20 gennaio 2020
Aggiornato 06:00
eventi

Cinque tecnologie che spiegano la fisica, la mostra a Torino

La mostra «L’infinita curiosità. Un viaggio nell’universo in compagnia di Tullio Regge» resterà aperta fino al 18 marzo 2018

TORINO - Perché gli orologi sono sempre in ritardo? Di che materiale è fatta la racchetta di Novak Djokovic? Sapevate che dietro al funzionamento del GPS c’è la teoria della relatività di Einstein?  «L’infinita curiosità. Un viaggio in compagnia di Tullio Regge», aperta a Torino fino al 18 marzo, è una mostra che esplora i temi più affascinanti della fisica contemporanea (relatività, teoria quantistica, struttura della materia, astrofisica e cosmologia, particelle elementari) ma è anche un viaggio attraverso le tecnologie che hanno reso possibile lo studio e la ricerca. Un appuntamento da non perdere non solo per gli appassionati di scienza ma anche per chi sa che la curiosità è il motore della conoscenza. Perché avvenga una scoperta scientifica rivoluzionaria sono necessarie: le persone giuste al posto giusto, una favorevole temperie culturale e – fattore spesso trascurato – la tecnologia adeguata. Siamo abituati a considerare le «applicazioni» della scienza come conseguenze della ricerca di base ma non dimentichiamo che senza la giusta tecnologia molti studi fondamentali non sarebbero stati possibili.  E così anche una mostra dedicata alla curiosità, alla bellezza della speculazione, alla libertà del pensiero creativo è necessariamente piena di interessanti tecnologie.

Le tecnologie in mostra

Lo specchio più perfetto del mondo
Il Nobel per la Fisica 2017 è stato assegnato ai tre scienziati responsabili del progetto che ha portato alla scoperta delle onde gravitazionali. In controtendenza rispetto agli anni scorsi, è stata premiata una scoperta recentissima, risalente alla fine del 2015. La tecnologia alla base di queste ricerche è fantascientifica. Il fenomeno rilevato è incredibilmente minuscolo: una deformazione di 10 -18 metri, pari a un miliardesimo del raggio atomico. L’apparato sperimentale, detto interferometro, è formato da due bracci di 4 km perpendicolari tra di loro, che contengono due grandi tubi a ultra-vuoto, dentro i quali si sparano due fasci laser. I fasci si riflettono su specchi particolari, sospesi a giganteschi ammortizzatori antisismici all’interno di campane alte 11 metri, che annullano le interferenze terrestri e permettono allo strumento di concentrarsi sui segnali dello spazio. La precisione del tutto è incredibile: pensate che per azzerare i disturbi dovuti alla presenza di gas residui è necessario che nei tubi si crei un vuoto migliore di quello che c’è sulla Luna. Lo specchio presente in mostra (che ha «lavorato» fino al 2011 nell’apparato italiano Virgo, gemello di quello americano dove è avvenuta la scoperta) è proprio uno di questi gioielli di tecnologia. È trasparente per la luce visibile, ma perfettamente riflettente per la luce infrarossa del laser utilizzato. La lavorazione necessaria per raggiungere un simile grado di precisione è effettuata in un laboratorio sotto vuoto.

La racchetta di Djokovic
Una forma ideale descritta da Archimede, detta icosaedro troncato, e analoga a un pallone di calcio, è uscita negli ultimi anni dal campo della speculazione geometrica per entrare in quello della tecnologia avanzata, con applicazioni anche a oggetti quotidiani. A lungo si pensava non esistesse in natura ma la pervicacia degli scienziati alla fine ha avuto la meglio. Nel 1981 Tullio Regge e Mario Rasetti studiarono le simmetrie e le proprietà di un sistema di 60 atomi disposti nei vertici di un icosaedro troncato. Sembrava un semplice gioco, ma pochi anni dopo, nel 1985, tre chimici americani scoprirono qualcosa di molto simile: una molecola costituita da 60 atomi di carbonio, che battezzarono fullerene. La scoperta del fullerene è legata alle nuove tecnologie dei nanomateriali a base di carbonio, in particolare di grafene, materiale costituito da uno strato che ha uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo. Le proprietà del grafene ne fanno un materiale adatto a svariati usi. Altre strutture di grande interesse applicativo sono i nanotubi di carbonio, cilindri di grafene di diametro microscopico, che possono essere lunghi fino a qualche centimetro. In mostra sono esposti vari oggetti realizzati con questa tecnologia, tra cui la racchetta – robusta e leggera al tempo stesso – usata da un grande campione come Novak Djokovic.

Tullio Regge
Tullio Regge (Foto d'archivio)

Particelle nella nebbia
Le particelle elementari non si possono osservare direttamente; per rivelarle si deve utilizzare una tecnica che le spinga a lasciare delle impronte particolari. Così come un bravo naturalista risale all’animale che ha lasciato un’orma nella foresta, un fisico è in grado di ricavare dalle tracce delle particelle la loro carta di identità. In mostra esponiamo uno dei primi apparati sperimentali progettati per raccogliere queste tracce. Si tratta di una camera a nebbia. Quando una particella carica ci passa dentro, lascia una scia di goccioline di vapore che condensano attorno agli ioni prodotti dalla particella stessa. Le camere a nebbia sono state usate fino agli anni Cinquanta e hanno poi lasciato il posto a un tipo più avanzato di rivelatori, le camere a bolle, inventate nel 1952. All’interno di questi apparati le particelle passano attraverso un liquido surriscaldato e producono una scia di piccole bolle che può essere fotografata. Oggi le camere a bolle si sono evolute fino a diventare oggetti impressionanti, come il rivelatore Atlas dell’esperimento che al Cern ha permesso la scoperta del bosone di Higgs: è lungo 46 metri, ha un diametro di 25 e pesa circa 7000 tonnellate.

Orologi sempre in ritardo
Una delle conseguenze più clamorose (ma accuratamente verificate a livello sperimentale) della relatività ha a che fare con la misura del tempo: per Einstein, infatti, un orologio in moto «va indietro» rispetto a un identico orologio fermo. Questo rallentamento non è solo causato dalla velocità, ma anche dalla gravità: sulla Terra, un orologio posto in basso, dove la gravità è più forte, rallenta rispetto a un orologio posto in alto. Sono effetti piccolissimi e per osservarli si è dovuto aspettare l’avvento degli orologi atomici. I primi esperimenti, negli anni Settanta, misurarono effetti di rallentamento del tempo su dislivelli di migliaia di metri, dalla pianura alla cima dei monti, che era quanto consentiva la tecnologia dell’epoca. Gli orologi attuali sono incredibilmente precisi: sbagliano di un secondo ogni 10 miliardi di anni (più o meno l’età dell’universo) e permettono di osservare il diverso scorrere del tempo su dislivelli di pochi centimetri. Possiamo misurare discrepanze tra orologi messi per terra e poggiati sul tavolo. L’orologio presente in mostra è stato utilizzato nel 1976 da Luigi Briatore e Sigfrido Leschiutta per confrontare i tempi di due orologi a riposo, uno a Torino (250 metri), l’altro sul Plateau Rosa (circa 3500 metri), che risultarono differire di 34 nanosecondi al giorno, in accordo con quanto previsto dalla teoria della relatività.

Relativamente sperduti
La relatività del tempo è entrata nella vita di tutti i giorni. Il GPS, il sistema di posizionamento che utilizziamo per localizzare un punto sulla superficie terrestre con un errore di una decina di metri, funziona convertendo in distanze i tempi di viaggio di segnali radio scambiati tra satelliti in orbita a 20 chilometri di altitudine e un ricevitore terrestre. Poiché gli orologi sui satelliti sono in moto rispetto a quelli terrestri e sentono un campo gravitazionale più debole, il tempo che misurano è diverso dal tempo misurato dal ricevitore. Ci sono due correzioni: una di 7 microsecondi al giorno, dovuta alla velocità (gli orologi dei satelliti sono più lenti di quelli terrestri), e un’altra, di maggiore entità e segno opposto, di 45 microsecondi al giorno, dovuta alla gravità (gli orologi dei satelliti vanno più veloce di quelli terrestri). Se non si tenesse conto di questi effetti, l’errore giornaliero sulla localizzazione sarebbe superiore ai 10 chilometri. Il fatto che il GPS ci porti correttamente a destinazione rappresenta una verifica quotidiana delle relatività.

La mostra «L’infinita curiosità. Un viaggio nell’universo in compagnia di Tullio Regge» resterà aperta fino al 18 marzo 2018 presso l’Accademia delle Scienze di Torino (via Accademia delle Scienze 6, Torino) dal martedì alla domenica dalle ore 10 alle 18. L'ingresso è gratuito.