Visualizzare i quanti

Ci sono concetti, come quelli della meccanica quantistica (teoria che ha appena festeggiato un secolo di vita), che sembrano quasi costruiti per restare misteriosi. Onde che diventano particelle, stati che esistono e non esistono allo stesso tempo! Insomma, è assai facile perdersi di fronte a questi paradossi. In molti ne restano affascinati, ma poi trovandoli incomprensibili rinunciano a capirli, perdendone così il significato profondo.

E non è un problema solo per chi ascolta, anche per divulgatori e insegnanti il compito di trasmettere queste nozioni è una sfida continua. Insomma, come raccontare una realtà così distante dalla nostra esperienza quotidiana? Gianluca Li Causi, primo ricercatore dell’INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Roma, ma soprattutto amico e collega, ha pensato a una rappresentazione dei quanti che aggirasse questi problemi. L’idea, sottoposta a The Physics Teacher, rivista specializzata nella didattica della fisica, è stata pubblicata come articolo di copertina del numero di gennaio (Figura 1) di questo 2025 nominato dalle Nazioni Unite Anno Internazionale della Fisica e delle Tecnologie Quantistiche (l’articolo, leggibile in forma integrale, si chiama “Explaining quanta with optical illusions“, The Physics Teacher, Vol. 63, Number 1, Jan 2025 ed è leggibile in forma integrale su arXiv). Incuriosito, desideroso di capire qualcosa di più, interessato da quanto viene ideato nel mio stesso Istituto, ho raggiunto Gianluca per questa breve intervista.

Figura 1: La “ipnotica” copertina di The Physics Teacher

Caro Gianluca, vuoi spiegare ai lettori di Stardust perché mai la meccanica quantistica appare così splendidamente (e tenacemente) incomprensibile?

Ci provo, caro Marco! È tutto perché gli oggetti del nostro mondo quotidiano hanno proprietà molto diverse dalle proprietà delle particelle elementari. Questo è il punto. Ogni particella quantistica possiede un insieme di qualità, cioè uno stato, che quando vengono osservate possono assumere soltanto alcuni valori discreti e mutuamente esclusivi. Un elettrone, per esempio, possiede una proprietà chiamata spin che può essere osservata solo in uno di due stati quantistici, comunemente chiamati su e giù.

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Difendere la bellezza

E’ come una meraviglia che ci viene silenziosamente sottratta, così che quasi non ce ne accorgiamo. Ma anche noi. Ne facciamo a meno, alla fine rinunciamo. Sì, poi chi ha tempo, chi ne ha anche voglia, in fondo? La sera c’è la televisione, le partite, le varie piattaforme, c’è quella serie da vedere, quella che ha consigliato il collega in ufficio…

Non che tutto questo non si possa fare, chiaro. Anzi è bello spesso ritrovarsi in famiglia, o con gli amici. Ragionare e sentire che si sta vivendo, che stiamo andando avanti, ognuno come può, come riesce, ma sempre in cordata, senza essere mai soli.

Bellissimo, certo.

Accanto a tutto questo c’è questa meraviglia, però. Una quieta meraviglia. Che non fa rumore, che non protesta, che nemmeno si arrabbia se nessuno la guarda (e in tutto il cosmo, potremmo essere gli unici a guardarla, chissà, potrebbe esistere soltanto per noi). E’ lì, paziente. Ma perché non ammirarla, perché non gustarla, questa meraviglia?

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Qualcosa che rimane

Che buffo però. Che strano, provare a gestire una risorsa che rimanga, nel mondo poliedrico e in rapido movimento di Internet. Dove è tutto centrato nel presente, ma così nel presente che – in realtà – non ci sei mai. Perché non ti puoi fermare, non puoi respirarlo questo presente. Muta troppo in fretta.

Tutto funzionale ad attirare l’attenzione, contenderti l’attenzione di un momento, magari due. Una gara per catturarti, dentro questo o quel social, in un sito, in un sistema di consultazione e di acquisto.

Anche questa idea che ora è in questo sito, idea che prese forma nel lontano 1997 come breve bollettino di notizie astronomiche, ospitato nello spazio web dell’Osservatorio di Roma (va detto, in un panorama di risorse divulgative enormemente più povero di adesso), ha cambiato varie forme, indirizzi. Ma sostanzialmente è rimasto. E ho cercato di preservare tutto quello che è stato scritto – da me e da altri – senza abbandonare mai nulla.

Nel frattempo, ho cambiato stato di vita, modalità di vivere e lavorare, ho mutato opinioni, lavorato sui miei limiti (dove era possibile), ho fatto esperienze, ho visto la mia famiglia e i rapporti, personali e professionali, evolversi e mutare. Per qualche motivo, però, non ho mai abbandonato per tanto questo spazio. Per alcuni tempi, sì. Ma poi sentivo sempre il bisogno di tornare.

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Aprire un cammino

Tornato ieri a sera, dalla piccola tournée di due giorni, due incontri con tante persone, per raccontare le novità del cielo. Due incontri per declinare il titolo che mi era stato assegnato, suggestivo ed impegnativo al medesimo tempo: L’universo elegante mostra la sua danza di futuro.

Come per anni precedenti, ho raccolto l’invito cordiale di Gianluigi Nicola, presidente della Associazione Italiana Teihard de Chardin, a venire a raccontare, la sera di sabato 21 a Diano Marina e la mattina del 22 presso il Monastero di San Biagio, a Mondovì.

Sono state due occasioni per fare il punto sulle scoperte astronomiche degli ultimi cinque anni, comprendendo così come l’indagine del cielo – come il cielo stesso, del resto – è in fase di espansione accelerata, così che perfino durante gli anni del COVID si sono susseguite una serie di scoperte straordinarie, come di esplorazioni mai tentate prima.

In una manciatina di mesi, infatti, siamo andati a prender sassi sugli asteroidi, abbiamo lanciato nello spazio un telescopio gigante, abbiamo forse capito perché l’universo non si è azzerato subito dopo la sua nascita in un megascontro tra materia e antimateria, abbiamo indagato il sottosuolo di Marte ma ci abbiamo anche svolazzato sopra, con il primo drone planetario, abbiamo ascoltato il mormorio del tappeto di onde gravitazionali che pervade lo spazio, abbiamo trovato acido ribonucleico aggrappato stretto sopra un asteroide, abbiamo riallacciato i contatti con una sonda lontana ventiquattro miliardi di chilometri alla quale si era guastato il computer … e si potrebbe continuare. Ma avete compreso già.

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Venticinque immagini per Chandra

La sonda Chandra è stata lanciata nello spazio, tramite lo Space Shuttle Columbia, esattamente 25 anni fa, il 23 luglio del 1999. Era veramente un’altra epoca. Ed era davvero uno strumento innovativo. Per quanto riguarda l’astronomia nei raggi X è stato il top per moltissimi anni. Non si contano le scoperte dovute al lavoro di Chandra.

In questo blog, attivo in varie forme da un paio di anni prima che Chandra iniziasse la sua avventura, moltissime volte ho parlato di lei, dei suoi risultati, del nuovo cielo che ci stava facendo scoprire. Basta fare una ricerca veloce, per immergersi in questo flusso. Era abbastanza facile, anche, perché il sito di Chandra era molto orientato, direi da subito, alla divulgazione: all’epoca, non era affatto scontato.

Venticinque immagini inedite, per il venticinque anni di lavoro di Chandra (Crediti: NASA/Chandra)

Dal lancio, Chandra ha osservato migliaia di oggetti, alcuni anche molte volte, per realizzare una serie di scoperte senza precedenti. Questa immagine rappresenta sinteticamente la varietà degli oggetti e fenomeni che la sonda ha studiato in questo quarto di secolo, dai buchi neri ai resti di supernova (e molto altro).

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Il brillìo del cosmo

Sempre più, quando vado in giro a raccontare le stelle mi capita di pensare che sto facendo il lavoro più bello del mondo. Proprio così. Un lavoro per cui è sicuramente valsa la pena studiare, è valsa la pena affrontare gli inevitabili momenti di aridità, le ineludibili frustrazioni.

Guardandomi indietro, perfino i mille ripensamenti – ma sarà per me questo lavoro? Mi corrisponde veramente? – e le pesanti, laceranti incertezze: tutto si ricompone. Tutto ha avuto la sua funzione, la sua importanza. Adesso lo capisco, tutto è stato necessario.

Le prime esperienze di pubblicazione di articoli scientifici e le borse di studio a Teramo, a Napoli. Il giro d’Italia per partecipare ai dottorati, presso le varie università. Cose ormai di molti, molti anni fa. Arrivavo il pomeriggio del giorno prima con il treno, cercavo gli alberghi più economici. La mattina di corsa alla prova scritta, dove trovavo tanti volti che avevo visto magari il giorno prima, in un altro luogo d’Italia. Bologna, Padova… città sfiorate per capire se avevano quello che cercavo. Se c’era strada per me. Quello a Roma afferrato infine in extremis, come ultimo tentativo prima di cercare un diverso lavoro. Il primo figlio (anzi, figlia) era già in arrivo: una ragazza che era anche lei alla prova scritta, saputo che mia moglie stava per partorire, mi chiese stupefatta e allora tu che ci fai qui?

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Lo sguardo di Anita sulle stelle

Arrivati su Amazon verso la fine di agosto, sono gli altri racconti che non avevano trovato posto nel primo volume, Anita e le stelle, pubblicato nel 2019. E direi subito che il tempo è servito, perché questi altri sei, sono stati esaminati anche da alcune persone del Gruppo Storie dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, diventando proprio oggetto di lavoro. Sono così arrivati diversi suggerimenti per migliorare i racconti, alcuni dei quali implementati nel volume che ora potete leggere.

Così spero che lo sguardo di Anita sulle stelle si sia fatto più penetrante, più fresco e più vivo. Almeno di un poco. Forse Anita, la conoscete già. Magari alcuni di voi la conoscono, almeno un po’. Anita è una ragazzetta molto vispa e curiosa, che si fa un sacco di domande (come tutte le persone della sua età). Fatto sta che lei ha una mamma che è astrofisica di mestiere, e dunque le può rispondere anche a domande sull’inizio del cosmo, sul Big Bang, sugli alieni, sulla forma della nostra Galassia, e su tante altre cose del cielo che, in effetti, destano la curiosità di tutti.

I temi forse li potete intuire, scorrendo i titoli. Ci vuole un grande telescopio?, L’universo conosciuto, La storia del presente universo, Lo scoppio più grande di tutti, Le stelle più vicine a noi, Quando ci visitano gli alieni. Insomma ci sono tanti argomenti di cui parlare, tante occasioni per Anita per fare domande, anche perché ogni domanda in realtà è una richiesta di attenzione ed affetto verso la mamma: attenzione prontamente e limpidamente ripagata, esaudita. C’è uno scambio sottile tra le due donne che va oltre l’astronomia, perché l’astronomia da sola non basta, non serve. Serve se indica altro, appunto.

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Fisicast nel portale INFN

Si chiama ScienzaPerTutti ed è il sito di comunicazione scientifica dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La bella novità che volentieri diffondo, è che il progetto Fisicast cui collaboro (un pochino), del quale cui ho già riportato tracce di attività nel passato, è sbarcato con successo sul portale.

Grazie infatti alla proficua collaborazione con i colleghi dell’INFN, da adesso Fisicast è anche una specifica rubrica del portale ScienzaPerTutti, che pubblicherà ogni lunedì una puntata scelta dall’archivio.

Silenzio, parla… la fisica!

Il post conterrà (ovviamente) il link per ascoltare l’audio del podcast, che sarà presentato da un brevissimo trailer video, e per la prima volta si potrà scaricare anche un pdf con la trascrizione della puntata.

Sicuramente una bella occasione per rivitalizzare l’archivio prezioso di Fisicast e anche un riconoscimento di valore, che certamente non guasta: giusto premio per chi lavora assiduamente (ben più del sottoscritto) al progetto. Ad un anno dalla ripartenza, un sontuoso traguardo per Fisicast, dunque.

Questa settimana si inizia con la puntata n.1, Il Tempo, di Riccardo Faccini. Tema importante per la prima uscita! Poi si prosegue con Le Maree (Fisicast #21) e La Meccanica Quantistica nel Mio Cellulare (Fisicast #12). Si andrà poi avanti con cadenza settimanale, offrendo una strada utile anche a chi non ne fosse venuto a contatto prima, per introdursi nel progetto e iniziare ad apprezzare questo modo preciso e leggero di raccontarsi la fisica.

Perché se è vero (come è vero), che l’universo è fatto di storie, la fisica si deve poter raccontare anche a parole, mettendo da parte le formule più astruse, a vantaggio di una comunicazione più diretta ed accessibile, davvero per tutti. Questi ragazzi lo fanno, con molta passione e viva professionalità.

Che altro aggiungere, se non l’invito a… venire ad ascoltarli?

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