How drawing a penguin can help cure cancer: physics diagrams as modern hieroglyphs and their applications

If you are a fan of The Big Bang Theory tv series you are used to laugh at Penny and Sheldon’s interactions, especially those when Doctor Cooper tries to explain physics to his blond friend.

 Sheldon and Penny during a discussion about particle physics; drawn on the blackboard, besides formulae, are pictograms known as Feynman diagrams, after their inventor Richard Feynman, physicist and Nobel Prize winner in 1965.

Sheldon and Penny during a discussion about particle physics; drawn on the blackboard, besides formulae, are pictograms known as Feynman diagrams, after their inventor Richard Feynman, physicist and Nobel Prize winner in 1965.

One such instance is captured in the picture above. If you look at it you can easily figure Sheldon say something like: “see, Penny: this equation accounts for the branching ratio of a top quark decaying into a W boson and a bottom quark, as depicted by the upper-left diagram”. Do you think Sheldon got into drawing to put himself in Penny’s shoes? Not at all: the pictograms on the blackboard are some serious piece of physics! They are known under the name of Feynman diagrams, after their inventor Richard Feynman, who first proposed their adoption in 1948 and later won the Nobel Prize thanks to, among other things, this visual handle on particle physics.

You don't get a postal stamp after you unless you've done something notable.

You don’t get a postal stamp after you unless you’ve done something notable.

Feynman was as much of an eccentric as his fictional colleague of The Big Bang Theory tv series: do you remember the episode “The Werewolf Transformation”, when Sheldon goes nuts and wakes up Leonard by playing bongos in the middle of the night? Well, Feynman used to play bongos, too (in fact, that’s probably where the authors of the series have taken inspiration from). However, quite differently from Doctor Cooper, Professor Feynman could drive a vehicle: this allowed him to have his van decorated with his own diagrams … how bloody cool!

Professor Feynman poses with his family in front of his van, which he decorated with instances of his very own visual handle on particle physics.

Professor Feynman poses with his family in front of his van, which he decorated with instances of his very own visual handle on particle physics.

But why would a scientist propose drawings to his colleagues? did they all get bored with their minds wandering? On the contrary: in the late 1940′s physicists were kind of stuck in their path to gain a better understanding of how the natural world works at an ever deeper level. Roughly speaking, they needed to know where to go next and how to reach their destination. That’s where the novelty of Feynman’s genius proved to be crucial: his diagrams provided the tools of a new language to formulate a new discourse.

Owing to their graphical character, Feynman diagrams bear resemblance to Egyptian hieroglyphs: just like that ancient pictogram system encoded a wealth of information in a single sign, a Feynman diagram encapsulates the description of an interaction among particles in a very clear and economic fashion; by means of this virtue, it is possible to streamline the computation of the measurable effect that a certain physical process has. Knowing what to compute and how were very much needed features at the time Feynman introduced his idea: the non-trivial advantage of adopting a common vocabulary lies in the univocal and universal standard of the naming this vocabulary provides; those who speak the same language are able to understand each other and, then, to communicate among themselves, sharing meaningful information.

Egypt Hieroglyphe4.jpg
Example of an Egyptian Hieroglyphe ” (licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons).

As time passed, something very down-to-earth happened with Feynman diagrams and their adopters: when pondering about physical interactions, physicists began dubbing the configurations that particles assumed once arranged in a diagram, just like what we all do when we search for images of animals in the clouds. There are indeed particle interaction processes whose Feynman diagram resembles a bell, a sunrise, a tadpole, a seagull or even a penguin!

The Feynman diagram resembling a penguin.

The Feynman diagram resembling a penguin.

All this theoretical fun has brought physicists down the path recently crowned by the discovery of the Higgs boson, a.k.a. the God particle. Besides invaluable ideas, this endeavor was also made possible by the Large Hadron Collider, a machine whose name is inextricably linked to hadron-therapy, a branch of medicine that can accurately cure tumors lying deep in the human body.

A picture worth a thousand words. Radio-therapy employs X-ray photons, that is to say the same particles that make up visible light but with endowed higher energy. In their path to the tumor, X-rays deposit a non-negligible fraction of their radiation dose to healthy tissues. On the contrary, we can see from the picture that protons, the positively-charged constituents of atomic nuclei, are much more effective in reaching the deep-lying tumor, without damaging other body parts.

A picture worth a thousand words. Radio-therapy employs X-ray photons, that is to say the same particles that make up visible light but with endowed higher energy. In their path to the tumor, X-rays deposit a non-negligible fraction of their radiation dose to healthy tissues. On the contrary, we can see from the picture that protons, the positively-charged constituents of atomic nuclei, are much more effective in reaching the deep-lying tumor, without damaging other body parts.

More than sixty years after their proposal, Feynman diagrams are still largely employed in particle physics but not only: for example they are allowing new insight and better precision in calculating both the astrophysical signal to be expected when black holes collide and the modeling of molecular dynamics. Next time you see Penny trying to interpret some murky hieroglyph on Sheldon’s blackboard, think about these deep connections … after you have laughed, of course.

FURTHER READING

If you would like to know more about how the machinery of Feynman diagrams works you can take a look at the following references:
- let’s draw Feynman diagams;
- Physics and Feynman Diagrams.

For more fun, less mainstream uses of Feynman diagrams see:
- the ParticleZoo Feynman Diagram magnet set;
- the PhDComics’ Feynman Diagrams on Academic Interactions;
- the result of a Google search
- art inspired by Feynman diagrams;
and much more …

A very passionate follower of Feynman diagrams chose to have one tattoed on his arm.

A very passionate follower of Feynman diagrams chose to have one tattoed on his arm.

Essere o non essere, vita da gatti (di Schroedinger)

Essere o non essere, questo è il problema, giusto? No, c’è di peggio, perlomeno per un fisico. Il problema è essere e non essere allo stesso tempo.
“Ok, allora smetto di leggere questo articolo perché non sono un fisico e non sto capendo niente.”
Un momento, please: posso spiegare, non è (complicato) come sembra. Ripartiamo con un altro incipit, uno un po’ più facile. C’era una volta un gatto, che non sapeva se era vivo oppure no; pardon, lui lo sapeva benissimo, erano gli altri a non saperlo.
“E meno male che ricominciavi facile!”
Un attimo ancora di pazienza, che fretta c’è? Tanto il gatto non scappa: non può andare da nessuna parte perché è stato chiuso in una scatola con del plutonio.
“Ok, adesso basta sul serio: chiamo la protezione animali!”
Ah perché, non l’ho detto?
“Che cosa?”
Che è un esperimento fittizio.
“fi’ che?”
Fittizio, immaginato, teorico, uno di quei “che succederebbe se …?” che i fisici teorici usano per ovviare alle ristrettezze dei fondi alla ricerca ;-)
“Cioè? non solo voi fisici sprecate soldi con delle elucubrazioni ma in più ve la cantate e ve la suonate?”
Primo: non so cantare. Secondo: teoria non vuol dire fantasia. In fisica, come nelle altre scienze sperimentali, una teoria dei fenomeni naturali rappresenta l’insieme delle spiegazioni di quei fenomeni, in particolare le spiegazioni più accurate delle quali si dispone fino a prova contraria.
“Va bene ma che ne è del gatto? L’avevamo lasciato da solo, chiuso dentro a una scatola: se non è morto per il plutonio sarà schiattato per mancanza d’aria. Non possiamo andare a controllare?”
E qui casca l’asino, anzi il gatto. Che intendi per “andare a controllare”?
“eh, che … si va e si vede.”
Cioè, spiegati meglio?
“Ma come, non sei uno scienziato? Mi pari un po’ lento.”
Preferisco rigoroso: “x” sta a “y” come io sto a me, come ama dileggiarmi mio cugino. Se non chiarisci cosa intendi, come fai ad essere smentito? In fisica chiarire vuol dire definire. Quando tu dici “si va e si vede”, quel vedere implica una tua interazione col sistema.
“Abbasso il sistema!”
Il sistema fisico è quello che stai osservando: la scatola con dentro il gatto.
“Io non sto osservando proprio niente”
Proprio niente niente no: stai osservando me mentre parliamo. In questo caso però non interferisci con quello che sono e come mi comporto: sei un osservatore passivo. Se invece vai dove abbiamo riposto il gatto, che fai per vedere se è vivo o morto?
“Vado e scuoto la scatola”
Mo la chiamo io la protezione animali!
“Allora lo chiamo: micio, micio, micio?”
Non ti sente.
“Perché, è un gatto sordo? Non potevi pensare un gatto standard?”
Veramente non l’ho pensato io ma un certo Schroedinger.
“Chi è, un ministro della Merkel?”
No, è un fisico del ’900.
“Lo conosco: aveva mica un gatto?”

Schrödinger

Spiritoso. Comunque mi pare di sì ma non gli ha fatto niente di male. Se n’è servito solo a livello teorico, per dare un’idea concreta di un problema, un’immagine che ci parlasse in maniera chiara.
“Ma se non ho capito ancora niente!”
Ok, arriviamo al sodo. Per verificare lo stato di vita del gatto devi aprire la scatola: così facendo, agisci sul sistema diventandone parte: non sei più un osservatore passivo. Questa tua azione determina una conseguenza: è come se il sistema “scegliesse” la condizione nella quale manifestarsi a te solo nel momento in cui interagisci con esso. Prima di allora il gatto potrebbe essere sia morto …
“Io non ho fatto niente, giuro!”
che vivo …
“Sono riuscito a salvarlo!”
Non ti agitare, parliamo solo di probabilità: ed è qui che casca il gatto.
“Non era già caduto prima? avrà pure nove vite ma il tuo parte svantaggiato.”
Stai buonino, ché ora ti rispondo.
“Veramente io non ti ho chiesto niente.”
Lo so ma io te lo voglio dire lo stesso. Quando ami qualcuno vuoi dirlo a tutti, giusto?
“Ti sei innamorato di un gatto? protezioneeeeeeeee”
Stolto! Volevo solo spiegarti perché ti dico tutte queste cose; poi giuro che concludo. Dicevo: quando sei innamorato di qualcuno o profondamente appassionato di qualcosa, ne parli senza che te lo si chieda, perché è una cosa bella da condividere e può servire da invito allo sperimentare altrettanto. Tornando all’esperimento, l’esimio signor Schroedinger si era posto il problema del gatto per capire meglio il mondo delle particelle: in particolare, se la natura probabilistica della realtà microscopica confligga o no con quella deterministica del mondo macroscopico.
“Ahhhh, ora sì che è chiaro!”
Ci sto arrivando. Il nodo della questione è appunto che per noi un gatto è vivo oppure morto: si può trovare nell’una o nell’altra delle due condizioni in maniera mutualmente esclusiva. Per le particelle microscopiche invece la vita è incerta: possono sia “essere” che “non essere” qualcosa, con diversi gradi di probabilità per ognuna delle condizioni. Quale sia effettivamente lo stato di una particella lo si sa, in parte, solo osservandola, il che implica una interazione con essa. Solo in parte perché questa interazione rende sì apparente una condizione della particella ma ne modifica altre. Si riesce quindi a conoscere una caratteristica della particella a scapito di un’altra, che resta indeterminata. Questo costituisce il principio d’indeterminazione di Schroedinger, uno dei pilastri della fisica nel micro-mondo dei quanti di energia e materia, dove regna la probabilità. In questo nuovo mondo, il gatto, in quanto insieme di particelle quantistiche, dovrebbe mostrare delle caratteristiche di indeterminazione: ne consegue, quindi, che prima di venire osservato, il gatto è sia un po’ vivo che anche un po’ morto, allo stesso tempo. Non è che il gatto abbia fatto indigestione di pesce andato a male: è solo che sia la vita che la morte sono equiprobabili, fifty-fifty.

Schroedinger_Ket

Ecco allora perché è famoso il gatto di Schroedinger: perché incarna un paradosso. Dall’esperienza quotidiana sappiamo bene che lo stato del gatto non è per niente incerto o ambiguo: o è vivo (essere) oppure è morto (non essere). Dal canto suo, il plutonio o, meglio, i suoi atomi possono essere e non essere allo stesso tempo: finché non si va a vedere non lo si può sapere. Nella fattispecie dell’esperimento a scatola chiusa del gatto, una sostanza radioattiva, non necessariamente il plutonio, si trova nel contenitore insieme all’animale; completa il tutto un dispositivo che, se rileva radioattività, fa scattare un martelletto che rompe una fiala di veleno che uccide il gatto …
“Che alla fiera dell’est mio padre comprò”

Schroedinger_Cat

Eh eh eh, vedo che stavi seguendo. Guarda, mi è venuto in mente un esempio che fa al caso nostro. Hai presente quei biscotti al burro tipici del nord Europa?
“Quelli nelle scatole di metallo tonde?”
Proprio loro; ti ricordi che ci si faceva con quelle scatole una volta finiti i biscotti?
“Mia nonna ci metteva gli attrezzi per cucire”
Pure a casa mia. Ecco, se ti trovi davanti una di queste scatole chiusa, fino a che non la apri non puoi sapere cosa ci sia dentro: conterrà ancora i biscotti oppure sarà già stata riconvertita a un altro uso”
“Ah, mo ho capito; giuro!”

Biscotti_Schroedinger

Va be’, allora annamo a inzuppa’ i biscotti in un po’ di caffè ché te vedo provato; poi semmai riprendiamo il discorso.
“No guarda, non c’è bisogno: mi compro un cane.”
Va be’, mi rifaccio su chi legge, che ringrazio per la paziente attenzione e per i commenti. Vi propongo di guardare il video qui di seguito in cui Sheldon, pardon, il Dottor Sheldon Cooper spiega a Penny cosa è il gatto di Schroedinger.
Se voleste saperne di più, non esitate a chiedere ché vi rispondo … oppure no … oppure tutt’e due? chi vivrà vedrà (e saprà).

Il CERN

In occasione del 60′ compleanno del CERN ecco una mia personalissima dedica a questo nostro grande orgoglio italiano e non solo (bella coincidenza che oggi sia la festa della Repubblica!). 

Immagine

CMS, uno dei quattro esperimenti disposti lungo l’anello dell’acceleratore LHC.
I diritti dell’immagine sono del CERN.

Ti toglie il fiato, ti lascia senza parole. È proprio un mostro nel senso originario del termine: il monstrum in latino è ciò che stupisce e inebetisce. Non è tanto affascinante solo perché è complicato: è bello perché è un capolavoro. Vorresti toccarlo, per provare a entrare in contatto più profondo con lui. Vorresti abbracciarlo per misurare quanto sei piccolo in confronto a lui ma questa è una lotta impari. Rappresenta infatti alcune delle caratteristiche più alte dell’essere umano:

- puntare alto, osare in maniera così spinta che neanche una coppia di novelli sposi;

- pianificare, con sudore e notti in bianco, stress e frustrazioni, da soli e insieme, per poi riuscire;

- mettere a frutto, rispettare e integrare le diversità delle etnie, culture, religioni, tradizioni, idee, modi di essere, di vestire, votare e intendere se stessi;

- il lavoro di squadra, quello dell’unione che fa la forza, accompagnato da un sano spirito di competizione verace e onesta, non influenzato da altro che l’evidenza, una delle più alte forme di democrazia, quella che garantisce il merito delle tue idee.

Questo è il CERN, il Centro Europeo per la Ricerca Nucleare, una moderna cattedrale eretta da alcuni esseri umani per il bene di tutti. E qual è questo bene? Non sarà mica aver messo un’etichetta su un altro esotico animale del mondo microscopico che ci dicono esistere ma noi non vediamo, non abbiamo mai visto e forse non vedremo mai? La domanda può accettare più risposte. Quella da scienziato è che il bene in questione è una sublimazione dell’intelletto, la quale deriva dal solo potersi porre il problema di quanti mattoni invisibili a occhio nudo compongono l’impalcatura dell’universo, quanti ne restano da etichettare e con che criterio. La risposta digeribile a tutti, e forse anche la più interessante, è che, sebbene partecipino a quest’avventura solo delle menti sceltissime, i benefici dell’impresa sono veramente per tutti, è solo che non lo sappiamo: sebbene il CERN ci appartenga in quanto Italiani, ci interessiamo poco a lui e, quando lo facciamo, magari riceviamo anche poco in cambio. Per essere concreti riguardo ai benefici la maniera più immediata è partire dal nome del “mostro”: LHC, acronimo che in italiano diventa “grande collisore di adroni”, un’espressione che il correttore automatico del dispositivo elettronico con il quale sto scrivendo vorrebbe farmi correggere. Strano perché lui, il dispositivo, non sarebbe neanche qui se non fosse per il “mostro”, quello che è, ciò che rappresenta e come si è arrivati fino a lui. Un collisore di adroni è praticamente una gigantesca pista per l’autoscontro di particelle che si trovano anche dentro di noi, negli atomi che ci compongono. Studiandoli, negli ultimi 60 anni o giù di lì, qualche scienziato pazzo ha concepito un’idea che gli vale lo stereotipo: curarci i tumori! Pazzo lui e pazzesca l’idea: che legame ci potrà mai essere tra uno dei pochi lavori utili e rispettabili, quello del dottore, e il lavoro di un inutile fisico, che o ha la testa fra le nuvole oppure è chino a scrivere su qualunque cosa gli capiti a tiro, compresi i fazzoletti per il naso? Non sono materie diverse, fisica e medicina? Del resto per fare l’uno o l’altro dei due lavori devi iscriverti a facoltà diverse e, dopo che ti sei specializzato, solo in un caso ti fai chiamare dottore quando rispondi al telefono. Queste sono categorie di comodo, la Natura, quella con la maiuscola, è una sola ed è costruita secondo schemi logici che tendono a ripetersi: molta parte della differenza è dovuta a una grandissima varietà di comportamento di “attori” che, in realtà, sono molto meno numerosi di quanto non ci si aspetti a uno sguardo superficiale. Atomi nel corpo, atomi nell’universo: studio gli uni, capisco anche gli altri. Se poi ci aggiungo i tipi di interazioni e le particelle che fungono da messaggere dell’informazione “comportamentale”, posso pensare di passare da uno studio sugli acceleratori all’uso degli acceleratori per irradiare al meglio la zona colpita dalla malattia del secolo. Questo legame è di una profondità abissale, dà le vertigini ed è giusto che sia così. È un po’ meno giusto che lo sappiano in pochi, non tanto perché va venduto il progetto LHC o il suo successore, quanto piuttosto perché va pubblicizzata questa faccia della ricerca di base: ci apre la mente, ci migliora la vita, ci dà futuro. A tutti.

Ecco perché resto inebriato ogni volta che ho la fortuna di scendere 100 metri sotto terra a contemplare il “mostro”; auguro di cuore a tutti voi di poter sperimentare questa sensazione prima o poi: ci si sente così piccoli eppure così grandi. 
Tanti auguri allora al CERN per i suoi primi 60 anni!

Che ce frega der bosone?

Il Professor Higgs in posa davanti alla lavagna con la sua teoria

Il Professor Higgs in posa davanti alla lavagna con la sua teoria.

Che ce frega der bosone?
ci frega, ci frega eccome
non è cosa poi tanto lontana
se aiuta una persona a restar sana.
“Ma di cosa stai parlando?
io proprio non comprendo!”
Lascia allora che io ti dica
perché la fisica è tua amica.

Lo raccontavo anche a mia zia
di quella certa adro-terapia
“cos’è ‘sta roba? che se magna?”
guarda, c’è una scritta alla lavagna
col bosone e i suoi amici,
che so’ un po’ strani come dici,
ma per capire cosa fanno
c’è voluto tanto senno,
scienziati pazzi di curiosità
sempre in cerca di più verità;
fogli di calcoli a mani basse
per capir chi è che dà le masse
alle particelle elementari
che a lui si legan in modi vari.

È proprio lui, il gran bosone
col nome di un professorone,
per dar la caccia noi al quale
si è studiato anche un male:
un certo tipo di tumori
a cui si sparano da fuori
nuclei atomici pesanti
che non sapevamo esistenti:
sono questi detti adroni
che significa “omaccioni”,
gente forte come l’interazione
che governa la loro azione.

Ora basta coi dettagli
ché già ti vedo che sbadigli.
Ti basti solo ricordare
che proprio non ci si può stare
senza ricerca e senza scienza
sarebbe molta più la sofferenza:
del futuro non ha paura
chi conosce la Natura,
la rispetta e la comanda
perché ha risposto alla domanda:
“cosa c’è oltre il vedere?
ho bisogno di sapere!”

[Per saperne di più sulle applicazioni della fisica delle particelle alla medicina: Atomi che curano ]

An outreach Odyssey

I’m delighted to discover the translation into French of the book “A Zeptospace Odyssey“, written by eminent theoretical physicist Dr. Gian Giudice from CERN, about the LHC and the hunt for the Higgs. The translation is the result of work by students and staff of the Faculty of Translation of the University of Geneva, in Switzerland.
The reason why I’m very happy to see this translation is because it constitutes a practical and successful realization of one of the ideas for outreach I propose in my paper “Who cares about physics today? A marketing strategy for the survival of fundamental science and the benefit of society”. To efficiently satisfy the mandatory and diverse communications needs of scientists, in my proposal I specifically identify universities for the role they can play in outreach: being multi-disciplinary hubs by constitution, these institutions could improve use of their assets by having their many departments collaborate. This synergy is very beneficial for the students involved in the process: in fact they are provided with hands-on job experiences, which, being multi-disciplinary, are particularly professionalizing for a chameleonic job market.
The university itself benefits from this strategy in much the same way as from an investment: putting into contact its human resources, it can take fruits which are more numerous and rich than those available from summing the individual separated contributions; furthermore, it can shape its curriculum in a particularly distinctive and concrete way, thus securing students enrollments and investments from satisfied alumni.
I’ve recently presented this set of ideas at the University of Nottingham, which hosted the 2013 “Science in Public” conference and kindly granted me the opportunity of exposing in the parallel session titled “Public communication of science and technology by universities, research centres, scientists or researchers and society rights”. In this context I could stress once more what I think is a crucial attitude to be adopted for science outreach nowadays: to switch from the research mantra “publish or perish” to the communication one “be cool or perish”. In order to prosper, science has to show off its “sexy” side (read: usefulness and proximity to people): failure to do so will represent an Odyssey for both science and outreach.

Ideas are sexy too!

Ideas are sexy too!

Lascia che ti parli di Einstein … anzi, lascia che te lo balli ;-)

Per spiegare la maggior parte dei fenomeni intorno a noi non serve scomodare Einstein ma basta accontentarsi di Newton. Quando però usiamo un navigatore GPS andiamo a beneficiare di uno dei fenomeni per i quali Einstein serve eccome: si dà il caso infatti che il tempo e lo spazio non siano così ovvi come avremmo continuato a credere fidandoci di Newton, sono bensì dinamici e interconnessi. Anche una massa come quella della Terra è sufficiente a deformare questo tessuto spaziotemporale.
In maniera semplificata, la situazione è analoga a ciò che succede quando noi ci sediamo su di un divano: la piega del cuscino è più evidente vicino al punto in cui sediamo e, se mettiamo un oggetto lungo il pendio da noi creato, questo scivola verso di noi, seguendo la curva che abbiamo creato. Questa caduta lungo il pendio del divano è del tutto analoga alla caduta degli oggetti che, una volta scivolatici di mano, restano in balia dell’attrazione gravitazionale della Terra: la gravità non è altro che il risultato della curvatura dello spaziotempo. Ne consegue che il tempo può scorrere a un ritmo diverso a seconda di dove “sieda” l’osservatore: in particolare scorre più lentamente via via che si avvicina ad una massa (non tenere conto di questa differenza renderebbe inutilizzabile il sistema di navigazione satellitare GPS).

Un dettaglio de “La persistenza della memoria” di Salvador Dalì: trovo che questo dipinto sia particolarmente efficace per poter visualizzare il concetto che il tempo non è assoluto bensì mutevole.

Quando ero all’Università del Maryland per un periodo di ricerca ho sperimentato un modo nuovo di descrivere alcuni di questi effetti: l’arte, in particolare tramite uno spettacolo di ballo. I due atti della performance si basano rispettivamente su: incontri tra stelle e buchi neri, il primo, spazio, tempo e loro dinamicità, il secondo. Entrambe le situazioni non si verificano in maniera drammatica nel nostro cortile cosmico, il Sistema Solare: mentre da una parte questo è un bene per la tranquilla sopravvivenza dell’umanità, dall’altra fa sì che gli scienziati siano ancora in attesa di inaugurare l’astronomia gravitazionale, uno dei numerosi lasciti del genio di Einstein.

Il primo atto della performance è una gioiosa successione di incontri di diversi oggetti astrofisici, da cui la varietà dei colori dei costumi. Dal canto loro, i veli sono sia artistici che strumentali alla scienza che c’è dietro. Quando due oggetti celesti massicci si incontrano a distanza ravvicinata, producono l’uno sull’altro un effetto del tutto simile alle maree sulla Terra: il lato del nostro pianeta che è più vicino alla Luna si solleva perché è più attratto da quest’ultima, proprio in virtù della sua posizione di prossimità alla sorgente del campo gravitazionale; anche il lato della Terra più lontano dalla Luna si solleva, lui però perché meno attratto. I veli lasciano la libertà di accentuare queste deformazioni che, nel caso riguardino stelle poco compatte, possono deformare la stella fino a disgregarla, dando origine a delle scie di materiale stellare.

Vere “étoiles”: qui le ballerine compiono evoluzioni ispirate a quelle di stelle compatte e buchi neri, quando questi si incontrano nell’universo. (Copyright Stan Barouh http://stanbarouhphotography.smugmug.com/Theater/University-of-Maryland-School)

L’ultimo degli incontri stellari del primo atto avviene tra due ballerine, il cui moto a spirale è accompagnato da una colonna sonora abbastanza peculiare. Come accennavo poco fa, l’astronomia gravitazionale è un campo di investigazione ancora in fase di maturazione per mancanza di segnali rilevati: per essere sicuri di distinguere i segnali di interesse dal rumore cosmico e degli strumenti di misura, gli scienziati li simulano per sapere meglio cosa cercare. Quello che si sente mentre le due ballerine compiono evoluzioni, che le portano ad avvicinarsi sempre più, è proprio il segnale tipo dovuto all’avvicinamento e la fusione di due stelle compatte o due buchi neri.

Il secondo atto è del tutto diverso: qui le ballerine descrivono lo sfondo sul quale si verificano i cataclismi cosmici di cui sopra, lo spaziotempo. Si potrebbe dire che, mentre con Newton e la sua mela la scenografia è fissa e statica, con Einstein il palcoscenico partecipa alla narrazione cosmica al pari delle ballerine, pardon, degli astri. Gli effetti di questa nuova narrativa possono suonare folli, come il fatto descritto precedentemente, che il tempo può scorrere a un ritmo diverso a seconda di dove ci si trovi. Questo diverso ritmo del tempo è reso apparente dalla diversa velocità con la quale si muovono le ballerine nel secondo atto. Il tipo di evoluzioni che compiono invece simboleggia un altro ingrediente.

Lo spaziotempo è una membrana deformabile, come quella di un tamburo: alla fine del primo atto abbiamo sentito uno dei possibili suoni di questo particolare tamburo, nel secondo atto si descrive la membrana stessa. I costumi neri e stretch sono stati scelti proprio per rappresentare la neutralità della scenografia cosmica e la sua elasticità. Con questi costumi le ballerine possono enfatizzare allungamenti e torsioni: tali sarebbero gli effetti ai quali un astronauta sarebbe sottoposto se, galleggiando come una boa nello spaziotempo, si ritrovasse troppo vicino a un gorgo come quello di un buco nero.

Ballerine alle prese con la rappresentazione artistica del tessuto spaziotemporale. (Copyright Stan Barouh http://stanbarouhphotography.smugmug.com/Theater/University-of-Maryland-School)

Partecipare a questa esperienza è stato per me un regalo: ho potuto assistere da vicino a come il carattere estetico e la ricchezza espressiva tipiche delle arti possano dare una vitalità quasi tangibile a concetti e formule che, sebbene affascinanti per gli esperti del campo, sono spesso visti come aridi e inutili dai non-specialisti. Ritengo che il processo del quale ho fatto parte sia fondamentale per la diffusione della passione per le scienze, prima ancora che delle conoscenze a queste associate. Pertanto è con piacere e orgoglio che chiudo questo post linkando all’articolo della rivista IoDonna dove si fa riferimento a questo mio progetto di comunicazione scientifica.