Premio Nobel per la Fisica 2015- I Neutrini Hanno Massa

L'Accademia Reale Svedese delle Scienze ha assegnato il Premio Nobel per la Fisica 2015 a:

Takaaki Kajita
Super-Kamiokande Collaboration
Università di Tokyo, Kashiwa, Giappone

e

Arthur B. McDonald
Sudbury Neutrino Observatory Collaboration
Queen's University, Kingston, Canada

"Per la scoperta delle oscillazioni del neutrino, la quale dimostra che i neutrini hanno massa"

Che Fine Ha Fatto L'Antimateria? Un Rebus Ancora Irrisolto

Già, esiste un rebus ancora irrisolto nell'Universo! Vediamo di cosa si tratta.
Oggi, sappiamo che le particelle, costituenti la materia, "vanno a coppie", ovvero ogni particella ha un'antiparticella corrispondente.

Nel 1933 Carl Anderson, premio Nobel per la Fisica 1936 e collega del grandissimo fisico Paul Dirac (premio Nobel per la Fisica 1933), rilevò nel suo apparato sperimentale, progettato per andare a caccia di particelle elementari, la chiarissima traccia di una di esse.
Si trattava del positrone, ovvero l'antielettrone: la particella identica all'elettrone ma con carica positiva.
Quando una particella incontra la sua antiparticella, entrambe si "annichilano" cioè si distruggono emettendo energia. L'antimateria è osservata tra le particelle prodotte dai raggi cosmici o nei laboratori di ricerca, ma non solo! Anche il nostro corpo emette antimateria, proveniente dagli atomi di potassio presenti nella nostre ossa. Se pesiamo intorno ai 50 kg, emettiamo circa cento positroni all'ora!!!

Spin: Identity Card Of Elementary Particles

Artist's impression of the spin diode created by researchers at MIT. Atoms with clockwise spin can only move in one direction, while atoms with anticlockwise spin move in the opposite direction. (Courtesy: Christine Daniloff) - Source

A few days ago, a reader asked me some information about muons. I thought I'd start with an article about spin, a physical quantity that is identity card of elementary particles.

This article is intended to non-expert users.

Nucleons, i.e. protons and neutrons, constitute 99.9% of known matter, while the remaining 0.1% is given by electrons.There is a long-established idea that electron is an elementary particle without a substructure while nucleons are essentially made up of quarks, point particles without internal structure.

Higgs Boson Mural

Il video "Higgs Boson Mural" documenta la realizzazione di un progetto artistico commissionato dall'ATLAS Experiment presso il CERN, l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare.

Il murale è stato dipinto, su tre piani di altezza, dall'artista internazionale Josef Kristofoletti, che ha scelto il lato della sala di controllo di ATLAS, direttamente sopra il rivelatore, nei pressi del confine franco-svizzero fuori Ginevra.

Questo progetto è stato ispirato dalle stesse domande cui i fisici del CERN stanno cercando di rispondere: da dove veniamo, che cosa significa essere umani, qual è il nostro posto nell'universo.
L'artista ha lavorato a stretto contatto, sul posto, con i fisici del CERN, nel corso di un intero anno, per creare il murale. L'opera illustra l'interpretazione dell'artista su ciò che il bosone di Higgs potrebbe rappresentare.

A Short History Of Nearly Everything

E' possibile "leggere" l'intera storia dell'universo come una storia di complessità via via emergenti da sistemi semplici sotto l'influenza di semplici regole. Le leggi della fisica legano i costituenti fondamentali della materia, elettroni e quark, in strutture stabili chiamate atomi. Gli atomi stessi sono soggetti ad una nuova serie di regole...che li combinanano in nuove molecole, secondo le leggi della chimica.

Bellezza E Verità Nella Fisica: Murray Gell-Mann

Carissimi,

vi propongo un video  in cui, con humor e parole semplici, il premio Nobel per la fisica Murray Gell-Mann [1] offre ai fruitori di TED alcune conoscenze sulla fisica delle particelle, ponendosi domande come: "Le equazioni "eleganti" sono più probabilmente vere di quelle "brutte"?"

Il video ha i sottotitoli anche in italiano.

DAL CERN AL GRAN SASSO, IL NEUTRINO HA FATTO TAU!

Cari ragazzi e cari lettori,

da qualche giorno Scientificando non aggiorna i post per motivi tecnici, problema che si protrarrà ancora per  un po'.

(Ringrazio quanti mi hanno contattato per posta elettronica, o addirittura telefonato, preoccupati! Le persone che ci tengono veramente, si rivelano in queste circostanze!)

Mio Ebook Gratuito Su Temperatura E Calore

Cari ragazzi e cari lettori,

pubblico un percorso interamente sperimentale, sotto forma di pdf ebook scaricabile, riguardo alla tematica "Temperatura, Calore e il problema della struttura particellare della materia".

Il percorso è già stato pubblicato sul blog nel 2007 con una serie di post, ma adesso ne ho fatto un documento scaricabile per soddisfare la richiesta di diversi lettori.

Chicago, 2 Dicembre 1942: Ricordo Di Enrico Fermi

Cari ragazzi e cari lettori, sottopongo alla vostra attenzione un filmato storico sul grande Enrico Fermi, che ho reperito sul sito Enea Web TV. Guardatelo con attenzione perché attingerete informazioni sia di carattere scientifico che storico. Voi grandoni di 3°B fatene tesoro in vista del colloquio d'esame,che sosterrete alla fine dell'anno scolastico.

Ed ora le informazioni sul filmato.

1.Titolo originale: Chicago, 2 dicembre 1942
2. Regia: Antonio Ghirelli, Maurizio Barendson
3. Consulenza scientifica: Giordano Repossi
4. Montaggio: Franco Radicchi
5. Fotografia: Franco De Cristofaro
7. Produttore: ENEA Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente Centro Ricerche Casaccia
8. Nazionalità: Italia
9. Durata: 35 min.
10. Anno: 1962

Gli aspetti e le principali tappe scientifiche della vita di Enrico Fermi in Italia e negli Stati
Uniti: dagli studi liceali alla messa in funzione della prima “pila atomica”, per concludere con il suo ultimo discorso a Varenna, quando tornò in Italia per l’ultima volta.
Uomo di grande intelligenza e umanità viene ricordato con aneddoti e citazioni da
scienziati, collaboratori, amici e familiari per il suo indiscusso ingegno ma anche per il suo
altruismo e la sua sensibilità.
Il filmato deve essere considerato anche un documento di pregio dal punto di vista storico.

Questo documentario proviene dal Fondo Filmati Storici dell'ENEA, recentemente ceduto alla FONDAZIONE CENTRO SPERIMENTALE DI CINEMATOGRAFIA ARCHIVIO NAZIONALE DEL CINEMA DI IMPRESA DI IVREA.

Segue il testo del commento audio che accompagna il filmato.

Fermi was a fabulous person...he enjoyed teaching very very much and he was a marvel teacher.
Un uomo favoloso questo il giudizio che di Enrico Fermi dà un suo discepolo americano il Professor Wattenberg.

Chicago, Illinois, Stati Uniti 2 dicembre 1942, venti anni fa.

In un sottoscala del campo sportivo dell’Università lo Stagg Field, un gruppo di scienziati americani che operano sotto la direzione di Enrico Fermi, mette in funzione la prima “pila atomica”.
Per la prima volta nella storia l’uomo provoca una reazione nucleare a catena e la controlla: è un’immensa energia che la scienza mette a disposizione dell’umanità, una data storica nell’evoluzione della fisica moderna.

E’ il momento culminante della seconda guerra mondiale, gli Stati Uniti dopo un anno dall’aggressione dei giapponesi  a Pearl Harbor stanno riprendendo l’iniziativa, è cominciata la battaglia di Guadalcanal che bloccherà i giapponesi nel Pacifico meridionale. Sul fronte europeo gli alleati stanno conducendo a termine lo sbarco d’Africa. In Russia la sesta armata tedesca è in disfacimento nella morsa di Stalingrado.
La guerra però non si combatte soltanto sui fronti di battaglia ma anche nei laboratori scientifici. Si sa che gli scienziati tedeschi stanno preparando nuove armi potenti, occorre non farsi battere sul tempo.

Nell’estate del 1939 il Presidente Roosvelt accogliendo il suggerimento di Einstein chiama il fisico italiano Enrico Fermi, che all’Università di Columbia a New York sta compiendo ricerche sull’energia nucleare, a far parte del gruppo di sperimentatori che lavorano nell’organizzazione del Governo degli Stati Uniti.
Il gruppo opera agli ordini di un militare, il Generale Groves. Il 2 dicembre 1942, Enrico Fermi e i suoi 40 collaboratori hanno portato a termine lo strumento che servirà a produrre l’energia nucleare; è cominciata l’era atomica.

Fermi, mira a realizzare praticamente le premesse gettate dagli studi suoi e altrui sulla radioattività artificiale. In teoria si sa ormai da quattro anni come procedono le cose. Un atomo di uranio bombardato con neutreoni, si stacca in due metà; sommate insieme le due metà pesano meno dell’atomo intero. Che cosa è accaduto? Una piccola parte della loro massa non si è dispersa ma si è trasformata in energia. In poche parole con la scissione dell’atomo vengono emessi altri neutroni che si rendono disponili per una ulteriore reazione con altri atomi di uranio fino ad arrivare ad un processo a catena che ricorda le reazioni dell’energia solare. Fermi, mira dunque ad ottenere una reazione a catena, mettendo insieme una grossa quantità di uranio; egli sa però che è necessario costruire un ambiente protettivo che eviti la dispersione dei neutroni, li rallenti e ne favorisca in tal modo l’incontro con gli atomi di uranio. “La pila” o reattore atomico, non è altro che questo ambiente protettivo.

Ciò che accadde il 2 dicembre, è ricordato ancora con grande commozione da coloro che vi parteciparono. Alle otto e trenta del mattino gli scienziati cominciano a radunarsi nel cortile dello Stagg Field.

Fermi ha fatto allestire un dispositivo di sicurezza atto a impedire una disastrosa esplosione; sono barre di cadmio che vengono inserite nella pila secondo  una particolare geometria e che hanno il potere di controllare la reazione a catena.
Alle 9 e 45, Fermi ordina che siano alzate le barre di controllo manovrate elettricamente; la pila comincia a funzionare. Il ticchettio dei contatori che indicano il conteggio dei neutroni prende ad aumentare. Poco dopo le 10, Fermi ordina che la barra di emergenza sia tirata fuori, la barra è chiamata scherzosamente “zip”.

Alle 10 e 30 il ticchettio dei contatori diviene più rapido, non ci siamo ancora; l’indice si arresta al nuovo livello, il ticchettio prosegue irregolare, la reazione è ancora disordinata. Alle 11, barra fuori di altri sei pollici: risultato identico.
Alle 11 e 35 lo zip viene ritirato. Uno scroscio e il ticchettio dei contatori si arresta; Fermi sbalordisce tutti con una uscita inaspettata: “ho fame, andiamo a mangiare.”
Ha capito che i suoi uomini hanno bisogno di riposo, ma è più calmo e fiducioso che mai. 
Alle 14 e 50 la barra di controllo viene innalzata di un altro piede, i contatori impazziscono ma la meta non è ancora raggiunta.

Fermi è teso come un arco. Alle 15 e 20 ordina: “tirate fuori la barra di sei pollici”.
La barra è ritirata; Fermi dice allo scienziato americano Compton che gli è accanto: “questa volta ce la fa”.
Per due minuti Fermi si immerge nei calcoli; se l’aumento della velocità dei neutroni è costante e rimane tale, significa che la reazione si mantiene da sola, che l’esperimento è riuscito.
Il viso di Fermi è immobile, gli occhi corrono veloci da un quadrante all’altro, la sua espressione è calma. All’improvviso tutto il suo volto si illumina di un aperto sorriso.
La reazione si mantiene da sola!

Il gruppo dei quaranta scienziati di Fermi rimane a contemplare per ventotto minuti il primo reattore del mondo in funzione. Gli strumenti di controllo confermarono che l’esperimento era riuscito.
Un’esperienza indimenticabile, per gli scienziati che vi presero parte.
Appena Fermi ebbe dato l’ordine di arrestare il reattore il fisico ungherese Wigner andò ad offrirgli un fiasco di Chianti che aveva tenuto nascosto per tutta la giornata. Fermi sturò il fiasco, fece portare dei bicchieri di carta ed offrì da bere a tutti. In silenzio, solennemente, senza brindisi, gli scienziati portarono i bicchieri alle labbra. Il fiasco vuoto finì poi nelle mani di un fisico americano, un giovane di venticinque anni che faceva parte del gruppo: Albert Wattenberg.

(Albert Wattenberg, Illinois University:)
“Durante l’ultima ora io ero sull’ascensore, l’ascensore che noi avevamo usato per costruire la pila; alle undici e mezzo Fermi ha detto: mangiare, let us go we would lunch. Fermi era una persona favolosa”
L’esito dell’esperimento venne comunicato al Professor Conan dell’Università di Harvard. Fu una telefona in codice:
-    Il navigatore italiano è sbarcato nel nuovo mondo
-    Come si sono comportati gli indigeni?
-    Molto amichevolmente

Ma perché il navigatore italiano era sbarcato nel nuovo mondo? Quali eventi avevano portato Enrico Fermi negli Stati Uniti? E chi era? Chi è stato, Enrico Fermi?

Ultimo di tre figli, Enrico nacque a Roma il 29 settembre 1901, in un modesto appartamento di Via Gaeta. Il padre era un impiegato delle Ferrovie dello Stato, la madre una maestra elementare; Enrico Fermi dimostrò di possedere un ingegno precoce; la passione per la lettura lo spingeva a girovagare per le bancarelle di libri di Campo dei Fiori. Un giorno quando già frequentava il ginnasio, trovò un trattato di fisica matematica in due volumi, lo comprò e lo lesse in pochi giorni, soltanto quando fu arrivato all’ultima pagina si accorse che era scritto in latino.
I suoi professori del resto, avevano riconosciuto in lui grandi qualità.

(Prof. Luigi Talamo, docente di Fisica)
Io fui chiamato a sostituire in questo Liceo, che allora si chiamava “Umberto I”, il Professor Calzecchi Onesti già illustre per la sua invenzione del “coherer” e trovai qui, anche un alunno che si chiamava Fermi Enrico che frenquentava in quell’anno, 1917, la prima classe, sezione “B”; aveva sedici anni, si sapeva in tutto il liceo che era un giovane di grande precocità e alla precocità si accompagnava un interesse multilatere anche per le altre materie, cosicché noi troviamo che anche in filosofia, egli prendeva 10.
Poi egli saltò un anno e nel 1918, passava già all’Università a Pisa.
Bisogna e si può concludere, questo lo diciamo ai giovani, che non è necessario per un genio che da ragazzo sia discolo e sia poco studioso. A questo proposito possiamo invece dire che (e questo dai registri può a noi risultare) che Fermi, soccorreva i compagni che, specialmente in matematica, fossero un pochino debolucci.

Enrico dimostrò fin da ragazzo una straordinaria curiosità per tutto ciò che lo circondava, perfino nelle cose più semplici. L’osservazione di una trottola gli doveva ispirare l’enunciazione delle leggi del giroscopio; era arrivato a questa conclusione osservando che l’asse della trottola tendeva ad assumere col movimento sempre una posizione verticale. La scoperta di Fermi fu davvero eccezionale se si pensa che allora non conosceva le formule matematiche necessarie a spiegare il fenomeno. Le prime discussioni di carattere scientifico le ebbe con un ingegnere delle ferrovie amico del padre, il quale lo spinse poi ad iscriversi alla facoltà di fisica matematica alla Normale di Pisa. Nel 1918 Fermi cominciò a frequentare i corsi a Pisa nonostante che i genitori non vedessero di buon occhio che si allontanasse dalla famiglia. A Pisa fu protagonista di un episodio inconsueto; nel corso di una discussione con il titolare della cattedra di fisica, dimostrò una tale conoscenza della materia che il suo professore gli chiese di comunicargli le sue conoscenze personali nel campo della fisica teorica, un campo allora poco coltivato.

Enrico si laureò il 4 luglio del '22 con una tesi sui “Raggi Randen” col massimo di voti e lode nonostante che il collegio dei professori, fosse rimasto scettico di fronte alle teorie troppo avanzate espresse da lui nella tesi.
Fuori dell’Università il comportamento di Fermi non era diverso da quello dei giovani della sua età. Partecipava, in compagnia di Franco Rasetti, che in seguito divenne  uno dei suoi più intimi collaboratori, alla vita goliardica del tempo, anche alla più spregiudicata.

Tornato a Roma dopo la laurea, ebbe un incontro che fu decisivo per la sua carriera scientifica. Allora dirigeva l’Istituto di Fisica di Roma in Via Panisperna, il Professor Orso Mario Corbino, Senatore e già Ministro della Pubblica Istruzione, un uomo da cui dipendevano le sorti delle ricerche scientifiche italiane, nel campo della fisica.
Fermi tornò a Roma ai tempi dell’avvento del fascismo, un fatto che in seguito dovrà influire profondamente sulla storia della sua vita.
Ben presto il giovane fisico prese contatto con la cultura europea, soprattutto nel campo della ricerca scientifica. Frequentò un corso di perfezionamento a Gottinga, in Germania dove conobbe giovani studiosi, tra cui Werner Heisenberg che in seguito sarebbero diventati celebri.

Più tardi si recò all’Università di Leida in Olanda, qui entrò in contatto con gli allievi di un famoso fisico teorico Ehrenfest, questa esperienza lo convinse dell’importanza del lavoro di equipe per il progresso della fisica moderna, un metodo che fu alla base della sua futura  attività di ricercatore.
La carriera universitaria di Fermi fu molto rapida, dopo aver perduto un concorso per l’Università di Cagliari nel 1925, perchè i membri della Commissione erano ostili alle teoria della relatività di cui Fermi era convinto assertore, ottiene nel 1926 la Cattedra di Fisica teorica a Roma. L’aveva istituita apposta per lui Orso Mario Corbino che aveva profondamente apprezzato la prima opera fondamentale di Fermi pubblicata alcuni mesi prima: la “Teoria statistica sulla quantizzazione del gas perfetto mono atomico”.

Corbino aveva un piano ambizioso, quello di costituire nell’Istituto di Via Panisperna una vera  e propria Scuola di Fisica; accanto ad Enrico chiama Franco Rasetti come assistente. Trovati i Maestri, cerca gli allievi suggerendo ai migliori dei suoi studenti di Ingegneria di passare a Fisica. Sul momento accetta soltanto Edoardo Amaldi che diverrà più tardi il successore di Fermi all’Università di Roma. Enrico, era ormai sulle soglie della sua avventura nel mondo degli atomi ma ciò non gli impediva di avere una vita normale. Aveva meno di 23 anni ed insegnava già all’Università quando conobbe Laura Capon, figlia di un Ammiraglio israelita, la ragazza che sarebbe diventata sua moglie.

(Laura Fermi)
Fermi e io ci siamo conosciuti coi ragazzi del Gruppo dei Matematici di Roma, gli Enriquez e i Castelnuovo avevano dei figlioli, più o meno, della mia età e erano miei amici, fu una domenica e la mia amica Gina Castelnuovo mi telefonò per chiedermi se volevo andare a fare una passeggiata con loro e quando arrivai c’era questo giovane strano: capelli molto neri, la faccia scura e me lo presentarono come  una persona molto promettente, insegnava già all’Università, era un Fisico e la speranza della Fisica italiana. A me, devo dire la verità, quella volta non mi fece una grande impressione. Mi fecero giocare al football quella volta e il Fermi mi disse: “non si preoccupi vinciamo ad ogni modo perché ci sono io” e invece poi lui c’aveva una suola di una scarpa penzolone, quando cercò di acchiappare la palla cadde, la palla mi urtò, perciò fui io che vinsi. Ci ritrovammo più di due anni dopo in montagna a Santa Cristina, dove lui aveva seguito il Gruppo dei Matematici; si fecero quell’estate un gran numero di passeggiate, a Fermi i piacevano molto tutti i tipi di sport, esercizio fisico. Anzi era molto più fiero dei suoi risultati fisici in senso sportivo, che non di quelli fisici nel senso della scienza. Per esempio doveva essere sempre lui il primo ad arrivare in cima a una montagna, doveva essere lui quello che decideva cosa si faceva, diceva sempre che era quello che vedeva più lontano, vedeva gli uccelli che noi non riuscivamo a vedere, cose di questo genere.

Nell’estate del ’28 Laura ed Enrico si sposarono in Campidoglio; lo sposo si fece aspettare perché all’ultimo momento nell’infilarsi la camicia si era accorto che le maniche erano troppo lunghe. Senza perdersi d’animo si era seduto alla macchina da cucire ed aveva fatto una grossa piega a ciascuna manica, non si sgomentava per così poco. In casa non esisteva congegno meccanico che non fosse capace di aggiustare da solo. Un giorno che la sua auto, una piccola Peugeot stava per andare a fuoco, scoprì che era la cinghia del ventilatore ad essersi disintegrata, si tolse la cintura dei calzoni e riparò il guasto.
Compiuto uno strano viaggio di nozze in idrovolante sulla rotta Fiumicino-Genova, con appendice alpina a Champ Luc, gli sposi tornarono a Roma dove li attendeva un appartamentino nuovo in Via Belluno.

Il Professor Corbino continuava a favorire la fortuna di Enrico; fallita nello stesso 1928 la sua candidatura all’Accademia dei Lincei, Fermi venne chiamato nel marzo del 1929 a far parte della Nuova Accademia d’Italia. Aveva meno di ventotto anni ed era senza confronti il più giovane collega di Marconi e di Mascagni. L’uniforme della Farnesina con ricami d’argento, feluca piumata e spadino, cagionò non poco imbarazzo allo spregiudicato fisico romano. Il titolo di “eccellenza” gli sembrava comico. Potrebbe essermi utile diceva una volta  a sua moglie, per affrettare pratiche burocratiche, se potessi dire agli impiegati: “Sono mia eccellenza Fermi, ma... sua eccellenza, non posso mica dirlo”.

Il sogno di Corbino, stava diventando intanto realtà. Dopo Amaldi, molti studenti italiani e stranieri, tra cui Emilio Segré, presero a confluire in Via Panisperna. D’Agostino, Segré, Amaldi, Rasetti e Fermi costituirono però il nucleo principale della Scuola.
Erano i ragazzi di Corbino: scienziati di temperamento e vocazioni opposte e tuttavia uniti dall’amicizia e da un enorme entusiasmo.

Enrico insegnava con assiduità e semplicità esemplari. Verso la fine dei lunghi pomeriggi riuniva intorno al suo scrittoio collaboratori ed allievi per discutere animatamente con loro.
Dal 1933 in avanti la scuola romana si volge allo studio della fisica nucleare. Nel gennaio del '34, Federico e Irene Curie annunciano la scoperta della radioattività artificiale grazie al bombardamento dell’alluminio con particelle alfa veloci. Interessatissimi alle notizie da Parigi, Fermi e i suoi amici si mettono in contatto con l’Istituto Curie presso cui accreditano il chimico del gruppo: Oscar D’Agostino.

(Oscar D’Agostino, Chimico Istituto Superiore di Sanità)
Nella breve permanenza nell’Istituto di Madame Curie a Parigi, seguii il corso da lei tenuto alla Sorbonne e contemporaneamente presi parte a delle ricerche sulla elettrochimica del Polonio col mio collega Inzischi un Lunedì di Pasqua ricordo, ritornai all’Istituto di Fisica dell’Università, dove fui accolto con urla quasi di gioia di cui non riuscivo a comprenderne la ragione e mi fu spiegato che proprio in quei giorni erano state iniziate le esperienze sulla scissione dei nuclei atomici mediante bombardamento con neutroni, che già qualche risultato si era ottenuto e che si chiedeva l’opera del chimico per precisare la natura del prodotto chimico ottenuto.

Fermi ebbe l’idea di tentare l’uso di neutroni in luogo delle particelle alfa, nell’intento di ottenere una maggiore radioattività artificiale, essendo privi di carica elettrica, i neutroni bombardano più efficacemente il nucleo.
Il gruppo dei fisici romani scoprì per caso il 22 ottobre dello stesso 1934 che questa efficacia cresceva ulteriormente se diminuiva la velocità dei neutroni; i neutroni rallentati sono proiettili ideali per scindere il nucleo. L’esperimento fu fatto nella fontana di Via Panisperna e segnò la seconda grande tappa nella carriera scientifica di Enrico.
 
(Prof. Edoardo Amaldi, Direttore Istituto Fisica di Roma)
Il periodo dal ’28 al ’38,  all’Istituto di Fisica dell’Università di Roma, è stato un periodo del tutto eccezionale, soprattutto per la presenza di Fermi che, che era, si può dire anche oggi, una figura di assoluto primo piano. I risultati sia nel campo teorico che nel campo delle esperienze ottenute in quell’epoca erano veramente e estremamente importanti e interessanti ed ebbero subito un grandissimo riconoscimento da parte di tutti i Paesi del mondo. A quell’epoca l’Istituto di Fisica dell’Università di Roma, si trovò ad essere uno dei cinque o sei Istituti nel mondo che davano annualmente il maggior contributo al progresso della fisica nucleare. Subito dopo la scoperta del neutrone fatta da Chadwick nel ’32, Fermi fece le prime esperienze sopra la radioattività artificiale e subito il lavoro fu organizzato da un gruppo non molto vasto, ma sempre di cinque o sei persone, in maniera direi, estremamente moderna e direi... con una visione pratica dei problemi.

Il periodo di cui parliamo, è stato spesso definito come un periodo classico della fisica nucleare ed effettivamente chi ci si è trovato, non può non ricordarlo, in un certo senso, con nostalgia. E’ difficile nella vita di una persona che si ripetano più volte delle situazioni così eccezionali.

Nel periodo fra le due guerre, grandi scoperte furono realizzate con mezzi relativamente esigui; i fisici attuavano in chiave sperimentale le intuizioni rivoluzionarie con cui Einstein e Plank avevano aperto il nuovo secolo, si trattava di rastrellare palmo a palmo l’immenso territorio scientifico aperto dalla fondamentale equazione di Einstein, in cui l’energia è uguale alla massa moltiplicato il quadrato della velocità della luce. La massa si trasforma in energia di altissimo potenziale, l’energia contenuta in un chilogrammo di uranio fissile, è la stessa sprigionata da 200 milioni chilogrammi di carbone. Prospettive incredibili si aprono dinanzi alla scienza, all’economia e alla medicina moderne.

Purtroppo il nostro Paese perse subito il grande vantaggio acquisito in partenza con le ricerche dei ragazzi di Corbino; la felice stagione del ’34 finì; via via i giovani scienziati si dispersero e fino al ’38 a Roma solo Fermi ed Amaldi continuarono a lavorare, ma con un ritmo diverso e senza i grandi entusiasmi di un tempo.
Fattori esterni intervennero a distrarre e a turbare i Fisici dell’Istituto Romano: La Guerra di Etiopia fu l’inizio di una serie di avvenimenti che finirono per sconvolgere l’animo dello scienziato. Ma l’episodio decisivo furono le leggi razziali. Fermi ne rimase profondamente colpito, sua moglie era ebrea e gli stessi suoi figli Nella e Giulio potevano correre gravi rischi. Egli aveva ormai preso la sua decisione e l’attuò un anno prima che scoppiasse la seconda guerra mondiale con il concorso di una circostanza particolare. La mattina del 10 novembre 1938,  Fermi fu avvertito che nel tardo pomeriggio avrebbe ricevuto una telefonata da Stoccolma. Il giornale radio delle diciassette portò un’altra serie di allarmanti novità che toccavano da vicino la sua famiglia: era la seconda e più grave ondata di leggi razziali che degradavano gli ebrei a cittadini di seconda classe. Poco dopo arrivava l’attesa comunicazione dalla Svezia. Il Segretario dell’Accademia Svedese annunciò personalmente ad Enrico che gli era stato conferito il Premio Nobel per le sue fondamentali ricerche del 1934.
Il 6 dicembre, Enrico partiva per sempre dall’Italia con la moglie e i figli.
Il portiere della sua ultima abitazione romana non lo ha dimenticato.

(Portiere)
L’ho conosciuto che era una bravissima persona, molto democratico, gentile; anzi, tante volte dico che mi salutava prima lui, anche se non lo vedevo, mi salutava prima lui che io. Una persona alla buona, non tanti complimenti, eccetera, eccetera. Mi ricordo che i primi di dicembre del 1938, partì da qui con  un po’ di valigie e disse: “Devo intraprendere un viaggio un po’ lungo, non so se ci rivediamo ancora” e mi salutò cordialmente, così.

Quattro giorni dopo, il fisico italiano e la scrittrice americana Pearl Buck, sedevano sul palcoscenico nel Salone dei Concerti di Stoccolma, alle loro spalle gli accademici svedesi e i premi Nobel degli anni precedenti. Quando venne il turno di Enrico, Re Gustavo gli strinse la mano e gli consegnò l’astuccio con la medaglia, il diploma e la busta del premio. Per non voltare le spalle al Re, Fermi ritornò a ritroso in palcoscenico, la cosa gli riuscì così bene che continuò a vantarsene per diversi anni.
Al momento della partenza da Roma qualcuno aveva rimproverato a Fermi di abbandonare  una scuola, i cui allievi riponevano tanta fiducia nel suo insegnamento. Edoardo Amaldi, invece, pur avvertendo la pena del distacco, comprese perfettamente l’amico.

(Prof. Edoardo Amaldi, Direttore Istituto Fisica di Roma)
Devo dire che non è stata solo la partenza di Fermi che ha rappresentato secondo me, una vera catastrofe per la cultura italiana. Insieme a Fermi sono partiti parecchi altri. Qualcuno spinto dalle leggi razziali; qualche altro sotto la pressione politica che era veramente cresciuta al di là dei limiti del tollerabile, comunque ci fu un esodo e solo pochi rimasero in Italia.

Subito dopo la partenza di Fermi e degli altri scienziati in genere, fisici in particolare, che avevano lasciato l’Italia nel ’38 c’è stato un periodo particolare veramente di grande depressione. Questo periodo è durato per parecchi anni e oggi, a distanza di tempo, possiamo dire che gli sforzi fatti non sono andati perduti. Effettivamente in Italia oggi esiste una fiorente Scuola di Fisica moderna; non è solo più a Roma, non è solo più a Firenze, è in molte Università italiane e i giovani che lavorano oggi, che sono nati, molti di loro perlomeno, dopo la partenza di Fermi, certamente sono in grado di affrontare problemi di Fisica veramente difficili e di apportare il loro contributo allo sviluppo della Fisica moderna.

Quando da Stoccolma Fermi proseguì con la famiglia verso New York, era già stato invitato dalla Columbia University a ricoprire la Cattedra di Fisica, vi rimase fino al dicembre del 1941, allorché chiamato a collaborare allo sforzo bellico degli Stati Uniti, si trasferì a Chicago presso il Laboratorio dell’Università.
Qui prese a lavorare intorno alla famosa “Pila Atomica” che il 2 dicembre del 1942 sarebbe stata portata alla sua dimensione critica. Lo storico pomeriggio del giorno 2 gettò le premesse per tutte le applicazioni guerresche e pacifiche dell’energia atomica.

Il 16 luglio 1945 la prima bomba sperimentale venne fatta esplodere nel Nuovo Messico a Los Alamos, presenti tecnici e scienziati tra cui Fermi.
A fine guerra, Enrico si stabilisce definitivamente a Chicago. E’ Titolare della Cattedra di Fisica all’Università: può dedicarsi finalmente ad uno studio più raccolto.
Effettua dapprima ricerche sui fenomeni ottici dei neutroni lenti, quindi passa ad analizzare la fisica dei mesoni. Un male spietato mina già la sua fibra quando nell’estate del 1954, egli torna ancora in Italia a visitare i luoghi della giovinezza.
Per invito della Società Italiana di Fisica partecipa ad un convegno sulle sponde del Lago Maggiore, a Varenna. E’ l’ultimo viaggio. Al ritorno in America, i medici diagnosticano la natura inesorabile del  male. Il 28 novembre, Enrico Fermi si spegne nella sua casetta di Chicago, lasciando un grande nome, la moglie Laura e i due figli ancora ragazzi: Giulio e Nella.

(Nella Fermi)
Sono cresciuta, come sai, in un ambiente scientifico, benché le mie inclinazioni sono più artistiche. Quando ero piccola, mio babbo mi ha detto che lui divideva gli atomi e così quando la gente mi chiedeva: “Cosa fa tuo babbo?”, io gli dicevo: “Mio babbo divide gli atomi”
“E come si fa a dividere gli atomi?” “Ma, si piglia un pezzetto di qualche cosa, per esempio una tavola e poi si divide a metà, e poi di nuovo a metà, e così ancora e ancora finché si ha un atomo e poi allora, lo si divide di nuovo a metà. Più avanti quando mio babbo ha vinto il Premio Nobel, sono andata con la mia famiglia in Svezia; una volta lì mi hanno chiesto se volevo andare alla cerimonia nella quale il Re di Svezia avrebbe presentato il Premio Nobel a mio babbo, io ero piccola allora, solo sette anni ho detto no; però per il resto della mia vita me ne son pentita. In fondo non avrò più un’altra opportunità di vedere questa cerimonia

Quando i miei genitori sono tornati dalla Cerimonia, mio babbo mi ha fatto vedere il premio e questo consisteva di tre cose: un bel diploma, una medaglia d’oro che mi pareva proprio grande, enorme e una busta. Mi ha chiesto: “Di queste tre cose, quale trovi la più importante?”
Io c’ho pensato un po’ su e ho detto: “La busta, perché naturalmente nella busta ci devono essere i soldi”.

In poco più di trent’anni, fu detto nella commemorazione all’Accademia dei Lincei, Fermi ha compiuto un lavoro meraviglioso per grandiosità, eleganza e semplicità di concezione.
Pochi anni prima di morire aveva enunciato una teoria sull’origine dei raggi cosmici che lo pose subito in primo piano tra gli scienziati dell’era spaziale; le qualità del suo intelletto furono pari a quelle dell’animo, il suo spiccatissimo senso del dovere, il  carattere mite, alieno da ogni violenza, il rispetto per le opinioni degli altri, il vivissimo spirito critico, il senso dell’amicizia e la generosità nel riconoscere i meriti altrui, sono qualità che fanno di lui un uomo indimenticabile.
L’ultima volta che fu tra noi, Fermi parlò ai suoi colleghi, agli amici e agli eredi della sua scuola, lasciando un prezioso messaggio in queste parole di scienziato e di maestro:

(Enrico Fermi a Varenna)
La mia è la materia prima dell’era atomica, si ritiene che i depositi di uranio ora conosciuti nel mondo, ci potranno fornire energia sufficiente per parecchie migliaia di anni. Energia che sarà a disposizione di tutti i popoli della terra, perché l’atomo è internazionale. Nessuna nazione o nessun gruppo di nazioni mantiene il monopolio dell’uranio, o il monopolio della scienza atomica o il monopolio degli impianti atomici. L’era atomica è sorta come il risultato di studi di vari scienziati, in Italia, in Francia, in Inghilterra, negli Stati Uniti, in Danimarca, in Germania e in altri Paesi e lo spirito di cooperazione continua nel mondo di oggi, come lo dimostra l’intesa delle ricerche sull’energia nucleare tra Norvegia e Olanda con sede a Oslo e il consiglio europeo per le ricerche nucleari di Ginevra che accentra le ricerche e le conoscenze scientifiche dei diversi paesi europei che vi aderiscono. Essi lavorano insieme seguendo un piano coordinato di ricerche e avvalendosi di una attrezzatura che nessuna nazione da sola sarebbe in grado di fornire. I risultati di queste ricerche saranno messi a disposizione di tutti. Per esempio, gli isotopi radioattivi prodotti in Inghilterra, negli Stati Uniti, in Canada e altrove vengono usati oggi in tutto il mondo: negli ospedali, nell’industria, in agricoltura nei luoghi più disparati come la Finlandia o la Nuova Zelanda. Lo sviluppo degli impianti di energia atomica sta diventando realtà in un numero sempre maggiore di paesi. Le consegne di isotopi aumentano di giorno in giorno solo da Oak Ridge negli Stati Uniti, per esempio, le spedizioni di isotopi sono saltate da mille e novecento nel 1947 a più di undicimila nel 1953. L’era atomica ha solo dodici anni di età e noi siamo soltanto all’inizio, siamo appena alla soglia dei benefici che ci verranno dall’opera di centinaia di migliaia tra scienziati e laboratori nel campo atomico.

Questa energia è come una banca da cui noi potremo sempre fare prelevamenti quando, per usare le parole del Presidente Eisenower, troveremo il modo di far si che il miracoloso spirito inventivo degli uomini non sia indirizzato alla loro morte ma venga dedicato alla loro vita.





Di seguito alcuni link di approfondimento:

- Un archivio fotografico di Fermi e dei "ragazzi di via Panisperna".
- Raccolta di saggi su Fermi. Autori prestigiosi.
-  L'eredità di Fermi (in ScienzaPerTutti).
- (EN) Nobelprize.org Pagina del sito ufficiale del Premio Nobel
- (EN) Biografia in MacTutor
- (EN) Osti.gov pagina del sito del ministero dell'energia degli Stati Uniti
- (EN, IT) Enrico Fermi "Note e memorie", vol. 1, 1921-1938 (edizione 1962)
- Enrico Fermi, discorso su Gli sviluppi dell'energia atomica (1953)

Bibliografia

Bruzzaniti Giuseppe - Enrico Fermi. Il genio obbediente, edito da Einaudi. (Suggerito da Paolo Pascucci)

Nuovo Studio Mette In Dubbio L'Esistenza Della Materia Oscura

Carissimi, pubblico un interessante articolo di Rosa Maria Mistretta sulla materia oscura fredda. Abbiamo già trattato diffusamente l'argomento della materia oscura su Scientificando, e questo articolo si collega direttamente ai nostri lavori.

Leggete i post correlati con l'argomento, che trovate alla fine del post. Visitate anche il tag "Astronomia", sempre su questo blog. Ci sono ben 68 articoli da esplorare.

E adesso l'articolo.

L'aggiunta tra parentesi* del numero di Nature dov'è pubblicato lo studio cui fa riferimento Rosa Maria Mistretta, è mia.

***** 

Una scoperta anche italiana, pubblicata su Nature [Nature 461, 627-628 (1 October 2009) | doi:10.1038/nature08437]*, mette in discussione l'esistenza della materia oscura, che costituirebbe il 90% dell'Universo.

 

Secondo i ricercatori "la materia oscura e quella ordinaria sono distribuite nelle galassie in modo molto più complesso di quanto supposto e sono intimamente collegate. Ciò conduce a due ipotesi: o la materia oscura non esiste o è veramente formata da una nuova particella elementare, ma c'è un processo fisico nella formazione delle galassie che ci sfugge".

(Il seguente contenuto racchiuso tra le parentesi quadre è una mia aggiunta all'articolo di R. M. Mistretta)

[“Dalla nostra ricerca è emerso che le due componenti dell’Universo non solo si conoscono, ma sono addirittura molto intime” commenta Salucci (fisico della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste. In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Salucci e colleghi mettono in dubbio le conoscenze fondamentali su quella parte di materia che da circa trent’anni rivoluzionato la nostra concezione dell’Universo).

“In particolare abbiamo riscontrato un’interazione complessa, difficilmente spiegabile dalle leggi della fisica fondamentale: la densità superficiale della materia luminosa all’interno di una zona caratteristica della materia oscura è la stessa in tutte le galassie indipendentemente dalla loro grandezza e morfologia. Questo ci conduce a due ipotesi conclusive: o quello che noi identifichiamo per materia oscura non esiste, ed è semplicemente l’effetto di una nuova legge di gravità che agisce sulla materia ordinaria, oppure la materia oscura è veramente formata da una nuova particella elementare, ma c’è un processo fisico nella formazione delle galassie che ci sfugge”.

A queste conclusioni Salucci e colleghi sono giunti attraverso l’osservazione astronomica di diversi tipi di galassie, con telescopi (in Usa e Cile) e radiotelescopi (in Olanda e Australia)]. (Tratto da "Che fine ha fatto la materia oscura?")

La Materia Oscura Fredda (nota come CDM – Cold Dark Matter) deriva dalla teoria del big bang che prevede che la maggior parte della materia nell'Universo non è rilevabile tramite  

radiazione elettromagnetica ed è quindi "oscura" e le particelle che compongono questa materia siano lente e quindi "fredde".

Secondo la teoria della CDM la materia oscura gioca un ruolo determinante nella formazione delle galassie e descrive come l'Universo sia passato da un’omogeneità dello stadio iniziale all'attuale distribuzione con ammassi e superammassi di galassie come descritto dalla Struttura a grande scala dell'Universo.

 

Nella CDM la struttura cresce gerarchicamente con piccoli oggetti che collassano per primi accumulandosi progressivamente per comporre via via oggetti sempre più massicci.

Nel paradigma della materia oscura calda, molto sostenuta nei primi anni Ottanta, la struttura non si formava gerarchicamente, ma piuttosto dalla frammentazione di superammassi, formatisi per primi, e successivamente spezzati in strutture più piccole come la nostra galassia, la Via Lattea.

 

Le osservazioni astronomiche su larga scala non concordarono poi con le previsioni della teoria, mentre le previsioni della CDM sono generalmente aderenti alle osservazioni fatte.

Ci sono però due importanti discrepanze che potrebbero far cadere la validità del paradigma della CDM:

- il problema della cuspide degli aloni galattici è che le previsioni della CDM porterebbero a una curva di rotazione degli aloni galattici molto più "a picco" rispetto a quella osservata;

- il problema delle galassie nane mancanti deriva dal fatto che la CDM prevede la formazione di molte galassie nane della dimensione di un millesimo della Via Lattea. Queste galassie non sono state ancora osservate.

 

Entrambi questi problemi presentano diverse soluzioni proposte, alcune più promettenti di altre. Rimane incerto il fatto che questi problemi siano o meno risolvibili; il fatto che potrebbero, quindi, rappresentare una crisi della teoria o semplicemente un ostacolo sorpassabile è argomento di discussione nella comunità scientifica.

La CDM non prevede esattamente quali siano le particelle che formano la materia oscura fredda, e una grande debolezza della teoria sta nel fatto che non descrive affatto quale sia la materia oscura.

Le candidate sono due tipologie di particelle chiamate umoristicamente:

 

WIMPs – o Weak Interactive Massive Particles (particelle massicce a debole interazione) che sono particelle che non interagiscono con la materia circostante ma che hanno una massa considerevole. Attualmente non si conoscono particelle che rispondono ai requisiti e lo studio delle WIMPs richiede l’uso degli acceleratori particellari.

MACHOs – o Massive Compact Halo Objects (oggetti massicci e compatti dell’alone galattico) che sono oggetti condensati come i buchi neri, stelle di neutroni, nane bianche, oppure stelle molto deboli o oggetti non luminosi come pianeti. La ricerca di questi consiste nel valutare l’effetto di lente gravitazionale

che questi oggetti producono sulle galassie di sfondo.

 

Approfondimenti:

Materia oscura
Materia oscura tiepida

Materia oscura calda

Estratto da wikipedia

Segnalo, infine, una bella tesina sulla ricerca della materia oscura, trovata in rete.

*****

Leggete i post correlati, su questo blog.

I segreti della materia: la materia oscura

Il Big Bang: un viaggio a ritroso nello spazio e nel tempo...

 

Temperatura E Calore: conclusione del percorso

Si conclude, con questo post, il percorso sperimentale su Temperatura, Calore e il problema particellare della materia.

Tranquilli ragazzi! Queste sono risorse per i "grandi"!

Ecco il problema che sarà affrontato!



Ipotesi

Diciotto, su venti compagni, affermano che la quantità di acqua evaporata sarà maggiore nel becker 2, esposto a fiamma più alta. Andrea e Sonia affermano, invece, che la quantità sarà uguale in  entrambi i becker.

Materiale:

 - 2 becker uguali termo - resistenti
 - 2 fornellini a gas
 - 2 termometri a mercurio
 - 2 retine frangi -  fiamma
 - 2 treppiedi metallici
 - 200 ml d’acqua di rubinetto x 2
 - 4 piastrelle di ceramica
 - 2 mollette di legno
 - fiammiferi



Procedimento

•Abbiamo versato 200 ml d’acqua di rubinetto in ciascuno dei due becker.
•Abbiamo inserito i termometri nell’acqua, sospendendoli con una molletta di legno appoggiata trasversalmente in cima a ciascun becker, facendo attenzione che non toccassero il fondo.
•Abbiamo posizionato ciascun becker sul relativo fornello, separato da questo per mezzo della retina frangi - fiamma.
•I fornelli sono stati posti su delle mattonelle di ceramica, che hanno fatto da isolante rispetto al piano del tavolo.
•Alle ore 11:24, abbiamo acceso contemporaneamente i due fornelli.
•Abbiamo regolato il fornello del  primo becker a fiamma più bassa di quella del secondo becker.
•Abbiamo iniziato l’osservazione rilevando le temperature dei due contenitori ogni due minuti, registrando i valori nella tabella 1 e realizzandone un grafico comparato.
•Nelle tabelle 2 e 3 abbiamo messo a raffronto i valori della temperatura con quelli progressivi del volume di acqua, rilevati in ciascuno dei due becker.
•Alle 11.50, abbiamo spento i due fornelli, continuando a registrare, nelle tabelle, i valori della temperatura durante il raffreddamento e quelli del volume dell’acqua.

Tabella 1

I dati, in realtà sono stati registrati fino alle ore 17.00

Con essi abbiamo realizzato il seguente grafico comparato.

Tabella 2

Becher 1( fiamma bassa)

Tabella 3

Becher 2(fiamma alta)

La temperatura anche qui è stata registrata fino alle ore 16.00.

Osservazioni:

- Il contenuto del primo becker non è andato in ebollizione  entro i limiti di tempo fissati, prima dello spegnimento dei fornelli, mentre il contenuto del  secondo sì.
- L’ebollizione è avvenuta a 99,5 °C, nel becker 2. Dal grafico comparato, risulta che l’aumento della temperatura nel primo contenitore è graduale, mentre la temperatura si innalza velocemente nel secondo contenitore.
- Osserviamo che le temperature iniziali, differenti di tre gradi centigradi nei due becker, si mantengono diverse fra di loro ma  quasi uguali a quelle iniziali, a raffreddamento avvenuto.
- Alle 12.04, dopo lo spegnimento dei fornelli, la temperatura del primo becker  si è abbassata di 20 °C, quella del secondo di 26 °C.
- Osserviamo che, nel becker 1, il volume dell’acqua decresce progressivamente a partire da circa 73 °C; precedentemente non abbiamo rilevato aumento di volume.
- Nel becker 2, esposto a fiamma più alta, si osserva un leggero aumento di volume, intorno agli 80 °C, che si mantiene finchè non inizia l’ebollizione.
- Dopo lo spegnimento dei fornelli, avvenuto alle 11.50, il volume dell’acqua continua a contrarsi in entrambi i becker.
- Alle 17, quando i sistemi si sono raffreddati a circa 24 °C, il volume del primo becker è di circa 175 ml, mentre il volume del secondo è di circa 160 ml.

 Discussione collettiva e conclusioni:

- Abbiamo discusso molto sul fatto che il volume dell’acqua non aumentasse in entrambi i contenitori con il procedere del riscaldamento, ma, ad un certo punto, soltanto nel becker 2.
- Altro punto di discussione: la diminuzione del volume dell’acqua nel primo becker, intorno ai 73 °C  senza il raggiungimento dell’ebollizione, mentre lo stesso fenomeno si è manifestato nel secondo becker a partire dall’ebollizione.
- Cominciamo a pensare che il modello particellare così semplificato, come lo abbiamo ipotizzato, non riesce a spiegare tutti i comportamenti oppure sì ma non ne cogliamo del tutto le implicazioni.
- Ci siamo resi conto che quando si studia un fenomeno sorgono sempre aspetti imprevisti, che fanno scaturire nuove domande.
- Comunque, i risultati finali osservati ci fanno concludere che l’ipotesi generale è giusta: la quantità d’acqua evaporata dipende dal calore fornito.


Becker 1 (fiamma bassa)

Vi = 200 ml
Vf = 175 ml
Vi – Vf = 200 ml – 175 ml = 25 ml


Becker 2(fiamma alta)

Vi = 200 ml
Vf = 160 ml 
Vi – Vf = 200 ml – 160 ml = 40 ml

- Il calore, dunque deve essere in relazione alla velocità acquistata dalle particelle: una maggiore quantità di calore “velocizza” l’evaporazione ;
- in tempi uguali, in masse uguali d’acqua, esposte ad una diversa intensità di fiamma, ‘si registra un passaggio allo stato aeriforme’  che dipende dalla quantità di calore assorbito dall’acqua.                                      

Altre domande aperte:

•Come mai, in alcuni punti c’è poca differenza tra le temperature dell’acqua nei due diversi becker?

•Perché il raffreddamento dell’acqua è così lento?

•Perché le temperature iniziali nei due becker, ancora una volta, sono diverse?

Nota didattica: l’argomento non è facile da trattare per il forte grado di astrazione che comporta l’immaginare un modello particellare della materia, all’età mentale peculiare dei ragazzi di seconda media. Pertanto, non mi pongo il problema di verificare con i ragazzi “che le particelle ci sono e si muovono”.
Quello che mi preme e che mi sono posto come obiettivo è che i ragazzi siano in grado di correlare tra loro una causa ( nella fattispecie le particelle) con un effetto ( i fenomeni di cui ci stiamo occupando) ricorrendo ad un modello che sia coerente con i fenomeni osservati e che nello stesso tempo sia ‘validato’ da questi stessi fenomeni, oggetto di studio.

E, secondo il mio punto di vista, naturalmente opinabilissimo, a 12/13 anni, perseguire un obiettivo del genere non è una cosa di poco conto.

Direi che i ragazzi, superata una diffidenza iniziale circa l’esistenza delle particelle, adesso non hanno messo più in discussione il fatto( dopo lo studio di alcuni fenomeni che , anche se in maniera indiretta, sono stati messi in relazione con la loro esistenza e con il loro comportamento, in situazioni particolari) e si sono appassionati alla tematica in un modo che non avrei immaginato, all’epoca della programmazione. " 

Bene il percorso è veramente finito!

Al prossimo post!

Temperatura E Calore: secondo esperimento

Nel post del 10 agosto "Temperatura E Calore: l'ipotesi del modello particellare della materia", era stato pubblicato l'esperimento  sull'ebollizione dell'acqua, svolto dai gruppi di alunni della classe 2° B per verificare sperimentalmente la bontà dell'ipotesi relativa al modello particellare della materia, da loro elaborata.

L'esperimento pubblicato in questo post si propone di continuare in tale verifica sperimentale.

Ecco il problema affrontato  dai ragazzi e descritto di seguito con le loro stesse parole.

IPOTESI

1) Per quattordici, su diciotto di noi, la quantità d’acqua evaporata è maggiore nel contenitore avente la superficie di evaporazione più estesa.
2) Per gli altri quattro, la quantità evaporata non cambia in relazione alla diversa superficie di evaporazione.

MATERIALE

-2 fornelli a gas
-2 treppiedi metallici
-2 retine frangifiamma
-2 termometri a mercurio
-2 mollette di legno
-200 ml di acqua x contenitore
- 1 becher e 1 una beuta graduati termo - resistenti
- 2 piastrelle in maiolica come supporto ai fornelletti



PROCEDIMENTO

- Abbiamo acceso contemporaneamente i due fornelli, regolando la fiamma alla stessa intensità, con la beuta e il becker precedentemente posizionati sui treppiedi e separati dalla fiamma mediante le retine .

- Abbiamo usato due mollette di legno per sorreggere i termometri a mercurio, facendo attenzione che  non toccassero il fondo ma che fossero immersi.

- Le mollette sono state appoggiate trasversalmente sul bordo,  all’imboccatura dei due contenitori.

- Abbiamo registrato i valori della temperatura, rilevata ogni due minuti in ciascuno dei contenitori, nella tabella seguente e abbiamo realizzato il grafico comparato.

- Abbiamo spento i fornelli contemporaneamente alle ore 11.58 

- Anche durante il pomeriggio, fino alle 17, abbiamo rilevato i dati durante il raffreddamento del liquido in entrambi i contenitori.

Se ne è occupato uno di noi, che, poi, li ha comunicati a tutta la classe.

In tabella, non sono riportati i dati che, in realtà, sono stati rilevati sino alle ore 17.00 con i seguenti risultati:

- becker : temperatura = 24  °C,  volume = 150 ml

- beuta: temperatura = 24 °C, volume = 160 ml

OSSERVAZIONI

• A 67 °C, il volume dell’acqua è aumentato nella beuta perché le particelle si allontanano, visto che il calore ne allenta i legami; mentre alla stessa temperatura l’acqua nel becker segna ancora il livello iniziale.
• L’acqua nella beuta è andata in ebollizione, prima di quella contenuta nel becker, alla temperatura di 100°C.
• L’acqua nel becker va in ebollizione alla temperatura di 99 °C.
• Alle ore 11.34 c’è stata una differenza di temperatura di 10 °C tra i due contenitori. Il vapore è condensato sulle pareti della beuta, ma non del becker.
• Il raffreddamento dell’acqua è più rapido nel becker.
• Raggiunta la stessa temperatura di raffreddameno, 24°C, il volume dell’acqua è di 150 ml nel becker, mentre è di 160 ml nella beuta.



CONCLUSIONI

Analizzando e comparando i risultati deduciamo che:

•a superficie maggiore corrisponde effettivamente una maggiore quantità di acqua evaporata.

• L’ipotesi fatta dalla maggioranza di noi si è, quindi, rivelata giusta.

INTERPRETAZIONE ALLA LUCE DELL'IPOTESI PARTICELLARE

Sì, i risultati ottenuti sperimentalmente ci sembrano in accordo con la nostra ipotesi particellare.

Immaginiamo, infatti, che l'apertura del becker e della beuta sia ‘come una porta’, da cui escono le particelle.
Se l'imboccatura è ampia (nel nostro caso il becker) ne escono in grande quantità; se è piccola (la beuta) ne escono poche per volta.

DOMANDE APERTE

1. Perché la temperatura rilevata inizialmente è diversa nei due contenitori?

2. Perché, a parità di pressione atmosferica, l’acqua ha bollito a 100°C nella beuta  e a 99 °C nel becker?

3. Perché a 67°C  l’acqua della beuta aumenta di volume, mentre, all’incirca alla stessa temperatura, non si osserva lo stesso fenomeno nel becker?

Con il prossimo post, concluderemo la pubblicazione dei risultati relativi a questa sperimentazione su Temperatura & Calore affrontando il seguente problema:

"La quantità di acqua evaporata dipende dalla quantità di calore fornito?"

Temperatura E Calore: ipotesi del modello particellare della materia

Nel post del 26 luglio scorso, eravamo rimasti all'intervista alla classe, mediante la quale i ragazzi avevano espresso la propria idea estemporanea circa il modello particellare della materia. Successivamente le varie idee erano state socializzate e raccolte in una specie di "summa" riguardante una possibile ipotesi del modello, che è descritto di seguito così  come è stato elaborato dagli alunni.

POSSIBILE IPOTESI DEL MODELLO PARTICELLARE

(Conclusioni alle quali è giunta la classe, dopo il confronto e la discussione collettiva)

LE PARTICELLE:

1. SONO SUBMICROSCOPICHE( termine coniato dai ragazzi)

2. SONO LEGATE: i legami sono forti nello stato solido, sono meno forti nello stato liquido, quasi inesistenti negli aeriformi.

3. SI MUOVONO: la velocità è minima nei solidi (vibrazione su posizioni fisse); aumenta nei liquidi; aumenta ancora negli aeriformi.

4. LA VELOCITÁ DELLE PARTICELLE È IN RELAZIONE ALLA LORO ENERGIA TERMICA

5. HANNO TUTTE LE STESSE DIMENSIONI( almeno per quanto riguarda la stessa sostanza).

6. NON SONO CONTINUE NELLA LORO DISTRIBUZIONE

7. CIRCA LA LORO FORMA, NON RIUSCIAMO A GIUNGERE AD UNA CONCLUSIONE  CONDIVISA, MA UNA BUONA PARTE DI NOI LE IMMAGINA DI FORMA PRESSOCHE’ SFERICA.

Abbiamo discusso molto  per arrivare a queste conclusioni e la prof. ci ha aiutato a fare ordine nei ragionamenti.

PERCHE' SIAMO GIUNTI A QUESTE CONCLUSIONI?

• Il primo punto è evidente: se non riusciamo ad osservarle con i microscopi a disposizione, le particelle devono essere veramente molto piccole.
• Per il secondo punto, abbiamo riflettuto sugli stati della materia e le conclusioni ci sono sembrate le più plausibili con quanto si osserva sul loro comportamento.
• Anche per il terzo punto, ci siamo riferiti al comportamento della materia nei tre stati. Infatti, se pensiamo ad un odore, questo si avverte anche molto lontano dalla fonte.
• Deve per forza esserci una relazione fra la loro velocità e il calore fornito, basta pensare ai passaggi di stato dell’acqua, che abbiamo già studiato.
• Abbiamo pensato che, almeno per uno stesso tipo di sostanza, le particelle dovrebbero avere le stesse dimensioni altrimenti cambierebbe la sostanza. Naturalmente potrebbe essere diversamente, ma siamo orientati a pensare in questo modo, non avendo prove.
• Questo lo abbiamo ipotizzato riferendoci alla diffusione di un liquido colorato nell’acqua o alla dissoluzione del sale e dello zucchero nell’acqua, tutti fenomeni che abbiamo già studiato.
• Questo punto ci ha fatto discutere molto e non siamo giunti ad una ipotesi condivisa. Un compagno sostiene che le particelle devono avere una forma sferica o similare perché con questa forma la materia si distribuisce in maniera omogenea e poi così occupa meno spazio. Una buona parte di noi  ha accettato la sua ipotesi ma altri sono scettici, anche se non hanno saputo offrire un’ipotesi alternativa.

Adesso disponiamo di un'ipotesi condivisa alla quale ci riferiremo, come a un possibile modello della struttura particellare della materia.

Proveremo a vedere se  e come funziona negli esperimenti, che faremo, o se, invece, dovremo apportare delle correzioni a tale modello.

*****                   

Nei prossimi post,saranno illustrati alcuni esperimenti, che sono stati interpretati dai ragazzi alla luce dell'ipotesi particellare, da essi formulata.

Attraverso tali esperimenti si è cercato di trovare conferma circa "la bontà" di tale ipotesi, confrontando il modello particellare con i dati sperimentali ottenuti e valutandone la coerenza con quello.

I problemi affrontati sono:

1. Osservare l'ebollizione dell'acqua e interpretare il fenomeno alla luce dell'ipotesi particellare.
2. A parità di altre condizioni( quantità di calore fornito, tempo di esposizione al calore), la quantità di acqua evaporata dipende dalla superficie di evaporazione?
3. A parità di altre condizioni( due becker uguali, volume iniziale d'acqua, tempo di esposizione alla fiamma) la quantità di acqua evaporata dipende dal calore fornito?

S i riporta qui il primo di tali esperimenti: L'EBOLLIZIONE DELL'ACQUA

MATERIALE

• 1 fornelletto a gas
• 1 treppiedi metallico
• 1 reticella frangifiamma
• 1 termometro a mercurio
• 1 molletta di legno
• 1 piastrella x supporto al fornello
• 1 beuta
• 250 ml di acqua



PROCEDIMENTO

- Abbiamo sistemato il fornelletto a gas sulla piastrella di ceramica per isolarlo dal fondo del tavolo da lavoro.
- Abbiamo posizionato il treppiede in modo che sormontasse il fornelletto.
- Abbiamo posto sul treppiede la reticella frangifiamma.
- Abbiamo sistemato la beuta sopra la reticella.
- Abbiamo acceso il fornello.
- Con il termometro, abbiamo misurato la temperatura iniziale e quindi abbiamo proseguito con il rilevamento ogni due minuti fino a raggiungere la temperatura di ebollizione dell’acqua, compilando la seguente tabella e realizzando il grafico relativo.
- Alle 12.08 abbiamo effettuato l’ultimo rilevamento e poi spento il fornelletto.

TABELLA

GRAFICO

OSSERVAZIONI

- La temperatura sale progressivamente al passare del tempo man mano che si fornisce calore.
- A  65°C circa, notiamo che il livello dell’acqua nella beuta è superiore a 250 ml nonostante l’evaporazione ‘porti via’ un certo quantitativo di sostanza.
- A 75°C , il vetro si appanna e scendono delle goccioline dal bordo lungo le pareti della beuta.
- A 90°C , il livello dell’acqua è ancora superiore a 250 ml nonostante la massiccia evaporazione.
- A 100°C l’acqua bolle e si osservano movimenti tumultuosi dell’intera massa, la superficie è interessata da una evaporazione al ‘top’.
- Per altri quattro rilevamenti, osserviamo che la temperatura rimane ferma a 100 °C; nonostante si continui a fornire calore alla beuta, c’è come una sosta nella temperatura(sappiamo già, perché lo abbiamo sperimentato, che la temperatura rimane con un pianerottolo a 100°C  finchè l’acqua non è evaporata del tutto).
- Abbiamo rilevato il livello dell’acqua, a pomeriggio, quando tutto il sistema si era  raffreddato a circa 21°C, ed abbiamo osservato che era sceso a circa 210 ml.

• Il fatto che, fra 65 °C e 90°C, il volume dell’acqua sia aumentato ci sembra in accordo con l’ipotesi particellare: infatti il calore assorbito dall’acqua serve a fare diventare più veloci le  sue particelle, che, acquistando energia, allentano i propri legami distanziandosi e quindi il volume complessivo aumenta.
• Il fatto che la temperatura rimanga a 100°C fino a quando l’acqua bolle e non si è trasformata completamente in vapore acqueo, si spiega con il fatto che il calore fornito serve alle particelle per rompere i legami e per passare allo stato aeriforme; anche questo sembra in accordo con l’ipotesi particellare.
• Anche il diminuito volume dell’acqua, a raffreddamento avvenuto, interrotta l’ebollizione, conferma che circa 40 ml di acqua si sono trasformati in vapore acqueo abbandonando lo stato solido, grazie al calore fornito.

DOMANDE RIMASTE APERTE:

1. Perché a 90°C, il volume dell’acqua è superiore a quello iniziale nonostante la massiccia evaporazione in atto?

2. La dilatazione del liquido è sufficiente a spiegare l’aumento di volume?

Il modello particellare dovrebbe permetterci di fare delle previsioni in merito. La prof. dice che cercheremo di dare delle risposte il prossimo anno riprendendo la sperimentazione.
Per la fine dell’anno porteremo avanti il percorso ipotizzato per non  rischiare di disperderci.

Per oggi si conclude qui! Il seguito al prossimo post.