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!). 

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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.

Nobel petitions and sequestration cuts

On October 23, 2012 a petition was addressed by Nobel Prize awardees and Fields medalists to the representatives of European governments; the object: the rumors that research funds would be cut on occasion of the next meeting to discuss the European budget, at the end of November. A new petition has been written on April 10, 2013: this time around it’s the turn of US Nobel Laureates writing to Congress
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The sword of Damocles that is threatening the future of scientific research is, at a closer look, an extremely dangerous risk for the future of all citizens, not only scientists. 
The current well-being of most of us Westerners is based on easily identifiable pillars: scientific studies, at first abstract and then applied, that brought us electricity and computers, just to quote a couple of examples. There would not be anything of all that we are used to if some ancestor of ours had not been so curious to think about the why and how of natural phenomena, which sometimes have weird names such as “quantum field theory”. 
The example that I personally like to quote most often, given that I am both an Italian and a physicist, is related to CERN and its accelerator LHC, located underground in the Geneva area. The acronym designating this experiment stands for Large Hadron Collider, which, in plain language, corresponds to a sort of dodgem whose cars are minuscule particles, which belong to the category of hadrons … hadrons as in “hadron-therapy”, a technique of modern medicine that is used to cure deep cancers in a unique way. How else could humanity have discovered the existence and behavior of the subatomic world other than walking down the path that has brought to build the LHC in order to discover and study the Higgs Boson?
 This link is just one example of a connection between fundamental science and well-being that is obscure to most people. It is then apparent how the issue of an accurate positioning of research in funding policies represents, in reality, a much wider problem, which requires a unity of intents that goes far beyond academia and laboratories: it concerns all of us together with our kids.
In such a context the voice that reaches the ears of our political representatives should be a single powerful one that collects many more people than just the scientists. The latter should lead these unitary efforts: in fact, in order to have a weight in society, before politics, lobbying is needed. 
This goal can only be achieved if the general public is involved in the process and engaged in a two-way conversation; how does one go about conquering support from the public? by speaking its own language, studying its interests, meeting it where it is to be found, which most certainly is not at the entry to the Ivory Tower. 
A marketing strategy is needed; that’s right: marketing, as in advertising campaigns; in fact, where else is the success of advertisement if not in its ability to sympathize with the public, to be in its shoes, to touch its emotional cords, one category at a time? 
The time is over, then, to simply rely on press releases in order to reach the public: communication has its own tools, science is the product to be advertised, in a proper way of course. In such a context it is not an heresy to bother mixing scientific content with languages that are either non-scientific or non-verbal even: theatre and dance, for example, or rap music or video-games or comics … 
This list could go on and would cite many efforts that have been proposed either very recenlty or little longer ago. What is still missing, which I personally believe would represent a qualitative leap, is the unity of intents: “united we stand, divided we fall”, as the saying goes. There is a notorious instance that exemplifies what I am advocating for here: the history of Hubble Space Telescope. In 2003 it had been declared doomed by US President George W. Bush and NASA President Sean O’Keefe, in charge at the time: no more maintenance for the telescope, the money that the necessary Shuttle mission would have cost had to be destined to bring astronauts on Mars. The scientific community succeeded in exciting such an emotion in common people that the two lobbied against the official decision, pushing Bush and O’Keefe to change their minds … incredible! But true and repeatable.

In conclusion, putting forth a petition signed by Nobel Prize awardees is very welcome; however, politicians represent interests, so it should be the public who turn to them with a petition and have them co-sign it. In order for the public to be appreciative of science it has to be aware first, which can only be achieved if laymen are engaged in a two-way conversation by scientists. If the lack of awareness and the poor appreciation of science by the public are not confronted vigorously, no petition will ever suffice.

Update
A first version of this post came out on October 24, 2012 at my former blog under the title “Sequetration cuts in Europe?”. Back then sequestration cuts in the US were just a threat, though a very serious one, that could still be avoided. As Europe was going to follow the route of cuts the parallel I drew in the title of the previous version was immediate.

A “Beppe Grillo” for the survival of fundamental research: scientists, don’t complain about sequestration cuts, you had been warned (*)

Sequestration cuts came into effect. Finally. It is with disbelief that I’ve read the news reporting the myopic decision. It is with surprise that I browsed through comments which resemble each other too much: they content themselves with just analyzing the figures and do not spend a single word about how this doomsday scenario could be fought now … and should have been fought earlier. “How?” you ask: well, for starters I’d have tried to make a lot of noise about it; better yet, when talking to the largest public possible, I’d have accompanied documenting the possible cuts by describing the vital role science and research have in our well-being. Examples of this role are numerous, so I will pick just a few from where you would expect them the least: theoretical physics. I’ve started writing this piece with a smartphone, one of those modern devices with which making a phone call is almost a commodity: typically, in fact, such a device sports a nice video camera, a large storage memory and a navigator. Although these parts all apply some physics my favorite one is definitely the latter: it is a gift from Einstein’s legacy, which supersedes Newton’s by taking into account that time is not absolute but rather dependent on one’s state of motion. This entails that at the height and speed of the Global Positioning System satellites time does not flow at the same rate as it does on the surface of the Earth. If this is not enough to blow your mind away, let me then add that the reason behind this quirkiness is that space and time form a single, dynamical entity, that is to say: spacetime can do stuff (see my past blog entry “Gravity: the dance of space and time”). Although Einstein did not set out explicitly to invent the GPS, we couldn’t have made without the theory of gravity he published 1915, almost a century ago! I think it’s very important to quote this date because it helps remember how indirect the path can be from inception to application when radical new ideas are involved. However long and tortuous the route is, a definite paradigm stands the test of time: there’s no progress without exploring new territories for the sake of knowing more.
In case you had not been impressed by the Einstein-GPS connection I have another one for you: the LHC-cancer one, with LHC being the Large Hadron Collider, the toy scientists have built to hunt out the God particle, a.k.a. the Higgs Boson. The particles that get smashed inside the humongous underground accelerator are called hadrons because they are sensitive to what is called the “strong force”, a fundamental interaction of Nature which just operates inside atomic nuclei. While studying what physical reality looks like at an ever deeper level scientists realized that hadrons could be used as projectiles to be shot at some tumors, especially the ones lying deep down into our bodies. How ’bout this as a connection between the knowledge conquered through pure research and common people’s needs?
Until recently I have been busy working to produce more of such knowledge, at some of the Ivory Towers scattered around the world. Along the way I could develop a sensitivity to the lack of awareness, and the consequent lack of appreciation, that people outside Ivory Towers have towards what happens inside them.
For this reason I have taken every opportunity to advocate in favor of science and research, notably during my two-year experience in the US. Despite the presence of many laudable efforts, their individual character and the absence of more prevent reaching a critical mass and a consequent large scale efficacy. Critical to that is, I believe, the necessity of having a strong unitary voice to be heard by the public: “united we stand, divided we fall”, as the saying goes.
I feel like I have tried to be for fundamental physics what Beppe Grillo has represented for Italy’s politics (*): if we unite our individual complaints about an unsatisfactory status quo we can change it. In science there is a notorious instance that exemplifies what I was advocating for and why: the history of the Hubble Space Telescope. In 2003 it had been declared doomed by US President George W. Bush and NASA President Sean O’Keefe, in charge at the time: no more maintenance for the telescope, the money that the necessary Shuttle mission would have cost had to be destined to bring astronauts on Mars. Excited by scientists working on the Hubble project, an unprecedented movement of popular opinion grew to such a large extent that the official decision had to be changed and money reallocated. My last year in the US, 2012, seemed like a good time to propose to the community of scientists to stand up and organize something similar, although quite belatedly because of sequestration cuts behind the corner.
My idea to tackle the problem of public awareness and appreciation of science was to adopt a marketing strategy in favor of research, especially for fundamental physics. What better opportunity than the discovery of a Higgs-like particle announced in July? In this context I proposed that a large University, better yet a national coalition such as the American Physical Society or the American Association for the Advancement of Sciences, worked with public figures to host a panel discussion, which elucidates the ties of the discovery itself with respect to science, technology, society and politics. Besides scientists involved in the relative disciplines, I suggested, for example, that the panel was to be composed of a public figure to whom the young and laymen audience can relate. For the latter I couldn’t think of a more iconic candidate than Jim Parsons, the actor who plays the role of theoretical physicist Doctor Sheldon Cooper in the popular tv series “The Big Bang Theory”.
Though very concrete, and not challenged by any competing alternative, my proposal fell on deaf ears: now that entire research programs are going to be shut down, it looks a lot like a missed opportunity. Moreover last week we learned that NASA announced they would wipe out their future outreach efforts. I couldn’t disagree more: if you have been condemned to death, won’t you rather try everything to fight it instead of accepting to go through a slow torture? If you do science and you cannot communicate it, does your science really exist?
In my proposal I also suggested that a politician figured in the panel because of the huge social implications the cuts will produce: if that is not a matter during election time I don’t know what else can be! In fact US society is changing its ethnic composition: as the 2010 Census data indicate, in some twenty years from now US youth will be mainly composed by Hispanic population. Far from being a racial problem this change demands rethinking the education system and the job market. As a matter of fact about around 86% of Hispanic origin youth do not go to college: already today the US fall short of highly skilled workforce among their citizens, how drastically worse will the situation get in the next twenty years? Will it still be possible for the US to import scientists and engineers from Asia when their countries’ economies and universities perform better than the US? Won’t there be social tension when most US citizens cannot find a well-payed job or just any job?
To conclude, maybe my “outreach revolution” would’ve changed nothing in regard to the political myopia that brought to sequestration cuts but a skeptic “nothing will change” was exactly the sentiment accompanying the chances of success of Beppe Grillo in Italy’s elections (*).

[ (*) Disclaimer. I took Beppe Grillo just to represent a contrarian/naysayer figure: by referring to his name I do not mean to endorse any political view of his or his characteristic style of wording his ideas. ]