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Esplorazione della Materia Oscura

Eccoci di nuovo qui, mi son preso una piccola pausetta ma adesso si riprende con i video e oggi parliamo di materia oscura. Useremo questo argomento per parlare nello specifico di come funziona la scienza o in particolare la fisica perché ci sono alcuni concetti che ancora purtroppo non risultano chiari. Mi piacerebbe dire una cosa del tipo spieghiamo una volta per tutte come funziona la fisica ma purtroppo o per fortuna se vogliamo per il cambio generazionale Tutto ciò che viene detto oggi e compreso oggi, domani risulterà qualcosa di nuovo per nuove persone che arriveranno ad ascoltare. Questo è un po'il limite della divulgazione scientifica, ma costituisce anche un'occasione per cercare di spiegare le cose sempre in modo nuovo e diverso, adattando le spiegazioni ai tempi. Questo è uno dei motivi per cui io adoro quando nella divulgazione, ma anche nella didattica, si lasciano perdere vecchi concetti che si sono utilizzati per decenni per descrivere i concetti e si cerca di...

ideare approcci nuovi moderni che rispecchino davvero lo stato attuale delle conoscenze nella fisica purtroppo siamo ancora molto ancorati alle vecchie idee e cerchiamo sempre di descrivere da un punto di vista storico le cose dimenticandoci che dal nostro punto di vista attuale abbiamo una padronanza molto maggiore anche da un punto di vista tecnologico degli argomenti di fisica un esempio su tutti è quello della meccanica quantistica che potrebbe essere descritta da un punto di vista moderno utilizzando le applicazioni tecnologiche, che non sono altro che applicazioni sperimentali vere e proprie, che ci mostrano come la natura quantistica profonda salti fuori da esperimenti moderni coinvolgenti laser, led, semiconduttori e così via. E invece no, cosa facciamo? Parliamo ancora del dualismo onda-particella, del problema del corpo nero, della catastrofe ultravioletta e così via.

Ma polemica a parte, oggi parliamo di materia oscura. cerchiamo di capire che si tratta di un concetto che non abbiamo assolutamente ancora compreso. In altre parole noi sappiamo che la materia oscura c'è perché abbiamo delle prove della sua presenza ma non sappiamo che cosa sia.

Questo è un po'in sostanza il problema attuale della materia oscura. Noi osserviamo dei fenomeni principalmente anzi solo direi gravitazionali che non vengono accompagnati da degli oggetti che siano in grado di provocare quella gravità E quando parlo di gravità non mi riferisco al fatto che ci sono oggetti che cadono senza che si capisca chi li ha fatti cadere qui sulla superficie terrestre. Mi riferisco a fenomeni cosmici che avvengono a distanze enormi da noi e che coinvolgono oggetti che sono enormi a loro volta.

Stiamo parlando di fenomeni che risultano misurabili considerando distanze dell'ordine di 100.000 anni luce, diciamo dai 100.000 anni luce in su fino ai milioni di anni luce. Quindi noi dobbiamo essere in grado di guardare molto in là nell'universo, quindi a distanze molto elevate, oltretutto dobbiamo essere in grado di osservare il movimento di tali oggetti che, capirete bene, essendo così grandi e così distanti da noi non si muovono proprio molto velocemente. Un conto infatti è osservare la radiazione elettromagnetica, quindi se vogliamo la luce, ma non solo, emessa dagli oggetti utilizzando i telescopi o i radiotelescopi, un conto invece è essere in grado di vedere qualcosa che si muove.

che tra l'altro non è la materia oscura stessa, ma sono oggetti che si muovono a causa della materia oscura che si trova lì nelle vicinanze, almeno questo è quello che pensiamo. Infatti la materia oscura si chiama così proprio perché non è in grado di emettere radiazione visibile, o con l'occhio umano o con i radiotelescopi. È in grado cioè di interagire solo gravitazionalmente appunto, quindi noi possiamo solo vedere altri oggetti che siano soggetti.

alla interazione con la materia oscura e anche per questi oggetti è molto difficile osservare gli effetti gravitazionali provocati da tale materia perché come vi ho detto sono molto lontani e cercare di capire come si muovano è molto difficile. Fortunatamente la gravità non provoca solo il movimento di oggetti ma provoca anche la cosiddetta deflessione dei raggi luminosi. Quindi se fra noi e un oggetto luminoso si trova della materia oscura noi possiamo osservare come tale materia oscura sia in grado di deviare i raggi che arrivano dall'oggetto lontano, pertanto possiamo dedurre che lì in mezzo fra noi e quell'oggetto lontano si trova qualcosa di molto interagente a livello gravitazionale, però che non emette luce esso stesso.

Quindi lo stato attuale delle nostre conoscenze è che c'è qualcosa nel nostro universo che provoca gravità e, se vogliamo, da un punto di vista della relatività generale, provoca una curvatura dello spazio-tempo. Ma non sappiamo cosa sia, quindi oggi siamo al punto in cui fisici di tutto il mondo si sbizzarriscono per trovare una soluzione a questo problema. Cioè sia chi propone che la materia oscura sia fatta di vere e proprie particelle che però interagiscono molto debolmente con la materia ordinaria, sia chi suggerisce invece che si tratti di un effetto gravitazionale dovuto alle disomogeneità, ad esempio, della materia conosciuta presente nell'universo.

Ma la domanda non è tanto come mai si continua materia oscura, bensì come mai i fisici hanno così tante idee così diverse fra di loro e se vogliamo anche così in contrasto fra di loro per quanto riguarda la natura della materia oscura? È possibile che non si riescano a mettere d'accordo? È possibile che la fisica sia così indietro che non è nemmeno in grado di capire di cosa sia fatto un tipo di materia che costituisce una grossa percentuale di quella presente nell'universo?

Eppure di articoli ne escono veramente tanti adesso parlando non... del mese di settembre 2024, ma solo del 26 settembre 2024, cioè di giovedì scorso, sono usciti ben cinque articoli. La criticalità auto-organizzata della materia oscura, uno studio che propone un nuovo meccanismo per spiegare come la materia oscura si congeli tra virgolette nell'universo. L'articolo, in altre parole, cerca di descrivere un meccanismo che ci aiuti a comprendere meglio la distribuzione della materia oscura nell'universo. senza dover precisare dettagli iniziali complicati per quanto riguarda proprio l'evoluzione dell'universo.

Linee gamma e materia oscura come cancellazione di un'anomalia. Quest'articolo invece esplora come la materia oscura possa essere rilevata attraverso emissioni di raggi gamma. Ricerca di materia oscura leggera all'interno della nebbia di neutrini.

In questo articolo viene esplorata la possibilità che particelle leggere di materia oscura interagiscano debolmente con dei neutrini che... però sono particelle estremamente difficili da rilevare. Questo progetto sperimentale cerca di fornire nuove informazioni su come la materia oscura potrebbe essere nascosta all'interno del mondo nebbioso, per così dire, dei neutrini. Ricerca della materia oscura all'interno dell'acceleratore LHC in associazione col bosone di Higgs.

In questo articolo i ricercatori invece cercano dei segnali di materia oscura associati alla produzione di bosoni. Cioè, senza fare assunzioni specifiche sulla natura della materia oscura, si cerca di rilevare nuove particelle e interazioni fondamentali che coinvolgono il bosone di Higgs e che possono essere interpretate come interazioni dovute proprio a quello che chiamiamo materia oscura. Materia oscura nelle vicinanze di buchi neri. Questo lavoro esamina come le particelle che ruotano attorno a un buco nero si possono utilizzare per dedurre se lì, nelle vicinanze, c'è materia oscura.

In altre parole, si esplora come la presenza di materia oscura possa influenzare il moto di queste particelle e come si possa in questo modo ottenere altre informazioni sulla natura di questa misteriosa materia. Insomma, ci sono proposte fra le più svariate, idee incredibili, che poi però ovviamente vengono anche sviluppate a livello tecnico, matematico, da persone che hanno dedicato la vita a questi argomenti, eppure ancora non ne veniamo a capo. Com'è possibile?

Beh, in realtà, mi dispiace dirlo in modo così banale, ma la fisica ha sempre funzionato in questo modo. È dai tempi di Newton che si parla ad esempio di quale sia la vera natura della luce, fenomeno che ci circonda nella nostra vita quotidiana di tutti i giorni, e solo negli anni 60 abbiamo poi ottenuto finalmente un punto di vista quasi definitivo sulla natura della luce, dato dalla teoria quantistica dei campi, in particolare dall'elettrodinamica quantistica, che descrive questo concetto come appunto un campo quantistico che è in grado poi di provocare le varie interazioni elettromagnetiche fra degli oggetti mediati dal concetto di fotone. Poi, a parte il fatto che comunque l'elettrodinamica quantistica non è in grado di descrivere tutti i fenomeni osservati, è valida all'interno dei propri limiti, come tutte le teorie fisiche, e comunque ci sono tanti altri approcci alla luce stessa e ai fotoni stessi che provengono da idee di base anche profondamente diverse. Ma poi appunto stiamo parlando di luce, di qualcosa che noi possiamo osservare qui sulla Terra, su cui possiamo svolgere esperimenti controllati estremamente accurati. La materia oscura invece se ne sta là fuori, lontanissima, non possiamo in nessun modo, per quanto ne sappiamo almeno, agire direttamente su di essa tramite esperimenti.

Dobbiamo accontentarci di ciò che osserviamo con i nostri telescopi. Infatti fra gli articoli che vi ho elencato ci sono anche alcune proposte di esperimenti che possiamo svolgere per cercare di capire se anche qui sulla Terra è possibile vedere quella cosa, quell'insieme di particelle che poi... su larga scala provoca i comportamenti tipici della materia oscura. Ma per adesso si tratta solo di idee, di tentativi, che forse in futuro ci permetteranno di capire qualcosa di più per quanto riguarda questo tipo di materia e forse capiremo davvero che si tratta di qualcosa di costituito da particelle che poi noi possiamo anche rivelare qui, sulla superficie terrestre, in laboratori specifici. Ma se non si tentano le strade più svariate, non si arriverà mai a una soluzione.

Oggi è facile parlare di fotoni e descrivere come Einstein abbia avuto l'intuizione geniale secondo cui anche la radiazione elettromagnetica è costituita da dei quanti, che sono proprio quelli che oggi chiamiamo fotoni. Ma se noi torniamo indietro e andiamo a vedere dalla metà del XIX fino all'inizio del XX secolo quante cose siano state dette sulla luce e sull'interazione fra radiazione elettromagnetica e radiazione elettromagnetica, elettromagnetica e materia, vediamo che anche lì c'erano le idee più svariate. Ci sono articoli che purtroppo ormai saranno finite nel dimenticatoio, perché si tratta di articoli che non hanno fatto la storia della fisica, che sicuramente hanno proposto idee che oggi riterremmo completamente bizzarre sulla natura della luce. Non sono stati quei due o tre scienziati fondamentali come Einstein, Planck, Dirac eccetera, che hanno loro da soli...

capito finalmente come funzionano le cose si tratta di un insieme di migliaia di persone che hanno scritto articoli per secoli e da queste migliaia e migliaia di articoli scientifici alla fin fine ne sono risultati un paio se vogliamo una decina che hanno rivoluzionato tutta la fisica e hanno portato alla fisica moderna in cui possiamo inquadrare correttamente il concetto di fotone in un ambito relativistico quindi in un ambito che poi generi la teoria quantistica dei campi E quindi l'elettrodinamica quantistica. Non dobbiamo quindi oggi stupirci se su diversi argomenti di cui sappiamo ancora poco, come materia oscura, ma anche gravità quantistica e molto altro, c'è una quantità di idee e di proposte quasi spropositata. Soprattutto per quanto riguarda la diversità degli approcci.

È chiaro che le cose stanno così proprio perché per adesso non sappiamo ancora esattamente quale sia la strada giusta da seguire. Quando poi fra 50 anni, 100 anni o 300 anni Tutti quanti sapranno esattamente qual è la natura di ciò che oggi chiamiamo materia oscura. Molti degli articoli che vi ho elencato adesso, ma in generale di articoli che al giorno d'oggi cercano di fare luce sulla questione, finiranno nel dimenticatoio.

Nessuno saprà più nemmeno che ci sono state così tante idee e proposte in merito a quel fenomeno che risulterà così semplice e banale probabilmente, e che si studierà magari anche alle scuole superiori. Questo però significa che tutti gli articoli che escono oggi e tutte le ricerche sono completamente inutili? assolutamente no perché è proprio l'insieme di tutto questo lavoro di ricerca che poi porta alla strada corretta è un po il processo alla base del machine learning no ci sono tentativi in direzione diverse e poi però il premio andrà a quei pochi tentativi che andranno nella direzione giusta che però si basano a loro volta su tanti altri tentativi risultati sbagliati per non parlare del fatto che in realtà in tutti questi lavori di ricerca innumerevoli che porteranno a direzioni che non saranno quella definitiva che poi costituirà la soluzione della materia oscura stiamo sviluppando tantissimi strumenti matematici ma non solo le persone stanno sviluppando competenze approcci che poi risulteranno incredibilmente utili in tanti altri ambienti e in tanti altri contesti infatti solitamente un fisico che si occupa di materia oscura non si occupa solo di quello Se trova uno strumento particolarmente importante poi lo applicherà ad altri ambiti, oppure il ricercatore che legge quell'articolo sullo materia oscura può avere un'illuminazione e capisce che quell'approccio si può utilizzare per risolvere un altro problema che magari lui ha incontrato in un ambito completamente diverso. E questo vale un po'per tutte le frontiere della fisica, che non sono mai inutili come ambiti di ricerca, sono qualcosa che poi costituirà nel suo insieme il progresso scientifico. Spero di essere stato chiaro.

Grazie per aver guardato, commentate pure se avete dubbi, sono contento finalmente di aver ripreso con i video che adesso usciranno in modo regolare e noi ci vediamo al prossimo. Ciao ciao!