I Numeri della fisica

Percentuale dell'universo di materia conosciuta

5% dell'universo

Solo il 5% dell’Universo è fatto della materia che conosciamo: per lo più idrogeno ed elio, con una piccola parte di elementi pesanti e neutrini.

Tutto ciò costituisce l’Universo che osserviamo, ma abbiamo ottimi motivi per pensare che non sia sufficiente a generare l’attrazione gravitazionale che tiene insieme le stelle nelle galassie e le galassie negli ammassi. Occorre una quantità di materia 5 volte maggiore, che ovviamente non emette né assorbe radiazione e che chiamiamo per questo Materia Oscura. Probabilmente particelle non ancora note, che risentono della forza gravitazionale e forse di altre interazioni ancora sconosciute. Nella “lista degli ingredienti” dell’Universo occupa il 25% del totale.

Del restante 70% invece non sappiamo praticamente nulla: si tratta dell’energia responsabile del fatto che l’Universo si espande ad una velocità sempre crescente. Non abbiamo ancora capito la sua natura, e l’abbiamo chiamata Energia Oscura.

7600 km di cavi superconduttori

7600 km di cavi superconduttori

LHC è l’acceleratore più grande del mondo. Per curvare i protoni lungo i 27 km di circonferenza servono magneti superconduttori, fatti di cavi al niobio-titanio raffreddati alla temperatura di 2 K (cioè -275 °C) mediante elio superfluido.

Ci sono 1232 magneti curvanti, lunghi 14.3 m. Al loro interno i 2 condotti dove corrono le particelle sono ricoperti da 160 cavi ciascuno. Facendo il calcolo (1232x14.3x2x160) si trovano 5640 km di cavi. Aggiungendo anche il contributo dei magneti multipolari si arriva alla lunghezza totale di 7600 km di cavi superconduttori.

Ognuno di questi cavi poi, è costituito da 36 trefoli intrecciati, di diametro 0.8 mm, e ogni trefolo ospita 6500 filamenti dello spessore di soli 0.006 mm, cioè 10 volte più sottili di un capello.

Facendo un nuovo calcolo si trova che la lunghezza totale dei filamenti di niobio-titanio in LHC è di quasi 2 miliardi di km, cioè più di 10 volte la distanza tra la Terra e il Sole!  

400.000 miliardi di neutrini


400 000 miliardi di neutrini

I neutrini sono tra le particelle elementari più misteriose presenti in natura, famosi per la loro abilità nell’attraversare la materia interagendo pochissimo. Sono così elusivi che un muro di piombo dello spessore di 1 anno-luce fermerebbe solamente la metà dei neutrini che lo attraversano.

Nell’Universo viaggiano moltissimi neutrini, prodotti ad esempio nelle reazioni di fusione nucleare che avvengono nei nuclei delle stelle. Il nostro Sole emette 1038 neutrini al secondo, in tutto lo spazio circostante. Pochissimi di questi, dopo aver percorso 150 milioni di km quasi alla velocità della luce, colpiscono la Terra. Eppure, il nostro corpo in media è attraversato da 400 mila miliardi di neutrini ogni secondo! 

 

La prima fotografia dell'universo


380 000 anni fa la prima foto dell'universo

Nel 1964 due fisici americani, Arno Penzias e Robert Wilson, costruirono un’enorme antenna per microonde, con la quale captarono la radiazione residua del Big Bang che permea tutto l’universo. Oggi, grazie ai satelliti, riusciamo ad avere un’immagine molto dettagliata di quella radiazione: è la fotografia più antica dell’universo e risale a solo 380 mila anni dopo il Big Bang. Se l’universo fosse una persona di 70 anni, avremmo la sua foto quando era nato da meno di un giorno.

Le onde elettromagnetiche non riescono a dare un’immagine ancora precedente, perché prima di quell’epoca erano continuamente assorbite dalle particelle cariche. Per andare oltre dovremo usare i neutrini o le onde gravitazionali: con i primi potremmo arrivare a 1 s dopo il Big Bang, mentre con le seconde arriveremmo addirittura all’epoca dell’inflazione cosmica, appena 10−33 secondi dall’inizio dell’Universo!

 

Universi Possibili

01 universi possibili

La teoria delle stringhe cerca di conciliare la meccanica quantistica e la relatività generale in un unico modello matematico, secondo il quale i costituenti fondamentali dell’universo sarebbero delle piccolissime corde, che vibrando produrrebbero tutte le particelle note: elettrone, protone, neutrino o bosone di Higgs. Un po’ come una corda che vibra produce le diverse note musicali. Inoltre, lo spazio avrebbe 25 dimensioni invece di 3, con le extra-dimensioni arrotolate in uno spazio piccolissimo. Poiché esistono 10500 modi diversi di arrotolare le stringhe, la teoria predice 10500 possibili universi, ognuno con le proprie particelle, le proprie costanti e le proprie leggi fisiche.


 

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