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Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili
22 Mar 2021 Scritto da Università di Roma La Sapienza
Un nuovo studio Sapienza, frutto della collaborazione tra due gruppi sperimentali del Dipartimento di Fisica, dimostra come, attraverso l’impiego di un nuovo tipo di emettitori di fotoni, i quantum dots, sia possibile garantire un ulteriore livello di sicurezza per i dati trasmessi in un canale di comunicazione, sia che si tratti di una conversazione telefonica che una transazione bancaria. La ricerca, pubblicata su Science Advances, ha previsto lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici all’interno del campus Sapienza
Comunicare a distanza è diventata la regola nella vita di tutti i giorni sia per contattare privatamente amici o conoscenti, che per inviare dati sensibili, come ad esempio nelle transazioni bancarie.
Diventa quindi di fondamentale importanza creare un apparato di protezione che renda sicuro lo scambio di dati, salvaguardandoli da potenziali intrusi. Infatti gli attuali mezzi di comunicazione sono intrinsecamente vulnerabili e il loro livello di sicurezza dipende esclusivamente dalle capacità tecnologiche dell’intruso.
Osservati, per la prima volta da una pulsar al millisecondo in fase “esplosiva”, lampi in banda ottica e ultravioletta oltre alle pulsazioni nei raggi X tipiche di questi corpi celesti. La scoperta, guidata da ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e basata anche su osservazioni effettuate con il Telescopio Nazionale Galileo, mette alla prova i modelli teorici che descrivono il comportamento delle pulsar in sistemi binari.
Si chiama SAX J1808.4-3658 ed è una pulsar, ovvero una stella di neutroni – quel che resta di stelle più massicce del Sole – che emette radiazione attraverso due coni di luce e ruota molto rapidamente, facendo sì che l'emissione appaia pulsante, come quella un faro. Ma non finisce qui. È una pulsar “al millisecondo”, cioè ruota ancora più veloce della maggior parte delle pulsar, completando ben 401 giri su sé stessa in un solo secondo, e per di più si trova in un sistema binario, orbitando insieme a un’altra stella alla quale sottrae regolarmente materia. Ma è anche un oggetto celeste decisamente incostante. Alterna infatti fasi di “quiescenza” a periodi più attivi o “esplosivi” ogni 3–4 anni: l’esplosione più recente, la nona dalla sua scoperta nel 1996, è stata registrata tra agosto e settembre 2019.
Uno studio dell'Università di Bonn, in collaborazione con l’Università di Padova, pubblicato sulla rivista «Physical Review X» determina il tempo minimo per operazioni quantistiche complesse: i risultati della ricerca hanno una ricaduta importante per il calcolo quantistico.
Il “limite di velocità” scoperto servirà per raggiungere il numero massimo di operazioni che possono essere eseguite dai computer quantistici
Anche nel mondo delle particelle più piccole, con le loro regole speciali, le cose non possono correre con velocità infinita. I fisici dell'Università di Bonn hanno dimostrato
qual è il limite di velocità per le operazioni quantistiche complesse. Nello studio sono stati coinvolti anche scienziati del MIT americano, delle università di Amburgo, Colonia, Padova e del centro di ricerca Jülich e la ricerca è stata selezionata per una mrecensione sulla rivista «Physics» della American Physical Society. Immaginiamoci di essere nella notte di capodanno a pochi minuti dalla mezzanotte (il lockdown è già storia) e di osservare un cameriere che si affretta a servire un intero vassoio ricolmo di calici di spumante. Corre da un ospite all'altro a tutta velocità. Grazie alla sua tecnica, perfezionata in molti anni di lavoro, gli riesce di non versare alcuna goccia del prezioso liquido.
Un piccolo trucco lo aiuta: mentre il cameriere accelera i suoi passi, inclina un po' il vassoio così da evitare che lo spumante fuoriesca dai bicchieri. A metà strada, verso il tavolo, lo inclina nella direzione opposta e rallenta. Solo quando si è fermato completamente riporta il vassoio in posizione orizzontale. m«Sotto certi aspetti gli atomi nel loro mondo microscopico sono simili allo spumante. Conviene infatti pensarli come onde di materia: non si comportano come palle da biliardo, bensì come un mliquido speciale. Se si vogliono trasportare gli atomi da un posto all'altro il più velocemente possibile occorre essere destri come il cameriere di capodanno. E persino allora esiste un limite di velocità che questo trasporto non può superare - spiega il dottor Andrea Alberti mdell'Istituto di Fisica Applicata all'Università di Bonn e leader dello studio».
Michele Cignoni dell’Università di Pisa ha collaborato alla ricerca dell’INAF studiando la datazione delle stelle
La Via Lattea contiene delle stelle che appartenevano a una galassia nana molto antica. La scoperta arriva da uno studio dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a cui ha collaborato l’Università di Pisa e che è stato pubblicato sulla rivista ApJ Letters.
A rivelare la presenza di questa galassia primordiale è stato in particolare lo studio di 44 stelle alla cui datazione ha lavorato Michele Cignoni dell’Ateneo pisano.
“In collaborazione con il team INAF dell’Osservatorio Astrofisico di Torino formato da Paola Re Fiorentin, Alessandro Spagna e Mario G. Lattanzi – spiega Cignoni - abbiamo analizzato i dati astrometrici e spettroscopici di alta qualità della missione spaziale Gaia combinati con le osservazioni da Terra fornite dai telescopi Apogee e Galah. Abbiamo così scoperto otto nuovi gruppi di stelle con velocità molto coerenti fra loro. Tra questi gruppi il più interessante, che abbiamo chiamato Icarus, è compatibile con i resti di una galassia nana "precipitata" nel proto-disco della Via Lattea 10 miliardi di anni fa”.
“Il mio contributo in questo studio – continua Cignoni - è stato quello di stimare l'età delle stelle di questi gruppi, suggerendo un'età media superiore a 10 miliardi di anni, quindi superiore alle età tipiche delle stelle della Via Lattea nate nel disco della nostra Galassia”.
La scoperta di nuove forme bidimensionali dei nitruri apre nuove prospettive per l’elettronica ultra-veloce e ad alta efficienza energetica. Uno studio pionieristico dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Cnr di Catania pubblicato su Advanced Materials
L’emergenza ambientale a livello globale richiede il passaggio verso forme di energia rinnovabili e l’adozione di metodi efficienti per la distribuzione, la conversione e l’utilizzo dell’energia elettrica. In questo contesto, gli straordinari progressi ottenuti nel corso degli ultimi anni nella tecnologia dei materiali semiconduttori ad ampia banda proibita, quali il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), sono stati alla base della transizione verso una elettronica ad alte prestazioni e ad alta efficienza energetica, in grado di rispondere all’emergenza posta dal riscaldamento globale.
La recente dimostrazione di nuove forme bidimensionali del GaN e di altri nituri (InN ed AlN) apre nuove prospettive per l’applicazione di questi materiali nella micro e nanoelettronica. Uno dei primi studi in questa direzione, realizzato dai ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imm) di Catania, in collaborazione con l’Università di Linkoping in Svezia e con l’MFA-EK di Budapest, nell’ambito del progetto europeo Grifone, è stato recentemente pubblicato sulla rivista internazionale Advanced Materials.
Dare un “calcio” agli atomi per far diventare trasparente un materiale
11 Gen 2021 Scritto da Università degli studi di Trieste
Un team ricercatori di Italia, Germania e Stati Uniti, in uno studio pubblicato su Nature Physics, dimostra come in un ossido di Rame l’eccitazione degli atomi con un campo infrarosso possa migliorare altre proprietà del materiale
Trieste, 8 gennaio 2021 - Tutti i dispositivi optoelettronici funzionano sulla base di come i materiali assorbono, trasmettono o riflettono la luce. Per questo, comprendere come i materiali interagiscono con la radiazione a livello atomico non solo aiuta a decidere quale materiale scegliere per una determinata applicazione - ad esempio nel campo delle telecomunicazioni o della sensoristica -, ma apre anche allo sviluppo di materiali con proprietà sempre nuove. Una collaborazione tra ricercatori provenienti da Italia, Germania e Stati Uniti ha dimostrato come in un ossido di Rame (CuGeO3) far vibrare gli atomi forzatamente, “calciandoli” con un impulso laser a infrarossi, può rendere il materiale trasparente per tempi brevissimi (meno di 10 alla meno 12 secondi).
Ad effettuare la scoperta un team internazionale guidato da ricercatori dell’Agenzia Spaziale Italiana e del Mullard Space Physics Lab dello University College London
La responsabilità è delle onde magnetiche. È stato così risolto il giallo della variazione chimica tra la fotosfera solare e la sua corona, grazie ad una combinazione unica di osservazioni multi-quota acquisite simultaneamente da Terra e dallo spazio.
Per la prima volta è stato possibile non solo osservare onde magnetiche nella cromosfera del Sole, ma anche identificare un legame tra queste onde e le regioni coronali dove viene esaminata l’anomalia chimica. Questo risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo combinato di dati simultanei acquisiti dallo spettropolarimetro italiano ad alta risoluzione BIS realizzato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica e installato fino al 2019 al telescopio DST (New Mexico, USA), dallo spettrometro UV EIS a bordo della missione JAXA Hinode, e dai dati acquisiti dal Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA.
Ad effettuare questa scoperta è stato un gruppo internazionale guidati da ricercatori dell’Agenzia Spaziale Italiana e del Mullard Space Physics Lab dello University College London (UCL/MSSL). Sono coinvolti anche 7 tra istituti di ricerca e università, tra cui l’INAF, oltre al working group internazionale sulle onde nell’atmosfera solare (WaLSA). I risultati sono stati pubblicati sull’edizione speciale sull’onde magneto-idrodinamiche nel Sole del Philosophical Transaction della Royal Society A e l’Astrophysical Journal.
Un gruppo di studiosi del Dipartimento di Ingegneria civile edile e ambientale della Sapienza in team con altre Università (Oxford, UAE, USF), ha formulato una teoria per misurare la turbolenza dei grandi pianeti. Lo studio, pubblicato su Geophysical Research Letters, mostra che Giove sarebbe quattro volte più turbolento di Saturno
Le immagini di Giove e Saturno della sonda Cassini mostrano che l’atmosfera di questi pianeti è caratterizzata da nuvole e tempeste estremamente vorticose, un noto esempio è la Grande Macchia Rossa di Giove. Sono le manifestazioni di una intensa attività turbolenta indotta dall’energia solare e dagli scambi di calore che avvengono all’interno del pianeta.
Nella “doppia” anima dell’acqua il segreto delle sue proprietà elettriche
20 Ott 2020 Scritto da Università di Roma La Sapienza
Un nuovo studio coordinato dalla Sapienza, in collaborazione con l’ENEA e il CNR, ha dimostrato sperimentalmente che la polarizzabilità dell’acqua è influenzata dalla sua particolare struttura che nella forma liquida si presenta come una miscela di due fluidi di densità diversa. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Physics Letters A, apre la strada allo sviluppo di materiali innovativi per massimizzare la trasmissione elettrica attraverso mezzi di base acquosa
L’acqua è una sostanza indispensabile per tutte le forme di vita, è alla base degli ecosistemi e costituisce gran parte del nostro corpo, così come di quello degli altri animali, e dei vegetali.
Una molecola d’acqua, la cui formula chimica è H2O, è formata da un atomo di ossigeno e due di idrogeno. L’ossigeno è più elettronegativo dell’idrogeno, pertanto attrae gli elettroni di legame verso il vertice della molecola d’acqua, il quale mostra così una parziale carica elettrica negativa, mentre le estremità una parziale carica positiva (dipolo elettrico).
IL CUORE UMANO NELLO SPAZIO: COSA POSSIAMO IMPARARE DAI MODELLI MATEMATICI
02 Ott 2020 Scritto da Politecnico di
Il volo spaziale umano affascina l'uomo da secoli, rappresentandone l’intrinseca necessità di esplorare l'ignoto, sfidare nuove frontiere, far progredire la tecnologia e superare i confini scientifici. Un aspetto fondamentale del volo spaziale umano a lungo termine è la risposta fisiologica e il conseguente adattamento alla microgravità (0G), che ha tutte le caratteristiche dell'invecchiamento accelerato e coinvolge quasi tutti i sistemi del corpo umano: atrofia muscolare e perdita ossea, insorgenza di problemi di equilibrio e coordinazione, perdita di capacità funzionale del sistema cardiovascolare.
“Cardiovascular deconditioning during long-term spaceflight through multiscale modeling” - una ricerca pubblicata in questi giorni su npj Microgravity - prestigiosa rivista del gruppo Nature - condotta da Caterina Gallo, Luca Ridolfi e Stefania Scarsoglio del Politecnico di Torino, dimostra che il volo spaziale umano riduce la tolleranza alla sforzo fisico e invecchia il cuore degli astronauti.
Il modello matematico alla base dello studio ha permesso di indagare alcuni meccanismi del volo spaziale che inducono il decondizionamento cardiovascolare, cioè l'adattamento del sistema cardiocircolatorio ad un ambiente meno impegnativo.
