La magnetica scienza delle elezioni

Elezioni e referendum sono roba complicata: un mucchio di persone devono decidere cosa fare, ci sono tantissimi fattori che entrano non gioco. Insomma, sembra pressoché impossibile per la fisica capirci qualcosa. Sfida accettata!

credit: wikimedia

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Certo, non è possibile capire cosa passa per la testa a ciascuno di noi. Ma se mettiamo assieme abbastanza persone, si può capire cosa succede a livello collettivo. L’idea è simile a come si estrapolano cose come la temperatura e la pressione dell’aria in una stanza, tralasciando cosa faccia ogni singola molecola.

I fisici hanno usato una quantità di modelli per sbrogliare la matassa elettorale e descrivere un sacco di cose, dall’affluenza alle urne alla performance dei candidati. Inizia tutto da come prendiamo posizione, e il modo più semplice di descriverlo sono i magneti.

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Spin su una griglia, quelli opposti ai loro vicini (collegamenti rossi) sono meno stabili e tendono a rovesciarsi per allinearsi (collegamenti verdi).

Il modello per descrivere come i magneti “scelgono” come mettere i poli è un pilastro fondamentale della cosiddetta meccanica statistica. Prendiamo un numero di spin, piccoli aghi di bussola magnetici, e diciamo che possono puntare “in su” o “in giù”—votare sì o no ad un referendum, volendo. Ognuno di loro ha un piccolo campo magnetico, e tutti si influenzano a vicenda, cercano di allinearsi ai loro vicini o di farli allineare a sé. Allo stesso modo i nostri amici, parenti e conoscenti talvolta ci convincono delle loro posizioni, oppure noi convinciamo loro.

Ovviamente, prendere decisioni è immensamente più complesso di così—e anche il magnetismo, comunque. Tuttavia possiamo usare questo modello per isolare l’effetto di diversi fattori. Prendiamo ad esempio i social media e la famigerata “bolla”.

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Credit: Gerd Altmann/pixabay

Facebook ( ma non solo) mostra a ciascuno di noi preferenzialmente cose con cui siamo d’accordo, e fa sparire il resto. Nei termini dei nostri spin, è come se si tagliassero i collegamenti con vicini che puntano dalla parte opposta. L’effetto è che si formano blocchi di spin tutti allineati, in cui nessuno sente l’altra campana. La società si spacca in due. Suona familiare?

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Collegamenti selettivi spaccano in due la società degli spin, creando blocchi isolati di individui testardamente d’accordo tra loro.

È un esempio molto semplificato (di un effetto piuttosto semplice, tra l’altro), che però mostra come i modelli possano isolare effetti diversi. Perciò possono anche dirci quali manopole possiamo girare per cambiare il clima elettorale e la discussione.

Ovviamente questo non vuol dire che abbiamo risolto il comportamento umano: è importantissimo ricordare che questi sono modelli super-semplificati, e che ci sono tantissime cose che entrano in gioco in votazioni reali. Più le scienze sociali e quelle naturali si parlano, più questi modelli e i loro risultati miglioreranno.

Nel frattempo, votate.

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Foto copertina: CC0 Andreas Breitling, via pixabay.com

Che diavolo è la fMRI?

Alcune parti del cervello si “accendono” quando proviamo certe emozioni, quando ascoltiamo la musica, o quando risolviamo problemi matematici. Vi sarà sicuramente capitato di imbattervi in notizie simili, visto quanto spesso finiscono sulla stampa. La tecnica che si usa per questi studi (e in tantissimi altri di neuroscienze) si chiama risonanza magnetica funzionale, o fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging), che è una gran figata, ma sembra anche avere qualche problema. Prossimamente se ne sentirà parlare abbastanza, quindi vale la pena di capire cos’è.

Una macchina per la risonanza magnetica. CC-BY-NC Penn State, via Flickr.

Cominciamo dalle basi. La risonanza magnetica (quella che ci fanno se ci facciamo male al ginocchio, per capirci) sfrutta campi magnetici e la risonanza, cioè reazioni inusuali di un oggetto o materiale ad uno stimolo di una particolare frequenza.

Il classico esempio è spingere qualcuno su un’altalena: spingendo ogni volta che l’altalena arriva a fine corsa, la facciamo più in alto che spingendo in momenti a caso. Semplificando (molto), la risonanza magnetica usa onde radio per spingere atomi di idrogeno, che abbondano in tessuti ricchi di acqua o grasso, tipo il cervello.

I nuclei di idrogeno hanno spin, una proprietà che li fa reagire ai campi magnetici come una bussola. La macchina per la risonanza magnetica applica un forte campo magnetico, allineando gli spin degli atomi, che poi colpisce brevemente con un’onda radio. Se la sua frequenza è quella giusta (chiamata frequenza di risonanza), l’onda rovescia lo spin di alcuni atomi (non gli atomi stessi però!).

Appena l’impulso termina, tutto torna com’era e gli atomi rilasciano un po’ di energia. Registrando queste emissioni con un’antenna si possono distinguere tessuti con diverse quantità d’acqua, ad esempio, diverse parti del cervello, generandone un'immagine.

Schema semplificato del funzionamento della risonanza magnetica. Gli atomi (palline rosse) si allineano al campo magnetico verde, finché l’onda elettromagnetica viola non li investe, rovesciando i poli di alcuni. Appena possono, gli atomi tornano al loro stato iniziale e rilasciano l’energia, che viene registrata dall’antenna blu. Credit: howequipmentworks.com

Per la fMRI si registrano velocemente tantissime di queste immagini. Analizzandole tutte è possibile capire quali parti del cervello sono più attive in ogni momento perché sono quelle dove viene indirizzato più sangue ossigenato, che reagisce alla risonanza in modo leggermente diverso da quello che sta lasciando il cervello.

L’operazione, francamente geniale, richiede un sacco di analisi statistica. Secondo alcuni studi recenti, servirebbe molta cautela e un intenso scrutinio dei software che fanno questa parte del lavoro. In uno studio, ad esempio, un salmone morto sembrava reagire quando gli venivano mostrate foto di persone.

Non vuol dire che la tecnica non sia valida, ma solo che bisogna stare attenti a cosa succede. Questi studi sono importantissimi per la ricerca, perché ci fanno identificare problemi ed errori.

Solo così possiamo essere sicuri di quello che stiamo facendo e di sfruttare appieno i risultati di tecniche spettacolari come la fMRI.

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Foto copertina: SumaLateral Whole Brain Image, CC-BY NIH Image Gallery, via Flickr. Some rights reserved.

Salto di livello per i computer quantistici

Come il celebre gatto di Schrödinger, anche i computer quantistici erano sia tra noi che no allo stesso tempo. Sapevamo tutto della teoria, ma non riuscivamo a costruirli. Ma questo potrebbe cambiare presto.

I ricercatori della University of New South Wales, in Australia hanno creato il primo gate logico in silicio per qubit. In altre parole, il primo pezzettino di un processore quantistico (i qubit sono l’equivalente quantistico dei nostri bit).

Il fatto che sia in silicio “rende la costruzione di un computer quantistico molto più fattibile”, ha detto Andrew Dzurak, coordinatore del gruppo, “perché è basato sulla stessa tecnologia produttiva dell’attuale industria elettronica”.

I computer quantistici sono enormemente superiori quando si tratta di fare molti calcoli in una volta, ma non sempre. Per gli usi quotidiani i computer classici sono probabilmente meglio.

Ma la ricerca di medicinali e materiali nuovi, per fare due esempi, farà passi da gigante.

Foto: Vintage Technology, CC-BY-NC Jeremy Brooks, via Flickr. Some rights reserved.