Nucleare: il frutto proibito

Giancarlo Nebbianebbia@pd.infn.it

Perche’ un ricercatore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare scrive un libro di divulgazione sulla fisica

nucleare ?

Considerazioni iniziali...

La scienza non rappresenta il senso ultimo dell’esistenza, né pretende di essere l’unico strumento utilizzabile per decidere delle azioni dell’uomo e del suo destino; è però un mezzo decisamente utile per coadiuvare e guidare l’umanità nelle proprie scelte, determinate comunque da spinte emotive ed etiche.

Risulta percio’ sorprendente la malcelata diffidenza, che spesso sfocia in palese ostracismo, nei confronti della scienza e dei suoi rappresentanti.

Con una straordinaria iperbole spesso si pretende che i cosiddetti “esperti” o “tecnici” non siano affidabili nella valutazione di questo o quel problema, perché inevitabilmente affetti da un evidente (?) conflitto di interessi.

Il risultato di questo assunto è che, tolti di mezzo i competenti, le decisioni su qualsivoglia argomento siano affidate ad altri, trascurando la circostanza che, eliminati i competenti, restano a disposizione gli incompetenti.

Per aggirare questo strano ossimoro l’unica soluzione è che ciascuno di noi diventi un po’ più esperto…

Un italiano su due sbaglia almeno la meta’ delle risposte

In una repubblica “gerontocratica” come l’Italia, questa e’ la classe

dirigente

Il 77% della popolazione non ritiene di poter esprimere un’opinione seria e circostanziata

su questioni tecnico-scientifiche!

Il libro (anche divulgativo) come veicolo d’informazione scientifica non e’ nemmeno

menzionato!!! C’e’ da chiedersi perche’ le case editrici continuino a pubblicare saggistica…

Sfugge il fatto che la scienza non si occupa di valori etici, sono altri che glieli attribuiscono surrettiziamente

Ma come? Il 77% si auto-reputa inadeguato a disquisire di questioni scientifiche!!!

?

Qui si palesa un urgente bisogno di informazione piu’ accurata. Politici ed

industriali contano poco o niente mentre i cittadini devono decidere direttamente su

tutto. Siamo rimasti alla rivoluzione francese, ma intanto il mondo e’ evoluto

verso democrazie rappresentative!

Ma se proprio vogliamo sentire il parere di qualcuno…

Sacerdoti e giornalisti i nuovi arbitri della ricerca scientifica italiana ?

Anche qui meno di un italiano su dieci dichiara di non sapere, tutti gli altri (anche se il 77% si ritene poco informato) non si

esimono dall’esprimere un’opinione!

Tesi totalmente

“ascientifiche”

Solo il 2% del totale pensa

di non saperne abbastanza !

Strana correlazione!! Come si pensa di

finanziare la ricerca sulle fonti

energetiche alternative?

Argomenti molto “mediatici”

Sorprende il fatto che il 32% degli italiani ritenga di non sapere cosa siano le nanotecnologie, mentre meno del 5% non si ritiene in grado di dare un giudizio sul nucleare!

Dal quotidiano “Il sole 24 Ore” del 29 Gennaio 2008:

“I Monopoli di Stato dichiarano il 2007 un anno d’oro per i giochi (lotto, lotterie, scommesse, ecc.) con entrate nette per l’Erario superiori a 40 miliardi di euro…”

“Circa 25.000 italiani ogni giorno si rivolgono a maghi e fattucchiere per una spesa totale annua stimata in 6 miliardi di euro…”

Esiste in Italia un’evidente emergenza culturale!!!

Andiamo ora a vedere un esempio di contributo dato dalla fisica nucleare alla conoscenza della

storia dell’Uomo; contributo tanto significativo quanto dibattuto e

contestato con argomenti spesso indimostrabili

Gli elementi chimici caratterizzati dal numero atomico Z (numero di protoni presenti nel nucleo) spesso si trovano in natura in forma di vari isotopi (specie atomiche con uguale numero di protoni e diverso numero di neutroni N).

Sono detti

isotopi stabili quelli nei quali la particolare struttura del nucleo (bilancio delle forze che tiene i componenti del nucleo uniti) fa si che il nucleo stesso non muti la sua natura se non sottoposto a forze esterne in grado di rompere i legami tra i suoi componenti.

Sono detti invece

isotopi instabili o “radioisotopi”

quelli nei quali, a causa del differente numero di neutroni, tali forze mantengono il nucleo in un equilibrio più precario, di conseguenza il nucleo stesso è portato a mutare natura (cambiare il numero di protoni e/o neutroni) “spontaneamente”, ovvero senza essere sottoposto a sollecitazioni esterne

Isotopi del Carbonio

Il tempo di dimezzamento e’ caratteristico di un dato isotopo, ad esempio per il 14C T vale circa 5730 anni.

A(t) = A0 e-t /(ln2)T

Parlando di radioisotopi è ovvio porsi almeno un paio di domande:

1 - quand’è che un nucleo decide di cambiare la propria natura ?

2 - e perché ?

Il momento preciso in cui un nucleo instabile cambierà il proprio essere è totalmente casuale e pertanto impredicibile; il processo è infatti regolato dalle leggi che governano i fenomeni statistici che coinvolgono grandi numeri.

Il tempo è sperimentato da noi umani attraverso il filtro delle nostre sensazioni e con la mediazione della nostra esperienza: è un concetto di tempo strettamente antropomorfo, collegato direttamente alla nostra esperienza di vita che ha come prodotto il concetto di “età”.

Chi si addentra nella fisica nucleare matura un concetto di tempo allargato, la misura non è più scandita dai ritmi tipici della biosfera ma passa alla scala universale dei fenomeni fisici di base.

Uno sguardo attento alla radioattività ci fa incontrare esattamente questa dimensione ampliata dell’idea di tempo (e di esistenza), introdotta dal concetto di probabilità di un accadimento elementare, come ad esempio il decadimento di un isotopo instabile.

La vita media dei radioisotopi varia da frazioni infinitesime di secondo per alcuni, a miliardi di anni per altri, ma l’esistenza di un “individuo” è totalmente impredicibile ed indipendente dalla particolare specie alla quale appartiene e dalle condizioni dell’ambiente che lo circonda.

Facciamo un esperimento ideale

Consideriamo un insieme di N atomi radioattivi :

• supponiamo di contarli ad un certo istante e lasciamo passare un periodo di tempo equivalente ad una emivita, quindi li ricontiamo

• gli atomi rimasti di quella data specie saranno N/2, il che equivale a dire che se noi, all’inizio dell’osservazione, consideravamo uno qualsiasi degli N atomi presenti nel nostro insieme, la sua probabilità di decadere durante il trascorrere di una emivita era del 50%

Possiamo anche notare che al passare del tempo il numero di atomi che decade nell’unità di tempo diminuisce con la stessa legge

• ora, alla fine del periodo di osservazione, il nostro atomo particolare è “sopravvissuto” e noi riprendiamo ad osservarlo per un altro periodo di tempo di una emivita,

• ebbene, la sua probabilità di decadere durante la seconda emivita è ancora del 50%!

• ciò significa che l’atomo in questione non possiede quella caratteristica che noi normalmente chiamiamo “età”, è come se ad ogni scadere di un’emivita l’età dell’atomo radioattivo si azzerasse… e’ come se non invecchiasse mai

Per quanto riguarda la risposta alla seconda domanda : non siamo attrezzati per rispondere, e’ appannaggio di altre

discipline fornire risposte…

Il 14C è prodotto principalmente alle alte latitudini nella bassa stratosfera tramite reazioni nucleari indotte da neutroni di origine cosmica su nuclei di azoto (che

costituisce circa il 78% dell’atmosfera).

Il 14C è ossidato una prima volta tramite la reazione chimica 14C + O2 14CO + O, e rimane nella stratosfera per svariati mesi. Viene quindi nuovamente ossidato tramite la reazione 14CO + OH 14CO2 + H e risiede quindi nella stratosfera per una decina d’anni mescolandosi con il

composto stabile CO2 (la ben nota anidride carbonica). Il composto 14CO2 entra quindi nella troposfera dove si trova più o meno in equilibrio con la biosfera (insieme degli esseri viventi) e gli oceani.A questo punto l’anidride carbonica (e quindi la sua componente formata da radiocarbonio) viene assorbita da piante ed animali tramite la fotosintesi ed i processi metabolici, entrando quindi negli organismi viventi con concentrazioni isotopiche di carbonio uguali a quelle presenti nell’atmosfera.

Una volta fissata l’anidride carbonica nei tessuti organici i due isotopi 12C e 13C mantengono la propria concentrazione, mentre l’isotopo instabile 14C inizia a decadere senza essere ricostituito interamente: solo una parte di 14C viene infatti rinnovata tramite il continuo scambio metabolico con l’atmosfera. Quando l’essere vivente muore lo scambio metabolico cessa completamente ed il 14C continua a decadere senza essere rinnovato e la sua concentrazione relativa rispetto agli isotopi stabili decresce continuamente con il passare del tempo.

Il 14C contenuto nelle molecole di CO2 di un campione si disintegra tramite la reazione:

14C 14N + - +

in cui un neutrone si trasforma in un protone emettendo un elettrone ed un antineutrino.

Una volta stabilita con metodi chimici la concentrazione di 12C in un campione di materiale organico, con una misura di radioattività si può determinare la concentrazione attuale di 14C.

Con l’utilizzo di acceleratori di particelle, e con tecniche direttamente mutuate dalla

ricerca fondamentale, si possono “contare” direttamente i nuclei di

carbonio-14 presenti in un campione e confrontarli con i nuclei di carbonio-12.Si ottiene cosi’ una valutazione dell’eta’

del campione analizzato con una precisione elevatissima.

Tecniche moderne di radiodatazione

Uno degli studi piu’ affascinanti fatti con la datazione mediante AMS e’ quello della Sindone di Torino. Su questo tessile e’ impressa l’immagine di un uomo che sembra crocifisso, molti credono si tratti del lenzuolo (dal greco sindon) con il quale Gesu’ Cristo venne avvolto prima di essere deposto nel sepolcro, e come tale e’ oggetto di devozione per molti fedeli cattolici.

• si presume che la Sindone sia scomparsa da Costantinopoli durante i saccheggi della Quarta Crociata nel 1204 come riportato dal cavaliere crociato Roberto de Clari • apparve nel 1357 in Francia a Lirey dove la vedova del cavaliere francese Geoffroy de Charney la espose nella cappella locale

• la Sindone fu quindi venduta in cambio di vari possedimenti e cambio’ diversi proprietari tra la nobilta’ francese

• passo’ poi nelle mani di Luigi di Savoia che la conservo’ in varie residenze nel sud della Francia per poi trasferirla nel 1578 a Torino, la nuova capitale

• nel 1694 infine fu esposta nella Cappella Reale della Cattedrale di Torino dove fu collocata in una speciale teca

• lo studioso Secondo Pia nel 1898 con metodi fotografici mostro’ che la Sindone aveva le caratteristiche di un negativo fotografico

questa fu la prima analisi scientifica disposta sul telo della Sindone

La storia della Sacra Sindone

Data la grande importanza simbolica attribuita dalla Chiesa Cattolica alla Sindone,

la determinazione esatta della sua origine divenne una questione molto delicata, di

conseguenza le procedure di analisi si svolsero con modalita’ particolari

La datazione della Sindone

• nel 1986 fu convocata a Torino una prima riunione alla quale parteciparono i rappresentanti di 7 laboratori di datazione che stabilirono un protocollo scientifico preciso per le analisi della Sindone • nel 1987 le proposte di tre laboratori (Oxford, Arizona e Zurigo) furono selezionate dall’Arcivescovo di Torino (custode ufficiale della Sindone)

• nello stesso anno il British Museum fu incaricato di certificare i campioni prelevati e di valutare i risultati delle analisi • le procedure par il prelievo dei campioni e per il trattamento dei dati sperimentali furono concordate dai tre laboratori in una riunione tenutasi al British Museum ed in seguito approvate dall’Arcivesovo di Torino

• nell’aprile del 1988 il prelievo ebbe luogo a Torino nella Sacrestia della Cattedrale alla presenza di un folto gruppo di esperti

Gli aspetti burocratici

• un lembo della Sindone fu separato dal tessuto di sostegno e fu prelevata una striscia di 10 mm x 70 mm da una zona priva di riparazioni e bruciature

• i campioni vennero avvolti in fogli di alluminio e quindi sigillati in contenitori di acciaio numerati

• alcuni campioni di 50 mg ciascuno prelevati da altri reperti di eta’ nota vennero sigillati nella stessa maniera per essere utilizzati come campioni di riferimento e di attendibilita’ delle misure

• quattro campioni vennero consegnati a ciascun laboratorio con una numerazione nota solamente agli esperti del British Museum

Il prelievo del campione

1 - Sacra Sindone

2 - Campione di tessuto rinvenuto in una tomba a Quasr Ibrim nella Nubia e risalente all’XI o XII secolo AD

3 - Campione di tessuto prelevato dalla mummia di Cleopatra conservata al British Museum e datata tra il 100 BC ed il 75 AD

4 - Filamenti di tessuto prelevati dal mantello di St.Louis d’Anjou conservato nella Basilica di Saint-Maximin in Francia e datati 1290 – 1310 AD

Campioni di riferimento

I tre laboratori ignoravano quale di contenitori contenesse il campione della Sindone, questo poiche’ si era convenuto che ciascun istituto

procedesse all’analisi con il cosiddetto metodo del “blind test”.

La dimostrazione scientifica di una ipotesi viene affrontata con metodi il piu’ oggettivi

possibile, che includono la possibilita’ di avere risposte positive o negative. Il “test cieco” e’ adottato per ovviare alla possibilita’ che gli

scienziati si “innamorino” dei propri risultati, e che quindi li “forzino” a riprodurre una certa

teoria piuttosto che un’altra.

Altri approcci di analisi della realta’ basati su criteri “fideistici” hanno un difetto di fondo: la

risposta alla dimostrazione e’ gia’ data a priori. Cioe’ gli argomenti proposti DEVONO

necessariamente condurre ad una conclusione COMUNQUE compatibile con la dottrina… o con

la teoria politica dominante…

Breve digressione sul metodo del “test cieco”

1 - Sacra Sindone

2 - Campione di tessuto risalente all’XII o XII secolo AD

3 - Campione di tessuto datato tra il 100 BC ed il 75 AD

4 - Filamenti di tessuto datati 1290 – 1310 AD

Si noti dapprima che i risultati medi ottenuti dai tre laboratori relativamente ai reperti di riferimento (2,3 e 4) son perfettamente compatibili con le attribuzioni storiche descritte in precedenza.

• un’analisi con affidabilita’ al 95% fornisce un’eta’ reale tra il 1262 ed il 1384 AD

E’ interessante notare che la prima pretesa che la Sindone fosse un falso risale al 1389 quando l’Arcivescovo Pierre d’Arcis in una lettera al papa d’Avignon dichiarava che “dopo diligente ed accurata analisi si e’ stabilito che la Sindone e’ stata abilmente dipinta da un artista locale, e l’artista stesso ha testimoniato che e’ opera sua e non una sacra reliquia ”, menzionando altresi’ che il suo predecessore Henri de Poitiers ne aveva gia’ da tempo vietato la venerazione.Nonostante tale denuncia l’Antipapa Clemente VII consenti’ la venerazione della Sindone che ancora continua ai giorni nostri.

Piu’ di recente, nel 1997, due storici americani sostennero che l’immagine della Sindone e’ quella di Jacques de Molay, Gran Maestro dell’Ordine dei Cavalieri Templari, condannato per eresia dal re Filippo IV e dapprima crocifisso ad un portone di legno, quindi bruciato sul rogo nel marzo del 1314 dopo essere stato torturato e ricoperto con un telo di tessuto. L’esecuzione sul rogo lo vide dividere il supplizio con Geoffroy de Charney la cui vedova recupero’ il telo e lo conservo’ nella propria residenza come e’ stato riportato in precedenza.

Storia

Una teoria che associa la Sindone all’immagine di Gesu’ invoca il fatto che i gas di decomposizione esalati da un cadavere nelle prime fasi della decomposizione sono chimicamente molto reattivi. Si osserva che l’immagine sulla Sindone e’ del tutto superficiale (i pigmenti colorati non penetrano affatto nelle fibre del tessuto) e che il tessuto della Sindone ad un’analisi microscopica olografica rivela la presenza di un sottile strato di impurita’ composte da carboidrati dello spessore di 200-600 nm. Questo strato di carboidrati sarebbe di per se’ incolore se un’immagine fosse impressa sulla tela con uno stampo qualsiasi, tuttavia i residui aminoacidi di un corpo umano in decomposizione reagiscono con lo strato in questione dando una colorazione giallo-arancio tramite una reazione simile a quella che colora con varie sfumature lo zucchero caramellato. Su questa tesi resta tuttavia la questione di perche’ la successiva putrefazione del corpo non abbia completamente degradato la qualita’ fotograficamente molto elevata dell’immagine sulla Sindone (questione che sarebbe ampiamente risolta nell’ipotesi della Resurrezione).

Strato di carboidrati

Uno studio al microscopio elettronico sulla microcomposizione delle particelle di pigmento che compongono l’immagine sulla Sindone rivelerebbe che i materiali usati sono incompatibili con un’epoca precedente al Medioevo, implicando quindi che la Sindone e’ un falso di eta’ compatibile con quella determinata con la radiodatazione.

Tuttavia, uno degli studiosi del laboratorio di Zurigo che analizzo’ i campioni della Sindone dichiaro’ “ la datazione con 14C non e’ immune da errori grossolani specialmente se applicata a campioni di oggetti non di recente ritrovamento ma che sono stati a lungo manipolati e sottoposti a svariati tipi di contaminazione ambientale “.

Varie spiegazioni naturali possono rendere conto di errori di valutazione nella datazione della Sindone.

Ottica elettronica

Ricorrendo agli archivi storici, si e’ scoperto che nel dicembre del 1532 la cappella di Chambery dove la Sindone era conservata, subi’ un violentissimo incendio che surriscaldo’ la teca d’argento che la conteneva fino a farne cadere della gocce fuse sul tessuto.

Ancora oggi e’ infatti possibile osservare dei fori dai bordi bruciacchiati in alcune porzioni della reliquia, e’ quindi accertato che la tela fu sottoposta ad un violento surriscaldamento.

Il Prof. Kouznetsov del laboratorio di radiodatazione di Mosca dimostro’, utilizzando un lembo di tela di origine nota, che il campione sottoposto ad intenso riscaldamento in presenza di argento, una volta datato con radiocarbonio forniva dati che indicavano un’eta’ di calendario reale circa 1400 anni piu’ recenti di quella attribuita alla tela.

Incendio

Svariati reperti di matrice tessile sono stati malamente datati con radiocarbonio a causa della presenza di batteri nelle trame del tessuto.

Il caso piu’ famoso e’ quello della mummia n. 1770 del British Museum le cui ossa furono datate circa 800-1000 anni piu’ antiche della tela che ricopre la mummia stessa. Vi e’ infatti spesso un ricoprimento, detto strato bioplastico, formato da batteri vivi e morti, che si accumula di continuo sui tessuti di origine antica aggiungendo carbonio “moderno” alla matrice originale e che puo’ di conseguenza indurre uno “spostamento” dell’eta’ radiocarbonica di svariati secoli.

Questa ipotesi e’ stata tuttavia smentita dal H. Gove dell’Universita’ di Rochester che sostiene che “per produrre uno spostamento dell’eta’ radiocarbonica dall’anno 0 al Medioevo lo strato bioplastico dovrebbe avere uno spessore quasi pari a quello del tessuto stesso”. Al contrario alcune fibre della Sindone analizzate all’Universita’ del Nebraska presentano uno strato bioplastico estremamente sottile.

Residui batterici

A. Arnolfi dell’Universita’ di Milano e R. Rogers del Laboratorio Nazionale di Los Alamos (USA) utilizzando la fotografia nell’ultravioletto e l’analisi spettrometrica hanno determinato che l’area della Sindone che e’ stata sottoposta a radiodatazione differisce chimicamente dal resto del tessuto.

In particolare hanno ritrovato tracce di Rosso di Madera e mordente all’ossido di alluminio che sono tipici del Medioevo.

Tali residui non sono presenti in nessun’altra zona della Sindone, essi quindi attribuiscono questi risultati ad un restauro avvenuto

in tempi molto piu’ recenti rispetto all’origine del reperto.

Analisi chimica spettrometrica

Gli esempi descritti attribuiscono alla Sacra Sindone eta’ diverse facendo leva su prove storiche, scientifiche e di dottrina.

Vi sono moltissime altre misurazioni e teorie di varia natura che si collocano a favore o contro la datazione medioevale ottenuta con la radiodatazione, dalla analisi delle tecniche di crocifissione deducibili dallo studio dell’immagine, all’analisi di macchie di sangue ecc.

Tutte le indagini analitiche e storiografiche che ancora oggi sono oggetto di dibattito fanno della Sacra Sindone uno dei soggetti di studio tuttora piu’ affascinanti e controversi.

Resta il fatto che i risultati di radiodatazione rimangono incontrovertibili. Purtroppo pero’ il Vaticano non ha permesso, nonostante ripetute richieste, una nuova serie di misure sulla Sindone (dopo piu’ di 20 anni …).

CONCLUSIONI

L'Uomo inciamperà occasionalmente nella verità, ma la maggior parte delle volte si rialzerà e andrà avanti. Winston Churchill

Spero con il mio libro di aver contribuito alla diffusione della conoscenza su di un argomento

spesso maltrattato e misconosciuto come la fisica

nucleare e le sue applicazioni.

Ma spero in particolare di avere dato un contributo alla diffusione di un metodo di pensiero rigoroso,

non ambiguo , intellettualmente onesto e scevro da

condizionamenti dottrinali e da pregiudizi.