Simulazione di traiettorie classiche in un gas bidimensionale di elettroni.¹ Il transistor, il più comune dei dispositivi elettronici, contiene delle strutture che costringono il movimento degli elettroni, in modo che siano liberi di muoversi sul piano x-y ma che siano completamente confinati nella direzione z, formando un gas bidimensionale di elettroni (2DEG). I dettagli del movimento degli elettroni in un flusso 2DEG erano sconosciuti fino a recentemente, quando delle nuove tecnologie di microscopia hanno permesso l’osservazione dei cammini. ²

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In modo inatteso, l’osservazione ha mostrato una struttura caotica invece di un flusso regolare, con una ramificazione dei cammini classici che ricorda delle forme naturali familiari. La simulazione ha dimostrato che questi motivi non sono dovuti a dei cammini energetici preferiti iscritti nel fondo, come per il percorso di un fiume su una valle, ma all’effetto caotico cumulato del movimento sulle irregolarità positive del paesaggio atomico.

1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]
2. M. A.Topinka, B. J. LeRoy, R. M. Westervelt, S. E. J. Shaw, R. Fleischmann, E. J. Heller, K. D. Maranowski, A. C. Gossard, “Coherent Branched Flow in a Two-Dimensional Electron Gas“, Nature, 410, 183 (2001) [↩]

Fotografie al microscopio ottico di cristalli di neve.¹ La loro simmetria caratteristica a 6 rami è legata alla struttura molecolare dell’acqua, che si stabilizza in una rete esagonale ai livelli terrestri di temperatura e pressione.² Ogni cristallo ha circa 10¹⁸ molecole d’acqua, e la sua forma molto specifica è dovuta ad una complessa dipendenza con le variazioni di temperatura e di umidità, e ad alla diffusione non lineare che produce delle instabilità strutturali e dei motivi dendritici. Ogni fiocco di neve registra una storia particolare di interazioni con l’ambiente, come “un geroglifico inviato dal cielo”.³

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1. © Kenneth G. Libbrecht (Caltech) [↩]
2. L’acqua ha altre fasi solide secondo la pressione e la temperatura, con una differente simmetria cristallina. Per es. il ghiaccio-Ic che si forma a pressione ambiente ma a delle temperature inferiori a -80°C ha una simmetria cubica. [↩]
3. U. Nakaya, “Snow Crystals: Natural and Artificial”, Harvard University Press (1954) [↩]

Immagine in luce infrarossa ed esposizione filtrata composita della galassia M104, presa dal telescopio spaziale Spitzer in giugno 2004. La galassia M104 (”galassia del Sombrero”) è situata nell’ammasso della Vergine a una distanza di circa 30 milioni di anni luce. Il suo gigantesco anello di polveri si estende su più di 50 000 anni luce. Si considera che un buco nero supermassiccio di un miliardo di masse solari si trova al suo centro.

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1. © NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona), and the SINGS Team [↩]

Carta tridimensionale della distribuzione a larga scala della materia oscura nell’universo osservabile, realizzato con i dati del telescopio spaziale Hubble (NASA, 7 Gennaio 2007). La carta, determinata secondo l’analisi delle distorsioni gravitazionali della luce proveniente dalle galassie lontane, rivela una rete di filamenti le cui intersezioni corrispondono alle posizioni della materia “normale” negli ammassi di galassie. La concentrazione di materia oscura in blocchi appare più pronunciata andando da destra (regioni lontane nello spazio e nel tempo) a sinistra (regioni più vicine e recenti).

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La materia oscura è una forma teorica di materia, attualmente osservata per i suoi soli effetti gravitazionali, e che rappresenta secondo il modello cosmologico standard più del 20% della densità di energia dell’universo. Fu postulata inizialmente per spiegare certi movimenti delle galassie ed altri dati cosmologici, e confermata da osservazioni di lente gravitazionale nell’ammasso di galassie Bullet in agosto 2006.

1. © NASA, ESA, R. Massey (Caltech) [↩]

Immagine del Sole presa attraverso la Terra, in “luce di neutrini”, all’osservatorio Super-Kamiokande (Giappone). L’immagine è stata ottenuta con una esposizione di 503 giorni, reegistrando i neutrini provenienti dal cuore del Sole e rivelati all’interno di una vasca di 45 milioni di litri di acqua situata a 1 km sottosuolo. Di notte, i neutrini hanno attraversato in trasparenza la terra intera prima di essere registrati in questa immagine.

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Il neutrino è una particella elementare di materia avente una massa quasi nulla, che interagisce solo secondo la forza nucleare debole e la gravità, ciò che permette il suo movimento senza difficoltà a quasi la velocità della luce attraverso i corpi solidi ordinari. Durante una rara interazione fra un neutrino ed un elettrone nell’acqua del rivelatore, quest’ultimo è accelerato a una velocità superiore alla velocità della luce nell’acqua, ciò che produce un impulso luminoso -detto radiazione di Cherenkov- analogo ad un boom supersonico. Gli impulsi sono registrati da migliaia di amplificatori di luce disposti ovunque sulla superficie della vasca.

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1. © R. Svoboda, K. Gordan [↩]
2. © Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo [↩]

Le due galassie a spirale “Antenne” hanno cominciato a scontrarsi alcune centinaia di milioni di anni fa (un tempo corto in confronto alla durata di vita delle galassie). Durante lo scontro, le stelle passano accanto alle altre ma a causa della gravità, delle enormi forze di marea espellono dei flussi di stelle sui lati, causando la struttura a due code del sistema. Le nubi di gas all’interno di ogni galassia vengono compresse, dando luce a migliaia di nuovi ammassi stellari. I due nuclei infine si fonderanno in una galassia unica. Un evento simile accadrà alla nostra galassia, la Via Lattea, quando si scontrerà con Andromeda fra alcuni miliardi di anni.

1. © NASA, Hubble Space Telescope, 2006 [↩]

Vista dal cratere marziano Victoria presa dal robot Opportunity (2006)¹. La sabbia è ricca in ossidi di ferro rossastri, che inoltre sono sospesi come polvere nell’atmosfera di CO₂, conducendo alla dispersione di una luce rosa-rossa. Le nubi di ghiaccio si muovono a ~10 metri al secondo e dovrebbero condurre a delle cadute di neve in alcune zone.

1. Colore esagerato [↩]
2. © NASA [↩]

Scoperta della particella W al collisionatore protone-antiprotone del CERN (1982)¹. La collisione protone-antiprotone crea una particella W che si disintegra ed un elettrone ad alta energia, emesso ad un angolo importante rispetto al fascio (indicato dalla freccia in basso a destra) ed un neutrino invisibile, la cui presenza è dedotta dall’energia mancante dell’elettrone.

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1. C. Rubbia. Experimental observation of the intermediate vector bosons W⁺, W^- and Z⁰. Nobel lecture, 8 dicembre 1984 [↩]
2. © CERN [↩]

Osservazione della radiazione cosmica di fondo dal satellite COBE (1990-1993).¹ La radiazione cosmica di fondo è una luce nello spettro delle microonde (sotto l’infrarosso), presente in tutto il cielo, che fu emessa circa 14 miliardi di anni fa quando l’universo divenne trasparente poco dopo il big-bang. Le irregolarità mostrano la formazione delle strutture nell’universo embrionario.

1. Premio Nobel 2006 a John C Mather, George F Smoot [↩]
2. © NASA [↩]

Neurone della regione ippocampale del cervello. Il nucleo, l’assone e i dendriti sono visualizzati utilizzando il gene GFP, che esprime una proteina fluorescente nella celula.

1. © Paul De Koninck, Université Laval, Canada [↩]