Con una strizzatina d'occhio ai processi ultraveloci

La mostra, che si trova nell'area d'ingresso del 中国足球彩票 Info sul sito del Politecnico di H?nggerberg fino a metà dicembre, può essere visitata in modo semplice e veloce. "Fast" è il programma: diversi poster mostrano sequenze di immagini con processi che avvengono molto velocemente - o molto lentamente - e allo stesso tempo forniscono una panoramica sulla "ricerca ultrarapida".

Alcuni processi in natura avvengono così rapidamente che anche un battito di ciglia è molto lento in confronto. Un'onda luminosa, ad esempio, è ultrarapida: Sale e scende in soli due quadrilionesimi di secondo! Nel linguaggio della ricerca, si tratta di due femtosecondi o, scritto come potenza di dieci, 2-10^-15 secondi.

Le particelle elementari come gli elettroni o i fotoni sono ancora più veloci: Quando si muovono nelle molecole, impiegano un tempo brevissimo di 100 trilionesimi di secondo, o 100 attosecondi, o 10 s. Un fulmine, invece, è un'esplosione di luce.^-16 Nessuno può vedere questi processi ultraveloci a occhio nudo e sono anche un territorio relativamente nuovo per la ricerca di base.

Espandere l'orizzonte dell'esperienza

Reazioni fisiche, chimiche e biologiche fondamentali e vitali avvengono in un intervallo di tempo ultraveloce compreso tra i nanosecondi (10^-9s) e attosecondi (10^-18s). Comprenderli può aiutare a sviluppare energie alternative, nuovi sistemi di archiviazione dati o applicazioni mediche come il sangue artificiale.

"I sensi umani percepiscono la luce e la velocità solo in misura molto limitata", afferma Ursula Keller, "per questo motivo cerchiamo di ampliare l'orizzonte dell'esperienza nella ricerca". La professoressa di fisica sperimentale dell'ETH ha contribuito in prima persona al fatto che la ricerca è progredita in unità di tempo sempre più piccole durante la sua carriera.

Solo dall'inizio del nuovo millennio la ricerca di base è in grado di misurare e analizzare processi nell'ordine degli attosecondi. La svolta è dovuta allo sviluppo di nuove sorgenti di luce, come il nuovo laser a raggi X SwissFEL dell'Istituto Paul Scherrer, che si basano su impulsi di luce e laser ultracorti.

Oggi la "ricerca ultraveloce" comprende materie come la fisica, la chimica, la biologia e la scienza dei materiali, che sono collegate in rete nel Centro nazionale di competenza per la ricerca "Processi ultraveloci nei blocchi costruttivi molecolari" (NCCR MUST). Il co-responsabile del MUST è Ursula Keller, il cui gruppo di fisica dei laser a breve durata ha contribuito a dare forma a questo rapido sviluppo.

Dieci passi dall'attimo all'attosecondo

Quello che è un territorio inesplorato per la ricerca è una sfida per il lavoro di pubbliche relazioni e per il trasferimento delle conoscenze alle scuole: perché né i processi ultraveloci, né le tecnologie di ricerca, né le notazioni e i modelli matematici utilizzati per studiarli sono realmente comprensibili a chi non ha familiarità con la materia.

Per stabilire un legame tra la "ricerca ultraveloce" e la vita di tutti i giorni, Thomas Feurer, co-direttore del NCCR MUST e professore di fisica all'Università di Berna, e Anna Garry, responsabile delle relazioni pubbliche del NCCR MUST, hanno seguito un discorso.Anna Garry, responsabile delle relazioni pubbliche dell'NCCR MUST, ha seguito un'idea che Jürg Osterwalder, professore di fisica delle superfici all'Università di Zurigo, ha avuto sul treno.

L'idea era quella di invitare i non addetti ai lavori a compiere un viaggio nel tempo attraverso processi ultraveloci. Il risultato è stato il libro "A Journey into Time in Powers of Ten" (Un viaggio nel tempo in potenze di dieci) e le mostre a Scientitifica 2015, al Festival della Scienza 2016 a Neuch?tel e ora sull'H?nggerberg. Il materiale viene utilizzato anche negli scambi con le scuole.

"Vogliamo far interessare le scuole e il pubblico alla nostra ricerca, farli riflettere sul tempo e sulla durata dei processi vitali e mostrare loro come questi processi possano essere espressi in numeri", dice Anna Garry, spiegando come suo nipote di sei anni sia rimasto affascinato dalla serie di immagini e abbia subito iniziato a fare domande.

Il punto di partenza del viaggio nel tempo - nel libro e nella mostra - è un occhiolino: un occhiolino dura un secondo o l'equivalente di 10 secondi.⁰s. Nella vita di tutti i giorni, un istante è la più piccola unità percepita in cui una persona percepisce gli eventi nel suo ambiente. Su questa base, il viaggio conduce in dieci passi dall'istante all'attosecondo.

Ogni tappa corrisponde a una potenza di dieci ed è collegata a una breve narrazione che presenta un aspetto della ricerca ultrarapida. Oltre ai fatti scientifici, ci sono anche stralci della vita quotidiana dei ricercatori. In questo modo, la riflessione numerica sui processi vitali diventa vivida e comprensibile.

Uno sguardo ai processi veloci e lenti

Una persona impiega un decimo di secondo o 10^-1s. Per percorrere 100 metri, occorrono circa 10 secondi o 10¹s. Per andare da Zurigo a Ginevra in treno ci vogliono due ore e tre quarti o 10 minuti di viaggio.⁴ s. Un fulmine dall'altra parte avviene in 10^-4 s.

Uno studente di dottorato al quarto anno ha circa 10⁸ e per la sua formazione. 10^-8 Il tempo necessario a una medusa per illuminarsi di verde nel mare. "Il passaggio da un ammiccamento a uno sprint è facile da immaginare. Facendo questo passo di dieci volte, arriviamo alla nostra ricerca in modo comprensibile", spiega Thomas Feurer.

"Poiché per molte persone è ancora più difficile immaginare le potenze di dieci nel campo del meno che quelle nel campo del più, abbiamo contrapposto i processi veloci a quelli lenti". Il processo più lento presentato nel libro e nella mostra è la formazione della Via Lattea, avvenuta nell'arco di 30 miliardi di anni o 10 miliardi di anni.¹⁸ s è il programma.