Fisica

CUORE mette nuovi limiti all’insolito comportamento dei neutrini

By ScientifiCult 6 Aprile 2022

CUORE METTE NUOVI LIMITI ALL’INSOLITO COMPORTAMENTO DEI NEUTRINI

Le ricercatrici e i ricercatori dell’esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) situato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) hanno pubblicato oggi, 6 aprile, su Nature i nuovi risultati sulla natura del neutrino, che dimostrano inoltre l’eccezionalità della tecnologia sviluppata, in grado di mantenere un rivelatore di oltre 700 kg a temperature vicine allo zero assoluto, per più di tre anni.

CUORE, che opera nel silenzio cosmico delle sale sperimentali sotterranee dei Laboratori del Gran Sasso, protetto da 1.400 metri di roccia, è tra gli esperimenti più sensibili al mondo per lo studio di un processo nucleare, chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, possibile solo se neutrino e antineutrino sono la stessa particella. Questo decadimento, se osservato, chiarirebbe per la prima volta il mistero della natura di Majorana del neutrino. I risultati di CUORE si basano su una quantità di dati, raccolta negli ultimi tre anni, dieci volte più grande di qualsiasi altra ricerca con tecnica sperimentale simile. Nonostante la sua fenomenale sensibilità, l’esperimento non ha ancora osservato prove di eventi di questo tipo. Da questo risultato è possibile stabilire che un atomo di tellurio impiega più di 22 milioni di miliardi di miliardi di anni per decadere. I nuovi limiti di CUORE sul comportamento dei neutrini sono cruciali nella ricerca di una possibile nuova scoperta della fisica delle particelle, che sarebbe rivoluzionaria perché aiuterebbe a comprendere le nostre stesse origini.

“L’obiettivo è capire come ha avuto origine la materia”, spiega Carlo Bucci, ricercatore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e responsabile internazionale dell’esperimento CUORE.

“Stiamo cercando un processo che violi una simmetria fondamentale della natura”, aggiunge Roger Huang, giovane ricercatore del Lawrence Berkeley National Laboratory del Department of Energy degli Stati Uniti e uno degli autori del nuovo studio. “L’asimmetria tra materia e antimateria nell’universo è ancora un rebus”, dice Huang. “Se i neutrini sono le loro stesse antiparticelle, questo potrebbe aiutare a risolverlo”.

“Il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, se sarà misurato, sarà il processo più raro mai osservato in natura, con un tempo di decadimento di oltre un milione di miliardi di volte superiore all’età dell’universo”, afferma Danielle Speller, professoressa alla Johns Hopkins University e componente del Physics Board di CUORE.

CUORE è un vero trionfo scientifico e tecnologico, non solo per i suoi nuovi risultati, ma anche per aver dimostrato con successo il funzionamento del suo criostato in condizioni veramente estreme, alla temperatura di 10 millesimi di grado sopra lo zero assoluto (10 milliKelvin). La temperatura nel rivelatore CUORE viene attentamente monitorata con sensori in grado di rilevare una variazione di appena un decimillesimo di grado Celsius. Il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini ha una firma energetica specifica e aumenterebbe la temperatura di un singolo cristallo di una quantità ben definita e riconoscibile.

“È il più grande refrigeratore del suo genere al mondo”, sottolinea Paolo Gorla, ricercatore dei Laboratori del Gran Sasso e Technical Coordinator di CUORE. “Capace di mantenere la temperatura di 10 milliKelvin ininterrottamente per circa tre anni”. Una tale tecnologia ha applicazioni ben oltre la fisica delle particelle fondamentali. In particolare, può trovare impiego nella realizzazione dei computer quantistici, dove una delle principali difficoltà dal punto di vista tecnologico è mantenerli sufficientemente freddi e schermati dalle radiazioni ambientali.

“Lo straordinario funzionamento del criostato di CUORE è il coronamento di una lunga sfida tecnologica iniziata a metà degli anni ‘80 dal gruppo di Ettore Fiorini a Milano, che ha visto l’evoluzione dei rivelatori criogenici, da cristalli di pochi grammi agli oltre 700 kg degli attuali”, aggiunge Oliviero Cremonesi, Presidente della Commissione Scientifica Nazionale per la fisica astroparticellare dell’INFN.

“La sensibilità del rivelatore è davvero fenomenale,” afferma Laura Marini, ricercatrice presso il Gran Sasso Science Institute e Run Coordinator di CUORE, “al punto che osserviamo segnali generati da vibrazioni microscopiche della crosta terrestre.” “Abbiamo visto effetti dovuti a terremoti in Cile e Nuova Zelanda”, continua Marini “misuriamo costantemente il segnale delle onde che si infrangono sulla riva del mare Adriatico, a 60 chilometri di distanza, che diventa più forte in inverno, quando c’è tempesta”.

CUORE sta facendo da apripista per la prossima generazione di esperimenti: il suo successore, CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification), è già in avanzata fase di sviluppo e sarà oltre dieci volte più sensibile di CUORE. Nel frattempo, CUORE non ha ancora finito.

“Saremo operativi fino al 2024 – aggiunge Bucci – e sono impaziente di vedere che cosa troveremo”.

CUORE è gestito da una collaborazione di ricerca internazionale, guidata dall’INFN in Italia e dal Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti.

APPROFONDIMENTI

Particelle particolari

I neutrini sono ovunque: ci sono quasi mille miliardi di neutrini che passano attraverso l’unghia di un tuo dito mentre leggi questa frase. Non sentono l’effetto delle due forze più intense dell’universo, l’elettromagnetismo e la forza nucleare forte, e questo consente loro di passare attraverso la materia, quindi anche attraverso tutta la Terra, senza interagire. Nonostante il numero enorme, la loro natura così elusiva li rende molto difficili da studiare, sono un vero grattacapo per i fisici. L’esistenza di queste particelle è stata postulata per la prima volta oltre 90 anni fa, ma fino alla fine degli anni ’90 non si sapeva nemmeno se i neutrini avessero una massa, ora sappiamo di sì ma è davvero molto piccola.

Una delle tante domande ancore aperte sui neutrini è se siano le loro stesse antiparticelle. Tutte le altre particelle hanno delle corrispondenti antiparticelle, la loro controparte di antimateria: agli elettroni corrispondono gli antielettroni (positroni), ai quark gli antiquark, ai neutroni e ai protoni (che sono i costituenti dei nuclei atomici) gli antineutroni e gli antiprotoni. A differenza di tutte le altre particelle, è possibile che i neutrini siano le loro stesse antiparticelle. Un tale scenario è stato teorizzato per la prima volta dal fisico Ettore Majorana nel 1937 e le particelle che mostrano questa proprietà sono conosciute come fermioni di Majorana.

Se i neutrini fossero davvero fermioni di Majorana potremmo forse rispondere a una domanda che è alla base della nostra stessa esistenza: perché c’è così tanta più materia che antimateria nell’universo?

Un dispositivo raro per decadimenti rari

Determinare se i neutrini siano le loro stesse antiparticelle è difficile, proprio perché essi non interagiscono molto spesso. Il miglior strumento dei fisici per cercare i neutrini di Majorana è un ipotetico tipo di decadimento naturale radioattivo chiamato decadimento doppio beta senza neutrini. Il decadimento beta è una forma abbastanza comune di decadimento in alcuni atomi, che trasforma un neutrone di un nucleo atomico in un protone, mutando l’elemento chimico dell’atomo ed emettendo un elettrone e un antineutrino come conseguenza del processo. Il doppio decadimento beta è più raro: invece di un solo neutrone, due di essi si trasformano in due protoni allo stesso tempo, emettendo due elettroni e due antineutrini. Ma se il neutrino è un fermione di Majorana, allora teoricamente un singolo neutrino “virtuale”, che funge da antiparticella di sé stesso, potrebbe prendere il posto di entrambi gli antineutrini e solo i due elettroni sarebbero emessi dal nucleo atomico, da qui il nome del processo. Il decadimento doppio beta senza neutrini è stato teorizzato per decenni, ma non è mai stato osservato.

L’esperimento CUORE è impegnato a rivelare negli atomi di tellurio un decadimento doppio beta senza neutrini. L’esperimento utilizza quasi mille cristalli di ossido di tellurio purissimo, del peso complessivo di oltre 700 kg. Questa grande quantità di tellurio è necessaria perché, in media, ci vuole più di un miliardo di volte l’età dell’Universo perché un singolo atomo instabile di tellurio subisca un normale doppio decadimento beta. Ma ci sono milioni di miliardi di miliardi di atomi di tellurio in ciascuno dei cristalli utilizzati da CUORE, il che significa che il doppio decadimento beta standard (con emissione di due neutrini) avviene abbastanza regolarmente nel rivelatore, circa alcune volte al giorno in ciascun cristallo. Il doppio decadimento beta senza neutrini, ammesso che si verifichi, è estremamente più raro, e quindi la Collaborazione di CUORE deve impegnarsi per rimuovere quante più fonti di interferenza possibile che potrebbero nascondere l’evento cercato. Per schermare il rivelatore dai raggi cosmici, l’intero sistema si trova nelle sale sperimentali sotterranee dei Laboratori del Gran Sasso, dove i 1400 metri di roccia sovrastanti proteggono gli esperimenti dai raggi cosmici che piovono incessantemente sulla Terra. Una ulteriore schermatura è fornita da diverse tonnellate di piombo. Il piombo appena prodotto è leggermente radioattivo a causa della contaminazione naturale da uranio e altri elementi. Questo livello di radioattività è assolutamente trascurabile per qualsiasi tipo di utilizzo del piombo, eccetto per un rivelatore così sensibile come CUORE. Poiché la radioattività diminuisce nel tempo, il piombo utilizzato per circondare i rivelatori di CUORE è principalmente piombo recuperato da un’antica nave romana affondata quasi 2000 anni fa al largo delle coste della Sardegna.

CUORE è finanziato negli Stati Uniti dal Department of Energy (DoE) e dalla National Science Foundation (NSF) e in Italia dall’INFN, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La Collaborazione CUORE include in Italia i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, i Laboratori Nazionali di Frascati e i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN e le Sezioni INFN e Università di Bologna, Università di Genova, Università di Milano Bicocca, Sapienza Università di Roma e il Gran Sasso Science Institute; negli Stati Uniti: California Polytechnic State University, San Luis Obispo; Lawrence Berkeley National Laboratory; Johns Hopkins University; Lawrence Livermore National Laboratory; Massachusetts Institute of Technology; University of California, Berkeley; University of California, Los Angeles; University of South Carolina; Virginia Polytechnic Institute and State University; Yale University; in Francia: Saclay Nuclear Research Center (CEA) e Irène Joliot-Curie Laboratory (CNRS/IN2P3, Paris Saclay University); in Cina: Fudan University e Shanghai Jiao Tong University.

Testo e immagini dall’Ufficio Stampa INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

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Biologia

Clima di fine secolo e agricoltura “eroica”

By ScientifiCult 17 Febbraio 2022

CLIMA DI FINE SECOLO E AGRICOLTURA “EROICA”

Studio dell’Università di Padova dimostra che tra tre generazioni il cambiamento climatico provocherà un’espansione di zone a clima arido con condizioni di scarsità idrica.

Penalizzati saranno i paesaggi agricoli in forte pendenza, luoghi di agricoltura eroica e di grande valore storico culturale.

Clima di fine secolo e agricoltura “eroica”: coltivazione di arancio su terrazzamenti in aree ad alta pendenza a Valencia (Spagna)

Pubblicata su «Nature Food» la ricerca dal titolo “Future climate-zone shifts are threatening steep-slope agriculture”, coordinata dal Professor Paolo Tarolli del Dipartimento di Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova, in cui si mostra quale sarà l’impatto del cambiamento climatico sulle aree agricole a forte pendenza alla fine del secolo. Lo studio è basato sulla proiezione delle zone climatiche attuali (1980-2016) a fine secolo (2071-2100) secondo lo scenario di concentrazione di gas serra RCP8.5, ovvero senza l’adozione di iniziative a favore della protezione del clima e, pertanto, con crescita delle emissioni ai ritmi attuali. Sono stati utilizzati dati satellitari e territoriali open-access, analizzati tramite la piattaforma online Google Earth Engine, in modo che la metodologia possa essere replicata non solo da scienziati, ma anche da operatori del settore agricolo ed enti per la gestione del territorio.

clima agricoltura eroica — Paolo Tarolli

«In questo lavoro abbiamo prodotto una mappa globale ad alta risoluzione dei paesaggi agricoli collinari e di montagna, analizzando la loro distribuzione nelle zone climatiche attuali (tropicale, arido, temperato, freddo, polare) e nelle proiezioni climatiche future – spiega il Professor Paolo Tarolli –. La nostra analisi dimostra che le aree agricole in forte pendenza sono significativamente più minacciate dal cambiamento climatico rispetto alla media della superficie agricola globale, in particolare vi sarà un’espansione di zone a clima arido, quindi di condizioni di scarsità idrica».

I sistemi agricoli in aree a forte pendenza, sebbene rappresentino una frazione ridotta della superficie agricola globale, sono di grande rilevanza per diversi aspetti. La loro importanza agronomica, così come il valore storico e culturale che li contraddistingue, sono ampiamente riconosciuti dalle Nazioni Unite e protetti con iniziative come i siti patrimonio dell’umanità UNESCO e patrimonio agricolo globale GIAHS (FAO). Le coltivazioni in pendenza sono soprattutto concentrate in Messico, Italia, Etiopia e Cina: si tratta di colture di altissima “specializzazione”. Tra gli esempi si possono citare le aree terrazzate Honghe Hani nella provincia cinese dello Yunnan, gestite dalle minoranze Hani da oltre 1300 anni, le quali producono 48 varietà di riso, dando vita ad un habitat ideale anche per l’allevamento di bovini, anatre e pesci, in un’ottica di economia circolare, oppure, in Italia, la viticoltura eroica sulle colline del Prosecco e del Soave.

Sul totale, l’agricoltura in forte pendenza si trova principalmente in zone climatiche temperate (46%) e fredde (28%): insieme, esse ospitano quasi tre quarti di questi paesaggi. Le coltivazioni in aree in pendenza delle regioni tropicali sono pari al 17%, nelle aride al 9% e in quelle polari arrivano all’1%, coprendo insieme il restante quarto del totale. Il cambiamento climatico rappresenterà una seria minaccia per tutta l’agricoltura e i sistemi rurali, con un impatto su raccolti e prezzi alimentari. In particolare, esso provocherà una variazione nell’estensione delle aree climatiche globali, con ripercussioni significative sui versanti agricoli in forte pendenza.

«Tra ottant’anni, secondo le proiezioni del nostro studio, la percentuale dei terreni agricoli di collina e montagna delle zone tropicali saliranno al 27% e quelle aride al 16%: sostanzialmente raddoppieranno rispetto alla situazione attuale. All’opposto, nelle regioni fredde si osserverà una riduzione di terreni agricoli di collina e montagna dall’attuale 28% al 13%, mentre in quelle temperate si passerà dal 46% al 44% – sottolinea Paolo Tarolli –. In sole tre generazioni quindi aree agricole più estese saranno interessate da un clima più caldo che comporterà un calo della disponibilità di acqua per l’irrigazione e la produzione alimentare. La nostra ricerca dimostra che le aree agricole in forte pendenza, spesso caratterizzate da un’alta specializzazione nella gestione dell’acqua derivante da antichi saperi tradizionali, saranno quelle maggiormente minacciate dal cambiamento climatico, soprattutto dalla siccità. Data l’urgente necessità di garantire una produzione alimentare sostenibile e per tutti riteniamo che i governi e le istituzioni debbano investire di più nell’identificazione e mitigazione degli effetti del cambiamento climatico in agricoltura. In particolare il nostro studio – conclude Tarolli – evidenzia la necessità di azioni atte a migliorare, specie per i paesaggi agricoli collinari e montani, la resilienza al cambiamento climatico previsto nei prossimi decenni, al fine di preservare il loro ruolo nella produzione alimentare, reddito, valore storico e culturale, e servizi ecosistemici».

Link alla ricerca: 10.1038/s43016-021-00454-y oppure https://rdcu.be/cGZ1M

Titolo: “Future climate-zone shifts are threatening steep-slope agriculture” – «Nature Food» 2022

Autori: Wendi Wang, Anton Pijl & Paolo Tarolli*

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova. sullo studio relativo a clima di fine secolo e agricoltura “eroica”.

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Medicina

Infodemia e pandemia, fenomeni a confronto

By ScientifiCult 9 Dicembre 2021

Infodemia e pandemia, fenomeni a confronto
Un team di esperti di Data Science ed epidemiologi computazionali, coordinati da Walter Quattrociocchi, dell’Università Sapienza di Roma, ha pubblicato sulla rivista Cell uno studio volto a individuare differenze e interconnessioni tra il fenomeno pandemico e quello infodemico.

infodemia pandemia social distance — Infodemia e pandemia, fenomeni a confronto. Foto di congerdesign

In che modo affrontare la massiccia diffusione di informazione sulla pandemia in atto? E come misurare il loro effetto sulla gestione del fenomeno pandemico? Queste sono le principali domande a cui tenta di rispondere, in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Cell, un team di esperti composto da epidemiologi computazionali, rappresentanti dell’OMS e dei Centers for Disease Control and Prevention (CDC) americani, cinesi e africani, coordinati da Walter Quattrociocchi del Dipartimento di Informatica della Sapienza di Roma. I ricercatori hanno cercato di porre in relazione i due fenomeni, quello pandemico e quello infodemico, portando alla luce le differenze essenziali ma anche le forti interconnessioni tra i due e la possibilità che si influenzino vicendevolmente.

Uno dei primi punti che lo studio sottolinea è la differenza che sussiste tra i due fenomeni: il processo di diffusione del virus, al contrario delle informazioni, non gode della caratteristica dell’opzionalità. È infatti impossibile decidere di accettare, o non accettare, la presenza del virus mentre ogni utente ha la possibilità di accogliere un’informazione piuttosto che un’altra, rigettando quelle che non sono di suo gradimento.

Proprio i diversi bias comportamentali, ovvero pregiudizi sviluppati sulla base dell’interpretazione delle informazioni in possesso, sono stati l’altro elemento cardine all’interno dello studio. Conoscere le dinamiche che mettiamo in atto quando processiamo informazioni è, infatti, fondamentale per una comunicazione efficace che consenta anche una gestione migliore della pandemia. Il primo comportamento preso in esame è il confirmation bias, ovvero la tendenza a cercare informazioni che confermino le nostre convinzioni e, allo stesso tempo, ignorare quelle che possano in qualche modo contrastarle. Questo tipo di atteggiamento si ripropone, a livello comunitario, anche in un secondo tipo di bias, l’echo chamber: termine con cui si intende la creazione di comunità omofile, gruppi di individui che si associano a partire dalla condivisione di una comune narrativa (verità), che trova così modo di rinforzarsi reciprocamente.

Entrambi i pregiudizi sono caratterizzati quindi dalla polarizzazione, ovvero dalla tendenza spesso determinata dall’atteggiamento dei media nel veicolare le informazioni legate alla pandemia. Occorrerebbe quindi partire da qui per cercare di far fronte al fenomeno infodemico, che, come posto in evidenza dallo studio, ha effetti diretti sulla gestione della pandemia.

“Non bisogna sottovalutare l’impiego e le potenzialità offerte dalla Data Science – commenta Walter Quattorciocchi. “Questa, applicata ai contesti sociali, potrebbe essere utilizzata per cogliere meglio, ed eventualmente anche prevedere, l’evoluzione dell’opinione pubblica e gli effetti della stessa tanto sulla società quanto sulle politiche per la gestione della pandemia”.

Riferimenti:

Infodemics: A new challenge for public health – Sylvie C. Briand, Matteo Cinelli. Tim Nguyen, Akhona Tshangela, Lei Zhou, Walter Quattrociocchi – Cell 2021 DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.031

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Astronomia

Con l’European Pulsar Timing Array un altro passo verso l’osservazione di onde gravitazionali a bassissima frequenza

By ScientifiCult 27 Ottobre 2021

Con l’European Pulsar Timing Array un altro passo verso l’osservazione di onde gravitazionali a bassissima frequenza

Pubblicato su MNRAS lo studio che ha visto in prima linea i ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca

Milano, 27 ottobre 2021 – L’European Pulsar Timing Array (EPTA) è una collaborazione scientifica che riunisce team di astronomi afferenti ai più grandi radiotelescopi Europei, e coordina gruppi di ricercatori specializzati nell’analisi dei dati e nella modellizzazione dei segnali di onde gravitazionali. Fra questi è presente il gruppo di astrofisica del Dipartimento di Fisica “Giuseppe Occhialini” dell’Università di Milano-Bicocca. L’EPTA ha recentemente pubblicato sulla storica rivista scientifica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society un’analisi dettagliata (“Common-red-signal analysis with 24-yr high-precision timing of theEuropean Pulsar Timing Array: Inferences in the stochasticgravitational-wave background search“; DOI: 10.1093/mnras/stab2833) di un segnale compatibile con il tanto ricercato fondo di onde gravitazionali proveniente da una popolazione cosmica di binarie di buchi neri supermassicci.

Sebbene non sia ancora possibile confermare l’origine gravitazionale del segnale, questo rappresenta un altro passo significativo nello sforzo di rivelare per la prima volta onde gravitazionali a bassissima frequenza, con frequenze dell’ordine di un miliardesimo di Hertz. Il segnale candidato è emerso da un’analisi dettagliata senza precedenti condotta utilizzando due metodologie indipendenti. Inoltre, il segnale presenta forti somiglianze con quello riscontrato da analisi di altri team.

pulsar delle Vele stelle a neutroni onde gravitazionali bassissima frequenza — La Pulsar delle Vele. Foto NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al., in pubblico dominio

Le pulsar sono stelle di neutroni molto compatte che emettono fasci di onde radio collimati in direzione dei poli magnetici, in generale non allineati con l’asse di rotazione della stella creando un “effetto faro”. Se i fasci attraversano la nostra linea di vista, da terra osserviamo un impulso periodico molto preciso: un orologio che batte un tic ad ogni rotazione della pulsar. Un pulsar timing array (PTA) è un insieme di pulsar rotanti molto stabili, utilizzate come un enorme rivelatore galattico di onde gravitazionali. PTA, sensibile a onde gravitazionali con frequenze del miliardesimo di Hertz, è quindi un osservatorio complementare agli attuali rivelatori a terra LIGO/Virgo/Kagra, sensibili a frequenze comprese fra 10 Hz ad 1000 Hertz. Mentre questi ultimi rivelano le repentine collisioni di buchi neri di massa stellare e stelle di neutroni, un PTA può osservare onde emesse da sistemi binari di buchi neri supermassicci che spiraleggiano l’uno intorno all’altro al centro delle galassie. Il sovrapporsi di moltissimi di questi segnali, provenienti da una popolazione cosmica di binarie massicce, crea un cosiddetto “fondo stocastico” di onde gravitazionali.

«Possiamo misurare piccole fluttuazioni nei tempi di arrivo del segnale radio delle pulsar sulla Terra, causate dalla deformazione dello spazio-tempo dovuta al passaggio di un’onda gravitazionale. In pratica queste deformazioni si manifestano come una perturbazione a bassissima frequenza dei tempi di arrivo degli impulsi osservati, perturbazione comune a tutte le pulsar di un PTA», spiega il dottor Golam Shaifullah, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica “Giuseppe Occhialini”, co-autore principale dello studio.

Tuttavia, l’ampiezza di questa perturbazione è incredibilmente piccola (stimata nell’ordine delle decine di miliardesimi di secondo) e può essere confusa o mascherata da tantissimi altri effetti fisici che possono creare piccole instabilità nel periodo di rotazione delle pulsar, elementi della rete PTA. Per convalidare i risultati sono stati quindi utilizzati più codici indipendenti con diverse tecniche statistiche per mitigare fonti alternative di rumore e identificare il segnale gravitazionale.

È importante sottolineare che nell’analisi sono state utilizzate due procedure “end-to-end” indipendenti per la verifica incrociata dei risultati. Inoltre, sono stati utilizzati tre metodi indipendenti per tenere conto dei possibili errori sistematici dovuti all’incertezza sulla conoscenza delle masse e posizioni dei corpi celesti nel sistema solare: incertezza che può indurre falsi positivi nella rivelazione del segnale stocastico di onde gravitazionali.

Le analisi svolte da EPTA con entrambe le procedure hanno riscontrato la presenza di un chiaro segnale candidato per un fondo stocastico gravitazionale, e le sue proprietà spettrali (ovvero come l’ampiezza della perturbazione osservata varia con la frequenza) rimangono all’interno delle aspettative teoriche per questo tipo di segnale.

Il dottor Nicolas Caballero, ricercatore presso il Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics di Pechino e co-autore principale, spiega: «L’EPTA ha trovato per la prima volta indicazioni di questo segnale nei dati precedentemente pubblicati nel 2015, ma poiché i risultati avevano maggiori incertezze statistiche, sono stati discussi rigorosamente solo come limiti superiori. I nostri nuovi dati ora confermano chiaramente la presenza di questo segnale, rendendolo un candidato per un fondo stocastico di onde gravitazionali».

La Relatività Generale di Einstein prevede una relazione molto specifica tra le deformazioni spazio-temporali sperimentate dai segnali radio provenienti da pulsar situate in diverse direzioni nel cielo. Gli scienziati la chiamano correlazione spaziale del segnale o curva di Hellings e Downs. Il suo rilevamento identificherà in modo univoco l’eventuale origine gravitazionale del segnale osservato.

«Al momento – nota il dottor Siyuan Chen, ricercatore all’LPC2E, CNRS di Orléans in Francia, co-autore principale dello studio – le incertezze statistiche nelle nostre misurazioni non ci consentono ancora di identificare la presenza della correlazione spaziale prevista per il segnale dovuto ad onde gravitazionali. Per ulteriori conferme dobbiamo includere i dati di più pulsar nell’analisi, tuttavia i risultati attuali sono molto incoraggianti».

L’EPTA è un membro fondatore dell’International Pulsar Timing Array (IPTA). Poiché anche le analisi dei dati indipendenti eseguite dagli altri partner IPTA (cioè gli esperimenti NANOGrav e PPTA) hanno indicato segnali comuni simili, è diventato fondamentale applicare più algoritmi di analisi per aumentare la confidenza in un possibile rilevamento futuro di questo fondo stocastico. I membri dell’IPTA stanno lavorando insieme, traendo conclusioni dal confronto delle analisi dei diversi dati per prepararsi al meglio per i prossimi passi.

Alberto Sesana, professore associato di Milano-Bicocca e membro dell’EPTA, conclude: «Il rilevamento di un fondo di onde gravitazionali proveniente da una popolazione di sistemi binari di buchi neri supermassicci o da altre sorgenti di origine cosmica fornirà informazioni uniche sui modelli cosmologici di evoluzione dell’Universo, imponendo forti vincoli al processo di aggregazione delle galassie come le vediamo oggi. Pertanto, stiamo intensificando i nostri sforzi aggiungendo i dati di nuove pulsar e rafforzando i controlli incrociati delle nostre analisi. Non c’è spazio per gli errori».

Testo dall’Ufficio Stampa Università di Milano-Bicocca, circa lo studio pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, altro passo verso l’osservazione di onde gravitazionali a bassissima frequenza.

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Medicina

Il COVID-19 ha messo a rischio la conservazione dei pipistrelli?

By ScientifiCult 13 Luglio 2021

IL COVID-19 HA MESSO A RISCHIO LA CONSERVAZIONE DEI PIPISTRELLI?

Uno studio coordinato dal Prof. Sandro Bertolino, docente del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino e condotto da un team di ricercatori italiani, ha analizzato la diffusione di notizie nel 2020 che associano i pipistrelli alla diffusione di SARS CoV-2, il virus responsabile del Covid-19. Secondo la ricerca i pipistrelli sono stati al centro di una ‘bolla mediatica’ che li ha demonizzati, con conseguenze potenzialmente pericolose per la conservazione di questi mammiferi.

pipistrelli COVID-19 conservazione — Miniopterus schreibersii bassanii. Foto di Steve Bourne, CC BY-SA 4.0

Nel 2020, pochi mesi dopo la notizia della diffusione di SARS-CoV-2 oltre i confini cinesi, molti giornali, siti web e social network, hanno spesso identificato i pipistrelli come responsabili certi della diffusione del virus all’uomo. Un gruppo di ricercatori italiani, coordinati dal Prof. Sandro Bertolino, docente di Ecologia del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino, ha voluto quantificare la dimensione di questa ‘bolla mediatica’ che ha colpito i pipistrelli associandoli al COVID-19. Il lavoro è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Mammal Review.

I ricercatori hanno cercato di analizzare se, in concomitanza con la diffusione del Covid, fosse avvenuto un aumento delle ricerche su internet sui pipistrelli. Su Google Trends i ricercatori hanno verificato come, dal 2016 al 2019, ci fosse una predominanza di termini non direttamente associati ai pipistrelli, come halloween e baseball (baseball bat è la mazza da baseball). Dal 2020, le ricerche della parola ‘bats’ su Google e Wikipedia sono aumentate notevolmente. Inoltre, il termine ‘bats’ è stato in prevalenza correlato a parole come “Wuhan”, “China”, “Virus”, “eating”, a indicare la percezione in molte persone di un legame diretto tra i pipistrelli e la pandemia da Covid-19.

Il fenomeno è stato osservato su scala globale, esaminando le ricerche in 8 lingue e per 21 Paesi. Lo stesso risultato è stato ottenuto consultando il Television News Archive (https://www.gdeltproject.org/), un archivio contenente la raccolta completa di notizie quotidiane diffuse dalle nove maggiori emittenti televisive degli Stati Uniti.

“Televisioni e giornali hanno enfatizzato il ruolo dei pipistrelli nella diffusione di SARS-CoV-2, dando spesso per scontato ciò che è ancora dibattuto a livello scientifico” spiega il Prof. Sandro Bertolino, docente di Ecologia del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi dell’Università di Torino. “L’immagine pubblica di questi mammiferi, importanti fornitori di servizi ecosistemici quali il controllo di molti insetti, anche dannosi per l’uomo, potrebbe quindi essersi deteriorata. I media hanno riportato notizie circa uccisioni di pipistrelli per paura che potessero diffondere il COVID-19. Lo studio lancia un allarme e sottolinea la necessità di fornire informazioni scientificamente accurate sui pipistrelli e su SARS-CoV-2 per evitare inutili cacce alle streghe”.

Articolo completo https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mam.12261

Testo dall’Università degli Studi di Torino

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Genetica

COVID-19: dall’analisi di 59 genomi emerge la netta prevalenza in Italia di un unico ceppo

By ScientifiCult 11 Luglio 2020

COVID-19: dall’analisi di 59 genomi emerge la netta prevalenza in Italia di un unico ceppo

Un nuovo studio del team di ricercatori del dipartimento di Scienze biomediche della Statale evidenzia la prevalenza del ceppo virale “Europeo” B1.

COVID COVID-19 ceppo Italia coronavirus — COVID-19: dall’analisi di 59 genomi emerge la netta prevalenza in Italia di un unico ceppo. Foto di Tumisu

Nuovo studio sul COVID-19 dell’equipe guidata dalla ricercatrice Alessia Lai e dai docenti dell’Università Statale di Milano, Massimo Galli, Claudia Balotta e Gianguglielmo Zehender del dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche “Luigi Sacco” e del Centro di Ricerca Coordinata Epidemiologia e Sorveglianza Molecolare delle Infezioni dell’Università Statale di Milano (EpiSoMI). Dalla caratterizzazione di 59 nuovi genomi virali italiani, emerge la schiacciante prevalenza del ceppo virale “Europeo” B1 nella nostra epidemia (arrivato in Germania da Shanghai). Un solo genoma deriva invece dalla linea evolutiva di diretta importazione da Wuhan.
I nuovi dati incrementano significativamente il numero delle sequenze ottenute in Italia finora.

La nuova ricerca, frutto di un’estesa collaborazione tra il Laboratorio di Malattie Infettive dell’Università Statale di Milano e più di 10 tra Centri Clinici e Università del Centro e Nord Italia (tra cui Bergamo, Brescia, Cremona, Milano, Padova, Ancona, Siena) definisce con un numero maggiore di sequenze, su un’area geografica non limitata alla Lombardia e una temporizzazione più ampia, la dinamica evolutiva e le caratteristiche epidemiologico molecolari del virus SARS-CoV-2 in Italia.

Nel corso dello studio è stato possibile effettuare la caratterizzazione molecolare di 59 nuovi genomi virali ottenuti da pazienti Italiani dai primi giorni dalla manifestazione dell’epidemia fino alla seconda metà di aprile, quando la curva epidemica ha iniziato a declinare. I nuovi genomi virali studiati, che vengono messi a disposizione della comunità scientifica nelle banche dati pubbliche, incrementano significativamente il numero delle sequenze ottenute in Italia da infezioni autoctone disponibili ad oggi.

Dall’indagine emerge la netta prevalenza in Italia di un singolo lignaggio virale (e di suoi lignaggi discendenti) ascrivibile, secondo uno dei sistemi di classificazione più largamente impiegati, al lignaggio B.1 e correlabile al primo cluster Europeo, che ha avuto luogo in Germania attorno al 20 gennaio ed è stato causato dalla documentata importazione di un ceppo circolante a Shanghai.

Un po’ misteriosamente, un solo isolato, ottenuto da un paziente italiano residente in Veneto, che non ha riferito viaggi recenti o contatti con persone provenienti dalla Cina, si è rivelato appartenere invece al lignaggio ancestrale B, simile quindi all’isolato giunto in Italia alla fine di gennaio per diretta importazione dalla città di Wuhan con i due turisti cinesi poi assistiti allo Spallanzani.

La divergenza tra gli isolati B.1 è risultata relativamente modesta, con differenza nucleotidica media di soli 6 nucleotidi, con alcune eccezioni.

Tutti i genomi ‘italiani’ mostrano la mutazione 614G nella proteina Spike, che caratterizza ormai la gran parte dei genomi virali isolati in Europa e al mondo, non solo quelli del ceppo B1 ma anche l’unico appartenente al ceppo B. La mutazione di Spike del lignaggio B era peraltro stata rintracciata in alcuni isolati in Thailandia, Turchia, Romania, Olanda ed Israele.

L’approccio filodinamico, che attraverso l’analisi della forma dell’albero filogenetico consente di stimare il tasso di crescita esponenziale o il numero riproduttivo effettivo (Re), ha mostrato che il virus era già presente in Italia i primi di febbraio, anche se la crescita esponenziale si è verificata tra la fine di febbraio e la metà di marzo, quando l’Re è passato da un valore iniziale prossimo a 1 a più di 2.3 e il tempo di raddoppiamento dell’epidemia si è ridotto da 5 a 3 giorni.

Solo nella seconda metà di marzo, l’analisi ha potuto evidenziare una lieve flessione dei valori di Re, probabilmente in relazione alla adozione delle misure di distanziamento sociale.

Lo studio dei ricercatori della Statale estende le osservazioni preliminari attuate nelle primissime fasi dell’epidemia ad un numero di sequenze e ad un periodo più ampio e permette di ipotizzare la diffusione largamente prevalente in Italia di un ceppo di SARS-CoV-2 originato verosimilmente da un’unica fonte iniziale di contagio e la sua successiva ulteriore differenziazione in sotto-lignaggi attualmente largamente diffusi in tutto il mondo. Il ruolo, anche se probabilmente minoritario o marginale, sostenuto da ceppi diversi dal prevalente merita tuttavia una più approfondita indagine su un più ampio campione, anche al fine di comprenderne l’origine e la reale diffusione in Italia.

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Genetica

Dalla mula Tuona e dall’asino Lampo è nato Quarantena: un caso rarissimo

By ScientifiCult 23 Giugno 2020

Dalla mula Tuona e dall’asino Lampo è nato Quarantena, un caso rarissimo, scienziati dell’Ateneo di Perugia al lavoro per dare una spiegazione dell’evento

Una mula fecondata da un asino Amiatino ha dato alla luce un puledro maschio nella zona rurale di Tuscania in provincia di Viterbo: i ricercatori Stefano Capomaccio, genetista del Centro di Ricerca del Cavallo Sportivo, e Maurizio Monaci, ginecologo del Dipartimento di Medicina Veterinaria dell’Università degli Studi di Perugia, hanno avviato uno studio per comprendere come sia stato possibile.

“Si tratta infatti di un fenomeno molto raro – sottolinea il professor Monaci – : il mulo è la prole ibrida tra una cavalla e un asino e dovrebbe essere sterile, ma non in questo caso”.

Il lieto e straordinario evento è avvenuto lo scorso 17 aprile, durante l’emergenza Coronavirus, a Tuscania, nella Fattoria di Redelmo e Luca Mattioli, appassionati allevatori di cavalli e muli da più generazioni.

La mula Tuona e il suo puledro Quarantena (è nato durante l’emergenza COVID-19, da qui la scelta del nome) insieme al padre Lampo sono diventati un’attrazione locale e sono stati tanti i curiosi che hanno voluto rendere omaggio alla nascita della rara creatura.

“Un cavallo ha 64 cromosomi e un asino ne ha 62, quindi un mulo rimane con 63, un numero irregolare che non può essere diviso in coppie: ciò dovrebbe impedire a un mulo di riprodursi – aggiunge il professor Capomaccio -. Stiamo dunque indagando, con tecnologie all’avanguardia, le cause della inusuale gravidanza a livello molecolare. Forse la scienza riuscirà a spiegarci il perché Quarantena somiglia un po’ a un asino e un po’ a un mulo, ma non esattamente ad uno di essi”.

“L’evento è così raro che i latini avevano coniato un proverbio Cum mula peperit, che significa appunto quando una mula potrà partorire – ha spiegato dottoressa Alessia Ciaramelli, ippiatra e specialista in neonatologia che ha assistito madre e figlio nelle fasi del post partum – . Quando accadde in Marocco, le popolazioni locali temevano che segnasse l’inizio della fine del mondo o, come in un villaggio dell’Albania, che l’evento fosse la progenie del diavolo”.

La nascita è stata dunque un piccolo ‘miracolo’, un fenomeno molto raro notato per la prima volta dal filosofo e scienziato Aristotele.

Ci sono stati pochissimi casi comprovati di un mulo che ha partorito negli ultimi quaranta anni: in Marocco nel 1984 e nel 2002, in Cina nel 1988, in Albania nel 1994 e in Colorado nel 2007. Dal 1527, per nostra conoscenza, ci sono stati solo un totale di 60 casi di mule che hanno partorito.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Perugia

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