Associazione Frascati Scienza - inventati.org · di C. Cosmelli Come non bagnarsi sotto un...

Accastampato non e un periodico, pertanto non e registra-to e non ha un direttore responsabile. Questo secondo nu-mero e uno speciale dedicato alla Settimana della Scienzae Notte Europea dei Ricercatori 2010, con la collaborazionedell’associazione Frascati Scienza, promotrice dell’evento.

L’Associazione Frascati Scienza nasce ufficialmente il 15Febbraio 2008 per creare opportunita di confronto su temi im-portanti della ricerca avanzata e delle loro implicazioni per lavita quotidiana. Un modo per analizzare e rafforzare i legami,spesso trascurati, fra ricerca, innovazione e territorio nell’A-rea meridionale di Roma, che vede come epicentro Frascatie dove insistono le principali istituzioni scientifiche italiane esi concentrano grandi progetti di ricerca europei. L’Associa-zione si rivolge ai ricercatori che vogliono condividere espe-rienze, comunicare i propri risultati, aggiornarsi e creare stru-menti nuovi per promuovere la cultura scientifica, oltre cheai cittadini curiosi, che capiscono l’importanza della ricercae vogliono saperne di piu. Obiettivi primari sono la promo-zione della scienza e la valorizzazione della realta culturale–scientifica italiana, attraverso il contatto diretto con i luoghidella ricerca.Redazione: c/o Scuderie Aldobrandini, Piazza Marconi 6,00044 Frascati (RM)Tel: 06 83390543/4 – Fax: 06 62209549Sito web: http://www.frascatiscienza.itInfo: [email protected]

Indice num. 2, Settembre 2010

EDITORIALE

Ricercatori. . . gente come noi 5In occasione della 5a edizione della Settimana dellaScienza e della Notte Europea dei Ricercatori, Accatagliatoe Frascati Scienza presentano un numero speciale diAccastampato

EVENTINotte Europea dei Ricercatori 8di Staff della Notte Europea dei RicercatoriDal 18 al 26 settembre 2010, Frascati e la cornice della 5a

edizione della Settimana della Scienza

NANOS GIGANTUMBruno Touschek tra motociclettee antiparticelle 9

di K. A. Gervasi VidalIl fondamentale contributo alla fisica sperimentale delle alteenergie di un fisico eclettico e geniale, le cui idee e progettihanno indirizzato la ricerca fino ai giorni nostri

RECENSIONI

L’Istituto Nazionale di Fisica Nuclea-re 11di R. GarraL’8 agosto del 1951 nasce l’INFN, tra gli istituti piurilevanti per lo sviluppo della ricerca scientifica italiana

IL RICERCATORE ROMANOImbrigliare l’energia del Sole 12

di C. ManciniIl cuore delle stelle a due passi da Roma: la fusionenucleare del Frascati Tokamak Upgrade promette un futurodi energia pulita e in abbondanza

AMADEUS: la sinfonia delle forze 14di K. PiscicchiaDa dove viene la massa dei nostri costituenti elementari?L’esperimento AMADEUS, ospitato dall’acceleratoreDAΦNE dei Laboratori Nazionali di Frascati, affronteraquesta domanda, studiando delle strane particelle: i kaoni

IL RESTO DEL NEUTRINOL’osservatorio geodinamicodi Rocca di Papa 16

di R. GarraTra i primi pilastri della rete sismica nazionale, l’Osserva-torio ospita dal 2005 un museo geofisico e rappresenta unfelice connubio di storia e divulgazione della Scienza

ESPERIMENTI

L’acqua che non cade 18

di C. CosmelliCome non bagnarsi sotto un bicchiere capovolto

accastampato num. 2, Settembre 2010 3

EDITORIALE

Ricercatori. . . gente come noi

“Tutti la vogliono e nessuno se la pija. . . ” Questo modo, tipicamente romano, di definire qualcosa chetutti reputano importante ma che, al dunque, e lasciata da parte o trascurata, caratterizza sempre di piula ricerca scientifica italiana. Tutti si dicono interessati ad essa e ritengono che sia fondamentale perlo sviluppo del Paese, ma poi nessuno sembra attivarsi concretamente per rafforzarla ed estenderla.

Da anni insieme ad alcuni colleghi, ricercatori o semplici appassionati di scienza, ci stiamo impe-gnando per rendere la Ricerca piu pop, avvicinandola sempre di piu alle persone comuni. Riteniamoche non sia tanto importante divulgare la Scienza, quanto creare educazione scientifica e gettare lebasi affinche la Ricerca divenga realmente un bene compreso e condiviso. L’opportunita ci e arrivatadalla Comunita Europea che, dal 2005, organizza in contemporanea in molte citta europee una Nottededicata al ricercatore, una figura che spesso si contraddistingue per la sua incapacita di condividere ilsuo mondo con il pubblico e che, di conseguenza, e scarsamente inserito nell’immaginario collettivo.Con queste iniziative l’Europa vuole forzare i ricercatori stessi a scendere nelle piazze e fra la gente.A invitare tutti quelli che lo vogliono a entrare nei laboratori di ricerca per scoprire la passione che c’edentro e per capire che questi non sono templi inaccessibili, ma luoghi dove si cerca di far progrediretutti insieme la conoscenza dell’umanita.

L’area scientifica a sud di Roma, per tutto cio che riguarda la Ricerca, e sicuramente un luogo ec-cezionale. Qui si trovano numerosi istituti d’eccellenza italiani che, oltre a ospitare e a far lavorarepiu di tremila ricercatori, rendono i Castelli Romani l’epicentro di un polo scientifico di grandissi-ma rilevanza europea. A tutto cio si aggiungono le universita romane, dove i giovani studenti hannosicuramente capito che e giunto il tempo di fare qualcosa che arrivi dritto alla gente e che insegni aigiovani ricercatori presenti e futuri come raccontare il mondo in cui sono immersi. Un esempio di que-st’aria nuova e costituito dai ragazzi di accatagliato, l’associazione di studenti e dottorandi di fisicadi Roma, che hanno deciso di realizzare questa rivista. E necessario sottolineare, pero, che nonostan-te la buona volonta e la realizzazione di bellissimi prodotti da parte dell’associazione, tra cui il sitowww.accatagliato.org, non si e ancora trovato un finanziatore che sia disposto a investire sulladistribuzione gratuita della rivista nelle scuole. Il motivo e semplice e sempre il solito: queste cosesono molto belle, ma al dunque nessuno “se le pija”. . . Per questo, in occasione della quinta edizionedella Settimana della Scienza e della Notte Europea dei Ricercatori, Frascati Scienza, l’associazioneche organizza la manifestazione, ha deciso di avviare un esperimento: la realizzazione di una freepress, il numero 2 della rivista gratuita accastampato, dedicata al largo pubblico, dove, per mano difuturi ricercatori, si racconti e si spieghi un po’ di scienza.

Insomma, noi ce la stiamo mettendo tutta per aprire le porte della Scienza ai cittadini. Ci auguriamoche il nostro impegno e la nostra passione siano ripagati da una numerosa partecipazione alla Setti-mana della Scienza 2010, di cui troverete il programma dettagliato fra queste pagine. Auguriamo airagazzi di accatagliato, oltre a tutto il successo che si meritano, di trovare presto un editore realmenteinteressato al loro lavoro.

Buona lettura!

Giovanni MazzitelliResponsabile della comunicazionedella Settimana della Scienza 2010

accastampatoRivista degli Studenti di Fisica

dell’Universita Sapienza di Romawww.accatagliato.org

REDAZIONE

[email protected]

Alessio [email protected]

Carlo [email protected]

Silvia [email protected]

Leonardo [email protected]

Erica [email protected]

Niccolo [email protected]

Isabella [email protected]

Massimo [email protected]

Angela [email protected]

Kristian A. Gervasi [email protected]

COMMISSIONE SCIENTIFICA

Giorgio [email protected]

Giovanni [email protected]

Fabio [email protected]

Lara [email protected]

Riccardo [email protected]

Francesco [email protected]

Antonio [email protected]

Antonello [email protected]

HANNO CONTRIBUITO

C. Cosmelli, R. Garra, C. Mancini,K. Piscicchia, Staff della Notte Eu-ropea dei Ricercatori, K. A. GervasiVidal.

SI RINGRAZIANO ANCHE

Donald E. Knuth, Leslie Lamport,la Comunita del TEX Users Group(www.tug.org) e Gianluca Pi-gnalberi

Con il patrocinio del

accastampato num. 2, Settembre 2010

Notte Europeadei RicercatoriQuinta edizione della Settimana della Scienza18–26 settembre 2010

Staff della Notte Europea dei Ricercatori(Associazione Frascati Scienza)

Dagli anni ’50 l’area scientifica di Frascati e prota-gonista ed epicentro di importanti attivita di ricercadi livello internazionale. Lo spirito anche di que-sta edizione della Settimana della Scienza e proprio

quello di valorizzare e far conoscere questa importante e unicarealta. Esperimenti e ricercatori in piazza, giochi per i piu picco-li, visite ai piu importanti laboratori di ricerca italiani ed europei,spettacoli e caffe scientifici permetteranno a tutti di dialogare coni ricercatori e scoprire la Scienza in modo semplice e divertente.Anche quest’anno saranno tanti gli argomenti trattati. Tra i prin-cipali: energia, genetica, ambiente, astrofisica, nanotecnologie,biodiversita, mentre i partner CERN ed Erasmus Medical Centermostreranno il mondo delle particelle elementari e della medi-cina del futuro. Il tutto unito a presentazioni di libri e attivitad’intrattenimento musicali e teatrali.

Frascati, crocevia internazionale di ricercatori

Il progetto 2010, denominato BEST (Being European ScientistToday), e la 5a edizione organizzata da Frascati Scienza, insiemeagli istituti di ricerca e agli enti collaboratori che la compongono,ed e la prima ad avere una reale e completa dimensione europea.Il progetto vede il coinvolgimento di due importanti strutture diricerca europee come partner: il CERN di Ginevra e l’ErasmusMedical Center di Rotterdam. Fra le attivita previste, il col-legamento europeo con tali centri sara una delle iniziative checonferiranno maggiore valore aggiunto alla manifestazione.

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Frascati ha un ruolo centrale nell’Europadella ricerca scientifica

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L’evento 2010 e focalizzato sulla dimensione europea della ricer-ca italiana e sulla valenza europea del territorio del polo di ricercaTuscolano e Romano. Frascati e luogo di scienza a livello europeoda moltissimi anni e, grazie alle sue molteplici strutture di ricercae ai suoi ricercatori, riveste da anni un ruolo centrale nel panora-ma continentale. Molte delle grandi ricerche scientifiche europeehanno visto i loro albori a Frascati e tutt’oggi questo polo di ri-cerca rappresenta un crocevia per tutti i ricercatori europei. Perla Settimana e la Notte della Scienza del 2010 la citta diventeraquindi la piazza centrale di una manifestazione che coinvolgeratutta Europa. Attraverso le numerose attivita in programma e mo-derne tecnologie multimediali, le piazze delle citta ospiti dei cen-

tri di ricerca partner del progetto verranno raggiunte da Frascatie vivranno localmente le stesse attivita: studenti, cittadini, turisti,curiosi o semplici passanti di tutta Europa sperimenteranno peruna notte le stesse esperienze con i ricercatori europei.

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L’evento e focalizzato sulla dimensioneeuropea della ricerca italiana

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Attraverso attivita ludico-didattiche quali la Science Fair e lo StarParty e con esperimenti e ricercatori in piazza, visitatori di tuttele eta potranno interagire con i protagonisti dell’avventura del-la Scienza e avvicinarsi alle sue leggi fondamentali, imparando,giocando e dando sfogo alla propria curiosita. In questi spazi ver-ranno inoltre realizzati dei luoghi di condivisione e dialogo dovei ricercatori racconteranno le tematiche piu delicate e interessantidella ricerca moderna. Non verra sottovalutato l’approccio diret-to alla scienza e ai ricercatori, con un fitto calendario di incontritematici e dedicati a un pubblico di eta e preparazione differenti.Momento clou della manifestazione sara lo spettacolo in piazza,con collegamenti internazionali e attivita delle varie sedi trasmes-se in diretta audio/video. Per una notte le piazze delle citta coin-volte diventeranno un’unica sola grande piazza per sottolineareancora di piu quanto la ricerca italiana e i ricercatori siano fautorie costruttori ogni giorno di una cultura europea e aiutino con illoro lavoro ad abbattere ogni barriera tra le nazioni. Gli studen-ti delle sedi coinvolte potranno collaborare con i loro colleghi erealizzare assieme un grande esperimento a cielo aperto che saracondiviso in tempo reale grazie alle telecamere sul posto.In un evento che vuole essere una festa oltre che un momento diapprofondimento e sperimentazione scientifica, non potra manca-re la parte dedicata al divertimento. Durante tutta la notte gruppimusicali, performance artistiche e teatrali accompagnerannoi visitatori grazie alla collabora-zione dei ricercatori piu dotati.Molte delle attivita verranno vi-deoregistrate allo scopo di crea-re un cortometraggio, la cui uni-cita sara nel raccogliere i contri-buti dei ricercatori e le eccellenzedei maggiori Centri di Ricerca.

www.frascatiscienza.it

8 accastampato num. 2, Settembre 2010

Bruno Touschek tramotociclette e antiparticelleUn fondamentale contributo alla fisica sperimentale delle alte energie

Kristian A. Gervasi Vidal(Dottore in fisica alla Sapienza di Roma)

Chi e un fisico? Cosa fa un fisico? Queste sono classi-che domande che anche noi, oggi studenti di fisica egiovani ricercatori, ci siamo fatti all’inizio della no-stra formazione e che spesso ci sentiamo rivolgere

da amici, conoscenti e parenti. Vi assicuriamo che tutti i gior-ni i fisici devono – anche implicitamente – rispondere a questedue domande e in fondo il motivo e molto semplice: la Scienzae per tutti, negli intenti, negli scopi e anche nel suo sviluppo. Senoi scienziati non siamo in grado di spiegare a chiunque quelloche facciamo, con le giuste parole, allora e possibile che quelloche stiamo facendo non abbia poi molto senso. Piuttosto che ri-spondere a questa provocazione con delle definizioni e con dellediscussioni che riguardano il cosa fare o il come farlo, potremmocercare le risposte nella vita concreta di un fisico.Bruno Touschek e un giovane austriaco appassionato di mo-to, di velocita e di emozioni. Gli piace disegnare, ha notevolidoti artistiche, ama costruire apparecchiature elettroniche

e curiosare ovunque. Ha visitato piu vol-te l’Italia e Roma, citta in cui vive suazia Adele, e a trentuno anni decide di tra-sferirsi per proseguire le sue attivita nel-la Capitale. Gia sembra incredibile chequalcuno avverta il desiderio di venire avivere nel nostro paese, luogo dal qualesi dice che tutti i cervelli siano soliti fug-gire. In effetti abbiamo un po’ barato:siamo negli anni ’50.

Tra febbre e pallottole

Bruno nasce il 3 febbraio del 1921 a Vienna. In questa citta iniziai suoi studi e all’eta di sedici anni viene costretto ad abbandona-re la sua scuola a causa della discendenza ebraica della madre,deceduta qualche anno prima, nel 1931. Bruno riesce a soste-nere gli esami di maturita privatamente, presso un’altra scuola,e a iscriversi all’universita di Vienna al corso di laurea in Fisi-ca e Matematica. Non molto tempo dopo, pero, deve lasciare dinuovo gli studi e la sua amata citta, sempre a causa delle perse-cuzioni razziali. Si trasferisce in Germania dove, con l’aiuto dialcuni amici, trova lavoro ad Amburgo in una ditta affiliata allaPhilips. In questo ambiente inizia ad apprendere molti dettaglisulla costruzione di impianti di potenza a radiofrequenza: la dittaper la quale lavora produce infatti gli antesignani dei moderni tubiklystron, tubi a vuoto che convogliano elettroni liberi o riuniti in

fasci per impieghi nella trasmissione di segnali radar, di segnalitelevisivi e anche di segnali da introdurre negli acceleratori di par-ticelle. In questo ambiente Bruno lavora direttamente a contattocon il materiale e con i mezzi che, in un futuro non lontano, co-stituiranno un’importante fonte di ispirazione per le sue ricerche.Proprio nella sua azienda ha la possibilita di studiare alcuni pro-getti su una macchina che accelera cariche elettriche, il Betatronedi Wideroe. Questo ingegnere stava costruendo ad Amburgo unacceleratore e Bruno lo contatta per suggerirgli alcune correzioniai suoi calcoli: nasce cosı una collaborazione che entusiasma mol-tissimo entrambi. Nel 1945, tuttavia, Bruno viene arrestato dallaGestapo e, dopo qualche mese di prigionia, trasferito in un campodi concentramento a Kiel. La sorte sembra voltargli le spalle ma,curiosamente, la febbre lo salva dai tedeschi: durante il trasferi-mento, stremato dalla malattia e sotto il peso dei libri che portacon se, crolla a terra, faccia in giu nella neve. Un soldato tedescogli spara un colpo in testa e lo lascia in una pozza di sangue, mala pallottola lo prende di striscio sull’orecchio. Qualche ora dopoil giovane fisico riesce a riprendersi e si ritrova inaspettatamentelibero. . .Come finisce la storia? Non e il caso di continuare a raccontaredi quanto Bruno fosse un ragazzo vivace e pieno di curiosita, unoche si tuffava nudo nei laghi della Scozia, che aveva costruito unapiscina sopra il suo garage a Via Pola a Roma, che dopo essere ca-duto due volte dalla sua nuova motocicletta aveva passato la nottea fare calcoli per dimostrare un difetto di progettazione (provo-candone il ritiro dal commercio!), uno che sosteneva che “il Su-perego e solubile nel vino”. E piu interessante, invece, raccontarequanto sia cambiata la Fisica grazie ai suoi contributi.

Carta e penna vs. Viti e bulloni

Tra i fisici esiste un linguaggio in codice che in genere distinguei precisini dagli smanettoni, quelli che preferiscono giocare concarta, penna e lavagne da quelli che preferiscono smontare e sbul-lonare: generalmente i primi si definiscono fisici teorici, i secondifisici sperimentali. Chiaramente si tratta di poco piu che folklo-re, ma vi assicuriamo che c’e piu di qualche differenza tra questedue specie. Sono pochi i fisici che appartengono ad entrambi igruppi: per esempio Einstein e stato un famoso teorico, come losono stati Dirac, Bohr e moltissimi altri. Invece Fermi, Touscheke Feynman fanno parte di quella categoria di scienziati semprepronti a tutto. Molti dei professori che popolano i nostri diparti-menti, pur definendosi teorici, adorano realizzare esperimenti di


NANOS GIGANTUM

Touschek si divertiva spesso a fare caricature. Qui e ritratta una tipicascena da laboratorio: una discussione sul campo magnetico in base allaregola delle tre dita. Bruno la disegno su una pagina del registro dellemisure fatte con AdA ad Orsay durante il Simposio sugli anelli di accu-mulazione tenutosi in quel laboratorio dal 26 al 30 settembre 1966. Fupoi stampato negli atti del simposio come pagina iniziale della sessioneMagnetic Detectors - Radiative Corrections.

ogni sorta nella propria casa! Questa tradizione si puo far risalireai tempi di Fermi e passa senza dubbio anche per Touschek.

Tornando a Bruno, possiamo affermare che prima di lui la fisicadelle particelle adorava investigare la materia sparando particellecontro un bersaglio. Non solo. All’epoca si utilizzavano sempreparticelle della stessa carica, per esempio un fascio di elettronicontro un bersaglio di elettroni. Proprio Touschek e Wideroe fu-rono i primi a usare particelle di carica opposta, ovvero particellee antiparticelle dello stesso tipo (elettroni contro positroni, nelloro caso), e a farle scontrare in moto. E facile capire la diffe-renza: provate a immaginare due macchine che, a piena velocita,si scontrano frontalmente, rispetto a una macchina che piomba suun’altra parcheggiata. Anche se questa idea, espressa cosı, sem-bra banale, fino a un certo periodo nella storia della fisica nessunoebbe il coraggio di provarci: fu Touschek il primo!

Da AdA a LHC

Nel 1960, in un solo anno, Bruno riuscı a proporre l’idea, a scri-vere il progetto, a farlo approvare, a costruire la macchina e ametterla in funzione! Ovviamente molte persone parteciparonoall’impresa e Carlo Bernardini, Giorgio Salvini, Luisa Pancheri ealtri vi possono tutt’oggi raccontare molto in proposito. Il primoAnello di Accumulazione, come si chiama questo tipo di macchi-ne acceleratrici di particelle, era talmente piccolo da poter entrarecomodamente nella vostra camera da letto: fu battezzato AdA,nome datogli da Touschek in onore della zia. Subito dopo fu ilturno di Adone, il suo successore piu grande. Oggi tutti conoscia-mo l’LHC di Ginevra, che altro non e che l’ultima versione deglistrumenti immaginati e prodotti da Touschek mezzo secolo fa.Negli anni a venire furono costruiti anelli di accumulazione intutto il mondo: negli USA, nell’ex URSS, in Germania, in Inghil-terra, in Giappone, in Svizzera, . . . Tutto a partire da Frascati, perdiffondersi a Brookhaven, Chicago, Cambridge, Novosibirsk, Gi-nevra, con la nascita del Tevatron, del LEP, del VEPP e tanti altri.Negli anni ’80, un allievo di Touschek, Carlo Rubbia, insieme aSimon van der Meer, propose la modifica di un acceleratore diprotoni (l’SPS del CERN, a Ginevra) per far scontrare protoni eantiprotoni. Nel 1984, le loro idee e le loro scoperte furono pre-miate con il Nobel. Da dove credete che sia partito tutto questo?Da Bruno Touschek presso i Laboratori Nazionali di Frascati!

Bibliografia

Vaccaro V.G. A tutta velocita. In Asimmetrie, vol. 6 (2008). URLhttp://tinyurl.com/35t5uzgAmaldi E. The Bruno Touschek legacy: Vienna 1921 - Inn-sbruck 1978. In CERN Document Server (1981). URLhttp://cdsweb.cern.chBonolis L. e Agapito E. Bruno Touschek e l’Arte della Fisica.INFN Edizioni (2003)AAVV. L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Laterza (2003).A cura di Battimelli G. e Patera V.

Sull’autore

Kristian A. Gervasi Vidal ([email protected]) si e recentemente laureato in Fisica alla Sapienza diRoma con una tesi in Fisica Teorica applicata alle infezionivirali nelle Reti Immunitarie Adattive. Ora lavora in IBMItalia sul progetto Smart Grid alla Sapienza.


RECENSIONI

L’Istituto Nazionale di Fisica NucleareLa ricerca italiana in fisica subatomica

a cura di Giovanni Battimelli e Vincenzo Patera

L’8 agosto del 1951 nasce l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) con il compito di coordinarel’attivita scientifica dei centri preesistenti di Roma, Padova e Torino. E il punto d’arrivo di un per-corso storico che ha visto come protagonisti la scuola romana di Fermi e Corbino, quella di Arcetridi Beppo Occhialini e quella dei raggi cosmici di Bruno Rossi a Padova. Un cammino lungo il qualegli italiani hanno dato importanti contributi a livello internazionale nello studio della fisica nucleare,un percorso tristemente rallentato e in parte interrotto dalla guerra e dalle leggi razziali che hannoobbligato all’esilio diversi membri della piccola ma prestigiosa comunita italiana. Solo per ricordarnealcuni: Fermi, Segre, Rasetti, Rossi, . . . Grazie allo sforzo organizzativo di Edoardo Amaldi e all’inte-ressamento dell’allora presidente del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) Gustavo Colonnetti,questa comunita dispersa viene riorganizzata con la creazione di un’unica istituzione: l’INFN.Cinquant’anni dopo, nel Novembre del 2001, con un incontro della durata di tre giorni, l’INFN hacelebrato questa importante ricorrenza: questo libro a cura di Giovanni Battimelli, docente di Sto-ria e Didattica della Fisica, e Vincenzo Patera, docente di Fisica Generale alla Facolta di Ingegneria,entrambi alla Sapienza di Roma, raccoglie la maggior parte degli interventi di quel convegno oppor-tunamente rielaborati. La sua pubblicazione e da inquadrare nell’interessante iniziativa della casaeditrice Laterza di una collana dedicata alla storia delle istituzioni scientifiche in Italia e in Europa, incui compaiono altri volumi sulla storia del CNR e dell’INFN.

“L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare” e un libro in cui si intrecciano la storia e l’attualita dell’I-stituto: si va dalle testimonianze di quelli che contribuirono alla sua nascita come Giorgio Salvini, aquelle degli scienziati che hanno avuto un ruolo centrale nel suo sviluppo, come l’attuale presidentedel CNR Luciano Maiani, il Premio Nobel Carlo Rubbia e il promotore del progetto di apertura dellaboratorio del Gran Sasso Antonio Zichichi. Dai loro autorevoli contributi si compone il quadro va-riegato delle ricerche fondamentali sviluppate dall’INFN negli ultimi cinquant’anni, dalla fisica delleparticelle elementari alle onde gravitazionali.

Il primo capitolo raccoglie tutti questi racconti, tutt’altro che noiosi, che dipingono una realta, quelladell’Italia del dopoguerra, difficile, ma anche piena di speranze e di entusiasmi, in cui i mezzi tecnicia disposizione erano ben diversi da quelli di oggi (si pensi anche solo all’informatica). Una storia chee saldamente legata a quella dei Laboratori Nazionali di Frascati (LNF), il primo laboratorio nazionaledell’Istituto, in cui vennero da subito realizzati programmi di ricerca d’avanguardia, a partire dallosviluppo dell’anello di accumulazione AdA negli anni ’60 da parte di Bruno Touschek e dei suoicollaboratori, fino ai suoi piu recenti discendenti Adone e DAΦNE.I tre capitoli successivi raccolgono i contributi relativi ai principali indirizzi di ricerca dell’istituto:il mondo subnucleare, la fisica delle astroparticelle e delle onde gravitazionali, il nucleo atomico.Questi capitoli offrono una rassegna dei risultati fondamentali e dei problemi aperti nelle diversebranche, seguendo sempre un approccio storico-concettuale ai vari argomenti. Il grado di difficoltae variabile, ma solo in alcuni articoli l’utilizzo del linguaggio tecnico rende la lettura faticosa a unpubblico profano.

In conclusione si tratta di un libro di storia della scienza, utile agli studenti che abbiano seguito almenoun corso di fisica nucleare, ma adatto a un pubblico piu vasto e indispensabile per ricostruire i progressidella Fisica Nucleare negli ultimi cinquant’anni e valutare il contributo italiano al suo sviluppo. Graziea cio e efficace nel dare un’idea dell’importanza e dell’utilita di un esperimento molto attuale, il LargeHadron Collider, l’acceleratore di particelle piu grande e potente finora realizzato, costruito a Ginevracon il fondamentale contributo italiano fornito proprio dall’INFN.

Roberto Garra(Studente di fisica alla Sapienza di Roma)

COPERTINA

INDICE

1. Premessa2. L’istituto• L’Istituto Nazionale di Fisica

Nucleare oggi• Le origini dell’Istituto Nazionale

di Fisica Nucleare• Il primo periodo di vita dell’INFN• Cinquant’anni di INFN: un po’ di

storia, un po’ leggenda e un pococabaret

3. Il mondo subnucleare• Simmetrie e asimmetrie nella

fisica delle particelle• Le dieci sfide della Fisica Sub-

nucleare. In onore di John S.Bell

• L’esplorazione del mondo deiquark

• Storia di una scoperta. Il quarktop e il ruolo dell’INFN

• L’eredita di LEP• Oltre il Modello Standard

4. Dall’infinitamente piccolo all’infi-nitamente grande

• La fisica delle particelle elemen-tari senza acceleratori

• La fisica degli eventi rari• Cosmologia e particelle• Particelle nello spazio• Onde gravitazionali

5. Il nucleo• Dal modello a shell ai quark• I quark nella materia nucleare• Modelli nucleari

IN BREVE

Titolo L’Istituto Nazionaledi Fisica Nucleare

A cura di Giovanni Battimelli,Vincenzo Patera

Editore LaterzaAnno 2003

Pagine 384Prezzo 25.00 e

accastampato num. 2, Settembre 2010

Imbrigliare l’energiadel SoleFusione nucleare: una via per l’energia pulita e illimitata

Carlo Mancini(Studente di fisica alla Sapienza di Roma)

Come in Cielo cosı in Terra: il sogno di avvicinarsialla volta celeste muove da sempre filosofi, teologie scienziati. Un esempio e la Meccanica di New-ton, che ha unificato Cielo e Terra affermando che le

leggi della dinamica sono le stesse. Oggi abbiamo un sogno nonmeno ambizioso: produrre energia elettrica usando le stesse rea-zioni nucleari che permettono al Sole e a tutte le stelle di brillarein cielo. Costruire insomma una piccola Stella sulla Terra!Le stelle brillano perche trasformano quattro nuclei di idrogeno,composti da un solo protone, in un nucleo di elio, composto dadue protoni e due neutroni. Dato che protoni e neutroni hannocirca la stessa massa, mettendo i nuclei su una bilancia ci aspet-teremmo che quello di elio pesi all’incirca come i quattro protonidi partenza. Scopriremmo invece che l’elio pesa meno. La massaapparentemente scomparsa si e trasformata in energia, secondo lafamosa relazione di Einstein ∆E = ∆m ·c2, in cui ∆m e la quan-tita di massa mancante, ∆E e la quantita di energia prodotta e ce la velocita della luce nel vuoto. Dato il valore elevato di que-st’ultima (300.000 km/s), bruciando anche una piccola massa siproduce un grandissimo quantitativo di energia.

Il quarto stato della materia

In una stella le reazioni termonucleari appena descritte vengonoinnescate dalla forza di gravita: la stella comincia a comprimer-si sotto al proprio peso, fin quando la pressione nel nucleo e cosıgrande da portare il nocciolo a superare i 15 milioni di gradi. Nor-malmente la materia che ci circonda e elettricamente neutra, per-che nei nuclei degli atomi sono contenuti protoni carichi positiva-mente, circondati da un ugual numero di elettroni. A temperaturemolto elevate, come quelle che si raggiungono nel cuore delle

La sala del reattore FTU: il toroide che contiene il plasma e all’inter-no del criostato visibile sulla destra (foto di Silvia Mancini – www.

diaporama.it).

stelle, gli elettroni hanno un’energia tale che l’attrazione dei nu-clei non e sufficiente a tenerli legati: in tale situazione e come secoesistessero due gas, uno composto dai nuclei positivi, che nelcaso delle stelle sono principalmente di idrogeno e quindi protonisingoli, e l’altro composto da elettroni. Questo stato della materiae considerato il quarto dopo quelli comuni cui siamo abituati (gas-soso, liquido e solido) ed e chiamato plasma. Normalmente dueioni positivi, nel nostro caso due protoni, si respingono per viadell’uguale carica elettrica. Per permettere una reazione fra lorobisogna farli urtare cosı violentemente da superare la repulsioneelettrostatica, e necessario quindi che la temperatura e la densitadel plasma siano mantenute abbastanza elevate: la prima per farsı che l’energia cinetica media dei protoni sia elevata e la secondaaffinche ci sia un numero di reazioni per unita di tempo abbastan-za grande da avere un guadagno di energia. Sulla Terra non sipossono raggiungere le densita dei nuclei interni delle stelle e percompensare e necessario raggiungere temperature ancora piu ele-vate di quelle che raggiunge il plasma stellare: circa 100 milionidi gradi! Se un gas cosı caldo sfiorasse un qualunque recipiente lofonderebbe, raffreddandosi. Per questo motivo il problema prin-cipale della progettazione e costruzione di un reattore a fusione eil confinamento del plasma.

Tokamak, calde ciambelle al plasma

Uno dei modi con cui si puo risolvere il problema e utilizzarecampi magnetici. Una particella carica in moto all’interno di uncampo magnetico subisce una forza che la costringe su una traiet-toria curva. Visto che il plasma e costituito da un gas di protonipositivi e di elettroni negativi, si possono costruire dei tori (dettoin parole povere, delle ciambelle) di campo magnetico in cui in-trappolare un plasma in movimento, esattamente come avviene inuno degli esperimenti in cui l’ENEA di Frascati e impegnato: il“Frascati Tokamak Upgrade” (FTU).Ne parliamo con Giuseppe Mazzitelli, responsabile del Laborato-rio – Gestione Grandi Impianti Sperimentali dell’“Unita TecnicaFusione” di Frascati, che di FTU e direttore dal 1999. “Macchinedi questo tipo si chiamano tokamak, acronimo russo che derivadalle iniziali delle parole della frase camera toroidale con bobinemagnetiche. La tecnologia dei tokamak e quella piu prometten-te per realizzare una fusione nucleare controllata e stabile, ed euna delle piu studiate da quando i ricercatori russi stupirono ilmondo annunciando durante una conferenza svoltasi a Novosi-birsk nel ’68 di aver raggiunto la ragguardevole temperatura di


IL RICERCATORE ROMANO

Giuseppe Mazzitelli, direttore di FTU, ci spiega il funzionamento delreattore di fronte a una foto dell’interno del toroide (foto di SilviaMancini – www.diaporama.it).

10 milioni di gradi.” Mazzitelli ci accoglie nella sala controllo deltokamak, all’interno dei laboratori dell’ENEA di via Enrico Fer-mi a Frascati. Davanti a un modellino dell’esperimento ci spiegache in realta un futuro reattore non funzionera con l’idrogeno, macon due suoi isotopi (un isotopo di un elemento e un atomo con lostesso numero di protoni, ma con un diverso numero di neutroni):il deuterio e il trizio. Il deuterio e il trizio allo stato gassoso sonoiniettati all’interno della ciambella e successivamente ionizzati eper dar luogo al plasma. Una volta raggiunto lo stato di plasmadiventa fondamentale il campo magnetico che lo confina. Su FTUil campo e generato con delle bobine di rame tenute a −196 ◦C eraggiunge un’intensita di 8 Tesla: per dare un’idea il campo ma-gnetico della Terra e inferiore a un millesimo di Tesla. Quandosi innescano le reazioni di fusione fra trizio e deuterio vengonoliberati molti neutroni con grande energia, che, essendo neutri,non risentono del campo magnetico, che sono fermati in una zonachiamata mantello dove interagendo con il litio danno luogo al-la produzione del trizio e contemporaneamente ne provocano uninnalzamento della temperatura. L’energia e estratta dal tokamakproprio raffreddando questo mantello. Sul JET (il tokamak euro-peo in funzione in Inghilterra ) in un esperimento deuterio-triziocon una potenza in ingresso di circa 20 MW ne sono stati prodotticirca 16MW dalle reazioni di fusione.

Le centrali nucleari del futuro

Il primo tokamak in grado di produrre piu energia di quella checonsuma per funzionare e pero gia stato progettato: si chiamaITER, “International Thermonuclear Experimental Reactor”, incostruzione Provenza e dovrebbe produrre 10 volte l’energia checonsuma. Sara costruito con l’esperienza fatta sui tokamak oggiesistenti dai paesi dell’Unione Europea piu la Svizzera insiemecon Giappone, Cina, Russia, Stati Uniti, India e Corea del Sud.

“ITER ha come obiettivo principale quello di dimostrare che que-sto tipo di centrali e commercialmente realizzabile.” Non sappia-mo quanto ci vorra, ma siamo abbastanza sicuri che questo sarauno dei modi con cui verra prodotta energia in grande quantita infuturo. Il nucleare a fusione potra infatti produrre grandi quantitadi energia in modo continuo come le centrali nucleari a fissionegia oggi esistenti, pur essendo pulito e sicuro. Pulito perche, an-che se si tratta di energia ottenuta grazie a una reazione nucleare,non produce scorie radioattive: il risultato del processo e l’elio,quello che si usa per gonfiare i palloncini. Al contrario le cen-trali nucleari di qualsivoglia generazione funzionano spaccandoatomi di uranio, che decade in stati instabili anch’essi radioattivi.Sicuro perche per i tokamak non ci sono nemmeno rischi legatialla sicurezza, un’eventuale centrale nucleare a fusione non potramai trasformarsi in una nuova Chernobyl: anche se se ne perdes-se il controllo, e sufficiente spegnere il campo magnetico che ilplasma non e piu confinato e le reazioni nucleari si interromponoimmediatamente. Non si deve poi dimenticare che l’uranio, comeil petrolio, e disponibile sulla terra in quantita limitate, mentre ildeuterio puo essere estratto dall’acqua: da cinquecento litri di ac-qua si estrae abbastanza deuterio per coprire il consumo di energiaelettrica di un cittadino europeo per tutta la sua vita!

“Il futuro e qui a Frascati”

Dopo che Mazzitelli ci ha parlato di ITER ci viene spontaneochiedergli quale sara il futuro del tokamak di Frascati. Per unistante gli si illuminano gli occhi e ci dice che l’ENEA ha pro-posto un nuovo tokamak, FAST, la cui costruzione potrebbe ini-ziare nel 2013. Un esperimenti di supporto a ITER e nel qualesi vorrebbero anche studiare soluzioni avanzate per l’interazio-ne plasma–parete utilizzando litio liquido. Il vantaggio e che unliquido, anche se sottoposto ad uno stress grande, e in grado diritornare nella posizione di equilibrio nel momento in cui la forzache lo deforma cessa. Insomma, per usare le parole di Mazzitelli,“il futuro e qui a Frascati!”

Bibliografia

Sito del Dipartimento Fusione, Tecnologie e Presidio Nuclearidell’ENEA: www.fusione.enea.it/Progetto ITER: www.iter.org/sci/whatisfusionUfficio Stampa dell’ENEA: tinyurl.com/2vdwt2pGalleria fotografica: tinyurl.com/2wza6u4

Sull’autore

Carlo Mancini ([email protected]) e laurean-do in fisica delle particelle elementari presso la Sapienza diRoma ed e fra i fondatori di accatagliato.org.


AMADEUSLa sinfonia delle forze fondamentali

Kristian Piscicchia(Universita Roma Tre – Laboratori Nazionali di Frascati)

Di tutte le proprieta che associamo alla materia, quel-la con la quale ognuno ha certamente piu dimesti-chezza e la massa. Sin da bambini la nostra massa ela sua interazione con quella della Terra attraverso

la forza di gravita ci rendono difficile gattonare e poi – lentamente– alzarci in piedi. In qualche modo questa e la prima esperienzadi fisica di ogni essere umano. Spesso il senso comune porta ad-dirittura a identificare la massa di un oggetto con l’oggetto stesso,cio che lo rende consistente e tangibile, sebbene sia soltanto unadelle proprieta quantistiche delle particelle che lo compongono.Ma vi e mai capitato di domandarvi da dove viene la massa, quale la massa dei costituenti elementari della materia, e in che modoe legata a quella delle piu familiari particelle delle quali siamofatti?

Interno della Sala DAFNE, situata nei Laboratori Nazionali di Frascati(da http://www.lnf.infn.it).

La materia cosiddetta ordinaria, della quale e costituito cio checi circonda e che, per essere prodotta, non necessita di un espe-rimento di alte energie ne di un evento astrofisico, e compostada elettroni, protoni e neutroni. I primi vengono oggi considera-ti particelle elementari, ossia non vi e alcuna evidenza che essiabbiano una struttura interna piu complessa. Al contrario, proto-ni e neutroni ospitano al loro interno una fisica vivace: ciascunprotone o neutrone e costituito da tre quark (di tipo u e d) cheinteragiscono fra loro scambiando gluoni (dall’inglese glue, ossiacolla).

L’enigma del salto di massa

La massa dei protoni differisce di poco da quella dei neutroni,indice del fatto che i due sapori (ovvero, i due tipi di quark) dicui sono costituiti sono molto simili. Tuttavia la massa di cia-scuno dei tre quark costituenti un protone e un centinaio di voltepiu piccola della massa del protone stesso! Quale e dunque ilmeccanismo responsabile di questo salto di massa? Come spessoavviene in fisica, la risposta a questo interrogativo e celata in unasimmetria del modello matematico adottato. Nel 1960 Nambu eJona-Lasinio ipotizzarono che la teoria dell’interazione forte deiquark (nota come cromodinamica quantistica) dovesse possede-re una tale simmetria, proprio in virtu del fatto che la massa di ue d e tanto piu piccola di quella delle particelle da essi compo-ste, cosı da poter essere considerata nulla relativamente a questa.La teoria che ha avuto origine da questa straordinaria scoperta,la teoria della perturbazione chirale, ha fornito negli anni unagran quantita di predizioni sull’interazione adronica a bassa ener-gia, la cui verifica sperimentale e il banco di prova delle teoriestesse. In questo contesto i Laboratori Nazionali di Frascati del-l’INFN e l’acceleratore DAΦNE costituiscono un’occasione uni-ca di verifica sperimentale, della quale gli esperimenti DEAR eSIDDHARTA sono la dimostrazione, ed AMADEUS il prossimofuturo.

DAΦNE e l’esperimento AMADEUS

AMADEUS studiera l’interazione di kaoni con protoni e nucleileggeri, per verificare la possibilita che la forte interazione attrat-tiva dei kaoni negativi con i protoni, possa dare origine a statiquasi legati kaone-nucleo. I kaoni sono particelle strane che nonsi incontrano nella materia ordinaria, poiche la loro vita media etroppo breve. Essi decadono appena un istante dopo essere statiprodotti, in un tempo dell’ordine del miliardesimo di secondo. Invirtu della loro massa, circa la meta di quella del protone, i kaonigiocano un ruolo molto particolare nella teoria della perturbazio-ne chirale. Questo e il motivo per cui lo studio delle loro inte-razioni riveste cosı grande importanza. DAΦNE e una sorgenteeccezionale di kaoni di bassa energia: l’acceleratore e costitui-to da due anelli lunghi circa cento metri, nei quali circolano, inversi opposti, elettroni e positroni (le antiparticelle degli elettro-ni). Elettroni e positroni, mantenuti in orbita da un complessosistema di magneti, vengono fatti collidere in un punto detto diinterazione, dando luogo alla formazione di circa duemila parti-


IL RICERCATORE ROMANO

celle φ al secondo. Queste sfuggevoli particelle hanno vita mediabrevissima (molto minore di quella dei kaoni) e decadono a lorovolta in una coppia di kaoni. Ottenuta una sorgente di kaoni, c’eda affrontare il problema della scelta del bersaglio. Nel caso diAMADEUS, la scelta verte su bersagli costituiti da nuclei legge-ri, nello specifico protoni (nuclei di idrogeno), nuclei di elio e delsuo isotopo elio-3 (costituito da due protoni e un neutrone). Lascelta del bersaglio e dettata da necessita pratiche. Nello specifi-co, l’utilizzo di atomi piu complessi introdurrebbe complicazioninell’interpretazione dei dati. Il nucleo di carbonio contiene, adesempio, sei protoni e sei neutroni. Trattare l’interazione a molticorpi kaone-nucleo necessiterebbe dell’introduzione di parametrie ipotesi aggiuntivi, rendendo proibitiva l’analisi delle particel-le prodotte. I kaoni negativi provenienti dal punto di interazionepenetreranno il bersaglio e, rallentati dagli urti con le molecoledel gas, verranno catturati in un’orbita atomica spodestando unelettrone. Cadranno, poi, su orbite via via meno eccitate emetten-do fotoni fin quando, eventualmente, l’interazione forte kaone-nucleo dara luogo alla formazione di un nucleo kaonico. L’e-ventuale stato kaone-nucleo e destinato a una vita brevissima edecade rapidamente in una serie di particelle figlie. Bisogna iden-tificare proprio questi prodotti di decadimento e misurare le loroproprieta. Il punto di partenza in questo senso sara fornito da uncomplesso rivelatore di nome KLOE, che sara centrato sul puntodi interazione e permettera di ricostruire traiettoria, velocita, ener-gia, massa e cosı via, delle particelle prodotte, indipendentementedalla loro direzione.

Prototipo del sistema di trigger di AMADEUS: avra lo scopo di iden-tificare i kaoni provenienti da DAFNE dalle altre particelle prodotte(cortesia personale dell’autore).

Alcuni dei componenti della collaborazione AMADEUS, davanti aglischermi della sala controllo del BTF, Beam Test Facility (cortesiapersonale dell’autore).

Dalla teoria all’esperimento alla teoria

La teoria dell’interazione forte a bassa energia trarra dall’espe-rimento AMADEUS evidenze essenziali per il suo sviluppo. Lascoperta o meno della formazione di stati legati kaone-nucleo di-rimera un dibattito annoso, aprendo nuovi scenari in ambiti ina-spettati, come, ad esempio, la stabilita delle stelle compatte. Dalleparticelle elementari agli astri, il percorso della ricerca puo sem-brare tortuoso e accidentato, ma ad ogni passo l’orizzonte apparepiu chiaro e un pochino piu ampio.

Bibliografia

Halzen F. e Martin A.D. Quarks and Leptons: An introductoryCourse in Modern Particle Physics. Wiley (1984)Thomas A.W. e Weise W. The Structure of the Nucleon.Wiley-VHC (2001)Ricerca a DAFNE: www.lnf.infn.it/acceleratori/Esperimento SIDDHARTA: www.lnf.infn.it/

esperimenti/siddharta

Esperimento DEAR: www.lnf.infn.it/esperimenti/

dear

Letter of intent dell’esperimento AMADEUS: tinyurl.com/3x3fmrg

Sull’autore

Kristian Piscicchia ([email protected]) si e laureato in Astrofisica alla Sapienza diRoma con una tesi sui sistemi autogravitanti. Attualmente edottorando presso l’Universita degli Studi Roma Tre e svolgeattivita di ricerca presso gli esperimenti SIDDHARTA eAMADEUS dei Laboratori Nazionali di Frascati.


L’osservatorio geodinamicodi Rocca di PapaDalla ricerca alla didattica: un affascinante viaggio “al centro della Terra”

Roberto Garra(Studente di fisica alla Sapienza di Roma)

L’Osservatorio Geodinamico di Rocca di Papa fu co-struito nel 1886 su iniziativa di Michele Stefano DeRossi, che oggi definiremmo un amatore della sismo-logia. Gia dal 1873 De Rossi era impegnato nell’or-

ganizzazione di una rete sismica nazionale, all’epoca ancora a ca-rattere privato e basata sul lavoro di volontari sparsi per l’Italia.E pero solo nel 1887, dopo il disastroso terremoto all’Isola d’I-schia, che la Reale Commissione Geodinamica presieduta dal fi-sico Pietro Blaserna affido all’Ufficio Centrale di Meteorologia(allora non esisteva ancora l’Istituto Nazionale di Geofisica) l’in-carico di istituire una rete sismica nazionale. Fu allora accoltala proposta di De Rossi di costituire un Osservatorio permanentea Rocca di Papa. Tale localizzazione era legata alle caratteristi-che sismologiche del territorio, che si trova all’interno di quelloche era l’apparato vulcanico dei Colli Albani. Il nuovo Osser-vatorio, insieme a quelli di Catania e Casamicciola, era uno deitre di prim’ordine istituiti dalla commissione Blaserna come car-dini del nascente servizio sismico nazionale ed era quindi forni-to dei migliori sismografi dell’epoca. Con il tempo l’Osservato-rio si affermo come uno dei poli mondiali della sismologia, conla direzione di Giovanni Agamennone e l’impiego di autorevolipersonalita del settore, tra cui uno dei fondatori della modernasismologia, Fusakichi Omori. Nel 1936 l’Osservatorio passo ingestione al neonato Istituto Nazionale di Geofisica, ma patı deifatti drammatici del periodo: con l’inizio della guerra le attivitadell’istituto subirono un forte rallentamento e nel 1944 la sede diRocca di Papa venne occupata dalle truppe tedesche. Solo nel1951 furono riprese le attivita di monitoraggio che si svolgonotuttora, nell’ambito della moderna rete sismica nazionale.

L’Osservatorio Geodinamico sorge sulla parte piu alta di Rocca di Papa,da cui si gode di una vista unica sulla Capitale e su tutti i Colli Albani.

Da Osservatorio a Museo di Geofisica

Il 26 Febbraio del 2005 viene inaugurato un Museo Geofisico al-l’interno dei locali dell’Osservatorio: un “viaggio al centro dellaTerra”, come titola il famoso libro di Jules Verne e come e oppor-tunamente rievocato da una locandina cinematografica all’ingres-so. Il Museo, ospitato in uno dei luoghi natali della sismologiaitaliana, e un affascinante connubio di divulgazione e storia diuna disciplina che ha ancora un gran numero di misteri da svela-re: la fisica della terra solida. E proprio su questo doppio filo trastoria e didattica che si sviluppa il percorso museale, tra suppor-ti interattivi sul magnetismo terrestre e la composizione internadella Terra, l’esposizione di strumenti di misura antichi appar-tenenti all’osservatorio, e molto altro. Un vero e proprio invitoalla scienza in generale, intesa come disciplina dinamica e crea-tiva in continuo progredire, attraverso l’esposizione storica delleteorie sull’interno della Terra, dell’evoluzione degli strumenti perstudiarla, del metodo d’indagine sperimentale attraverso giochie laboratori didattici. Il Museo si estende su tre piani e in ognisala c’e un coinvolgente intreccio di supporti ludico–interattivi,pannelli didattici e strumenti storici. Come in un viaggio all’in-terno del mondo della Scienza, nella prima sala ci sono diversipannelli sul metodo scientifico, in cui la riflessione e concentratasulle metodologie attraverso cui e possibile indagare la strutturainterna della Terra. Sono presentate quelle dirette, basate sull’a-nalisi di dati provenienti dalla superficie della Terra (cfr. Figura 2a destra), e quelle indirette, che cercano di ricostruire i nessi dicausalita tra i fenomeni osservabili e quelli profondi, inaccessibiliall’uomo (cfr. Figura 2 al centro). Il percorso di conoscenza dellaTerra prosegue nel regno del magnetismo terrestre con un giocochiamato “Cerca il Polo”, visibile a sinistra nella Figura 2: in unasemisfera nera e contenuto un magnete che puo essere spostato daun giocatore, provocando la variazione del polo magnetico dellaseconda semisfera, dove e rappresentato un mappamondo. L’altrogiocatore dovra individuare la nuova posizione del polo magneti-co tramite una bussola. La seconda sala e dedicata agli strumentisismografici e vi si possono osservare in presa diretta le misuredella stazione sismica, oltre che constatare l’evoluzione tecnicadi questi strumenti, dagli esemplari storici ai piu moderni accele-rometri. Al secondo piano ci si immerge nella storia delle teoriesulla composizione interna della Terra e del conflitto tra fluidistie solidisti, un dibattito che vide comparire nomi autorevoli del-la fisica–matematica del XIX secolo, da Poisson a Leibnitz adAmpere.


IL RESTO DEL NEUTRINO

Alcuni dettagli delle esposizioni museali: a sinistra il gioco “Cerca ilPolo” sul magnetismo terrestre; a destra un carotaggio della crosta; alcentro gli studi sulla composizione delle meteoriti, simile a quella deglistrati della crosta terrestre (da museoroccadipapa.ingv.it).

Dalla ricerca alla divulgazione: quattrochiacchiere con il direttore Calvino Gasparini

Tra i promotori dell’istituzione del Museo Geofisico e stato l’at-tuale direttore Calvino Gasparini, ricercatore in forze all’Istitu-to Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e profondoconoscitore dell’attuale situazione della sismologia italiana.Quando e perche avete pensato di aprire un Museo geofisicoproprio nell’osservatorio storico di Rocca di Papa?In verita i termini del problema erano invertiti: avevamo un edifi-cio storico nel quale con l’avvento della telematica (trasmissionea distanza dei dati) non era piu necessario che vi risiedessero dellepersone. L’edificio era stato progressivamente abbandonato e po-polato dai soli strumenti e dalle rare visite dei tecnici quando erarilevato qualche malfunzionamento. Gli alti costi di conservazio-ne e manutenzione dell’immobile mi suggerirono di farlo tornarea vivere per le persone. Ma cosa farlo diventare? La cosa piusemplice e stata quella di lasciargli raccontare la sua ricca storiadi luogo di ricerca e studio. Quindi un museo sui generis dove nonsi esponessero collezioni o altro, ma si mostrassero le idee che trale proprie mura si sono sviluppate in risposta alla domanda: checosa c’e dentro la Terra?Nel difficile lavoro di coniugare il rigore e lo specialismocon una buona divulgazione, cosa significa dirigere un museoscientifico?Dirigere un museo di questo tipo significa un poco raccontare lapropria storia di ricercatore cosı come quella dell’edificio: dallaformazione iniziale all’acquisizione delle ricerche passate, prose-guendo con le ricerche intraprese nella propria carriera scientifi-ca fino alla validazione dei modelli acquisiti internazionalmente.La buona divulgazione si raggiunge utilizzando lo stesso meto-do scientifico: va sempre verificato cio che si dice, ponendosi ladomanda “chi ci ascolta ha recepito esattamente quello che vole-vamo dire?” Nel nostro caso la grande difficolta sta nell’enormevarieta dell’uditorio, dai bambini agli adulti.

All’Osservatorio di Rocca di Papa si svolge anche il monito-raggio della concentrazione di Radon nelle falde. Alla lucedello stato attuale della ricerca sull’utilizzo di segnali pre-cursori per la previsione dei terremoti, si puo considerarel’osservazione dell’anomalia del Radon come un precursoresismico?Il Radon e un gas nobile radioattivo, incolore, inodore, insapore,che si manifesta naturalmente come prodotto di decadimento delradio. La possibilita che l’emissione di Radon possa essere con-siderata come elemento precursore dei terremoti e stata indagatasoprattutto negli anni ’70 e ’80, senza pero risultati affidabili, eprosegue ancora oggi. L’ipotesi di fondo e che il Radon sia col-legato ai terremoti a causa del comportamento che le rocce hannoquando sono sottoposte a tensione. Una teoria detta della dila-tanza, sperimentata in laboratorio negli anni ’60, afferma che nel-le rocce, prima della rottura, si formano numerose, piccolissimefratture e porosita, che causano un aumento di volume comples-sivo. Tale volume aggiuntivo si perde nell’ultimo stadio dell’ac-cumulo di energia, poco prima dell’inizio dello scorrimento dellafrattura, richiedendo l’espulsione dalle porosita delle rocce di variliquidi e gas, tra cui il Radon, che si liberano attraverso le fratture.Come tutti i fenomeni fisici, il terremoto dovrebbe, con un certogrado di probabilita, essere previsto, ma a tutt’oggi e ancora unmistero: le ragioni di tale situazione sono insite nella difficolta dinon poter studiare direttamente la sorgente sismica.

Bibliografia

Martin F.F. e Calcara G. Per una storia della geofisica italiana.Springer (2010)Pagliuca N.M., Gasparini C. e Pietrangeli D. Il Museo Geofisicodi Rocca di Papa: tra divulgazione e ricerca scientifica. In An-nali di Museologia Scientifica e Naturalistica, vol. 3, pp. 20–21.Universita degli Studi di Ferrara (2007)Gasparini C. L’Osservatorio di Rocca di Papa rinasce Museo. InProfessione Geologo, vol. 10:12–15 (2005)Ghosh D., Deb A. e Sengupta R. Anomalous radon emissionas precursor of earthquake. In Journal of Applied Geophysics,vol. 69:67–81 (2009)Garra R. Prevedere i terremoti e possibile? I precurso-ri sismici. In Il Ricercatore Romano (mag 2010). URLhttp://tinyurl.com/2dyv2tq

Sull’autore

Roberto Garra ([email protected]) e studente spe-cializzando in Geofisica alla Sapienza di Roma e scrive per ilsito degli studenti accatagliato.org.


ESPERIMENTI

L’acqua che non cadeCome non bagnarsi sotto un bicchiere pieno capovolto

di Carlo Cosmelli(Docente di Fisica alla Sapienza di Roma)

Coprire la bocca del bicchiere con il tulle avendo l’accortezza di tenderlo bene, utilizzandol’elastico per fissarlo fermamente nella sua posizione. Versare lentamente dell’acqua nelbicchiere attraverso il tulle, fino a riempirlo a meta circa. Poggiare un cartoncino soprail tulle, in modo da tappare il bicchiere. Tenendo ben fermo bicchiere e cartoncino girare

il bicchiere sotto-sopra. Tenendolo il posizione verticale, togliere lentamente mano e cartoncino. Siosserva che l’acqua contenuta nel bicchiere non esce, benche in precedenza fosse passata attraverso lemaglie del tulle. Se ora il bicchiere viene leggermente inclinato l’acqua in esso contenuta cominceraa uscire, prima lentamente, poi tutta insieme.

Suggerimenti e astuzie

Fare attenzione a che il tulle, una volta stretto bene dall’elastico, sia ben aderente al bordo del bicchie-re. Se, attraverso una piccola piega, venisse lasciato uno spazio aperto, l’esperimento non riuscirebbeperche tutta l’acqua cadrebbe attraverso quel foro.Se non si ha sotto mano un pezzo di tulle si puo usare una qualsiasi retina in materiale plastico amaglie strette, eventualmente ripiegata una o due volte per rendere la trama della rete piu fitta.

Approfondimento

Per spiegare quello che avete visto e necessario tener conto di vari fenomeni: la pressione dell’ariache agisce sulla parte inferiore dell’acqua, la pressione dell’aria all’interno del bicchiere, il peso do-vuto all’acqua e la tensione superficiale. Il modo migliore per capire cosa accade e quello di partireda un altro esperimento: prendete una cannuccia e immergetela in una vaschetta d’acqua, tappateneun’estremita con un dito e tiratela fuori. Osserverete che l’acqua contenuta nella cannuccia non esce.Se togliete il dito la cannuccia si svuota.L’acqua contenuta nella cannuccia ha un peso e come tutti gli oggetti tende a cadere sotto la forza diattrazione gravitazionale esercitata dalla Terra. Se la cannuccia e aperta l’acqua cade, come ci aspet-tiamo, ma se ne tappiamo un’estremita l’acqua non esce, perche il suo peso e controbilanciato dalladifferenza tra la pressione dell’aria esterna (la pressione atmosferica) e la depressione interna (unapressione inferiore a quella atmosferica) che si forma dentro la cannuccia. Se proviamo a inclinare lacannuccia tappata vedremo che l’acqua non esce. Questo accade perche la cannuccia ha un piccolodiametro e a causa delle forze di tensione superficiale non da possibilita all’aria di entrare.Tornando al nostro esperimento, il tulle che mettiamo sopra il bicchiere e una rete a maglia fine, tal-mente fine che a causa della tensione superficiale dell’acqua per ogni buco o passa acqua o passaaria. Questo comportamento di ogni buco ci ricorda quello della cannuccia, cosı possiamo immagina-re il bicchiere pieno d’acqua come formato da tante cannucce attaccate, riempite anche loro d’acqua.Quando togliamo la mano da sotto il bicchiere l’acqua contenuta in ogni cannuccia immaginaria scen-de verso il basso a causa della forza di attrazione gravitazionale, di conseguenza aumenta il volumedell’aria contenuto nella parte alta del bicchiere, e la pressione che questo esercita sull’acqua dimi-nuisce. Proprio come accade per la singola cannuccia, la pressione atmosferica che spinge l’acquaverso l’alto e maggiore di quella che, da dentro il bicchiere, la spinge verso il basso. Alla fine la risul-tante delle forze di pressione e gravitazionale e nulla e l’acqua, contenuta in ogni singola cannucciaimmaginaria del nostro bicchiere, non cade.

SCHEMA

MATERIALE

• 1 bicchiere a sezione circolare• 1 pezzo di tulle o di retina a maglie

strette• 1 elastico• 1 pezzo di cartoncino o di carta

plastificata

• Acqua

ARGOMENTI

• Tensione superficiale

• Gravita• Pressione e vuoto


La rivista e prodotta dal motore di composizione tipo-grafica LATEX. E inoltre disponibile on-line all’indiriz-zo http://www.inventati.org/accatagliato/

accastampato/, navigabile sia da computer che da cel-lulare e scaricabile nei formati PDF ed ePUB. I sorgenti sonosviluppati e mantenuti da Alessio Cimarelli e sono disponibilirichiedendoli alla Redazione.

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Impaginazione ed editing: Alessio CimarelliGrafica: Silvia MarianiIn copertina: foto di Silvia Mancini (www.diaporama.it), grafica di Carlo Mancini

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