TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat getta un po' di luce sulla materia oscura
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La materia oscura e l'energia oscura sono due degli ingredienti base del nostro universo, insieme ne occupano il 96% ma non possono essere misurate direttamente. Eppure la loro influenza è immensa. In questo discorso Patricia Burchat fa un po' di luce su queste complesse aree della fisica.
Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
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As a particle physicist, I study the elementary particles
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4000
Come fisico delle particelle mi occupo delle particelle elementari
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and how they interact on the most fundamental level.
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4000
3000
e delle loro interazioni fondamentali.
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For most of my research career, I've been using accelerators,
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7000
3000
Per quasi tutta la mia carriera di ricercatrice ho usato acceleratori,
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such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
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10000
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ad esempio l'acceleratore di elettroni alla Stanford University qui a due passi,
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to study things on the smallest scale.
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13000
3000
per studiare le cose più piccole che esistono.
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But more recently, I've been turning my attention
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16000
2000
Ultimamente però ho concentrato la mia attenzione
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to the universe on the largest scale.
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sull'universo nella sua scala più grande.
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Because, as I'll explain to you,
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21000
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Questo perchè, come vedrete,
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the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
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4000
le domande sull'estremamente piccolo e sull'estremamente grande sono in realtà connesse.
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So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
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27000
5000
Vi parlerò della visione dell'universo che abbiamo nel ventunesimo secolo,
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what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
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dei suoi componenti e di quali siano le grandi domande della fisica
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at least some of the big questions.
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- alcune delle grandi domande.
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So, recently, we have realized
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Abbiamo capito solo recentemente
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that the ordinary matter in the universe --
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40000
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che la materia ordinaria di cui è composto l'universo
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and by ordinary matter, I mean you, me,
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- e per ordinaria intendo voi, io,
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the planets, the stars, the galaxies --
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i pianeti, le stelle, le galassie -
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the ordinary matter makes up only a few percent
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la materia ordinaria può giustificare solo una piccola percentuale
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of the content of the universe.
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50000
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di quello che è contenuto nell'universo.
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Almost a quarter, or approximately a quarter
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52000
3000
Quasi un quarto, approssimativamente,
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of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
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55000
3000
di tutta la materia nell'universo, è costituito di sostanza invisibile.
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By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
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58000
4000
Per invisibile intendo che non assorbe nello spettro elettromagnetico.
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It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
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3000
Non emette nello spettro elettromagnetico. Non riflette.
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It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
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65000
2000
Non interagisce con lo spettro elettromagnetico,
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which is what we use to detect things.
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67000
2000
che è cio' che utilizziamo per rilevare le cose.
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It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
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69000
3000
Non interagisce in alcun modo. Quindi come sappiamo che c'è?
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We know it's there by its gravitational effects.
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72000
2000
Lo sappiamo a causa degli effetti gravitazionali.
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In fact, this dark matter dominates
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74000
3000
In effetti, questa materia oscura domina
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the gravitational effects in the universe on a large scale,
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77000
3000
le forze gravitazionali di tutto l'universo,
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and I'll be telling you about the evidence for that.
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80000
2000
e vi mostrerò le prove di questa affermazione.
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What about the rest of the pie?
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82000
2000
E il resto della torta?
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The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
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84000
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E' composta da una sostanza misteriosa chiamata energia oscura.
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More about that later, OK.
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88000
2000
Vi parlerò anche di quella tra un attimo.
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So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
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90000
3000
Per il momento concentriamoci sulle prove riguardo la materia oscura.
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In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
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93000
3000
In queste galassie, particolarmente nelle galassie a spirale,
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most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
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96000
5000
la maggior parte della massa delle stelle è concentrata nel centro della galassia.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
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101000
7000
La massa enorme di tutte queste stelle ne tiene altre in orbita circolare,
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
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108000
3000
quindi abbiamo moltissime stelle che girano in cerchio, così.
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As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
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111000
4000
E' facile capire, anche se non conoscete la fisica - dovrebbe essere intuitivo -
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that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
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115000
6000
che le stelle più vicine alla massa al centro dovrebbero muoversi più velocemente
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than those that are further out here, OK.
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121000
3000
di quelle all'esterno, giusto?
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So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
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124000
5000
Quello che ci si aspetterebbe misurando le velocità orbitali di queste stelle, quindi,
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that they should be slower on the edges than on the inside.
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129000
4000
è che dovrebbero essere più lente all'esterno rispetto all'interno.
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In other words, if we measured speed as a function of distance --
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133000
2000
In altre parole, se misurassimo la velocità in funzione della distanza
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this is the only time I'm going to show a graph, OK --
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135000
2000
- questo è l'unico grafico che farò vedere, promesso -
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we would expect that it goes down as the distance increases
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137000
4000
ci aspetteremmo che scendesse al crescere della distanza
02:39
from the center of the galaxy.
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141000
2000
dal centro della galassia.
02:41
When those measurements are made,
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143000
1000
Quando effettivamente facciamo i calcoli,
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instead what we find is that the speed is basically constant,
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144000
3000
scopriamo che la velocità rimane praticamente costante
02:45
as a function of distance.
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147000
2000
al crescere della distanza.
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If it's constant, that means that the stars out here
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149000
3000
E se è costante significa che le stelle all'esterno
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are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
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152000
4000
risentono di forze gravitazionali generate da materia che non vediamo.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
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156000
3000
In effetti, questa e tutte le altre galassie
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appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
sembrano essere avvolte in una nuvola di questa invisibile materia oscura.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
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164000
4000
Questa nuvola di materia è molto più sferica delle galassie stesse,
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
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168000
4000
e si estende per un raggio molto più vasto della galassia.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
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172000
4000
Noi vediamo la galassia e ci concentriamo su quella, ma in realtà è la nuvola di materia oscura
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that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
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176000
5000
a dominare la struttura e le dinamiche della galassia.
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Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
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181000
3000
Le galassie inoltre non si trovano sparse a caso nello spazio;
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they tend to cluster.
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184000
2000
tendono a formare ammassi.
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And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
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186000
3000
Ecco un esempio abbastanza famoso: l'ammasso della Chioma.
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And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
Ci sono migliaia di galassie in questo ammasso.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
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192000
3000
Sono gli oggetti bianchi, ellittici e sfocati.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
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195000
3000
Se fotografiamo questi ammassi, adesso
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
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198000
3000
e tra una decina d'anni, sembreranno esattamente uguali.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
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201000
4000
In realtà queste galassie si muovono ad altissime velocità,
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
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205000
5000
e si muovono intorno al pozzo gravitazionale creato dall'ammasso.
03:48
So all of these galaxies are moving.
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210000
2000
Tutte le galassie si muovono.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
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212000
4000
Possiamo misurare le velocità orbitali di queste galassie
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
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216000
2000
e quindi calcolare quanta massa c'è in questi agglomerati.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
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218000
4000
Scopriamo che c'è molta più massa di quanta
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
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222000
4000
possiamo giustificare con le galassie che vediamo.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
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226000
2000
Se guardiamo in altre parti dello spettro elettromagnetico
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
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228000
3000
vediamo che c'è anche molto gas in questo ammasso,
04:09
But that cannot account for the mass either.
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231000
2000
ma neanche questo può render conto della massa.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
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233000
3000
A conti fatti sembra che ci sia una massa circa 10 volte maggiore
04:14
in the form of this invisible or dark matter
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236000
3000
sotto forma di materia oscura invisibile
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as there is in the ordinary matter, OK.
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239000
4000
rispetto alla materia ordinaria.
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It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
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243000
4000
Sarebbe bello se potessimo vedere questa materia oscura più chiaramente.
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I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
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247000
2000
Io inserisco questa grossa bolla blu
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to try to remind you that it's there.
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249000
2000
giusto per ricordarci che c'è.
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Can we see it more visually? Yes, we can.
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251000
3000
Possiamo renderla più chiaramente visibile? Certo.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
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254000
2000
Ora vi mostro come possiamo fare.
04:34
So here's an observer:
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256000
2000
Qui c'è un osservatore:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
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258000
2000
può essere un occhio o un telescopio.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
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260000
2000
Supponiamo ci sia una galassia da qualche parte nell'universo.
04:40
How do we see that galaxy?
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262000
2000
Come facciamo a vederla?
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A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
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264000
3000
Un raggio di luce parte dalla galassia e dopo aver attraversato l'universo
04:45
for perhaps billions of years
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267000
2000
impiegando anche miliardi di anni
04:47
before it enters the telescope or your eye.
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269000
3000
arriva ed entra nel telescopio o nell'occhio.
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Now, how do we deduce where the galaxy is?
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272000
3000
Ora, come deduciamo la posizione della galassia?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
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275000
3000
Beh, lo capiamo dalla direzione in cui il raggio si muove
04:56
as it enters our eye, right?
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278000
2000
quando arriva all'occhio, giusto?
04:58
We say, the ray of light came this way;
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280000
2000
Diciamo che se il raggio arriva da questa direzione
05:00
the galaxy must be there, OK.
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282000
2000
la galassia deve essere lì.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
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284000
4000
Ora supponiamo che nel mezzo ci sia un ammasso di galassie,
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
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288000
2000
e non dimentichiamoci la materia oscura.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
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290000
4000
Se ora immaginiamo un raggio di luce che parte in questa direzione
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we now need to take into account
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294000
2000
dobbiamo tenere in considerazione
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what Einstein predicted when he developed general relativity.
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296000
3000
quello che Einstein aveva predetto quando ha sviluppato la relatività generale.
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And that was that the gravitational field, due to mass,
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299000
4000
E cioè che il campo gravitazionale, a causa della massa,
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will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
defletterà non solo la traiettoria delle particelle
05:24
but will deflect light itself.
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306000
3000
ma anche la luce stessa.
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So this light ray will not continue in a straight line,
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309000
3000
Quindi questo raggio di luce non viaggerà lungo una linea retta,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
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312000
4000
ma piegherà la sua rotta e potrebbe finire nel nostro occhio.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
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316000
3000
Dove vedrebbe la galassia questo osservatore?
05:37
You can respond. Up, right?
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319000
4000
Potete rispondere... In alto, giusto?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
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323000
3000
Andiamo a ritroso e diciamo che la galassia è in alto.
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Is there any other ray of light
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326000
1000
Ci sono altri raggi che potrebbero
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
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327000
3000
arrivare all'occhio dell'osservatore da quella galassia?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
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330000
3000
Esatto! Vedo qualcuno che mi fa segno "In basso."
05:51
So a ray of light could go down, be bent
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333000
2000
Un raggio potrebbe andare verso il basso, piegare
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
e finire nell'occhio dell'osservatore,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
che vedrebbe il raggio di luce qui.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
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339000
2000
Tenete a mente che viviamo
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
in un universo tridimensionale,
06:01
a three-dimensional space.
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343000
2000
in uno spazio tridimensionale.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
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345000
3000
Ci sono altri raggi che potrebbero arrivare all'occhio?
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Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
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348000
6000
Esatto! I raggi si troverebbero disposti a cono.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
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354000
2000
Quindi ci sono tutta una serie di raggi disposti su un cono
06:14
that will all be bent by that cluster
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356000
2000
che verrebbero deviati dall'ammasso
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
per poi finire nell'occhio dell'osservatore.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
E se c'è un cono di luce che mi arriva in un occhio, io cosa vedo?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Un cerchio, un anello. Si chiama Anello di Einstein, lui l'aveva predetto.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
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370000
5000
E sarà un anello perfetto solo se la fonte, l'oggetto deflettore
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and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
e l'occhio si trovano perfettamente allineati.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Se sono spostati anche solo di un po' l'immagine sarà diversa.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Potete fare un esperimento stasera al buffet
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
per vedere come apparirebbe l'immagine.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Perchè c'è un tipo di lente che possiamo disegnare
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
che ha la forma giusta per produrre questo tipo di effetto.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Un fenomeno chiamato lente gravitazionale.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Ecco il vostro strumento.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Risate)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Ma ignorate la parte di sopra.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
E' la base su cui dobbiamo concentrarci.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Ogni volta che a casa rompiamo un calice
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
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410000
2000
io prendo la base e la porto nella nostra officina.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
La lavoriamo un po' ed otteniamo una piccola lente gravitazionale.
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So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Ha la forma giusta per creare l'effetto lente.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
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418000
2000
Il passo successivo del nostro esperimento
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
è prendere un tovagliolo. Io ho usato la carta millimetrata... sono un fisico. (Risate)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Quindi disegnate una piccola galassia nel mezzo
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
e poi mettete la lente sopra la galassia.
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
Ecco che potete vedere un anello, un Anello di Einstein.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Se spostate un po' la lente
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
l'anello si divide in archi.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Funziona con qualunque immagine.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Sulla carta millimetrata potete vedere
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
come tutte le linee vengano distorte.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
E questo è in effetti un modello abbastanza accurato
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
di quello che succede nella lente gravitazionale.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Allora la domanda è: vediamo questa cosa in cielo?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Vediamo degli archi nel cielo quando guardiamo gli ammassi di galassie?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
E la risposta è sì.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Ecco un immagine dal telescopio Hubble.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Molte delle foto che vedete
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
vengono dal telescopio Hubble.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Allora, per prima cosa le forme dorate
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
sono le galassie nell'ammasso.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Sono quelle avvolte dal mare di materia oscura
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
che causano la deviazione della luce
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
che provoca le illusioni ottiche, miraggi in pratica,
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
delle altre galassie sullo sfondo.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Quindi queste striscie che vedete, tutte le striscie,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
sono in realtà immagini distorte di galassie molto più lontane.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Quello che possiamo fare, basandoci sulla quantità di distorsione
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
presente nelle immagini, è calcolare quanta massa
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
ci deve essere in questo ammasso.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
Ed è una quantità enorme.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Si può anche vedere ad occhio nudo
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
che questi archi non sono centrati su singole galassie;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
sono centrati su una struttura più ampia.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
E questa struttura è la materia oscura
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
in cui l'ammasso è immerso.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Questa è la cosa più vicina a vedere davvero ad occhio nudo
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
almeno gli effetti che può creare la materia oscura.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Ok, un piccolo riassunto per vedere se siete stati attenti.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
La prova che abbiamo del fatto
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
che un quarto dell'universo sia materia oscura
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
- materia con forza gravitazionale -
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
è che la velocità con cui le stelle che orbitano intorno alle galassie
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
è troppo alta, quindi devono essere avvolte di materia oscura.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
La velocità con cui le galassie orbitano negli ammassi è troppo alta,
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
quindi devono essere avvolte da materia oscura.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
E poi vediamo questi effetti da lente gravitazionale: queste distorsioni
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
ci dicono, ancora, che gli ammassi sono avvolti da materia oscura.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Adesso concentriamoci sull'energia oscura.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Per capire le prove sull'energia oscura, dobbiamo parlare di qualcosa
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
a cui faceva riferimento prima Stephen Hawking:
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
il fatto che lo spazio stesso si sta espandendo.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Immaginiamo una sezione del nostro universo infinito,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
in cui ho inserito quattro galassie a spirale.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Immaginiamo di disporre una serie di metri a nastro
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
- ogni linea qui corrisponde ad un metro -
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
orizzontali e verticali, per misurare dove sono le cose.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Se lo potessimo fare, scopriremmo che
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
al passare dei giorni, degli anni,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
persino dei miliardi di anni,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
la distanza tra le galassie sta aumentando.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
E non è perchè le galassie si allontanano
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
le une dalle altre attraverso lo spazio;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
non si stanno muovendo in uno spazio immobile.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Si stanno allontanando le une dalle altre
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
perchè lo spazio stesso si sta espandendo.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Ecco cosa vuole realmente dire l'espansione dello spazio.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Quindi sono sempre più distanti.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Un'altra cosa che Stephen Hawking ha menzionato
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
è che dopo il Big Bang lo spazio si è espanso molto velocemente.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Ma dato che all'interno dello spazio troviamo materia
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
che crea attrazione gravitazionale,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
questa tende a rallentarne l'espansione.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Quindi l'espansione si fa più lenta col tempo.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
Nell'ultimo secolo le persone hanno dibattuto
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
se l'espansione dello spazio debba continuare per sempre,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
nel senso che rallenterebbe, capite,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
andra' rallentando, ma per continuare all'infinito.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Un rallentare fino a fermarsi in maniera asintotica,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
oppure se debba rallentare, fermarsi, per poi cominciare a contrarsi di nuovo.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Poco più di dieci anni fa
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
due gruppi di fisici e astronomi hanno cominciato
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
a misurare la velocità con cui
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
l'espansione dell'universo stava rallentando.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Quanto più lenta è l'espansione oggi
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
rispetto a, per esempio, un miliardo di anni fa?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
La risposta stupefacente ottenuta da questi esperimenti
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
è che lo spazio si sta espandendo più rapidamente adesso
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
rispetto ad un miliardo di anni fa.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Quindi la velocità con cui lo spazio si espande sta aumentando.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Questo fu un risultato assolutamente sorprendente.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Non c'è nessuna teoria scientifica che giustifichi perchè questo accade.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Nessuno avrebbe potuto prevedere che i risultati sarebbero stati quelli.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
E' successo esattamente l'opposto di quello che ci si aspettava.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Quindi avevamo bisogno di qualcosa per spiegarlo.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
E viene fuori che, nei calcoli,
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
c'è un termine che si può inserire che rappresenta un'energia;
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
ma è un tipo di energia completamente diverso
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
da tutto quello che conosciamo al momento.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
La chiamiamo energia oscura
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
ed è la causa dell'espansione dello spazio.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Ma non abbiamo ancora una spiegazione valida
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
per inserirla nei calcoli.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Quindi il problema è che non sappiamo perchè dobbiamo inserirla.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
A questo punto devo seriamente enfatizzare il fatto che,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
per prima cosa, materia oscura ed energia oscura
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
sono due cose completamente diverse, ok?
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Ci sono in realtà due misteri là fuori che compongono la maggior parte dell'universo,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
ed hanno effetti molto diversi.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
La materia oscura, per il fatto che crea attrazione gravitazionale,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
tende ad incoraggiare la crescita delle strutture.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Quindi si tenderanno a formare ammassi di galassie
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
a causa di questa attrazione gravitazionale.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
Al contrario, l'energia oscura
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
sta creando sempre più spazio tra le galassie.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Fa in modo che l'attrazione gravitazionale tra di esse diminuisca,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
impedendo quindi la formazione di strutture.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Quindi studiando gli ammassi di galassie
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
- il loro numero e la loro densità,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
quante ce ne sono in funzione del tempo -
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
possiamo capire come la materia oscura e l'energia oscura
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
competono l'una contro l'altra nella formazione di strutture.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Come ho detto, non abbiamo ancora
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
una spiegazione convincente per l'energia oscura.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Abbiamo qualcosa per la materia oscura? La risposta è: sì.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Abbiamo dei candidati attendibili per la materia oscura.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Cosa intendo per attendibili?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Voglio dire che abbiamo delle teorie matematicamente coerenti
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
che in realtà sono state introdotte
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
per spiegare fenomeni completamente diversi,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
cose di cui non ho nemmeno parlato,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
e ciascuna predice l'esistenza
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
di una nuova particella che interagisce in modo molto debole.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
E questo è esattamente ciò che si desidera in fisica:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
quando una predizione viene fuori da una teoria matematicamente coerente
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
che in realtà è stata sviluppata per qualcos'altro.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Ma non sappiamo se e quale di queste particelle
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
sia per davvero il candidato per la materia oscura.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Una? Ambedue? Chi lo sa? Potrebbe anche essere qualcosa di completamente diverso.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Noi siamo alla ricerca di queste particelle di materia oscura
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
perchè, in fondo, sono qui intorno a noi
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
e non sono entrate dalla porta.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Passano semplicemente attraverso le cose.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Passano attraverso gli edifici, attraverso il pianeta;
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
ecco quanto poco interagiscono.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Un modo per cercarle è costruire dei rilevatori
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
estremamente sensibili alle particelle di materia oscura che li attraversano e li urtano.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Ad esempio un cristallo che vibra quando questo accade.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Un mio collega ed i suoi collaboratori hanno costruito
14:36
have built such a detector.
287
858000
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un rilevatore di questo tipo.
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And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
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L'anno messo in fondo ad una miniera di ferro in Minnesota,
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OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
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molto in profondità, ed un paio di giorni fa hanno annunciato
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announced the most sensitive results so far.
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i risultati più precisi avuti finora.
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They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
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Non hanno visto niente, ma ci permettono comunque di mettere dei limiti
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and the interaction strength of these dark matter particles are.
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sulla massa e sulla forza di interazione che queste particelle hanno.
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There's going to be a satellite telescope launched later this year
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Un telescopio satellitare verrà lanciato più avanti quest'anno.
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and it will look towards the middle of the galaxy,
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Sarà puntato verso il centro della galassia
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to see if we can see dark matter particles annihilating
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per cercare particelle di materia oscura che si disintregrano
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and producing gamma rays that could be detected with this.
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e producono raggi gamma che possono essere individuati dal telescopio.
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The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
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Il Large Hadron Collider, un acceleratore di particelle,
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that we'll be turning on later this year.
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verrà messo in funzione tra qualche mese.
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It is possible that dark matter particles might be produced
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E' possibile che si producano particelle di materia oscura
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at the Large Hadron Collider.
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nel Large Hadron Collider.
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Now, because they are so non-interactive,
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Ora, visto che interagiscono così poco,
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they will actually escape the detector,
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in realtà usciranno dai rilevatori
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so their signature will be missing energy, OK.
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quindi la loro firma sarà dell'energia mancante.
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Now, unfortunately, there is a lot of new physics
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Purtroppo c'è molta fisica nuova che lascerebbe
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whose signature could be missing energy,
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la stessa firma di energia mancante,
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so it will be hard to tell the difference.
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quindi sarà difficile capire la differenza.
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And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
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Infine, le prossime avventure: si stanno progettando telescopi specifici
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specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
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per affrontare le domande sulla materia oscura e sull'energia oscura.
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ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
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Questi sono installati a terra. E ci sono anche tre telescopi spaziali
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that are in competition right now
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che sono in competizione al momento
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to be launched to investigate dark matter and dark energy.
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per essere lanciati ad investigare la materia oscura e l'energia oscura.
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So in terms of the big questions:
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Quindi le due domande fondamentali sono:
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what is dark matter? What is dark energy?
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Cos'è la materia oscura? Cos'è l'energia oscura?
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The big questions facing physics.
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Sono le grandi domande che la fisica deve affrontare.
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And I'm sure you have lots of questions,
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E sono sicura che avrete anche voi molte domande,
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which I very much look forward to addressing
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e non vedo l'ora di poterne discutere
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over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
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mentre saremo qui per le prossime 72 ore. Grazie.
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(Applause)
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(Applausi)
ABOUT THE SPEAKER
Patricia Burchat - Particle physicistPatricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe.
Why you should listen
Patricia Burchat studies the universe's most basic ingredients -- the mysterious dark energy and dark matter that are massively more abundant than the visible stars and galaxies. She is one of the founders of the BaBar Collaboration at the Stanford Linear Accelerator Center, a project that's hoping to answer the question, "If there are as many anti-particles as there are particles, why can't we see all these anti-particles?"
She's a member of the Large Synoptic Survey Telescope project, which will allow scientists to monitor exploding supernovae and determine how fast the universe is expanding -- and map how mass is distributed throughout the universe. She's also part of Fermilab Experiment E791, studying the production and decay of charmed particles. Burchat received a Guggenheim Fellowship in 2005.
Patricia Burchat | Speaker | TED.com