetismo. L'unità di misura del campo magnetico nel Sistema CGS fu chiamata "Oersted" in suo onore.”

E nello stesso articolo troverete la ripetizione della celebre esperienza di Oersted, effettuata ricorrendo a materiale facilmente reperibile.

Palmiro Poltronieri, ricercatore presso l'ISPA-CNR di Lecce, proprietario del blog Knedliky, propone un piccolo ma interessantissimo contributo: "Carnevale della fisica - Leo Esaki" che ci parla di tecnologia e di tre Nobel giapponesi, trattasi di: Leo Esaki (Nobel nel 1973), Koichi Tanaka (Nobel nel 2002) e Makoto Kobayashi (Nobel nel 2008).

"... Il diodo di Esaki è alla base dello sviluppo dei transistors, e del Tunnel diode alla base della fortuna delle attività industriali della Sony:
"...After discovering that the defective 2T7 could be corrected by lowering the phosphorous concentration below certain levels, Sony was able to produce a high quality transistor. Esaki's next task was to determine the cause of the negative resistance which was represented by the peak in the graph. Esaki speculated that this phenomenon might be the "forward bias tunneling effect. " According to quantum mechanics, all matter can be treated as waves. As such, energy is concentrated at the peak of these waves. ...".

Alessio Cimarelli, responsabile della rivista Accastampato, curata dagli studenti di Fisica di Roma, e amministratore di accatagliato.org ci propone questo bellissimo articolo di Tullio Scopino (ricercatore presso la Sapienza di Roma): Reazioni chimiche in Stop Motion, dedicato al chimico-fisico egiziano Ahmed Zewail, la cui straordinarietà è stata premiata da “ventisei lauree Honoris Causa, circa 450 articoli con più di 20.000 citazioni” e da “una cinquantina di riconoscimenti internazionali di altissimo livello, incluso il Nobel per la Chimica del 1999 “per i suoi studi di stati di transizione delle reazioni chimiche utilizzando la spettroscopia a femtosecondi”. Nella parte dedicata agli anni della formazione leggiamo che: 

“... La sua ricerca inizia nel campo della spettroscopia molecolare, alla quale aprirà una nuova dimensione. I suoi professori lo incoraggiano al grande salto, andare negli Stati Uniti per completare il dottorato di ricerca. Un progetto tutt’altro che semplice. Zewail non possiede una rete di collegamenti con l’estero, la guerra del 1967 è appena finita e le poche opportunità di supporto economico per una formazione all’estero sono limitate all’URSS o ai paesi dell’Est europeo. Ottiene però una borsa direttamente dall’Università della Pennsylvania che copre le tasse scolastiche e offre un assegno mensile di $300. Gli ostacoli burocratici sono enormi, ma finalmente riesce a partire. L’impatto con la realtà americana non è facile. Non ha una conoscenza adeguata dell’inglese scritto e parlato e le differenze culturali si fanno sentire. Nonostante ciò si getta a capofitto in diversi progetti che porta avanti parallelamente: l’effetto Stark in molecole semplici, l’effetto Zeeman nelle molecole estese come il benzene e il NO2-, la rilevazione ottica della risonanza magnetica (ODMR), tecniche di doppia risonanza, ecc. ...”.

Inoltre, il mio “concittadino” Alessio (ci tengo a sottolinearlo) ci propone questo interessantissimo post: "Trenta volte Fisica" dedicato al Google N-gram Viewer, “un portentoso strumento che permette di ricavare la frequenza di gruppi di parole all'interno del corpus di Google Books. Il conteggio avviene per anno, quindi il risultato è l'andamento dell'occorrenza di una particolare frase all'interno di cinque milioni di libri. Ebbene, dopo essersi concentrato sulla Fisica dell’ultimo trentennio, dal 1978 al 2008 (ultimo anno disponibile), ha tirato fuori questi risultati: 


“…Sempre Wikipedia elenca anche i campi di ricerca, vale a dire applied physics, astrophysics, atomic molecular and optical physics, biophysics, condensed matter physics, geophysics, particle physics. A quanto pare sono tutti andamenti declinanti negli ultimi anni, ma balzano all'occhio gli exploit di biofisica, astrofisica (e un po' di materia condensata) alla fine degli anni '80, prima metà degli anni '90. ..."

E adesso, è giunto il momento di Marco Fulvio Barozzi, in arte Popinga, autore dell'omonimo blog. Il nostro scrittore e poeta di scienza e letteratura, dopo aver preso in pugno una matita per cimentarsi in una nuova sperimentazione grafico-divulgativa, ha dato vita al personaggio di Orondo, professore pelato e cicciottello, che ci risulta simpatico al primo sguardo:



Ora e sempre R = ρ ∙ l / S

E non dimenticate di andare ad ammirare: Entanglement a scuola e Onde sismiche a scuola
.
 
Giuseppe Deliso, musicista e blogger ci propone invece due interviste con musicisti “ex-fisici”. Il primo racconto, dal titolo “un tempo facevo il Fisico: Vijay Iyer” riguarda un vero talento del jazz contemporaneo di origini indiane, autore di due album di successo: Historicity del 2009 e Solo del 2010. Sulla rivista “Physics World” Vijay ci spiega le ragioni di questa scelta un po’ insolita:


“… Che cosa ti ha fatto decidere di lasciare la Fisica?
Durante i due anni del mio dottorato avevo davvero lavorato bene, ma a un certo punto, il mio progetto di ricerca, “Teoria Fisica dello Stato Solido”, registrava un momento di impasse, era come trovarsi in un vicolo cieco. Così decisi di prendermi una pausa e riorganizzarmi: contattai un assistente didattico. È stato realmente un momento di coscienza. Nel periodo a metà degli anni ‘90 le prospettive di lavoro per i Fisici erano piuttosto difficili, pertanto dovevo fare i conti con questa realtà. Tuttavia contemporaneamente, raccoglievo un sacco di soddisfazioni come musicista, e presto mi resi conto che la musica mi piaceva più di ogni altra cosa. Tutti i percorsi hanno le loro frustrazioni, la musica e la fisica non fanno eccezione, ma capii che se vuoi davvero essere felice, devi amare ciò che fai.
....
Lei vede qualche relazione tra la Musica e la Fisica?
Ho questo amore per il rigore matematico e l'eleganza, che influenza le ritmiche, forme e strutture delle mie composizioni. Spesso, mi avvicino alla composizione come per risolvere un problema con incognite. Cerco la soluzione più semplice, che è una sensibilità estetica molto cara ai Fisici. È ciò che ho sempre ammirato di Paul Dirac, per esempio. Ci sono altre connessioni: la periodicità del ritmo può essere paragonata ai reticoli cristallini in Fisica dello stato solido; tempo fa mi soffermai a considerare le implicazioni, in termini ritmici, di una zona di Brillouin. Ma anche in termini armonici, penso per esempio alla fisica del suono: la serie armonica, risonanze e psicoacustica. Insomma, si lo ammetto: ho “lasciato” la Fisica per la Musica perché fare musica mi regala delle emozioni viscerali, oltre al piacere della collaborazione in tempo reale che si prova quando si suona con altri. Sono sicuro che anche la Fisica è in grado di regalare tutto ciò, ma nel mio caso la Musica è arrivata prima. …”.

Dello stesso parere è Christine Rice; anche lei, come Vijay Iyer, un tempo faceva il Fisico, per poi passare alla prestigiosa professione di mezzo-soprano, come ci spiega Giuseppe nel post: "un tempo facevo il Fisico: Christine Rice". E anche lei, è del parere che un qualche nesso che colleghi la Fisica alla musica bene o male si trova sempre:

“… Lei vede qualche legame tra la fisica e la lirica? In verità, no. Ma se volessi a tutti i costi cercarne qualcuno, direi che una buona testa per i numeri è assolutamente necessaria per memorizzare i modelli ritmici complessi della musica contemporanea.
Inoltre, la mentalità necessaria per avere successo nel mondo del canto è anche simile alla ambizione necessaria per avanzare nel mondo accademico.”

Abbandoniamo adesso il campo dei fisici musici per tuffarci in un altro settore della Fisica. I Rudi Matematici calamiteranno la nostra attenzione con tre interessantissimi post. Il primo: “Qualcuno ha un paio di forbici”, riguarda le string figures, oggetto topologico che interessa da vicino anche i fisici:

“Un nodo (nel senso matematico del termine) è un nodo (nel senso comune del termine) le cui estremità libere sono collegate tra di loro; questo serve ad imporre il fatto che non si possa trasformare un nodo in un non-nodo, ossia in un anello; dovreste, da qualche parte, tagliare la corda e poi ricongiungerla. La cosa, se vi piacciono le parole difficili, si sostanzia nella frase che un nodo è un’invariante topologica: ossia, una volta che è lì l’unico modo per toglierselo dai piedi è invocare dimensioni superiori o barare (come disse un noto comico, “la seconda che hai detto” è il metodo preferito). …”.

Il secondo, dal titolo “La vita, le donne e gli amori delsignor Gedeone, S.E.”, è un simpatico indovinello che ha per protagonista il signor Gedeone (eh, beato lui!…e il motivo lo capirete presto…) e la sua “bellissima amante” bionda.

Mentre il terzo: “21 maggio 1471 – buon compleanno Albrecht!”, è dedicato ad un grande pittore del Rinascimento, per l’appunto “Albrecht Dürer”, un germanico originario di Norimberga che amò profondamente la matematica (e dato che si tratta di matematica applicata alle proporzioni e alla misura, il nesso con la fisica appare evidente), come si può facilmente intuire dal passo:

“… Andò a Bologna, ad incontrare proprio Pacioli, che era probabilmente il maggior matematico del suo tempo: si incontrò nuovamente con Jacopo dè Barbari, e alla fine del suo secondo viaggio in Italia si ritrovò a casa, a Norimberga, ancora più convinto della necessità di studiare matematica, se si voleva essere grandi pittori. Decise per questo di scrivere un grande trattato di matematica destinato agli artisti, “Underricht der Malerei” (“Guida alla Pittura”), che però non riuscì mai a completare perché il suo progetto iniziale era troppo vasto, soprattutto in relazione a quanta matematica erano disposti ad assorbire il pittori del suo tempo. Ne ricavò allora un’opera ridotta, la “Unterweisung der Messung mit dem Zirkel und Richtscheit” (“Istruzioni sulle Misure con riga e compasso”) che è stato il primo testo di matematica mai stampato in lingua tedesca. E, vista quanta matematica in lingua tedesca è stata prodotta nei secoli successivi, ci sembra un record degno del massimo rispetto.

La matematica lo aveva catturato per sempre: tra i cultori della scienza dei numeri, la sua opera più celebre è senza dubbio la “Melencolia I...”.


Ma adesso arriviamo ad un altro Big della comunicazione scientifica sul web, ovvero Gianluigi Filippelli, autore di Dropsea, che per l’occasione ha deciso di deliziarci con due lavori. Il primo: Il rapporto tra iodio e cesio a Fukushima è un post di attualità, riguardante una problematica che non può lasciarci indifferenti:

“Alcuni giorni fa un ricercatore del Dipartimento di Fisica dell'Università di Tokyo, T. Matsui, ha caricato su arXiv un preprint dal titolo eloquente: Deciphering the measured ratiosofIodine-131 to Cesium-137 at the Fukushima reactors.
Matsui, infatti, cerca di capire meglio la situazione della centrale gestita dalla TEPCO usando un po' di calcolini teorici e confrontandoli con i dati ufficiali dell'azienda energetica nipponica. Possiamo, quindi, considerarlo il primo studio fatto sui pochi dati a disposizione. ...".

L’altro contributo: Un grazioso modello del sistema solare, è un vero e proprio capolavoro divulgativo sul Modello di Nizza, “sviluppato da Rodney Gomes, Harold F. Levison, Alessandro Morbidelli, Kleomenis Tsiganis in un terzetto di articoli pubblicati su Nature vol.235.”, che vi invito a leggere con la massima attenzione:

“... Innanzitutto vediamo come si ritiene si sia formato il sistema solare: secondo il modello di Kant-Laplace, il nostro sistema planetario si è formato a partire da una nube densa e massiccia di gas molecolare costituito soprattutto da idrogeno. E' all'interno di questa nube che avviene la formazione dei pianeti con il più o meno lento addensarsi della materia. In particolare la teoria suppone che i pianeti giganti si siano formati su orbite circolari e coplanari(3, 5). All'interno di questa descrizione, tutti i pianeti si sono sostanzialmente formati nella posizione attuale. Il modello di Nizza, invece, suggerisce che tutti gli oggetti del sistema solare si sono formati in una posizione differente e che una perturbazione nelle orbite ha forzato i pianeti verso le attuali e più stabili orbite.

Il nucleo del modello originale è stato sviluppato da Gomes, Morbidelli e Levison nel 2004(7)

"Studiamo la migrazione planetaria in un disco di planetesimi libero da gas. Nel caso del nostro sistema solare mostriamo che Nettuno potrebbe avere avuto sia una migrazione smorzata, limitata a poche UA, sia una migrazione forzata fino al bordo del disco, in dipendenza della densità di massa del disco. Studiamo anche la possibilità di una fuga (runaway migration) dei pianeti isolati in un disco moltomassivo, che potrebbe essere rilevante per sistemi extra-solari. Investighiamo il problema della perdita di massa della fascia di Kuipert alla luce della migrazione planetaria e concludiamo che la fascia perde massa da ben prima che Nettuno raggiungesse la sua attuale posizione. ...".

Leonardo Petrillo di Scienza e Musica, ci propone un’altra interessantissima ricerca, attuale e dai risvolti importanti. “I metamateriali e il mantello dell’invisibilità”, ci racconta di uno dei più grandi sogni dell’umanità: “diventare invisibili per un certo periodo di tempo, alla stregua di Harry Potter, che con il suo "mantello dell'invisibilità" (invisibility cloak) riesce a sparire dalla vista delle persone finché lo indossa”. Ma si può diventare invisibili grazie a un mantello? Ebbene, grazie ai metamateriali, parrebbe proprio di sì:

“... Ma cosa sono nello specifico i metamateriali?
Teorizzati per la prima volta in un articolo del 1967 redatto dal fisico russo Victor Veselago, i metamateriali erano ritenuti irrealizzabili in quanto violavano i principi classici della fisica e in particolare dell'ottica.
Per quale motivo tali sostanze violano le leggi dell'ottica?
Perché la loro caratteristica primaria è quella di avere un indice di rifrazione NEGATIVO!
La rifrazione è quel fenomeno che determina la deviazione dei raggi luminosi quando passano da un mezzo ad un altro (ad esempio dall'aria all'acqua).
Tale fenomeno spiega perché, ad esempio, una cannuccia immersa in un bicchiere d'acqua appare spezzata. …”. Ma venendo al nocciolo della questione: perché i metamateriali possono rendere un oggetto invisibile?
La risposta la fornisce sempre Michio Kaku in Fisica dell'Impossibile:

"Se si potesse controllare l'indice di rifrazione all'interno di un metamateriale in modo tale da portare la luce a muoversi intorno a un oggetto, quest'ultimo diventerebbe invisibile. Affinché ciò sia possibile il metamateriale deve avere indice di rifrazione negativo...Per creare un metamateriale si inseriscono in una data sostanza componenti microscopici che deviano le onde elettromagnetiche in modo non convenzionale. …”.

Il legame tra la Fisica e l’Arte dovrebbe ormai essere evidente e non si può negare che questo connubio si è rafforzato a partire dalla prima metà del novecento, quando un crescente numero di artisti trovò nelle rivoluzionarie teorie della relatività e della meccanica quantistica una valida fonte di ispirazione per rompere con la tradizione e proporre un qualcosa di veramente nuovo. In questo contesto, trova spazio l’articolo proposto da Carla Citarella, blogger dell'Atelier delle Attività Espressive nonché artista, che con eleganza e poesia ci racconta l’arte astratta di Lucio Fontana, ideatore nel 1948 del Primo manifesto dello Spazialismo “con il quale si propone di introdurre un’arte a quattro dimensioni, capace di accogliere lo spazio e il tempo”. Ed ecco un piccolo assaggio di “Lucio Fontana: Immagine, Spazio, Tempo”:

“... Il movimento spaziale promosso da Luigi Fontana, trae infatti dalla parola “spazio”, sia il significato concreto sia il rimando metaforico al vuoto e al cosmo e apre l’arte al rapporto con la scienza e la tecnologia. L’arte spaziale in linea con il futurismo, “individua strumenti a disposizione degli artisti nei nuovi mezzi della tecnica”. I risultati della ricerca scientifica applicati in tutte le ”forme della vita” (la radio, la televisione, la luce nera, il radar) determinano secondo gli artisti spaziali "una trasformazione sostanziale del pensiero”. Di fronte a questa prospettiva, l’arte è chiamata a configurare un nuovo linguaggio oltre i confini della pittura e della scultura.
Lo spazio in Fontana si fa Concetto Spaziale: con i buchi e in seguito i tagli che aprono un varco nella bidimensionalità della superficie verso il vuoto, la luce, l’infinito. …”

Lucio Fontana stesso scrive:

Tutte le cose sorgono per necessità e valorizzano le esigenze del proprio tempo. Le trasformazioni dei mezzi materiali della vita determinano gli stati d’animo dell'uomo attraverso la storia. Si trasforma il sistema che dirige la civilizzazione dalle sue origini. Progressivamente quel sistema che si oppone ad altro sistema già accettato, si sostituisce ad esso nella sua essenza ed in tutte le sue forme. Si trasformano le condizioni della vita e della società e di ogni individuo. In tale progressione l'uomo tende a vivere sulla base di una organizzazione integrale del lavoro. Le scoperte della scienza gravitano su ogni organizzazione della vita. La scoperta di nuove forze fisiche, il dominio della materia e dello spazio impongono gradualmente all'uomo condizioni che non sono mai esistite nella sua precedente storia. …”.


Lasciandoci guidare dalla nostra fantasia, abbandoniamo per un po’ il nostro pianeta per approdare su uno dei satelliti di Giove. Il Prof. Leopoldo Benacchio, Ordinario dell'Istituto Nazionale di Astrofisica all'Osservatorio di Padova, scrive sulla rubrica "Scienza" de Il Sole 24 Ore e sul suo blog: "Scienzaltro.it". In occasione di questa edizione del Carnevale ci presenta: “Butterato, giallo, sbuffante e puzzolente. Eppure.... affascinante e misterioso”, dedicato al satellite Io e al suo strato di materiale magmatico:

“... Subito sotto la crosta di Io, che è di dimensioni circa doppie della Luna, ci sarebbe quindi uno strato di materiale magmatico spesso non meno di 50 chilometri, ma forse molto di più. Questo spiega le continue abbondanti eruzioni con pennacchi, osservati dalle sonde spaziali, che arrivano ai 300 chilometri di altezza, mentre il meccanismo che "scalda" il satellite e innesca le eruzioni è senz'altro dovuto alle enormi maree che Giove, centinaia volte più massiccio della Terra, esercita su Io. In altre parole pensiamo pure a una palla bucata in mille punti con dentro del liquido caldo, il magma, e due forti mani, la gravità di Giove dovuta alla sua imponente massa, che la schiaccia ora qua e ora là. Ma se Giove si diverte a far zampillare lava dai vulcani della sua luna più vicina, Io non sta con le mani in mano e più erutta lava e più distorce il campo magnetico di Giove stesso. …”.


L’altro contributo, dal titolo “E se al posto degli occhi avessimo due parabole ?” pone un’interessante questione:
“Non abbiate paura, i potenti radiotelescopi australiani che vedete non stanno andando a fuoco..... Non è fumo quella nuvoletta rosa che si vede.

E' invece il segnale radio proveniente dal Centauro A, la più potente sorgente radio finora scoperta dell'Universo.

Se noi avessimo al posto degli occhi due piccole parabole radio lo potremmo vedere esattamente così !!

Già perché l'evoluzione ci ha portato ad avere degli occhi come strumenti di collezione della radiazione elettromagnetica, ed un cervello per elaborarli. Uno schema semplificato ovviamente, la visione è un fenomeno complesso. ...”


 E adesso vorrei presentarvi una carissima amica: Erminia Infusino. Dottoressa in Fisica e specialista in Fisica Medica, fa parte di quel ristretto numero di cervelli che non è fuggito all’estero; lavora infatti presso il Dipartimento di Radioterapia dell’Istituto di Ricerche Cliniche Ecomedica di Empoli. Ha già collaborato in precedenza con questo blog e oggi partecipa al Carnevale con “Un breve compendio di Fisica Medica”:

“... Varie sono le tecniche radioterapiche in uso oggi, una di queste è l’IMRT, acronimo di radioterapia con modulazione di intensità del fascio. In radioterapia, il trattamento del paziente avviene irradiando il tumore con opportuni fasci di fotoni, emessi dall'acceleratore lineare. Tale irradiazione, demolitiva del tumore, è però dannosa anche per gli organi sani che si trovano in stretta adiacenza. Ne consegue l’esigenza di adottare opportune tecniche, che consentano di modificare i fasci irradianti adattandoli perfettamente alla forma e alla posizione del tumore. Si definiscono tecniche radioterapiche con modulazione di intensità (IMRT) quelle metodiche, utilizzate in radioterapia, che permettono di adattare il fascio emesso dall’acceleratore lineare alle esigenze dell’organo obiettivo (target). La maggiore efficacia del trattamento radioterapico si ottiene aggredendo il tumore da diverse posizioni, grazie ad una rotazione del cannone elettronico. Durante tale rotazione, il tumore, di forma irregolare, si offre alla esposizione con un contorno e una posizione che cambiano continuamente. Di conseguenza, la capacità di adattamento del fascio ottenuta applicando le metodiche di IMRT consente di tener conto, attimo per attimo, della specifica caratteristica del bersaglio, adattando il fascio all'esigenza di aggredire il tumore salvaguardando gli organi sani. …”.

Rosalba Cocco, blogger di Crescere Creativamente, vanta un’enorme esperienza nel campo della divulgazione e dell’insegnamento; gli esperimenti che propone sono volti a stimolare l’intuito dei bambini di tutte le età e ad avvicinarli al mondo della scienza con un linguaggio diretto ed efficace. L’esperienza che ci propone oggi, si intitola “Esperimento di scienze: deviare il flusso d'acqua del rubinetto con l'energia statica”:

“L'esperimento che segue, adatto a bambini di tutte l'età, serve a dimostrare che l'acqua possiede una carica elettrica e che l'elettricità statica è in grado di spostare il flusso dell'acqua del rubinetto ridotto al minimo.

Per eseguire questo semplice esperimento occorrono:

- un palloncino gonfio

- un rubinetto

- i nostri capelli

Esecuzione

Gonfiare il palloncino e fare un nodo. Aprire il rubinetto con il flusso dell'acqua al minimo, ma continuo. Strofinare energicamente il palloncino sui capelli e avvicinare la parte strofinata al flusso dell'acqua. 

Cosa accade?..."


Gabriele Giordano è un ragazzo di soli 16 anni, appassionato di astronomia, fisica ed astrofisica.
Animato dall’amore per le scienze, studia tanto e legge moltissimi libri, abbastanza complicati per la sua giovane età e ovviamente, cura già un blog: "Era Futura". Ha già deciso che da grande farà l'"astrofisico" e noi, non possiamo che incoraggiarlo e dargli un forte “in bocca al lupo”. Il suo articolo “Le promesse del grafene” è dedicato a questo materiale innovativo, considerato “l’erede del silicio”, e alle sue numerose possibili applicazioni che gli valgono il nome di “oro elettronico”.

“…Celle solari di nuova generazione, che possono essere stampate e portate in giro anche su una t-shirt. Sembra fantascienza ma non lo è. Secondo un team di scienziati dell’Università di Southern California, utilizzando un nuovo materiale, il grafene, composto da strati sottilissimi di carbonio, flessibile e di basso costo, potranno essere create particolari celle "fotovoltaiche organiche".

"Il fotovoltaico organico (OPV ) è formato da cellule usate come un mezzo per ottenere energia a basso costo grazie alla loro facilità di lavorazione , al peso leggero, e alla compatibilità con i substrati flessibili ", ha affermato Chongwu Zhou , professore di ingegneria elettrica all'IUSC Viterbi School of Engineering, in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano. …”.

E che ne direste di spostarci ai confini della Fantascienza? Roberto Flaibani de Il tredicesimo cavaliere si fa avanti con due ottimi contributi: “la terraformazione di Marte” e “Il volo di Majorana”, quest’ultimo scritto da Riccardo Monteleone. Per quel che riguarda il primo, Roberto stesso ci spiega che cos'è la “terraformazione”:

“La terraformazione è una scienza giovane, una branca dell'Ingegneria planetaria. E' una disciplina puramente teorica, perché la tecnologia per metterla in pratica non è stata ancora inventata.
Verne scrisse il suo romanzo più famoso nel 1865, Armstrong raggiunse la Luna 104 anni dopo. Per volare, il primo poteva servirsi di un aerostato, il secondo pilotava un'astronave. Il divario che separa la teoria della terraformazione dalla tecnologia richiesta per attuarla mi pare decisamente inferiore.
La trasformazione di un intero pianeta pone severi problemi etici che nell'articolo non abbiamo potuto approfondire. Se qualcuno si sentisse sorpreso o divertito notando che esistono uomini di cultura disponibili a riconoscere a una eventuale colonia di batteri marziani il diritto di proprietà sull'intero pianeta, gli ricorderei che proprio in Italia, qualche anno fa, venne votato un pacchetto di referendum in merito a diritti applicabili a un tipo speciale di microrganismi: gli embrioni umani.”

"... L’astronomo inglese Paul Birch ha ideato un progetto per “l’accensione” dell’effetto serra che non esiterei a definire ciclopico. Si tratta di costruire uno specchio di 125 km di raggio, capace di innalzare la temperatura del polo sud marziano di 4 gradi, sufficiente a rendere di nuovo gassosa l’anidride carbonica lì imprigionata sotto forma di ghiaccio secco...."

Il secondo articolo è una recensione del libro “Il volo di Majorana” di Andrea Angiolino:

“Questo romanzo ripropone la vicenda del fisico Ettore Majorana, studioso e ricercatore di successo fino al 25 marzo 1938. Quel giorno lo scienziato si imbarca sul postale Napoli-Palermo preannunciando al professore Carrelli la propria improvvisa scomparsa. Effettivamente, da allora non si sa più nulla di lui, se non per qualche avvistamento dubbio e contraddittorio. In queste pagine troverete un'ipotesi sorprendente, fantascientifica , su quanto è accaduto. Saprete così dei diversi destini di Majorana in luoghi lontani fra loro nel tempo e nello spazio, ma anche quale futuro attende l'umanità nei prossimi decenni e qualche dettaglio meno noto del suo passato”.

Quando iniziavo ormai a disperare perché non si faceva ancora sentire, ecco che finalmente giunge il buon Paolo Pascucci, del blog "Questione della decisione". Paolo si presenta come “dilettante allo sbaraglio, appassionato ma confusionario, renitente all'ordine”. Bellissime doti, non c’è che dire, anche se il suo post “Alla ricerca delle onde gravitazionali”, è tutt’altro che confusionario.

Frutto di una mente appassionata, lo si capisce già dall’abstract:

“Lo studio delle onde gravitazionali permetterebbe di comprendere alcuni fenomeni ancora oscuri, quali l'identificazione dei corpi invisibili al centro delle galassie intorno ai quali ruotano molte stelle, oppure il posizionamento delle galassie rispetto alla terra per verificarne la velocità di fuga o ancora l'esistenza delle cosiddette stringhe. Sulla missione LISA vengono riposte molte di queste speranze.”

È ricco di passi ispirati come questo:


“… Quasi tutte le stelle della nostra galassia, la Via Lattea, orbitano intorno a un oggetto di grande massa ma invisibile alla nostra osservazione diretta. Possiamo solo ipotizzarne la presenza e dedurne la massa, che è all'incirca 4 milioni di volte quella della nostra stella. Inoltre, spesso capita che le galassie vengano a trovarsi a una distanza tale che questi corpi invisibili, con tutta probabilità buchi neri, iniziano ad interagire dando vita a quello che si chiama un sistema binario. Questi sistemi binari sono una fonte di onde gravitazionali di grande intensità. Soprattutto se si pensa al loro destino che, a causa del movimento delle galassie, sovente è quello di collassare uno verso l'altro in una traiettoria a spirale e generare onde gravitazionali di eccezionale intensità. Queste onde, se generate da masse dell'ordine tra 10 mila e 100 milioni quelle del Sole, dovunque si trovino sono rilevabili da LISA. ..."

Siamo quasi alla fine della nostra kermesse che vede adesso sfilare il blog GRAVITA' ZERO. E' il momento di Elisabetta Durante in “La Fisica italiana nel mondo”.
Elisabetta è una giornalista scientifica. Collabora con Il Sole 24 Ore e col canale scientifico della RAI “Esplora”. Fonda con un gruppo di scienziati, il sito web “Scienza per tutti”. Promuove la nascita del DISTI, Distretto dell’Informazione Scientifica, Tecnologica e dell’Innovazione. Nel 2008 realizza la mostra “Donne alla guida della più grande macchina mai costruita dall’Uomo”, (www.ba.infn.it/donne-lhc), ed è portavoce dell’ITWIIN (associazione italiana Donne Inventrici e Innovatrici). Il suo articolo riguarda la Fisica italiana che ha sempre dato contributi importanti nel panorama internazionale, ricordando che i nostri ricercatori occupano ruoli di responsabilità nei più importanti laboratori del mondo, e...:

“…Con la guida del Prof. Roberto Battiston dell’INFN e del dr. Guido Castellini del CNR/IFAC, gli specialisti della SITAEL Aerospace, coordinati dal fisico barese Nicola Zaccheo, AD della società, hanno progettato e realizzato la maggior parte dei sistemi elettronici di una missione spaziale tra le più impegnative e promettenti del momento: parliamo del “cacciatore” di Antimateria AMS-02, che il 29 aprile 2011 è stato lanciato” dalla base NASA di Cape Canaveral per raggiungere, a bordo dello Space Shuttle “Endeavour”, la Stazione Spaziale Internazionale.

Progettato come modulo esterno e destinato a lavorare per almeno dieci anni, il potente spettrometro magnetico studierà con un livello di accuratezza mai raggiunto prima, la composizione dei raggi cosmici primari, andando a scovare la presenza di particelle di Antimateria, Materia Oscura e Materia Strana.”

Peppe Liberti, fisico e science writer di successo, amministratore del blog Rangle, ha una innata capacità di spiegare le cose più complicate con semplicità e rigore. Ne è prova questo piccolo capolavoro: "Una luce dal nulla".
"La recente pubblicazione di un preprint che contiene la prima evidenza sperimentale dell'Effetto Casimir dinamico è l'occasione per parlare delle proprietà dinamiche del vuoto quantistico, una delle più sorprendenti predizioni della fisica moderna".
 
"Se pensate che il vuoto sia vuoto, beh vi sbagliate, non è così. Il vuoto è pieno di campi - soprattutto quello elettromagnetico - che fluttuano, di particelle virtuali che zampillano in coppia e vengono riassorbite e tutto accade con continuità, con il principio di indeterminazione di Heisemberg a dirigere il traffico. Non si tratta della irrefrenabile fantasia dei Fisici, non è una qualche astrazione della loro mente, è proprio così e lo si può provare per via indiretta, studiando la struttura fine degli spettri atomici o le anomalie del momento magnetico dell'elettrone, e per via diretta, misurando la forza, debolissima, che si esercita tra due superfici poste nel vuoto, come ad esempio si è fatto nel 1998 con un microscopio a forza atomica.
La teoria di Casimir, quella che spiega questo fenomeno, è di 50 anni prima e venne costruita pensando ad una geometria semplice, due specchi ideali, piani e paralleli. ..."

E...Attenzione! Quasi all'ultimo secondo, arriva un'altra carissima amica: Claudia Giallombardo, Fisico e musicista, che in passato ha pubblicato sempre su questo blog. Claudia, che è anche un'ottima report ci propone una storia che ha dell'incredibile: "CChiu energia ppi ttutti" (vi propongo un breve passaggio):

"...Tappa essenziale per ottenere il pieno riconoscimento di affidabilità di questo dispositivo da parte del mondo scientifico e per la ricerca di un modello che descriva il fenomeno è la verifica della riproducibilità dell’esperimento, che è possibile solo conoscendone i dettagli. E’ necessario trovare un punto di incontro tra la necessità di riservatezza legata alle implicazioni economiche e la necessità di chiarezza dettata dalla deontologia scientifica. Il ricercatore Giuseppe Levi, coinvolto negli esperimenti dell’E-cat, in una sua risposta alla rivista del Cicap (http://www.queryonline.it/2011/02/02/il-ritorno-della-fusione-fredda-ci-risponde-levi/) ha scritto che saranno realizzati esperimenti indipendenti all’Università di Bologna e questo sarà un primo interessante passo…".

L’ultimo contributo, che chiude questa nostra carrellata è "Pierre-Gilles de Gennes: a True Gentleman of Science" della sottoscritta.

Ma prima di concludere vorrei darvi qualche dato…insomma facciamo un po’ di conti. Il numero di partecipanti per questa edizione è pari a 19, per un totale di 34 contributi. Non si tratta certo di un boom anche se, al di là del mero numero che non ha poi così tanta importanza, il livello e la bellezza dei post è indiscutibile. Vi rammento inoltre che il posto di Giugno è ancora vacante per cui, se volete ospitare la prossima edizione, potete candidarvi qui. Ah, e poi c'è un'altra curiosità, la cosmologia e l'astronomia primeggiano! Basta dare un'occhiata agli articoli proposti.

Momento dei ringraziamenti? Ebbene sì. Un grazie di cuore a Claudio Pasqua e ad Annarita che mi hanno incoraggiato ad intraprendere questa avventura, a Gianluigi che ha dimostrato tutta la sua simpatia prestando sovente il suo aiuto ed i suoi ottimi consigli, a PaoloPasc per il suo appoggio, a tutti i blogger che hanno partecipato a questa edizione e al lettore, che si fermerà a leggere, e che commenterà e loderà il lavoro dei miei ospiti.

Un inchino verso gli orchestranti, uno verso la platea e un... arrivederci!

CChiu energia ppi ttutti

 Il 14 Gennaio di quest’anno è stata effettuata a Bologna una dimostrazione pubblica, alla presenza di giornalisti e scienziati, (http://www.youtube.com/watch?v=z-0WvK2b7dU) del funzionamento di un dispositivo che promette di rivoluzionare il mondo e che è salito perciò alla ribalta delle cronache: l'Energy Catalyzer (E-Cat) di Rossi e Focardi. Nell’esperimento realizzato a Gennaio, l'E-cat ha prodotto in un’ora di funzionamento circa 10 kW di potenza a fronte di circa 600 W in ingresso. L’inventore dell’E-cat è il filosofo e ingegnere milanese Andrea Rossi, che nel 2007 ha chiesto la collaborazione del professore emerito di Fisica Sergio Focardi dell’Università di Bologna per avere un supporto scientifico, avendo constatato questa inspiegabile produzione di energia ottenuta con un reattore che impiega idrogeno e nichel.
Focardi si era già dedicato negli anni ’90 insieme al biofosico Francesco Piantelli alla realizzazione di un reattore che impiegava nichel e idrogeno, con risultati meno imponenti rispetto all’E-cat in termini di produzione di energia. Il ruolo chiave nel dispositivo di Rossi-Focardi sembra sia giocato da un catalizzatore tanto efficiente quanto misterioso, essendo noto solo a Rossi. Lo stesso Focardi non conosce la natura di questo additivo, che resterà segreto finché non sarà concesso il brevetto all’Energy Catalyzer, cosa che non appare scontata vista la somiglianza sostanziale del reattore a quello del brevetto Focardi-Piantelli del 1995.  

C'è molto materiale in rete dedicato all’Energy Catalyzer (http://it.ekopedia.org/Catalizzatore_di_energia_di_Rossi_e_Focardi), segnalo l'inchiesta di Angelo Saso andata in onda all'inizio di Maggio su RaiNews24 (http://www.youtube.com/user/RaiNews24#p/u/12/ZGI12A3SWJ4) e gli articoli pubblicati sul sito della rivista ufficiale del CICAP (http://www.queryonline.it/tag/fusione-fredda/).
Ci sono alcuni aspetti che rendono avvincente questa vicenda, oltre all’impatto che una scoperta del genere avrebbe sul mercato energetico. C’è l’incontro di due mondi: quello pratico-imprenditoriale rappresentato da Rossi, che già ha accordi per la produzione industriale negli Stati Uniti e in Grecia, e quello scientifico rappresentato da Focardi, che scandaglia ogni aspetto del reattore e cerca di comprenderne il funzionamento. 
Ci sono poi le dinamiche legate ai segreti industriali e i brevetti e l’eterno conflitto tra le due ragioni che alimentano il progresso scientifico: il bene dell’umanità intera e l’arricchimento di pochi. Quando si tratta di scoperte di grande rilievo, assale sempre il timore che quei pochi antepongano i propri interessi al bene dell'umanità.

Rossi è un personaggio dalla storia controversa, divenuto noto alla fine degli anni ’70 come lo “sceicco della Brianza” poiché in periodo di crisi energetica aveva brevettato un procedimento di trasformazione dei rifiuti in petrolio. La storia della sua società, la Petroldragon, non ha avuto un lieto fine, tra processi e danni ambientali ingentissimi dovuti ad accumulo di rifiuti tossici in alcuni comuni della provincia di Milano (http://it.wikipedia.org/wiki/Petroldragon) con conseguente necessità di bonifiche costate decine di milioni di euro. Nell’inchiesta di Sosi “La magia del Sig. Rossi”, l’ingegnere chiede durante l’intervista di non approfondire in quella sede la complessa vicenda, della quale ha ovviamente una visione completamente diversa rispetto agli ambientalisti e agli esponenti della Regione Lombardia e dei comuni coinvolti. Rossi si smarca così: “Da un punto di vista del curriculum questo mio passato significa che io ho passato la vita facendo impianti nel campo dell'energia”. Questo è un fulgido esempio del famoso detto “vedere il bicchiere mezzo pieno”.
Non si può giudicare un'invenzione dai trascorsi del suo inventore, il pregiudizio è l’antitesi di un approccio scientifico a qualsiasi argomento. Rossi è comunque stato lungimirante, da bravo imprenditore di se stesso (ha dichiarato di avere investito tutti i suoi beni in questa nuova avventura dell’E-Cat): chiedendo la collaborazione del prof. Focardi, ha infatti affiancato a se’ un fisico esperto del tema, in grado sia di contribuire con le sue conoscenze al miglioramento del dispositivo sia di costituire agli occhi del mondo scientifico un garante della buona fede con cui si opera.
Ci sono ancora troppi aspetti non noti per spiegare il fenomeno dal punto di vista teorico; anche i due fisici svedesi recatisi a Bologna a Marzo (il presidente del comitato energia dell'Accademia di Svezia Sven Kullander e il fisico teorico Hanno Essen) confermano l’ipotesi che un processo nucleare sia alla base di questo fenomeno, non potendo trattarsi di un processo chimico (http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/energi/article3144827.ece; http://www.youtube.com/watch?v=Uxz7063AZJ0&feature=related).

Tappa essenziale per ottenere il pieno riconoscimento di affidabilità di questo dispositivo da parte del mondo scientifico e per la ricerca di un modello che descriva il fenomeno è la verifica della riproducibilità dell’esperimento, che è possibile solo conoscendone i dettagli. E’ necessario trovare un punto di incontro tra la necessità di riservatezza legata alle implicazioni economiche e la necessità di chiarezza dettata dalla deontologia scientifica. Il ricercatore Giuseppe Levi, coinvolto negli esperimenti dell’E-cat, in una sua risposta alla rivista del Cicap (http://www.queryonline.it/2011/02/02/il-ritorno-della-fusione-fredda-ci-risponde-levi/) ha scritto che saranno realizzati esperimenti indipendenti all’Università di Bologna e questo sarà un primo interessante passo…non ci resta che aspettare le prossime puntate e sperare che le promesse dell'E-Cat siano mantenute! Nel frattempo mi auguro si spendano risorse umane e investimenti per arrivare a minimizzare gli sprechi di energia, penso sia tanto importante quanto trovare i modi per produrla in maniera economica e rispettosa dell'ambiente.

P.S. Il simpatico abbreviativo E-cat, mi fa pensare al mondo dell'elettronica e a quello dei gatti…che non sono così lontani tra loro, come si può vedere qui: http://tv.repubblica.it/tecno-e-scienze/ipad-c-e-anche-l-applicazione-per-i-gatti/68883?video
Mi diverte l’idea del gatto che scorgendo un I-pad per un attimo si incuriosisca dando vita a momenti di ilarità, ma mi intristisce il pensiero che vengano fatte applicazioni apposite per i cari amici felini…perché invece non spendere quel tempo a portarli in giro a fare una passeggiata? La mia speranza per i prossimi 30 anni di fisica e in generale di scienza e tecnologia è non perdere il senso della misura…e nello specifico sperare che i gatti continuino a prestare solo un fugace sguardo curioso a questi aggeggi per poi tornare ai giochi reali senza rincitrullire come i propri padroni persi da mane a sera a vagare tra i pixel degli schermi.

Claudia Giallombardo

domenica 29 maggio 2011

Un breve compendio di Fisica Medica


La fisica medica comprende tutte le attività che comportano la soluzione di problemi di fisica nell'impiego di sorgenti di radiazioni, ionizzanti e non ionizzanti, in diagnostica e terapia, e in generale, le attività di collaborazione con medici specialisti per la soluzione di problemi che richiedono specifiche professionalità nelle metodologie proprie della fisica.
I tre principali settori della Fisica Medica sono la Radioterapia, la Radiodiagnostica e la Medicina nucleare. Spesso l'Esperto in Fisica Medica è provvisto del titolo di Esperto Qualificato e si occupa anche di Radioprotezione dei lavoratori.
Il ruolo principale del fisico sanitario in radioterapia è la consulenza sull'ottimizzazione del piano di cura (o di trattamento) radioterapico. Le attività che competono al fisico sanitario riguardano, in somma sintesi, la dosimetria dei pazienti e la garanzia di qualità del sistema, compreso il controllo di qualità. Varie sono le tecniche radioterapiche in uso oggi, una di queste è l’IMRT, acronimo di radioterapia con modulazione di intensità del fascio. In radioterapia, il trattamento del paziente avviene irradiando il tumore con opportuni fasci di fotoni, emessi dall'acceleratore lineare. Tale irradiazione, demolitiva del tumore, è però dannosa anche per gli organi sani che si trovano in stretta adiacenza. Ne consegue l’esigenza di adottare opportune tecniche, che consentano di modificare i fasci irradianti adattandoli perfettamente alla forma e alla posizione del tumore. Si definiscono tecniche radioterapiche con modulazione di intensità (IMRT) quelle metodiche, utilizzate in radioterapia, che permettono di adattare il fascio emesso dall’acceleratore lineare alle esigenze dell’organo obiettivo (target). La maggiore efficacia del trattamento radioterapico si ottiene aggredendo il tumore da diverse posizioni, grazie ad una rotazione del cannone elettronico. Durante tale rotazione, il tumore, di forma irregolare, si offre alla esposizione con un contorno e una posizione che cambiano continuamente. Di conseguenza, la capacità di adattamento del fascio ottenuta applicando le metodiche di IMRT consente di tener conto, attimo per attimo, della specifica caratteristica del bersaglio, adattando il fascio all'esigenza di aggredire il tumore salvaguardando gli organi sani. La tecnica IMRT comprende diverse tecniche di erogazione della radiazione di seguito descritte.
Gantry fisso
il "gantry" è la testata dell'acceleratore lineare. Con questa tecnica, il piano di trattamento viene realizzato con un acceleratore lineare (linac) tradizionale modulando l'intensità del fascio X con i collimatori multi lamellari (MLC). In realtà questa tecnica può essere ulteriormente suddivisa in tecnica statica (step and shoot) e dinamica (sliding window).
Gantry rotante
Questa tecnica può essere divisa in tecniche con fasci modulati ad arco (IMAT) e tecniche fan beam (fascio aperto). Queste ultime sono realizzate con MLC binari e danno luogo alla tomoterapia elicoidale. La tomoterapia elicoidale non è realizzata con un acceleratore linare tradizionale, bensì da un acceleratore montato su un gantry rotante come se fosse una CT in realtà è una MVCT (Mega Volt Computed Tomography).
Pencil beam
Questa tecnica è stata utilizzata per avere un fascio di radiazione sottile e, quindi, ideale per la radiochirurgia e la radioterapia stereotassica. L'acceleratore con cui si applica questa tecnica è il CyberKnife, un acceleratore montato su un robot dotato di 6 gradi di libertà, con collimatori circolari da 5 a 60 mm, caratterizzato dalla non isocentricità e non complanarità.
Altra tecnica radioterapica è la IORT, acronimo di radioterapia intraoperatoria. Si tratta di una metodica che amplifica i benefici della radioterapia, esponendo il paziente ai fasci dell'acceleratore lineare durante l'intervento chirurgico. In tal modo, si ottengono due risultati:
1) l'organo affetto da tumore è visibile, per cui può essere raggiunto senza dover attraversare altri tessuti del paziente; in tal modo, si ottiene un maggiore effetto con minore esposizione.
2) risulta più facile concentrare il trattamento sugli organi malati, preservando quelli sani.
Il ruolo della fisica sanitaria nella radiodiagnostica riguarda invece la realizzazione e il miglioramento delle tecniche di imaging e l'attuazione dell'assicurazione della qualità (QA) delle apparecchiature, compreso i controlli di qualità. In particolare il fisico medico si occupa di sistemi di radiografia, mammografia, Fluoroscopia, Angiografia, Tomografia Computerizzata, Risonanza Magnetica , Ecografia, Monitor da refertazione.
La mammografia è un esame del seno effettuato tramite una bassa dose (di solito circa 0.7 mSv) di raggi X. Viene utilizzato come strumento diagnostico per identificare tumori e cisti.
La fluoroscopia è una tecnica radiologica per ottenere immagini in tempo reale dell'anatomia interna di un paziente, attraverso l'uso di un fluoroscopio. Nella sua forma più semplice, un fluoroscopio è composto di una sorgente di raggi X ed uno schermo fluorescente, tra i quali è posizionato il paziente. Nell'attraversare il corpo, i raggi X vengono attenuati in misura variabile a causa dell'interazione con le differenti strutture interne del corpo umano, proiettando determinate ombre sullo schermo fluorescente. Le immagini sullo schermo sono prodotte dai raggi X non attenuati che interagiscono con gli atomi, trasmettendo la loro energia agli elettroni e provocando così un effetto fotoelettrico. Mentre gran parte dell'energia acquisita dagli elettroni viene dissipata sotto forma di calore, una sua frazione genera luce visibile, generando le immagini. I fluoroscopi moderni accoppiano lo schermo ad un intensificatore di immagine e ad una videocamera digitale, permettendo di registrare e riprodurre su monitor le immagini ottenute.
L'angiografia è la rappresentazione a scopo diagnostico dei vasi sanguigni o linfatici del corpo umano tramite una tecnica che prevede l'infusione di un mezzo di contrasto idrosolubile all'interno dei vasi e la generazione di immagini mediche tramite varie tecniche di imaging biomedico. Le tecniche angiografiche comprendono la radiografia (specificamente nella tecnica della angiografia sottrattiva, o DSA da Digital Subtraction Angiography), la tomografia computerizzata, la risonanza magnetica, l'ecografia.
La Risonanza Magnetica Nucleare  è una tecnica di indagine sulla materia basata sulla misura della precessione dello spin di protoni o di altri nuclei dotati di momento magnetico quando sono sottoposti ad un campo magnetico. Le indagini mediche che sfruttano la RMN sono dette anche tomografia a risonanza magnetica e danno informazioni diverse rispetto alle immagini radiologiche convenzionali: il segnale di densità in RMN è dato infatti dal nucleo atomico dell'elemento esaminato, mentre la densità radiografica è determinata dalle caratteristiche degli orbitali elettronici degli atomi colpiti dai raggi X. Si può indurre il fenomeno di risonanza magnetica nei nuclei atomici aventi numero dispari di protoni e/o neutroni. Il nucleo atomico maggiormente utilizzato nelle analisi RM è il protone che costituisce il nucleo dell'atomo di idrogeno, che essendo dotato di uno spin e carica elettrica si comporta come un piccolo dipolo magnetico. I vantaggi dell'utilizzo dell'idrogeno sono dati dalla sua abbondante presenza (nei tessuti è presente con la molecola d' acqua) e dal fatto che permette di avere un buon segnale RM.
Le informazioni fornite dalle immagini di risonanza magnetica sono essenzialmente di natura diversa rispetto a quelle degli altri metodi di imaging. Infatti sono normalmente visibili esclusivamente i tessuti molli ed è inoltre possibile la discriminazione tra tipologie di tessuti non apprezzabile con altre tecniche radiologiche.

La Medicina Nucleare è la branca specialistica della medicina che si avvale dell'uso di radionuclidi artificiali impiegandoli in forma non sigillata (ossia non racchiusi in involucri a tenuta né fisicamente adesi a supporti) a scopo diagnostico, terapeutico e di ricerca biomedica. In una opportuna forma chimica o coniugati a molecole o cellule che fungono da vettori, i radionuclidi vengono introdotti nell'organismo sotto forma di soluzioni, sospensioni, aerosol o altro e possono comportarsi come traccianti funzionali, permettendo studi diagnostici "in vivo", o concentrarsi in tessuti patologici, permettendone sia il riconoscimento sia, a volte, l'irradiazione terapeutica.
Al contrario delle immagini radiologiche, che vengono ottenute sfruttando l'attenuazione del fascio di radiazioni "x" da parte dei tessuti interposti tra l'apparecchiatura che le ha prodotte e il sistema di rilevazione, le immagini medico-nucleari vengono ottenute per mezzo della rilevazione di radiazioni emesse da radiofarmaci distribuiti nell'organismo. E' quindi il paziente che emette le radiazioni ("gamma" o "x") che vengono registrate da apposite apparecchiature in grado di ricreare l'immagine corrispondente. Dal termine "scintillazione", che definisce il fenomeno fisico sfruttato da queste apparecchiature per trasformare in energia elettrica l'energia quantica dei fotoni "gamma" o "x", le immagini da esse fornite vengono dette "SCINTIGRAFIE". Le immagini scintigrafiche esprimono la distribuzione spaziale o spazio-temporale del radiofarmaco. Spesso le informazioni ricavate sono esprimibili anche in forma di parametri numerici, permettendo di ottenere dati di ordine semiquantitativo o quantitativo.
La peculiarità di queste immagini è, quindi, di essere "funzionali", cioè l'espressione morfologica di una funzione vitale. Perché, infatti, una sostanza radioattiva possa concentrarsi in un tessuto qualsiasi dell'organismo è necessario che il tessuto stesso sia vivo e funzionante.
Rispetto alle altre metodiche di "imaging" (Radiologia, ECO e RMN), le immagini medico-nucleari sono caratterizzate, in genere, da un dettaglio morfologico nettamente inferiore, ma sono molto più ricche di informazioni funzionali.


Erminia Infusino
Dott.ssa in Fisica
Specialista in Fisica Medica
Istituto di Ricerche Cliniche Ecomedica- Empoli
Dipartimento di Radioterapia