Quali sono le scoperte scientifiche più importanti del decennio?

La fine di questo decennio, si avvicina, ripercorriamo insieme le maggiori scoperte scientifiche dell'umanità avvenute negli ultimi anni.

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Il nostro decennio è ormai agli sgoccioli. I cambiamenti sono stati tanti e se è vero che in un contesto storico dieci anni sono un'inezia, in realtà sul fronte delle scoperte scientifiche molto è accaduto. Questo è dovuto probabilmente anche al fatto che la nostra evoluzione - come si è detto tante volte - è in accelerazione esponenziale, e se 120 anni fa non sapevamo cosa fosse l'energia elettrica, oggi invece consideriamo banale il fatto che la Stazione Spaziale abbia una velocità di connessione Internet a circa 600 Mbps.
Se questo è il passo della nostra andatura verso il futuro, cosa ci potrà mai riservare il domani? C'è da rimanerne sconvolti e affascinanti allo stesso tempo dinanzi a questa domanda. Ma per non perderci in improbabili visioni su ciò che sarà concentriamoci invece su ciò che è stato, e su ciò che ha reso "importante" questa decade - che è oramai pronta a salutarci - con una lista delle migliori scoperte scientifiche fatte dal genere umano, fin ad oggi.

Onde Gravitazionali

Le onde gravitazionali sono una scoperta abbastanza recente, risalente al 2016, ma era da moltissimi anni che se ne ipotizzava l'esistenza. Non a caso la loro importanza risiede nel fatto che è un ulteriore, potente prova della relatività di Einstein (che le aveva ipotizzate già nel 1916 con la sua Relatività Generale). In realtà, la loro esistenza non dimostra solo che lo scienziato tedesco aveva ragione anche dopo cento anni, ma è soprattutto un modo tutto nuovo per l'astrofisica moderna di studiare e capire l'universo. È come se un ulteriore senso si fosse aperto per noi sul cosmo e un'intera schiera di nuovi fenomeni, come lo scontro tra buchi neri o tra stelle di neutroni, è adesso di più facile comprensione.

La scoperta è avvenuta mediante il metodo dell'interferometria e di fondamentale importanza sono stati i due osservatori LIGO, entrambi negli Stati Uniti, dove l'equipe di scienziati capitanata da Kip Thorne, Barry Barish e Rainer Weiss ha lavorato sodo per raggiungere risultati incredibili - congiunti con l'osservatorio VIRGO, localizzato qui in Italia e co-fondato dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Gli sforzi alla fine hanno davvero dato i loro frutti e i tre scienziati nominati poc'anzi sono stati insigniti del premio Nobel per la Fisica nel 2017.
Le onde gravitazionali non hanno smesso di stupire nemmeno nei mesi successivi alla loro scoperta, ricoprendoci di nuove informazioni che ci hanno reso consapevoli di quanto fossero "onnipresenti" nello spazio che ci circonda.

Bosone di Higgs

Durante la ricerca e la comprensione dei meccanismi che governano la nostra esistenza ci siamo molte volte trovati a formulare (e ad apprendere) teorie e ipotesi sempre più avanzate e complesse, al fine di racchiudere - in un modo coerente e apprezzabilmente certo - tutte le varie scoperte che man mano venivano ad affacciarsi alle porte dei nostri laboratori e centri di ricerca. Un' elegante teoria, che cerca di spiegare un po' tutta la fisica moderna, prende il nome di Modello Standard. Essa cerca sostanzialmente di spiegare e descrivere tutte e quattro le forze fondamentali che governano la natura: l'Elettromagnetica, la nucleare Debole, la nucleare Forte e la Gravità.
Agli albori dell'ideazione del Modello Standard dunque, dopo il 1964, si cercò in tutti i modi di conciliare queste interazioni, al fine di dimostrare come fossero tutte frutto di una sola grande forza di altissima energia.
Per far ciò gli scienziati di allora iniziarono a prenderne in esame solo due, l'Elettromagnetica e la Debole. Dopo un po' di lavoro sembrava la cosa fosse fattibile, ma spuntò fuori un grave problema: alcune particelle elementari (quelle che costituiscono la materia e che sono definite "indivisibili") possedevano un certo quantitativo di massa (come i bosoni W e Z della Forza Debole), mentre altre (come i bosoni elettromagnetici, più propriamente conosciuto come Fotoni) non ne era provvisti.

Per risolvere la questione un fisico, di nome Peter Higgs, avanzò un'idea piuttosto ardita con la quale ipotizzava l'esistenza di un ulteriore bosone - di massa molto superiore a quella dei suoi simili - e che non fosse mediatore di nessuna forza in sé, ma che semplicemente mediasse per la "massa" delle singole particelle elementari. L'idea sembrava funzionare e fu accettata nel Modello Standard già nel 1967. Unico grande problema era che non si aveva una prova concreta dell'esistenza di tale particella, e i mezzi di allora non permettevano indagini ulteriori.

Questa spiegazione in sé non è che un riassunto del vero meccanismo di come il bosone di Higgs funzioni, ma per non scendere in discorsi di fisica quantistica inutilmente complicati ai fini del nostro articolo, ci limitiamo a queste poche parole spese, soprattutto per far comprendere quanto sia stato fondamentale poi, dopo quasi 45 anni, l'aver effettivamente scoperto il Bosone nell'LHC del CERN di Ginevra.
Fu una grande scoperta, sudata e voluta da tantissimo tempo, che valse il premio Nobel per la Fisica a Peter Higgs e François Englert nel 2013. Fu anche un altro tassello che finalmente prendeva posto nel Modello Standard, che ad oggi vive però una strana dicotomia: è il modello più accettato e diffuso per la spiegazione delle interazioni fondamentali, ma è anche obsoleto e con un numero di lacune non di poco conto.

Immagine del Buco Nero

Nella nostra lista non può mancare di certo l'evento che tutti hanno definito come la "foto del secolo". Non moltissimo tempo fa, nell'aprile 2019, un gruppo di scienziati ha mostrato a tutto il mondo, in diretta mondiale, la prima immagine diretta di un buco nero (visto che alcuni recriminano il fatto che non è esatto chiamarla foto, useremo il termine di "immagine diretta", anche se a nostro giudizio è una polemica più semantica che propriamente scientifica). Ci sono voluti grandi sforzi per ottenerla e un lavoro enorme di logistica e coordinazione: l'immagine infatti è stata resa possibile mediante la tecnica dell'interferometria e adoperando in maniera perfettamente sincronizzata 8 radiotelescopi dell'Event Horizon Telescope sparsi per il globo, facendo sembrare la Terra un unico, enorme strumento, capace di osservare un oggetto distante 55 milioni di anni luce.
Il buco nero supermassiccio al centro di M87 - una galassia ellittica gigante - è diventato dunque il mostro cosmico più famoso di sempre, sia per la risonanza mediatica che ha avuto e sia per la grande conferma che ha dato alla relatività di Einstein, che ne aveva previsto un modello molto simile sia come "anatomia", sia come funzionamento.

Ma siamo andati oltre: i grandi sforzi per cercare di capire M87 hanno portato a un miglioramento sempre maggiore delle nostre strumentazioni, aumentando notevolmente la capacità e le applicazioni pratiche di tutta la rete che compone l'EHT.
Una nuova epoca si apre per l'astronomia interferometrica, non obbligatoriamente legata alla famiglia dei buchi neri. C'è ancora molto da analizzare: la quantità di dati è enorme (per M87 furono raccolti circa 350 Terabyte di dati ogni giorno!), ma è solo questione di tempo prima che si possano avere ulteriori immagini o persino dei video di un buco nero, magari sperando di poter vedere il nostro vicino e amatissimo SagittariusA* nell'arco di qualche anno.

Supremazia quantistica

Il computer quantistico, capace di lavorare con unità fondamentali di memoria basate sui "bit quantici" e non più sui bit classici, fu ideato e ipotizzato già dagli anni '80, in cui si cercava di rendere sempre più performante e affidabile la macchina di Turing. Da allora si è detto e fatto molto per questo fine, ma nessuna macchina davvero efficiente è stata mai prodotta fino al fatidico 2019, per la precisione tra settembre e ottobre del suddetto anno, in cui il colosso mondiale Google ha annunciato di aver raggiunto la fantascientifica "supremazia quantistica". Dopo un periodo di incertezze e di controversie il risultato è stato confermato e lo studio, pubblicato come paper ufficiale anche su Nature, ha permesso a tale evento di non esser più così fantascientifico.
L'era in cui un computer quantico sarebbe riuscito a fare qualcosa che uno classico non avrebbe mai fatto è finalmente giunta, o per meglio dire è appena iniziata.

L'esperimento del colosso di Mountain View è come se fosse una piccola scintilla poco prima di un turbinio di fiamme, pronta a infuocare il mondo della ricerca, dell'informatica e dell'ingegneria. A rigor del vero però, come più volte vi abbiamo ricordato, sarà difficile vedere un'assoluta sostituzione della realtà quantica su quella classica.
Sarà molto probabile invece, assistere ad una coesistenza delle due strutture, utilizzando i computer quantistici soprattutto in ambito di ricerca e di "super-calcoli", dove potrebbero fare una grande differenza di costi e di dispendio di energie.
Nulla vieta poi che questi processori basati su qbit, migliorandosi e perfezionandosi nel tempo, creino tecnologie e facciano scoperte sempre più avanzate fino a cambiare radicalmente il nostro modo di pensare e di approcciarci alla risoluzione dei problemi, creando un fenomeno di feedback positivo che si fa fatica solo a immaginare, ma solo perché ha un fascino che smorza le parole, ormai impotenti.

Usi del Grafene

Se c'è una cosa sulla quale di certo non si può scherzare è che il "Grafene" è davvero il materiale del futuro. Scoperto quasi per caso nel 2004, premiando i suoi scopritori con il premio Nobel nel 2010, in questi ultimi anni ha fatto molto parlare di sé sia per le sue incredibili proprietà sia per la sua adattabilità agli scopi più disparati. È come se fosse un materiale non più spesso di un atomo di carbonio, mente in lunghezza e larghezza è costituito da "esagoni perfetti" di carbonio. Teoricamente la loro estensione sarebbe infinita, ma più si cerca di rendere grande un foglio di grafene e più si rischia di incorrere in "errori" nella sua matrice, quindi si preferisce mantenersi sulle piccole dimensioni. È duro come il diamante ma estremamente elastico, portandolo ad essere anche il miglior conduttore termico in assoluto.

Recentemente, nel 2015, alcuni ricercatori hanno scoperto che - adoperando temperature intorno ai 2500°C - è possibile rendere incandescente un filamento di grafene e di poter costruire delle "micro-lampadine".

Uno dei grandi limiti delle nostre lampade convenzionali infatti, che posseggono un filamento di Tungsteno all'interno (la maggior parte), è che a causa delle proprietà intrinseche del materiale non possono essere troppo rimpicciolite, altrimenti il tungsteno non resisterebbe alla corrente elettrica e si frantumerebbe. Il grafene non presenta queste problematiche, e potrebbe dar vita non solo ad una nuova generazione di lampadine, ma i suoi utilizzi potrebbe essere estesi anche nei chip dei computer e nella costruzione di cavi elettrici.
Infine, come se non bastasse, la sua grande leggerezza unita alla sua resistenza lo rendono il miglior candidato per essere il materiale che andrà a comporre la nuova generazione di veicoli spaziali e vele solari delle nostre sonde. Per adesso l'unico inconveniente è il costo di produzione, troppo elevato per una produzione su larga scala. Ma il futuro, come sappiamo, non smette mai di sorprenderci, e il grafene è solamente agli albori della sua vita.