Cosa hanno in comune maree, piogge, treni ad alta velocità, e un acceleratore di particelle

Fattori inaspettati nella calibrazione dell'energia dei fasci di un acceleratore.

Il LEP, Large Electron-Positron Collider, è stato un acceleratore del Cern, funzionante dal 1989 al 2000. Esso accelerava in direzioni opposte, lungo una traiettoria circolare lunga 27 chilometri, elettroni e positroni (questi ultimi sono le antiparticelle degli elettroni) e le faceva collidere in 4 punti lungo il percorso.

Quattro apparati sperimentali, ALEPH, DELPHI, L3 e OPAL, circondavano i 4 punti dove avvenivano le collisioni, e registravano gli eventi fisici. I risultati scientifici del progetto LEP hanno prodotto nuove misure di altissima precisione sui parametri del Modello Standard delle particelle elementari, oltre alla previsione della massa del quark top prima della sua scoperta diretta. Io ho avuto la fortuna di partecipare all'intero progetto lavorando in uno dei quattro esperimenti, dalla costruzione, durante la tesi di laurea, fino alla fine.

Per il tipo di misure che dovevano essere condotte al LEP, era di fondamentale importanza conoscere al meglio il valore dell'energia a cui collidevano i fasci di elettroni e positroni, con una precisione di 1 MeV, corrispondente allo 0.001% dell'energia dei fasci.  Per raggiungere questo scopo erano utilizzate varie tecniche sofisticate, al fine di minimizzare le incertezze sperimentali. Tuttavia i fisici sono ben consci dell'esistenza degli errori sistematici, ovvero quei fattori a volte non sotto controllo, o a volte completamente sconosciuti, che possono alterare il risultato di una misura in modo non noto o controllabile.

Alcuni di questi fattori, assolutamente imprevisti, si rivelarono molto importanti, e qui voglio raccontare la loro curiosa storia, e come furono individuati.

La misura dell'energia dei fasci di particelle si basa sulla precisa conoscenza della lunghezza del percorso delle particelle nell'acceleratore, quella che a grandi linee potremmo chiamare la circonferenza dell'acceleratore. Questa grandezza era nota con grande precisione, essendo stata misurata dal personale tecnico con accuratezza. 

Eppure c'era qualcosa che non tornava. L'energia misurata dei fasci di particelle sembrava variare nel tempo, di una quantità ben superiore a 1 MeV, con dei pattern strani, e dipendenti dal tempo. Questi pattern così periodici fecero pensare alle maree.

Variazione dell'energia dei fasci del LEP in funzione dell'ora del giorno.

Le maree, oltre a spostare gli oceani, hanno anche l'effetto di distorcere la crosta terrestre, e nel nostro caso di modificare, seppure di pochissimo, la forma dell'acceleratore, e quindi l'orbita delle particelle rispetto alla traiettoria stabilita. Questo fa sì che le particelle circolanti si trovino a seguire una traiettoria che differisce, sebbene di pochissimo, da quella prevista. Tutto ciò implica che l'energia che essi acquisiranno passando attraverso le cavità acceleratrici e i magneti deflettori, non sarà esattamente quella prevista dal progetto, ma cambierà nel tempo al cambiare dell'intensità della forza mareale. Questo effetto, alla luce delle misure, risulta essere 6 volte più grande del massimo errore tollerabile, ma può essere fortunatamente corretto conoscendo la posizione della luna ora per ora. Vedi questo articolo per maggiori dettagli, e se volete leggere un interessante e divertente resoconto di come questo effetto abbia impatto sull'acceleratore LHC del Cern, (è sempre lo stesso tunnel) lo trovate qui.

Altre piccole ma comunque rilevanti variazioni della traiettoria delle particelle nel LEP, che alla fine si traducono sempre in una incertezza nell'energia dei fasci di particelle circolanti, si scoprirono essere causate dalle variazioni del livello del Lago d Ginevra, e del livello della acque del sottosuolo, a causa delle piogge. L'aumento di peso del lago e dell'acqua nelle faglie, infatti, altera impercettibilmente la configurazione della crosta terrestre a livello locale, inclinandola dalla parte del lago, e causando piccole ma significative distorsioni alla forma dell'acceleratore, fino a 2 millimetri sulla lunghezza della traiettoria percorsa dalle particelle in un giro, con conseguente effetto sull'energia delle particelle lungo la loro traiettoria. Per verificare questa ipotesi, il Cern riuscì ad ottenere che le autorità svizzere effettuassero un test che consisteva nel diminuire il livello del lago agendo sulle chiuse. Mentre questo avveniva, le misure indicarono una corrispondente variazione dell'energia dei fasci di particelle: più verifica diretta di questa!

 

Variazione della lunghezza della circonferenza del LEP, stimata dalle variazioni sull'energia dei fasci, causate dalle differenze di livello delle acque nel Lago di Ginevra.

E infine l'effetto più curioso e imprevedibile: l'effetto TGV, Train à Grande Vitesse, il treno francese ad alta velocità che va da Ginevra a Parigi, e che passa per un breve tratto nelle vicinanze del Cern. Verso il 1994 i fisici del Cern, effettuando i periodici run di calibrazione dell'energia dei fasci, cominciarono ad osservare strane variazioni nell'energia dei fasci del Lep, variazioni che seguivano uno schema strano ma costante ogni giorno. Il fenomeno iniziava poco prima dell'alba, diventava massimo durante il giorno, e smetteva la sera, in modo molto simile tutti i giorni. Nonostante le varie ipotesi, l'origine del fenomeno restava un mistero, finché un ingegnere della compagnia di elettricità svizzera ipotizzò che potesse trattarsi di una interferenza fra la linea ad alta velocità per Parigi e il tubo dell'acceleratore, dato che entrambi, per un  certo tratto, viaggiano quasi paralleli a circa 1 Km di distanza reciproca.

L'idea è che la corrente che fa andare il TGV viaggi attraverso i cavi, e ritorni al generatore attraverso i binari. Ma i binari sono collegati a terra, dove la corrente fluisce. Questa corrente, però, pur trovandosi a terra, come tutte le correnti cerca il miglior conduttore disponibile nelle vicinanze per poter fluire come tutte le correnti vorrebbero, con il minimo possibile di resistenza. E se lo trova, ci si infila di corsa. E guarda caso lì vicino c'era proprio il tubo di alluminio dell'acceleratore LEP.

Il confronto fra le variazioni di energia dei fasci misurata al LEP in funzione del tempo e la variazione di corrente del TGV ha mostrato un accordo praticamente perfetto, tanto da poter dire in tempo reale se il treno per Parigi era in orario. Con Trenitalia scoprire l'inghippo sarebbe stato molto più complesso, visto che ogni giorno i treni hanno un ritardo diverso. Per ulteriori dettagli, leggere ad esempio questo articolo.

L'effetto TGV sull'energia dei fasci del LEP.

La cosa curiosa è come mai ci si accorse di questo effetto soltanto dopo diversi anni di funzionamento del LEP. Il motivo è che, precedentemente, tutte le misure di calibrazione di energia dei fasci venivano fatte di notte, quando il TGV non circola. Escluso una volta, in realtà, in cui le misure vennero fatte di giorno. Ma il caso volle che quel giorno le ferrovie francesi fossero in sciopero.

Prossimamente altre curiosità sul LEP. Stay Tuned!

Bocelli e il metodo scientifico de noantri

Il 27 luglio 2020 si è tenuto nella biblioteca del Senato della Repubblica un convegno, organizzato da Vittorio Sgarbi e dal senatore della Lega Armando Siri, sul tema Covid-19, o meglio sulla negazione del Covid-19. Non mi interessa entrare nel merito di ciò che è stato detto dagli organizzatori e dagli ospiti, con una eccezione. Fra i vari dotti interventi, infatti, uno ha oscurato tutti per profondità di pensiero: quello del cantante Andrea Bocelli, visionabile integralmente qui.

L'intervento di Bocelli è emblematico non per la sua veemenza (è stato molto pacato), e nemmeno per le scemenze pronunciate, che pure ci sono, ma perché sintetizza perfettamente l'ignoranza scientifica dell'Italia del 2020. Ecco, quando si parla di mancanza di cultura scientifica in Italia oggi, questa manciata di minuti di questo breve discorso la rappresenta così perfettamente che esso andrebbe fatto ascoltare nelle scuole ancor prima di iniziare a studiare qualunque cosa di scienze. Andrebbe fatto ascoltare il primo giorno di scuola, e andrebbe analizzato, facendo riflettere gli studenti su quelle tre o quattro frasi pronunciate, ancor prima di iniziare la tavola periodica, o il moto rettilineo uniforme, o qualunque argomento di quelli di base. Andrebbe analizzato, destrutturato, aperto come un calzino, perché là dentro c'è il concentrato di tutto quello che la gente non ha capito su come funziona la scienza.

Vediamo le frasi clou del discorso, quelle che ci interessano qui. Dice Bocelli:

1) "Ho analizzato la realtà e ho visto che alcune cose non erano così come ci venivano raccontate".

2) "In casa (...) quando ho cominciato a esprimere qualche dubbio sulla gravità di questa cosiddetta pandemia, i primi ad attaccarmi sono stati i figli, che mi hanno detto "Babbo, te pensa alla Tosca e alla Butterfly, e lascia stare i virus che non lo sai cosa sono!"

3) "No, non so cosa sono (i virus, n.d.r.) ma conosco un sacco di gente e (...) non conoscevo nessuno che fosse finito (...) in terapia intensiva. Nessuno! Allora, tutta questa gravità...!?"

Poi, vabbé... già che c'era ha aggiunto che si è sentito "umiliato e offeso" perché, povera stella, non aveva commesso nessun crimine, e nonostante quello lo obbligavano a stare a casa, nel suo monolocale vista mare a Forte dei Marmi, poverino, e ha quindi confessato di aver trasgredito volontariamente, uscendo ogni tanto, perché a quell'età, dice lui, hai bisogno di sole per produrre la vitamina D.

Stendiamo poi un velo pietoso anche sulle scuse pronunciate il giorno successivo, in cui si impara che lui è stato frainteso, e che voleva semplicemente auspicare che in futuro i bambini possano giocare assieme felici e sereni. Della serie: ho pestato una merda immensa, e qui se non faccio qualcosa non mi chiamano più a cantare.

Ma rileggiamo i punti cruciali del memorabile discorso, e commentiamoli.

Punto 1: ma che ne sai tu, che fai il cantante, che le cose non erano come venivano raccontate? Sei andato in giro per l'Italia a parlare con i medici, con gli infermieri? Hai fatto statistiche sui morti, sui malati? Forse che Bocelli lavora all'Istat come volontario? In che modo, dalla tua villa a Forte dei Marmi, e forte delle tue conoscenze sulle tecniche di canto, hai "analizzato la realtà" dell'epidemia?.

Punto 2: Ma santi subito, i figli di Bocelli! Nonostante il padre, hanno perfettamente capito il punto: "ma cosa ne sai tu, che di mestiere fai il cantante?". Che competenze hai per poter dire come sta funzionando questa epidemia? 

E poi il punto 3, la meraviglia delle meraviglie, la sublimazione dell'imbecillità: "non so cosa sono (i virus, n.d.r.) ma conosco un sacco di gente e (...) non conoscevo nessuno che fosse finito (...) in terapia intensiva. Nessuno"

Non fa una piega, no? Se io non conosco nessuno che si è ammalato, allora nessuno si è ammalato!

Bocelli, sai che ti dico? Io conosco gente che è finita in terapia intensiva, e che è morta per il Covid-19. Però non conosco nemmeno un cieco! Guarda, ho un sacco di amici, ma proprio tanti, sai? Ma tra loro nemmeno un cieco! Manco uno! Ma non sarà tutta un'invenzione questa storia dei ciechi, come ce la raccontano? Non sarà tutta una bufala messa in giro dalla lobby di quelli che stampano le scritte in Braille da mettere negli ascensori?

La cultura scientifica di Bocelli è questa: io non ne conosco nessuno, e quindi non ci sono. Ma la cosa grave è che questa è anche la cultura scientifica di tanti italiani (e non solo italiani, a dire il vero!): a me non è successo, io non conosco nessun caso, quindi non succede! Quindi non è vero! Quindi mi stanno raccontando il falso!

E' la stessa ignoranza scientifica che, rovesciando la situazione, fa dire a tanti (ci scommetterei agli stessi!): "a me è successo, con me funziona, quindi è così! Quindi funziona!". E' così che ragionano tutte le pseudoscienze. Non si preoccupano di fare uno studio oggettivo, "unbiased", non influenzato da esperienze e giudizi personali: cosa c'è di meglio dell'esperienza personale? 

E quindi l'omeopatia funziona perché con me funziona! Il miele nel latte caldo previene l'influenza perché l'ho preso tutte le sere e quest'anno non mi sono ammalato! Sono stato da una vecchietta a farmi segnare la verruca, dopo un mese mi è passata, e quindi certe vecchiette fanno passare le verruche col potere delle mani. Pensa che a me una verruca è passata da sola, scomparsa in 3 giorni dopo 10 anni che ce l'avevo, e non è stata né la vecchietta né il dermatologo! E pensa che il dermatologo mi aveva detto: "se vuoi la togliamo, ma queste cose in genere passano da sole così come sono venute!"

Quello di Bocelli è il metodo scientifico de noantri. Lo stesso che per secoli ha fatto credere alla gente che farsi i salassi funzionasse per guarire, perché alcuni guarivano (ignorando che però altri morivano come ad esempio l'ex presidente degli Stati Uniti George Washington, ucciso dai salassi per curare una laringite). Lo stesso metodo scientifico casareccio che fa credere che il Metodo di Bella funzioni, e che ha reso celebre Vannoni, quello del caso Stamina, trasformato da esperto di pubblicità a scienziato da una manciata di servizi tv. Lo stesso metodo che fa credere che col bicarbonato o con altri improbabili intrugli si curi il cancro. So di un tizio che dice che con lui ha funzionato, e quindi quale garanzia migliore dell'esperienza personale?

Ma se usiamo l'esperienza personale come criterio scientifico, allora si dovrebbe quantomeno pretendere anche di avere la lista di tutti i casi in con cui non ha funzionato! Se ci fidiamo tanto della nostra esperienza, dovremmo esigerlo, quando compriamo i fiori di Bach in farmacia. Dovremmo chiedere al farmacista che ne magnifica le doti e che ci dice "con una mia cliente che aveva il figlio che non dormiva, ha funzionato" (ne sono stato testimone in farmacia), dovremmo anche chiedere in quanti casi invece, nonostante i fiori di Bach, i figli hanno continuato a piangere tutte le notti. Non è esperienza personale anche quella? 

Come dovremmo chiedere di tutti quelli che, pur curandosi da Di Bella o col bicarbonato, non hanno avuto alcun beneficio, e di cancro magari sono morti. Soltanto in base a quanto numericamente sono importanti questi risultati contrapposti è possibile dire se "funziona". Non sarà certo la nostra limitatissima esperienza di incompetenti del campo (di nuovo, i figli di Bocelli santi subito!), dal divano della Villa a Forte dei Marmi o dal soggiorno di una qualunque altra casa, a dirci l'impatto dell'epidemia Covid, o il reale effetto di un farmaco o di una terapia. E quindi, un mio personale consiglio a chi redige i programmi scolastici: fateli un po' meno densi, lasciate perdere gli esercizi di relatività ristretta o sull'effetto fotoelettrico, e fate ascoltare agli studenti il discorso di Bocelli! 

Del metodo scientifico alla Bocelli, prima che il Nostro uscisse alla ribalta, avevo parlato in tempi non sospetti in questo articolo.