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Osservate le particelle di Majorana in un superconduttore

I fisici dell’Università di Princeton hanno osservato una particella esotica che si comporta contemporaneamente come materia e antimateria, una impresa che è stata resa possibile grazie alle nostre conoscenze di matematica e di ingegneria e che in futuro potrebbe portare alla costruzione di potenti computer basati sui principi della meccanica quantistica. Continua a leggere Osservate le particelle di Majorana in un superconduttore

I neutrini non fanno la ‘doppia faccia’

Dopo circa due anni di ricerche mirate allo studio di un particolare processo di decadimento radioattivo, che aveva lo scopo di trovare nuovi segnali della presenza di una nuova fisica al di là del modello standard, un esperimento sotterraneo denominato Enriched Xenon Observatory (EXO) vicino a Carlsbad nel New Mexico non ha prodotto alcuna evidenza della sua esistenza. Se questo processo esiste davvero in natura, allora il suo tempo di dimezzamento deve essere di almeno un milione di miliardi di volte più lungo dell’età dell’Universo.  Continua a leggere I neutrini non fanno la ‘doppia faccia’

Una lista di avvenimenti importanti del 2012

Quella che segue è una selezione di fatti e avvenimenti che hanno caratterizzato la ricerca nel campo della fisica e dell’astronomia durante il 2012. L’ordine non segue necessariamente la cronologia.

Galassie nane e formazione stellare

NASA/ESA/A. van der Wel (Max Planck Institute for Astronomy)/H. Ferguson and A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute)/The CANDELS team

Le galassie nane vissute tra i 9 e 10 miliardi di anni fa hanno subito un violento incremento di formazione stellare il che implica che molte, se non la maggior parte, delle stelle in queste galassie si formano allo stesso modo di quelle presenti nell’Universo di oggi.

Galassie nane, laboratori ideali per comprendere l’evoluzione dell’Universo

Curiosity arriva su Marte

NASA/JPL-Caltech/MSSS

Quei famosi sette minuti di terrore del Mars Science Laboratory diventano una conquista della tecnologia terrestre tra il 5 e il 6 Agosto una volta che il rover Curiosity discende senza problemi sulla superficie del pianeta rosso.


Spiato il getto di un super buco nero

J.A. Biretta, W.B. Sparks, F.D. Macchetto, E.S. Perlman (STScI)

Grazie ad una serie di osservazioni radio da terra, gli astronomi riescono ad osservare la parte basilare del getto nella galassia M87.

M87, le prime misure dirette del disco di accrescimento attorno al buco nero
M87, un buco nero della categoria ‘super massimi’

Esopianeti appartenenti a sistemi binari

Credit: Lynette Cook

Gli astronomi hanno rivelato nuovi mondi in orbita attorno a stelle binarie, alcuni in orbita attorno a stelle che non presentano elementi pesanti, altri invece sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa.

Una nuova classe di sistemi planetari

L’origine delle supernovae

Credit: Astronomy: Roen Kelly

Una supernova di tipo Ia può originarsi da due meccanismi diversi e durante il 2012 sono emerse altre domande che hanno posto il punto sul problema energetico. Una conseguenza importante è che questa classe di supernovae è stata utilizzata per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Un tipo di supernova, due sorgenti diverse
Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche
Il modello della ‘vedova bianca’ per spiegare la formazione delle supernovae di tipo Ia
 

LHC osserva una nuova particella consistente con il bosone di Higgs

Una delle tante collisioni protoni-protoni presso il rivelatore CMS.

Due rivelatori, ATLAS e CMS, trovano una nuova particella che sembra avere alcune proprietà consistenti con il bosone di Higgs, l’ultimo tassello mancante del modello standard che spiega la fenomenologia delle particelle elementari e le loro interazioni fondamentali.

 
L’importanza di essere, o non essere, il bosone di Higgs
LHC, che cosa hanno osservato ATLAS e CMS?

Le particelle di Majorana

Due particelle di Majorana (le due palline in arancione) si formano alle estremità di un ‘nanocavo’.

Si tratta di fermioni, particelle che sono anche le rispettive antiparticelle di se stesse. Furono proposte nel 1937 da Ettore Majorana. Oggi, i fisici ritengono che queste particelle potrebbero essere presenti in alcuni materiali che possiedono particolari proprietà topologiche, come ad esempio i materiali superconduttori o semiconduttori.

Il mistero delle particelle di Majorana

Asimmetria del tempo quantistico

Il rivelatore BaBar.

Grazie all’esperimento BaBar, i fisici hanno osservato la prima evidenza diretta della violazione della simmetria per inversione temporale misurando il tasso a cui il mesone B0 modifica gli stati quantistici. Si tratta di una verifica sperimentale diretta nel campo della fisica quantistica.

L’esperimento BaBar conferma l’asimmetria del tempo quantistico

Il moto degli ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie ci forniscono tutta una serie di informazioni su come si è formato l’Universo non solo ma ci permettono di avere indizi fondamentali sull’origine e la natura della materia scura e dell’energia scura. Circa 40 anni fa, i fisici russi Rashid Sunyaev and Yakov Zel’dovich calcolarono che il moto degli ammassi di galassie poteva essere osservato misurando una lieve variazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo. Oggi, queste misure sono state riottenute con maggiore precisione grazie ad una serie di osservazioni realizzate con l’Atacama Cosmology Telescope (ACT) e la survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).

Evidenze di un misterioso ‘flusso collettivo’ degli ammassi di galassie nell’Universo distante

Neutrinos at the forefront of elementary particle physics and astrophysics

Neutrinos at the forefront of elementary particle physics and astrophysics – The conference will be focused on neutrinos as a bridge between the two words of particle physics and astrophysics/cosmology with 3 main topics: Continua a leggere Neutrinos at the forefront of elementary particle physics and astrophysics

Il mistero delle particelle di Majorana

La figura illustra come potrebbero allinearsi le particelle di Majorana sotto l’azione di due campi magnetici opposti (rosso) che interagiscono con un materiale isolante superconduttore (blu).
Credit: Neupert, Onoda, and Furusaki, PRL 105, 206404 (2010)

Da qualche settimana, i titoli apparsi sui media relativamente alla “scoperta” del bosone di Higgs hanno catturato l’immaginario collettivo, in particolare tra i fisici che vogliono comprendere la vera essenza del cosmo. Si tratta, però, di un piccolo tassello che pare abbia aperto una porta verso la soluzione di uno dei tanti enigmi ancora da svelare (vedasi Enigmi Astrofisici). Nonostante ciò, la fisica teorica Lorenza Viola del Dartmouth College sta cercando di risolvere un mistero della fisica fondamentale: la particella di Majorana.

Si tratta di una particella che dovrebbe esistere al confine tra materia e antimateria, una sorta di particella ibrida avente le proprietà comuni sia alle particelle che alle antiparticelle. Ora, a differenza di quanto accade nel momento in cui materia ed antimateria collidono, scomparendo e rilasciando una grande quantità di energia, le particelle di Majorana si comportano diversamente, in altre parole esse rimangono stabili. Queste particelle potrebbero aiutare i fisici a risolvere altri problemi anche in termini della ridefinizione di alcune proprietà dell’Universo. Infatti, alcuni astrofisici hanno suggerito che le particelle di Majorana potrebbero essere le componenti della materia scura che, come è noto, costituisce l’80% circa della materia presente nello spazio. Tuttavia, gli sforzi sperimentali da parte dei ricercatori non hanno portato finora alla rivelazione di alcun tipo di particella di Majorana. I teorici ritengono che tali particelle potrebbero apparire collettivamente come “quasiparticelle” costituite da elettroni ordinari legati ai nuclei atomici in particolari condizioni fisiche. Oggi, Lorenza Viola e il suo gruppo di ricerca stanno tentando di risolvere questo mistero che, quasi per ironia della sorte, sembra ricordare quello della scomparsa del celebre fisico Ettore Majorana quando nel 1938, salpato da Napoli verso Palermo, non fu mai visto. Dare la caccia alle particelle di Majorana è una cosa alquanto complicata dato che particelle e quasiparticelle vivono a livello subatomico nel bizzarro mondo della meccanica quantistica in cui le regole della fisica classica vengono meno. “Se per un momento immaginassimo di essere così microscopicamente piccoli come gli elettroni, forse potremmo capire come funziona il mondo della meccanica quantistica” spiega Viola. Grazie ad una collaborazione con il suo collega Gerardo Ortiz dell’Indiana University, Viola suggerisce che le particelle di Majorana si trovano da qualche parte in una sorta di “locale microscopico”. Gli scienziati hanno proposto un modello teorico che spiega come le quasiparticelle formino una classe di materiali esotici, noti come superconduttori topologici, che hanno una “doppia personalità”: in altre parole, sulla superficie esterna conducono l’elettricità, come i metalli, mentre nella parte più interna si comportano come superconduttori. La ricerca e la verifica sperimentale di queste proprietà topologiche della materia a livello quantistico forniranno una sorta di arena ricca di dati in cui sarà possibile esplorare la fisica delle misteriose particelle di Majorana.

ArXiv: Majorana modes in time-reversal invariant s-wave topological superconductors