Macchine Quantistiche Naturali, Tablet-Acceleratori di Particelle e Base Jumping nella Grotta

Estate ! Per festeggiare l’avvio della stagione estiva ti soleggiamo con tre sontuosi estrattoni sulla natura quantistica della fotosintesi, su acceleratori di particelle grandi come tablet e sul base jumping in una grotta.

 

Macchine Quantistiche Naturali per La Fotosintesi

Ricercatori svelano la natura quantistica del trasporto della luce nella fotosintesi.

Le piante conoscevano la meccanica quantistica prima di noi.

fotosintesi

Degli effetti quantistici permettono alle proteine delle antenne fotosintetiche di portare ed immagazzinare la luce in modo efficiente (ICFO)

La fotosintesi clorofilliana è un fenomeno per mezzo del quale quale le piante verdi ed alcuni batteri convertono l’energia della luce del Sole in energia chimica.

La Natura è così abile nelle sue azioni che tali piante e batteri possono metterci solo 2 millesimi di miliardesimo di secondo per trasportare il 95 % della luce assorbita nelle centrali che forniscono loro preziosa energia.

Questa sì che è efficienza … altro che pannelli fotovoltaici fatti da noi esseri umani, la cui efficienza attuale si attesta sul 25 %.

Tecnologia MIT consente di abbattere le barriere di efficienza

_ Scienza e Tecnologia :: Fotovoltaico Agli Spinaci

In un articolo pubblicato su Science, dei ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che degli effetti quantistici consentono ai sistemi biologici di mantenere alti livelli di efficienza di trasporto dell’energia nella fotosintesi, adattandone i percorsi sotto l’influenza dell’ambiente esterno.

In particolare, i ricercatori dell’Institute of Photonic Sciences (ICFO), collaborando con i biochimici dell’Università di Glasgow, hanno scoperto il fenomeno quantistico alla base di tale robustezza, la coerenza quantistica, che si manifesta nelle proteine delle antenne fotosintetiche responsabili dell’assorbimento della luce e del trasporto energetico ai centri di reazione fotochimica della fotosintesi.

_ Coerenza quantistica : molte particelle si presentano in una una sovrapposizione di stati quantistici, ognuno con una diversa probabilità;

Che cos’è la coerenza quantistica ? Si riferisce alle circostanze in cui grandi numeri di particelle possono operare collettivamente in un singolo stato quantistico – Roger Penrose

Per osservare i tanto rapidi fenomeni quantistici della fotosintesi, i ricercatori hanno usato una speciale tecnica che permette di osservare gli stati delle antenne fotosintetiche dopo l’assorbimento della luce in finestre temporali che durano un milionesimo di miliardesimo di secondo [femtosecondo].

Con queste istantanee i ricercatori sono in grado di capire come l’energia solare venga trasportata nelle singole proteine ed osservare l’assorbimento dell’energia da parte dei centri di reazione ad alta risoluzione spaziale e temporale.

La scoperta più importante è che mentre i percorsi del trasporto all’interno delle singole proteine variano nel tempo a seconda delle condizioni ambientali, le proteine sfruttano le proprietà quantistiche della materia per guidare ed immagazzinare la luce nei centri di reazione nel modo più efficiente possibile. (icfo)

Curiosità

In un femtosecondo la luce percorre un centesimo del diametro di un capello umano, mentre in un secondo copre la distanza tra la Terra e la Luna.

 

Un Acceleratore di Particelle Grande Quanto un Tablet

Dei fisici dell’Università del Texas hanno costruito un acceleratore di particelle da 2 Gigaelettronvolt [GeV] che si può infilare in un tablet.

Professore, le ho lasciato l’acceleratore sul tavolo.

Tablet-Acceleratore

Un giorno potresti avere un acceleratore laser plasma da portarti dietro come un tablet (University of Texas)

Si tratta di energie e velocità ottenute solo in enormi acceleratori lunghi centinaia di metri che costano centinaia di milioni di dollari.

Abbiamo accelerato circa mezzo miliardo di elettroni a 2 GeV per una distanza di circa un pollice [2,54 cm],

ha detto Mike Downer, professore di fisica presso il College of Natural Sciences. Un acceleratore convenzionale è più grande di due campi da football, la versione mini-Me degli acceleratori vanta un fattore di miniaturizzazione pari a circa 10000.

Questo risultato spiana la strada all’uso di luce di sincrotrone “portatile” nei laboratori di ricerca. Chimici e biologi, ad esempio, potrebbero così usare i raggi X prodotti dagli acceleratori mini-Me per studiare la base molecolare della materia e della vita con precisione atomica nello spazio e dell’ordine del femtosecondo nel tempo.

_ Sincrotrone : luce generata da particelle cariche, come gli elettroni

A detta del Downer, gli elettroni dal mini-acceleratore possono essere convertiti in raggi X tanto luminosi quanto quelli prodotti nelle strutture più grandi e si aspetta che acceleratori da 10 GeV di qualche decina di centimetri vengano sviluppati in pochi anni. Per i mini-acceleratori da 20 GeV dovremo aspettare una decina d’anni.

Come hanno fatto Downer ed i suoi colleghi a generare gli elettroni che producono questi raggi X ?

Hanno usato la tecnica di accelerazione laser plasma, che consiste nello sparare brevi ma intensi impulsi laser in una nuvoletta di gas – il plasma – per separare gli elettroni ed accelerarli a velocità così alte che emettono radiazioni nella lunghezza d’onda dei raggi X.

Accelerazione Laser Plasma

I raggi X che riusciamo a produrre durano un femtosecondo, la scala temporale alla quale vibrano le molecole ed avvengono le più veloci reazioni chimiche,

ha detto il Downer.

Questi raggi X avranno così tanta energia e luminosità da permetterti di vedere la struttura atomica delle singole proteine di un campione vivente.

Un’ulteriore raffinazione della tecnologia alla base del mini-acceleratore potrebbe portare addirittura ad un laser a raggi X ad elettroni liberi (XFEL), la fonte più luminosa di raggi X attualmente disponibile alla scienza.

_ Sistema a Radiazione Terahertz Super Sensibile Meglio dei Raggi X 

I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications e rappresentano la pietra miliare per la futura introduzione di acceleratori laser plasma multi-GeV nei laboratori di ricerca di tutto il mondo come strumentazione standard. (utexas)

Curiosità

1 GeV è l’energia necessaria per creare un protone secondo la relazione di equivalenza tra massa ed energia di Einstein E = mc^2, dove E è l’energia, m è la massa e c la velocità della luce, mentre l’energia dei fasci dell’LHC è pari a 7000 GeV.

 

Base Jumping nella Grotta Gigante del Carso Triestino

Nel mezzo del cammin di nostra vita,

mi feci un lancio col paracadute,

che l’aerea via era gremita.

Alle 10.30 di domenica 2 giugno 2013, la Grotta Gigante è stata teatro del primo salto al mondo con paracadute eseguito all’interno di una grotta.

David Cusanelli, paracadutista dal 1997 e BASE jumper professionista dal 2006, ha scelto la Grotta Gigante di Trieste, la grotta turistica con la sala più grande al mondo come ambiente ideale per il suo lancio col paracadute. La Grande Caverna infatti misura 98.5 metri di altezza, 167 metri di lunghezza e 76 metri di larghezza.

Il dislivello tra la piattaforma di lancio ed il sito di atterraggio è di 88,5 metri.

La Grotta Gigante Teatro del Lancio col Paracadute

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La Grande Caverna della Grotta Gigante (grottagigante)

La Grotta Gigante, la cui origine si pensa risalente ad una decina di milioni di anni fa, è una vasta cavità che si sviluppa nel sottosuolo del massiccio carsico triestino, costituito da rocce carbonatiche prevalentemente calcaree e in minor misura dolomitiche.

Genesi ed Evoluzione della Grotta Gigante

Nell’Ottocento la Grotta Gigante è stata la culla della speleologia scientifica e sportiva e delle prime ricerche del misterioso fiume sotterraneo Timavo.

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Le foci del fiume sotterraneo Timavo (marecarso)

Le Dimensioni della Grotta Gigante

La Grotta Gigante si apre sul Carso Triestino, l’altipiano alle spalle di Trieste, noto per aver dato il suo nome a tutti quei fenomeni indicati con il termine “carsismo”.

Cenni di Carsogenesi e Paesaggi

Per l’immenso e spettacolare antro scavato nelle profondità della terra carsica, la Grotta Gigante non è solo un trampolino di lancio per base jumper spericolati, bensì anche un insolito angolo di Natura da esplorare insieme alla famiglia.

Grotta Gigante

Sezione e quote del pozzo della Grotta Gigante ottenuta per mezzo di un rilievo topografico laser 3D ad alta risoluzione (grottagigante)

Le principali attrattive della Grande Caverna sono le stalagmiti, le stalattiti e le colate calcitiche, formate dal carbonato di calcio depositato dalle gocce d’acqua piovana che si infiltrano dalla volta.

Vediamo un pò di dati.

colonna-ruggero

La stalagmite più grande della Grotta Gigante, la Colonna Ruggero, alta ben 12 metri (grottagigante)

Coordinate ingresso: 45°42’35.62’’N; 13°45’52.33’’E.

Quota ingresso: 275 m s.l.m.

Massimo dislivello percorso turistico: 101,10 m.

Profondità massima (grande caverna): 120 m sotto la superficie.

Quota fondo: 156 m s.l.m.

Volume della sala: 366.000 m^3.

Altezza massima della volta: 98,50 m.

Larghezza massima: 76,30 m.

Lunghezza massima: 167,60 m.

Età stimata: 10 milioni di anni.

Stalagmite più alta: Colonna Ruggero 12 m.

Lunghezza del percorso turistico: 0.85 km (percorribile in 1 ora circa).

Temperatura: 11°C costanti.

Umidità: 96%

Ritmo di crescita stalagmiti: in media 1 mm/15 anni.

Spot Promozionale della Grotta Gigante

Informazioni e dati da grottagigante.it

 

Ops, l’articolone estivo è diventato lunghetto, sorbisciti altre due luminosissime tri-collezioni scientifiche :

_ Entanglement, Legami Chimici e Monopoli Magnetici

_ 3 Sorprendenti Novità dal Mondo della Fisica

Ti auguriamo un’estate all’insegna della scienza … e del relax.

 

Lunga Vita e Prosperità – Lo Scientifico

 

 

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