Il laser (acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ovvero amplificazione di luce per emissione stimolata della radiazione) fu costruito per la prima volta nel 1960 dall’americano Theodore H. Maiman. Per festeggiare la ricorrenza, il motore di ricerca Google ha dedicato la giornata di oggi all’inventore del primo laser. Ma come funziona in parole semplici questa tecnologia?

Uno dei primissimi modelli costruiti fu il laser a stato solido a rubino, un particolare dispositivo che si avvaleva di un cristallo di rubino (o di una bacchetta di rubino sintetico) contente lo 0,5 per mille di cromo, i cui atomi venivano stimolati per emettere la luce laser.

Banalizzando un poco, possiamo dire che il principio di funzionamento di un laser è basato su una lampada elettronica a spirale, avvolta attorno alla bacchetta di rubino, in grado di emettere intensi lampi di luce. Questi “flash” luminosi eccitano gli atomi di cromo, inducendoli a passare da uno stato a bassa energia ad uno ad altissima energia.
Dopo qualche millesimo di secondo, essi decadono, emettendo spontaneamente un fotone, un’entità che possiamo immaginare come un minuscolo pacchetto di energia. Quando uno di questi “pacchetti” incontra sulla propria strada un altro atomo di cromo nel suo stadio di massima energia, induce lo stesso a emettere un fotone identico. Le coppie di fotoni identici si muovono assieme nella stessa direzione, si dice dunque che essi si trovano “in fase”. Continua la lettura »

Milioni di piccole stelle scintillano come la luce rifratta da un diamante. Può essere riassunta così, a fior di metafora, una delle ultime immagini inviate dal telescopio spaziale Spitzer della NASA.

La galassia in miniatura catturata dal satellite si chiama Omega Centauri e dista dalla Terra circa 16.000 anni luce (1,5×10⁷ km). È l’ammasso globulare maggiormente luminoso fino ad ora conosciuto in orbita all’esterno della nostra galassia, la Via Lattea.

Grazie ai dati rilevati da Spitzer nell’infrarosso, combinati con le immagini ricavate dallo spettro del visibile, è possibile osservare l’ambiente estremamente carico di polvere stellare “impacchettato” dalla stessa forza di gravità sviluppata dalle stelle, da cui deriva appunto il nome “ammasso globulare”. Le nuove immagini permetteranno agli astrofisici di capire con maggior precisione il meccanismo che sottende alla formazione della polvere. Continua la lettura »

Un gruppo di astronomi ha da poco scoperto quello che appare come il buco nero più piccolo mai identificato dall’uomo nel Cosmo. La nuova tecnica che ha consentito l’insolita scoperta potrebbe aiutare i ricercatori ad affinare le loro conoscenze sui processi che portano alla formazione di questi oggetti spaziali estremamente massivi.

Mutuando un famoso detto, si potrebbe dire che il destino di una stella risiede nella sua massa. Le nane rosse, stelle grandi meno di un terzo del nostro Sole, apparentemente non sembrano destinate a morire. Le stelle supergiganti, invece, vivono generalmente alcuni milioni di anni prima di esplodere trasformandosi in supernove, per poi collassare in buchi neri. Tale processo avviene, secondo le teorie più accreditate, quando la massa della stella è pari, o superiore, a tre volte quella solare, altrimenti il corpo celeste si trasforma in una stella di neutroni.
Da tempo gli astrofisici cercano di capire con precisione quali siano le modalità e la soglia esatta in grado di portare una supernova a trasformarsi in un buco nero o in una stella di neutroni.

Poiché questi corpi celesti non possono essere osservati direttamente, gli astronomi analizzano gli effetti collaterali sulle stelle e sui campi gravitazionali prossimi al luogo in cui si trovano i buchi neri. Questo metodo di osservazione si rivela generalmente efficace, ma non consente di osservare buchi neri con caratteristiche vicine alla fatidica soglia pari a tre volte la massa del Sole. Non a caso, il buco nero più “leggero” identificato prima della recente scoperta aveva una massa pari a 6,3 volte quella solare. Continua la lettura »

Le eruzioni esplosive solari (brillamenti) fanno vibrare il Sole quanto una campana, almeno secondo i ricercatori Christoffer Karoff e Hans Kjeldsen della Università di Aarhus (Danimarca). Dalle loro ricerche è infatti emerso come i brillamenti sugli strati più esterni della nostra stella causino profonde vibrazioni nell’intero corpo celeste, in modo analogo alla Terra quando viene sconquassata da un potente terremoto.

Un’eventualità del genere fu ventilata per la prima volta già nel 1970, ma solamente in via del tutto teorica. Secondo i ricercatori artefici della scoperta “sul campo”, il fenomeno potrebbe aiutare a comprendere con maggior precisione le leggi fisiche che regolano l’esistenza del Sole, ma anche a elaborare nuovi modelli sui cicli di vita delle stelle esterne al nostro sistema solare. I risultati delle loro importanti osservazioni saranno presto pubblicati sulla rivista scientifica Astrophysical Journal Letters.

L’eliosismologia, ovvero lo studio delle oscillazioni del sole, è una tecnica molto affidabile utilizzata ormai da tempo per studiare la struttura fisica del Sole, come la sua divisione in strati e livelli differenti di gas incandescenti e plasma (gas ionizzati, dotati quindi di carica elettrica totale pari a zero, ovvero nulla). Generalmente, le oscillazioni sono causate dalla natura estremamente turbolenta del Sole, che comporta la risalita di materiale caldo dalla parte centrale dell’astro verso l’esterno. Giunto negli strati più superficiali, il materiale tende a raffreddarsi divenendo quindi più pesante e risprofondando nelle “viscere” del Sole. Questi moti convettivi (simili, banalizzando molto, agli spostamenti dei chicchi di riso in una pentola con l’acqua in ebollizione) creano un vero e proprio rumore di fondo, innescando una vibrazione continua dell’intera stella. Continua la lettura »

Oltre a essere il nome di un eroe mitologico, Hercules è anche un innovativo e potente raggio laser sviluppato da alcuni ricercatori della University of Michigan (USA). Grazie a una particolare tecnologia, il team di ricerca è infatti riuscito a produrre un raggio laser con un altissimo grado di intensità, mai raggiunto prima.

L’intensità di un raggio laser è data dalla quantità di energia che esso è in grado di veicolare in una certa unità di tempo in una determinata area. Il raggio dei record, progettato alla University of Michigan, sfrutta una quantità molto bassa di energia (circa 20 joule, un confetto TicTac è 400 volte più energetico) obbligata a passare in un microscopico foro di 1,3 micrometri di diametro, cento volte più sottile di un capello umano, per appena 30 femtosecondi (10^-15 secondi, ovvero un milionesimo di miliardesimo di secondi).
Da ciò ne deriva che l’intensità complessiva del raggio laser è pari a 2×10²² watt per centimetro quadrato: il doppio rispetto al massimo grado di intensità raggiunto prima. Continua la lettura »

Nel corso di una recente trasmissione televisiva, il premio Nobel per la fisica Carlo Rubbia ha spiegato la sua visione sul delicato tema dell’energia nucleare. A chi propone la tecnologia delle centrali nucleari come unica risposta al problema di approvvigionamento energetico per l’Italia, Rubbia ha risposto con queste parole.

«Dobbiamo tener conto che il nucleare è un’attività che si può fare soltanto in termini di tempo molto lunghi. Noi sappiamo che per costruire una centrale nucleare sono necessari da cinque o sei anni, in Italia anche dieci. Il banchiere che mette 4 - 5 miliardi di Euro per crearla riesce, se tutto va bene, a ripagare il proprio investimento in circa 40 - 50 anni.

«C’è un secondo problema: un errore che spesso la gente compie. Si pensa che il nucleare possa ridurre il costo dell’energia. Questo non è vero: un recente studio ha dimostrato, per esempio, che i costi per il nucleare in Svizzera continueranno ad aumentare.
I costi per il nucleare variano notevolmente da paese a paese: in Germania ha un prezzo di circa due volte e mezzo in più rispetto a quello francese. Ciò è dovuto al fatto che il nucleare in Francia è stato finanziato per anni dallo Stato, quindi dai cittadini. Ancora oggi, le 30.000 persone che lavorano per il nucleare francese sono pagate grazie agli investimenti massivi dello Stato. L’aumento del numero di centrali atomiche nel mondo in questi ultimi anni ha causato, inoltre, un considerevole aumento del costo dell’Uranio, che difficilmente tornerà a scendere. Il nucleare è dunque molto costoso, anche nel lungo periodo. Continua la lettura »

Non sempre l’erosione comporta l’abbassamento di una montagna. È quanto sostiene un gruppo di ricercatori, che ha da poco studiato un particolare caso in cui un fiume non ha scavato, ma creato una montagna: un chiaro esempio di come la combinazione di clima, movimenti tettonici ed erosione possa portare a risultati a dir poco sorprendenti e controintuitivi.

Il fiume Yarlung Tsangpo scorre attraverso le montagne dell’Himalaya in Tibet ed è uno dei fiumi più alti e impervi del mondo. Durante il suo lungo corso, oltre 1.700 km, il fiume percorre un dislivello di circa 3000 metri portando con sé, nella sua rapida corsa, terra e detriti. In prossimità del massiccio Namche Barwa-Gyala, il fiume percorre una gola profonda 5.000 metri, scavata dalle sue acque nel corso dei millenni. E proprio in questo punto altamente scenografico, i ricercatori sono giunti a una scoperta curiosa quanto inaspettata.

Mentre la maggior parte delle cime dell’Himalaya lungo il corso del fiume Yarlung Tsangpo sono cresciute in maniera uniforme nel corso degli ultimi 50 milioni di anni, il massiccio di Namche Barwa-Gyala è cresciuto dieci volte più rapidamente. Alcune sue vette hanno già raggiunto i 7700 metri di altezza in meno di due milioni di anni, secondo le rilevazioni del gruppo di ricercatori che ha pubblicato la singolare scoperta sulla rivista scientifica GSA Bulletin della Geological Society of America.
Il singolare fenomeno, che i geologi hanno classificato come “aneurisma tettonico”, è avvenuto poiché nel suo rapido fluire il fiume Yarlung Tsangpo ha scavato ed eroso un consistente “spicchio” di un quadrante della placca indiana. Questo fenomeno di alleggerimento ha consentito a una piccola parte della placca di sollevarsi con maggiore rapidità rispetto alle altre sue aree, spingendo sempre più in alto le vette del massiccio Namche Barwa-Gyala.

Il geologo Noah Finnegan della Cornell University (USA), che ha coordinato la ricerca, non ha dubbi: «C’è un’evidenza inconfutabile che l’erosione abbia consentito alla montagna di crescere». Lo studio consolida le teorie secondo cui l’erosione rivesta un ruolo molto importante nelle dinamiche geologiche che interessano la crosta terrestre. L’Himalaya si conferma, ancora una volta, un’area cardine per lo studio e l’approfondimento delle dinamiche geofisiche del nostro irrequieto e al tempo stesso magnifico Pianeta. [fonte principale: Science]

“Einstein si era sbagliato” è ciò che pensano numerosi fisici che da anni cercano di confutare, o perlomeno ridimensionare, le rivoluzionarie scoperte del fisico tedesco che cambiarono radicalmente il nostro modo di pensare le leggi della fisica. Purtroppo per loro, i “confutatori cronici” non avranno vita facile, dopo che una recente ricerca ha consolidato le già solide basi della teoria della relatività di Einstein.

La teoria della relatività ristretta unisce il tempo e lo spazio in un’unica entità, lo spaziotempo, che si presenta in maniera molto differente tra due osservatori che si muovono in un sistema relativo. Banalizzando molto, immaginiamo di trovarci dinanzi a due lampioni che si accendono nello stesso identico momento. Osservandoli noteremo le due lampadine accendersi e fornire luce nei medesimi istanti. Ora immaginiamo di poterci muovere verso i lampioni a una velocità vicina a quella della luce. Quando le lampadine si accenderanno, noteremo che esse iniziano a emettere luce in momenti diversi. Allo stesso modo, un orologio che viaggia a una velocità simile a quella della luce muoverà la propria lancetta dei secondi più lentamente rispetto a quanto farebbe se fosse al vostro polso. E ancora, se potessimo viaggiare a una velocità molto vicina a quella della luce invecchieremmo molto più lentamente rispetto agli essermi umani “fermi” sulla Terra.

Questa “dilatazione temporale” potrebbe apparire pretestuosa, se non addirittura campata in aria. Eppure, nel 1907, Einstein propose un esperimento per verificare la propria teoria. Gli atomi e gli ioni emettono rispettivamente una particolare luce, e la lunghezza d’onda della luce è paragonabile allo  scandire regolare dei secondi di un orologio. Partendo da questi presupposti, Einstein ipotizzò che se gli ioni fossero stati accelerati a una velocità vicina a quella della luce, il tempo avrebbe subito un rallentamento e di conseguenza sarebbe cambiata la lunghezza d’onda della luce emessa. In pratica, a quella velocità gli ioni avrebbero emesso una luce contraddistinta da una frequenza minore.

Il prof. Gerald Gwinner ha testato, con il suo team di ricerca della University of Manitoba (Winnipeg - Canada), la “dilatazione temporale” con l’esperimento suggerito dallo stesso Einstein. Utilizzando un acceleratore di particelle, i ricercatori hanno fatto raggiungere ad alcuni ioni di litio una velocità pari al 6% della velocità della luce per poi bombardarli con alcuni raggi laser per stimolarne l’emissione di radiazioni. Il team di ricerca ha poi misurato la frequenza della luce emessa dagli ioni scoprendo, con una precisione di 1 a 10 milioni, che essa rallenta come previsto dalla teoria della relatività ristretta.
L’eccezionale risultato, 100.000 volte più preciso e accurato rispetto a un analogo esperimento effettuato nel 1938, è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Nature Physics. Naturalmente anche questo test non dimostra l’assoluta certezza di quanto sostenuto da Einstein - è impossibile fornire una prova certa - ma riduce considerevolmente le probabilità che la teoria della relatività non sia corretta.
Un risultato niente male per una teoria concepita cento anni fa…

Apportando particolari modifiche a un prototipo di celle a combustibile, un gruppo di ricercatori è riuscito a far produrre idrogeno a dei comunissimi batteri con un altissimo grado di efficienza. Coadiuvato dai suoi colleghi della Penn State University, il prof. Bruce Logan era già riuscito a dimostrare con successo la possibilità di produrre energia elettrica grazie ad alcuni microbi. Ora, partendo da materiali molto semplici, il team di ricerca è riuscito a “convincere” quelli stessi microbi a produrre idrogeno.

Dopo aver sperimentato alcune modifiche, migliorando il microclima per i batteri e modulando alcune piccole scariche elettriche, il gruppo di ricercatori è riuscito nella considerevole impresa di portare la produzione di idrogeno da esseri viventi a un nuovo record.
«Abbiamo ottenuto la più alta produzione di idrogeno mai raggiunta con questo tipo di procedimento legato a sorgenti organiche. Utilizzando l’aceto abbiamo raggiunto un efficienza produttiva pari al 91%, con la comune cellulosa il 68%» ha dichiarato entusiasta Bruce Logan, responsabile del progetto scientifico. Nella maggior parte degli esperimenti, praticamente tutto l’idrogeno contenuto nelle molecole di partenza è stato convertito dai batteri in gas, con un efficienza che potrebbe aprire le porte per una nuova era nella produzione di idrogeno per celle a combustibile su larga scala.
I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences.

Esistono altri sistemi che consentono la produzione di idrogeno su larga scala, ma praticamente nessuno raggiunge il livello di efficienza energetica. «Questo è possibile perché i batteri sono in grado di estrarre con estrema rapidità ed efficacia l’energia dalla materia organica» ha dichiarato Logan.
I ricercatori coinvolti nello studio intendono ora perfezionare ulteriormente la loro scoperta, rendendo l’habitat dei batteri nella cella a combustibile sempre più simile a quello in cui normalmente vivono. Ciò dovrebbe aumentare ulteriormente l’efficienza energetica ottenuta fino a dieci volte rispetto ai processi di elettrolisi oggi esistenti. La nuova cella a combustibile potrebbe rendere molto più performanti numerosi dispositivi, nonché accelerare l’eterna gestazione dell’auto a idrogeno.

Una delle più ambiziose ricerche scientifiche mai realizzate dall’uomo è stata da pochi giorni avviata al largo delle coste del Giappone. Progettata per svelare i misteri legati alle dinamiche dei terremoti, la ricerca sarà condotta da un team internazionale di rilievo.

Nel corso dei prossimi mesi, ricercatori britannici e giapponesi studieranno una particolare zona di subduzione (un’area in cui una placca litosferica oceanica scivola al di sotto di una placca continentale) a bordo della nave-trivella Chikyu, che in giapponese significa “Cuore della Terra”. Dotata di tecnologie molto sofisticate e di una potente torre di trivellazione all’avanguardia, l’imbarcazione è al suo viaggio di debutto e consentirà ai ricercatori di analizzare con estrema precisione le caratteristiche più intime della crosta terrestre.

I terremoti dovuti alla subduzione, ovvero allo scorrimento di due placche, sono i più potenti e devastanti eventi che si verificano sul nostro Pianeta, causando spesso catastrofi di immane violenza come il terribile tsunami del 2004 che sconvolse il sud-est asiatico. A causa della sua conformazione geologica, il Giappone è tra i posti al mondo maggiormente soggetti ai terremoti. Trattandosi di una questione vitale e di sopravvivenza, da sempre le autorità giapponesi investono enormi risorse per studiare e capire le dinamiche dei terremoti. Non stupiscono dunque l’enormità del progetto e gli obiettivi ambiziosi prefissati per le fasi di ricerca a bordo della Chikyu.

Per la prima volta nella storia, infatti, verrà effettuata una trivellazione a oltre 3.500m di profondità a partire dal fondale marino. Dopo una prima fase dedicata alla raccolta di dati e all’installazione di particolari sensori, le trivelle dell’imbarcazione proseguiranno il loro viaggio nelle viscere della Terra raggiungendo i 6.000 metri di profondità dal fondale marino. Particolari braccia robotizzate provvederanno a prelevare campioni della crosta e a collocare alcuni rilevatori in grado di calcolare i movimenti sismici legati all’azione di subduzione.
Questa ciclopica impresa consentirà di studiare i materiali rocciosi della crosta terrestre, affinando le conoscenze sulla dinamiche fisiche che portano ai violenti terremoti in quell’area del Pacifico.