Materia oscura?

[Red Hanuman]

Ho letto anch'io che al CERN si sperava di creare particelle di materia oscura con l'acceleratore LHC
C'è qualcosa che non mi torna
Le particelle che si creano dallo scontro di fasci di particelle potrebbero non essere componenti delle particelle interagenti
come se tra i rottami dello scontro tar due automobili trovassimo pezzi di biciclette
Secondo la teoria quantistica dei campi l'energia dello scontro si trasmette anche a campi collegati mettendoli in vibrazione
Le particelle non sarebbero altro che eccitazione dei campi quantistici
La fisica quantistica però non include la gravità
Perchè si dovrebbero formare particelle che interagiscono solo attraverso la gravità ?

Ti limiti alle particelle, e non consideri l'energia. Se le particelle si scontrano, non è detto che rimangano tali o scomposte in parti più piccole; possono tornare a trasformarsi in energia, che poi si ricombina.

Quindi, tornando alla tua analogia, potremmo trovare anche pezzi di bicicletta visto che la macchina in parte si è fusa e ricombinata.

A meno che le particelle di materia oscura non siano composte da qualcosa di diverso dell'energia...

[Red Hanuman]

Per "limite enorme" intendevo il limite massimo di collisione delle particelle, cioè alla velocità c, quel limite credo ce l'abbia anche il Fcc.... più di tale energia non si può imprimere alle particelle.

Ha in parte risposto Albertus. Non puoi superare la velocità della luce, ma puoi accelerare particelle più grossa, addirittura atomi pesanti. Il che implica mettere molta più energia in gioco.

[Red Hanuman]

Quindi dal conto totale risulterebbe una particella non identificata, una particella non barionica e quindi per esclusione materia oscura?

O addirittura non risulterebbe alcuna particella rilevabile, con caratteristiche tali (spin ecc.) da rendere la combinazione mancante significativa.

[Albertus]

Quindi, tornando alla tua analogia, potremmo trovare anche pezzi di bicicletta visto che la macchina in parte si è fusa e ricombinata.

l'analogia l'ho usata in senso positivo non negativo
Con tutti i limiti delle analogie , è vero che , a livello atomico, dallo scontro di due automobili si possono generare pezzi di bicicletta.
Al di fuori della metafora, dopo la collisione si possono osservare particelle che non sono componenti delle particelle iniziali e neppure ricombinazione dei componenti delle particelle iniziali
Questo avviene in quanto vengono eccitati campi quantistici preesistenti ma latenti a cui viene trasferita parte dell'energia dello scontro
Però il trasferimento di energia da campo quantistico a campo quantistico avviene secondo certe regole definite dai coefficienti di accoppiamento tra i campi
Non si può generare qualsiasi tipo di particella ma solo quelle particelle i cui campi quantistici sono accoppiati coi campi quantistici delle particelle incidenti

Il campo gravitazionale però non è contemplato, a mia conoscenza, nelle teoria quantistica dei campi

[Gaetano M.]

O addirittura non risulterebbe alcuna particella rilevabile, con caratteristiche tali (spin ecc.) da rendere la combinazione mancante significativa.

Quindi se il conto energetico non torna si potrebbe parlare di particelle di materia oscura?

[altazastro]

Troppa poca energia in gioco... Probabilmente c'è molto di più ad energie maggiori. Forse una nuova fisica e nuovi misteri.

Un primo assaggio lo avremo credo con il Future Circular Collider (Fcc). Quando ci sarà...

Purché si riesca a venderlo (il progetto, l'idea) a qualcuno ...

Permettemi qualche reminiscenza storica ...

Mi sono laureato in fisica nel 1993 e nel 1994-1995 ho usufruito si una borsa di studio al CEN Saclay vicino a Parigi.
Ero lì quando il LHC venne approvato (credo ottobre o novembre 1994), un grande boost di morale per tutta la comunità delle alte energie dopo che gli americani avevano cancellato il SSC nel 1993.
Si stapparono bottiglie di (vero) champagne ... hip hip urrà.

Nei mesi e poi anche negli anni successivi comparverò al ritmo di qualche chilo (a stamparli) a settimana papers basati su simulazioni numeriche di quante particelle supersimmetriche a quali energie si sarebbero trovate al LHC (variando qualcuno dei non mi ricordo più quanti parametri liberi dei vari modelli supersimmetrici potevi fare un numero enorme di simulazioni).

Sembrava quasi un business a se stante ... l'unica cosa che praticamente tutti (me incluso) davano per scontato era che la SUSY fosse la strada (teoria) giusta.

Io poi ho deciso di fare altro nella vita, anche perché la strada della ricerca non era molto promettente economicamente ed io comunque non ero esattamente un nuovo Fermi, ma un po' a distanza ho continuato a prestare un orecchio, magari un po' distratto, alle novità del campo.

Beh, che dire, trovarsi poco meno di trent'anni dopo senza particelle supersimmetriche e con la quasi certezza che la relativa teoria sia tout court sbagliata (anche se, sì lo so, ha i suoi incrollabili difensori che continuano a giocare con i parametri) fa decisamente un certo effetto.

A dire la verità a me viene irresistibilmente alla mente la cosiddetta crisi di fine (XIX) secolo della fisica, in cui ci si trovava davanti a comportamenti che la fisica classica non sapeva spiegare.

Onestamente, anche se non è proprio la stessa cosa, a me dark matter e dark energy ricordano un po' l'etere ed il fiasco della supersimmetria mi dà la forte sensazione che solo una rivoluzione veramente "copernicana" possa far ripartire il motore.

Questo successe agli inizi del XX secolo con relatività e meccanica quantistica, adesso forse ci troveremo, piuttosto che ad unificare le due (come si cerca di fare da decenni) a superare entrambe.

Ma ...

Ma c'è un problema: agli inizi del '900 gli esperimenti si facevano con "spago e ceralacca" come disse qualcuno, adesso costano una quantità enorme di soldi (decine di miliardi per i super acceleratori della nuova generazione) e chi dovrebbe metterli avrà voglia di metterli?

Personalmente ho sempre pensato che la fisica delle particelle abbia campato durante la seconda metà del XX secolo, dal punto di vista dei finanziamenti, sul contributo dato alla creazione delle armi nucleari: le grandi potenze non volevano rimanere indietro in un campo che magari poteva portare a vantaggi tecnologico-militari.

Ma adesso, andare a mani vuote, senza una teoria in mano e con il fallimento dell'ultima, a chiedere decine di miliardi ...

Concettualmente, da ex-sperimentalista, sono perfettamente d'accordo: è ora di farsi guidare (galileianamente) più dai dati sperimentali che dalle teorizzazioni a ruota libera.

Ma praticamente andare a chiedere "dateci 10-20-30 miliardi per cercare qualcosa, non sappiamo cosa, non sappiamo nemmeno se quei soldi basteranno a trovarlo, ma vogliamo cercarlo", beh, dal punto di vista manageriale e PR non è proprio il massimo.

Senza contare, e forse questa è la cosa più importante, che oggi l'emergenza più globalmente percepita (a parte il COVID, che si spera sia solo una breve parentesi in termini storici) è quella del cambiamento climatico, quindi vedo più probabile barche di soldi andare verso studi sulla fisica dell'atmosfera e il potenziamento dei modelli climatici, piuttosto che verso nuovi grandi acceleratori.

Per un politico (ma anche per sponsor privati) i soldi spesi sull'argomento cambiamento climatico hanno un doppio ritorno, perché anche se spesi inutilmente (cioè anche se non dovessero produrre niente di utile alla fine), chi li ha spesi può sempre dire che ha dimostrato la propria attenzione per le generazioni future, etc. etc. ed è roba che garantisce un ritorno in termini di immagine e di voti.

I soldi spesi in un superacceleratore se va bene scateneranno l'entusiasmo di una ristretta comunità di nerd, se va male sono soldi dei taxpayers sprecati.

Sarò pessimista ma non la vedo bene per la fisica delle alte energie ... si può solo sperare che una nuova generazione di Einstein e Bohr produca una nuova teoria verificabile se non con "spago e ceralacca", almeno con qualcosa che si possa infilare nei budget statali senza farla notare troppo.

Il tutto con un senso di malinconia per il mio grande amore di gioventù.

[Albertus]

Altazastro

Anch'io ho deciso di fare qualcosa d'altro, pensa un pò l'export manager, difficile immaginare qualcosa di più distante ,quando mi resi conto di non essere abbastanza intelligente per fare fisica
Il cambiamento climatico è il problema più importante ?
Certamente ma anche la biologia, la medicina, la geologia, la chimica sono stati molto ma molto più utili della teoria della gravità generale di cui l'umanità potrebbe fare a meno
Eppure quando si cita un genio, la gente a chi pensa ?
A Pasteur o ad Einstein ?
Il fascino della ricerca di base è innegabile
Il modello standard fa acqua da tutte le parti, il punto debole sono appunto la ventina di parametri liberi eppure non si può negare che grazie a questa teoria sono state fatte previsioni con una precisione incredibile, difficile pensare che siano dovute solo al caso

Di nuovi Einstein ce sono già in abbondanza, almeno se conteggiamo il numero di neuroni
Tra i teorici della teoria delle stringhe ci sono autentici super cervelli
Eppure cos'hanno prodotto ?

Insomma a me va bene che si spenda qualche soldo anche nei super acceleratori
Si tratta di cifre notevoli ma non così scandalose se rapportate ai budget degli stati

[Red Hanuman]

l'analogia l'ho usata in senso positivo non negativo
Con tutti i limiti delle analogie , è vero che , a livello atomico, dallo scontro di due automobili si possono generare pezzi di bicicletta.
Al di fuori della metafora, dopo la collisione si possono osservare particelle che non sono componenti delle particelle iniziali e neppure ricombinazione dei componenti delle particelle iniziali
Questo avviene in quanto vengono eccitati campi quantistici preesistenti ma latenti a cui viene trasferita parte dell'energia dello scontro
Però il trasferimento di energia da campo quantistico a campo quantistico avviene secondo certe regole definite dai coefficienti di accoppiamento tra i campi
Non si può generare qualsiasi tipo di particella ma solo quelle particelle i cui campi quantistici sono accoppiati coi campi quantistici delle particelle incidenti

Il campo gravitazionale però non è contemplato, a mia conoscenza, nelle teoria quantistica dei campi

C'è da dire che il campo gravitazionale non si sa bene cos'è: è semplicemente una variazione della geometria dello spazio - tempo? E' un campo quantizzato?
La gravità è una forza apparente ed emergente o reale?

Una volta chiarito quanto sopra, puoi stabilire se e quali particelle mediatrici questo campo può generare, e prevedere che energia (e quindi che massa) le particelle avranno.

Non di meno, la materia oscura cos'è? Di cosa è fatta? Se è fatta di energia (e dovrebbe, visto che piega lo spazio - tempo) allora prima o poi la si potrebbe generare durante gli scontri in acceleratori come l'LHC. Mi sembra inevitabile.

[Red Hanuman]

Quindi se il conto energetico non torna si potrebbe parlare di particelle di materia oscura?

Si potrebbe parlare di un evento imprevisto, forse di una particella con una massa pari all'energia dispersa. Poi bisognerebbe chiedersi quali altre proprietà sono scomparse, come spin e carica.

Fatti tutti i conti, se la particella risultante fosse massiva, priva di carica e con lo spin giusto, si potrebbe parlare di materia oscura...

[Red Hanuman]

Purché si riesca a venderlo (il progetto, l'idea) a qualcuno ...

Capisco benissimo. Io lo vedo fondamentale come progetto, perchè questa fisica mi va stretta e perchè c'è da più parti il sentore che dobbiamo ancora scavare nei misteri del nostro Universo.

Questa fisica non ci consente di lasciare questo pianeta, che sta diventando troppo stretto. E mi sembra ci sia un sacco di spazio sprecato.

Comunque hai ragionissima. Chi guarda solo al prossimo domani non fa piani decennali, non portano voti...

Sembrava quasi un business a se stante ... l'unica cosa che praticamente tutti (me incluso) davano per scontato era che la SUSY fosse la strada (teoria) giusta.

Ti dirò, a me non convinceva molto, troppo complessa. La natura è sorprendentemente semplice, le complicazioni nascono dai numeri e dalle combinazioni.

Ma è solo il parere di un ignorante saccente, non va preso sul serio...

A dire la verità a me viene irresistibilmente alla mente la cosiddetta crisi di fine (XIX) secolo della fisica, in cui ci si trovava davanti a comportamenti che la fisica classica non sapeva spiegare.

Pure a me. E direi che abbiamo dei buoni motivi per pensarlo.

Senza contare, e forse questa è la cosa più importante, che oggi l'emergenza più globalmente percepita (a parte il COVID, che si spera sia solo una breve parentesi in termini storici) è quella del cambiamento climatico, quindi vedo più probabile barche di soldi andare verso studi sulla fisica dell'atmosfera e il potenziamento dei modelli climatici, piuttosto che verso nuovi grandi acceleratori.

Per un politico (ma anche per sponsor privati) i soldi spesi sull'argomento cambiamento climatico hanno un doppio ritorno, perché anche se spesi inutilmente (cioè anche se non dovessero produrre niente di utile alla fine), chi li ha spesi può sempre dire che ha dimostrato la propria attenzione per le generazioni future, etc. etc. ed è roba che garantisce un ritorno in termini di immagine e di voti.

I soldi spesi in un superacceleratore se va bene scateneranno l'entusiasmo di una ristretta comunità di nerd, se va male sono soldi dei taxpayers sprecati.

Anche qui sono tristemente d'accordo. Se un politico deve scegliere tra rifare la piazza del paese mettendoci una bella statua e rifare la fognatura vecchia, rotta e insufficiente; beh sceglie la piazza perchè lega il suo nome a una cosa bella.

A meno che la fogna non gli entri in casa, allora...

Sarò pessimista ma non la vedo bene per la fisica delle alte energie ... si può solo sperare che una nuova generazione di Einstein e Bohr produca una nuova teoria verificabile se non con "spago e ceralacca", almeno con qualcosa che si possa infilare nei budget statali senza farla notare troppo.

Il tutto con un senso di malinconia per il mio grande amore di gioventù.

Mah, chissà. Mi auguro che il tuo pessimismo sia esagerato, ma non ne sono molto convinto...