La musica del bosone


Guido Emilio Tonelli è professore ordinario di Fisica Generale presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa. Domenica 22 gennaio ha scritto su LaLettura del Corriere della Sera questo interessante articolo che ho trovato qui.
Quella specie di cinguettio l’hanno sentito tutti: qualcuno ha avuto l’idea di trasformare in suono il segnale registrato dai due interferometri di Ligo e l’impatto mediatico è stato enorme. Il 14 settembre 2015 la grande infrastruttura di ricerca statunitense ha rivelato una minuscola, ma inequivocabile, variazione di distanza nel sistema di specchi illuminati da fasci laser di potenza. Era il segnale che i ricercatori sognavano di vedere da vent’anni: un fremito sottile dello spazio-tempo, una leggerissima perturbazione dovuta al passaggio di un’onda gravitazionale. Einstein l’aveva ipotizzato nel 1916 ma c’era voluto quasi un secolo di sviluppo della tecnologia per verificare le sue previsioni.
Il segnale ha avuto una durata di 0,2 secondi e la forma caratteristica di un’oscillazione che aumenta di frequenza e di ampiezza in circa otto cicli. Si passa dai 35Hz dei primi cicli ai 250Hz degli ultimi. È la sequenza tipica di onde gravitazionali emesse da un sistema binario: i due corpi ruotano su orbite sempre più piccole e veloci fino al collasso in un unico corpo celeste. Le frequenze del segnale si trovavano nella banda dell’udibile ed è stato naturale trasformarle in suono. Ne è uscito qualcosa che assomiglia al cinguettio di un uccellino, un trillo che diventa sempre più acuto.
Quella sequenza di suoni così delicati racconta in realtà un’immane catastrofe cosmica: uno sconquasso di 1,4 miliardi di anni fa, quando, in una lontanissima galassia, due enormi buchi neri sono entrati in collisione. I due corpi, ciascuno pesante più di trenta Soli, hanno dapprima spiraleggiato, vorticosamente, e alla fine della folle danza, si sono fusi viaggiando l’uno nella braccia dell’altro, alla velocità spaventosa di 180.000 km/s. Nella pazzesca accelerazione degli ultimi istanti il sistema ha irraggiato un’immane quantità di energia, l’equivalente di tre masse solari, sotto forma di onde gravitazionali che hanno perturbato il cosmo intero per giungere fino a noi.
Il cinguettio dello spazio-tempo percosso dalla fusione di due buchi neri è l’ultimo esempio, in ordine di tempo, della trasformazione in suono di fenomeni fisici o di dati di vario tipo. Una pratica che si va estendendo nei campi più variegati della ricerca. È basata sulla cosiddetta sonificazione, cioè l’utilizzo di algoritmi che associano dati numerici a note e strumenti musicali appropriati. Il primo esempio di sonificazione di successo si deve forse al professor Hans Geiger e al suo studente Walther Müller, inventori del più popolare rivelatore di particelle ionizzanti che da loro prese il nome. L’interazione di una particella col contatore, segnalata dal caratteristico clic, rendeva lo strumento di immediata comprensione anche per i non specialisti e giocò un ruolo importante nel determinarne la diffusione.
La trasformazione in suoni di fenomeni fisici o di dati ad esso correlati non è un semplice divertimento, o un pretesto per costruire lavori musicali piacevoli e intriganti. In realtà l’orecchio umano ha potenzialità discriminatorie enormi. Ci bastano poche parole al cellulare per riconoscere la voce di un amico e distinguerla da altre col timbro quasi identico. Tutti noi siamo in grado di trovare regolarità e strutture nei suoni o di percepire anomalie semplici. Chi ha orecchio educato, come i direttori d’orchestra, è in grado di percepire distintamente la più piccola delle incertezze su centinaia di suoni che evolvono in tempi, ampiezze e frequenze diverse.
Ecco che la trasformazione in suoni di dati scientifici potrebbe aprire la strada non solo a una fruibilità più diretta degli stessi, ma anche alla scoperta di ulteriori informazioni, talvolta imprevedibili o inaspettate. È questo il lavoro che sta a cuore a giovani ricercatori come Domenico Vicinanza, musicista e compositore italiano, con dottorato in fisica delle particelle, che lavora in Inghilterra al Geant, una rete europea dedicata alla ricerca e alla formazione. I primi contatti con Domenico risalgono a cinque anni fa, quando mi contattò, al tempo in cui ero responsabile dell’esperimento Cms al Cern e tutti i nostri sforzi erano concentrati nella caccia al bosone di Higgs. Domenico proponeva di sonificare la scoperta del bosone di Higgs mentre noi eravamo lì, nell’incertezza più totale, con la paura che anche il nostro sarebbe stato l’ennesimo tentativo infruttuoso. Ma l’idea piaceva e quindi si cominciò a collaborare. Il risultato si chiama LHC Open Symphony ed è un brano leggero e allegro per piano, marimba, xilofono, flauto, doppio basso e percussioni. Quando lo riascolto il cuore mi si riempie di gioia, come quando abbiamo visto per la prima volta la particella che inseguivamo da decenni”.

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