Colori e sapori dei quark

Il colore di un quark può essere rosso, verde, o blu. E fin qui tutto ok, no? Il sapore di un quark può essere… strano. O incanto, su, giù, alto, o basso. Ma come se li sono inventati questi sapori?

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Una stella come le altre?

Pensateci: l’idea che il Sole sia essenzialmente la stessa cosa di una stella qualunque non ha nessun senso. Voglio dire, basta guardarli: non potrebbero essere più diversi!

Seriamente. Vi sembrano la stessa cosa? credit: CC-BY-ND Jessie Hodge via flickr

Seriamente. Vi sembrano la stessa cosa del Sole? credit: CC-BY-ND Jessie Hodge via flickr

Come cavolo abbiamo fatto a convincerci di una cosa così stravagante?

Beh, è stato un lungo viaggio, partito da una serie di supposizioni più o meno strampalate di “scienziati” dell’antichità. Qualcuno ci ha pure relativamente azzeccato, ma altri parlavano di pietre incendiate appiccicate in cielo.

Il primo passo davvero scientifico l’abbiamo fatto nel 1838, imparando quanto incredibilmente lontane siano le stelle. Quell’anno, l’astronomo (tra le varie occupazioni) tedesco Friedrich Bessel fu il primo a misurare la distanza di una stella, ora nota come 61 Cygni. Il risultato? Era migliaia di volte più lontane del Sole. Centinaia di migliaia di volte.

Se sono così lontane, si pensò, potrebbero essere anche altrettanto grandi, se non di più ( spoiler: alcune sono molto più grandi). Ok, ma sono la stessa cosa?

Pochi anni dopo abbiamo imparato a leggere la composizione chimica di una stella dalla sua luce. Gli elementi al suo interno, infatti, assorbono la luce in modi caratteristici. Guardando la luce attraverso un prisma, vediamo le sottili strisce scure che si lasciano dietro, da cui possiamo ricostruire di cos’è fatta la stella.

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La luce solare, scomposta nei suoi colori, con le bande nere (o “linee di Fraunhofer”) causate dagli elementi al suo interno. Via wikimedia.

Il prossimo passo fu capire come calcolare la temperatura di una stella dal colore della sua luce (più esattamente, dalle lunghezze d’onda). Tutto ciò che ha una temperatura—cioè tutto—riluce in un modo particolare a seconda di quanto è caldo. Serve la meccanica quantistica per capire come e perché, ma funziona: lo usiamo per i termometri a infrarossi.

Alla fine il Sole si è rivelato essere suppergiù nella media sia per temperatura che per dimensione e composizione. Comunque, rimaneva una stella speciale: era l’unica ad avere pianeti. Anche questo è cambiato. C’è voluto un po’, ma ora troviamo esopianeti (pianeti che orbitano altre stelle) a migliaia.

Il Sole è una semplice stella, quindi. Abbiamo ragionato sull’universo l’abbiamo guardato, e con così poco abbiamo capito questa cosa così violentemente controintuitiva. Non conosciamo nessuna stella che ospiti qualcosa con abilità del genere. E questo credo sia piuttosto speciale.

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Foto copertina: CC0 Mayur Gala, via unsplash.com

Per saperne di più
  • Bessel è stato il primo a misurare la distanza da una stella per un motivo: era davvero difficile. Su wikipedia trovate una spiegazione del metodo ingegnoso che ha usato.
  • La meccanica quantistica non spiega proprio come il bagliore delle cose: in realtà è nata cercando di risolvere quel problema. Questo video di PhysicsGirl spiega come

Il colore dell’universo

Di che colore è l’universo? Da un lato si potrebbe dire che è trasparente: la luce attraversa il vuoto cosmico senza problemi. Dall’altro si potrebbe dire che è nero: a meno di guardare una sorgente di luce (tipo una stella), lo spazio è buio.

Entrambe le risposte sono giuste e sbagliate allo stesso modo.

Tutti gli oggetti irradiano onde elettromagnetiche a varie frequenze, in base alla loro temperatura. Più caldo è l’oggetto, più bassa è la lunghezza d’onda della luce che emette.

Il filamento di una lampadina ad esempio diventa bianco-giallastro quando si scalda abbastanza. Le stelle emettono luce più rossa o più blu a seconda di quanto sono calde. E anche le persone emettono continuamente luce infrarossa (quindi invisibile), perciò sono visibili anche al buio, usando gli strumenti giusti (gli “occhiali a infrarossi” dei film, per capirci).

soldiermod.com

Allo stesso modo, l’universo intero emette una debole luce. E siccome è veramente freddo (quasi allo zero assoluto) la luce è ancora più lontana da quello che i nostri occhi vedono. Ma se guardiamo il cielo con un telescopio sensibile alle microonde, percepiamo il suo “colore” ovunque, sempre uguale: la radiazione cosmica di fondo.

Analizzando la composizione di questa radiazione, tra l’altro, possiamo calcolare con estrema precisione la temperatura dell’universo. Prevedibilmente, è molto freddo, giusto un paio di gradi sopra lo zero assoluto.

Man mano che l’universo si espande, la sua lunghezza d’onda aumenta. Se riavvolgiamo le leggi della fisica e torniamo (molto) indietro nel tempo, possiamo arrivare ad un momento in cui questo bagliore era visibile anche per noi.

Era arancione.

 

 

Foto copertina: Colors, CC-BY-SA Mikel Seijas Alonso via Flickr. Some rights reserved.