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05 Feb 14:35

On trajectories of rolling marbles in cones and other funnels

We report on theoretical and experimental results for a ball that rolls without slipping on a surface of revolution, whose symmetry axis is aligned with a uniform gravitational field, particularly investigating both near-circular orbits and scattering-type orbits in cones. The experimental data give support for the theoretical treatment, a non-trivial application of Newton's second law that expands on our previous work and related work of others. Our findings refine those from a recent article in this journal, and largely replicate those obtained from an earlier Lagrangian approach, adding some new details and commentary. While the orbits of marbles rolling in cones do not match inverse-square-law orbits quantitatively (e.g., instead of Kepler's 3rd law, we have ), we argue that students should experience these qualitative phenomena—precession of orbits, escape velocity behavior, spin-orbit coupling, conservation laws for angular momentum, energy, and spin projection—as much for the fun and kinesthetic impressions as for the raw learning. We also report on a heretofore largely ignored variable in the exploration of rolling orbits in a gravity well: the marble's spin about its own axis as it rolls. Experimenters can, intentionally or not, vary this initial condition and produce different orbital periods for a given orbital radius—a distinctly non-celestial behavior. Careful selection of the initial spin direction and speed for a particular cone can result in marble orbits that mimic the planetary ellipses.

17 Dec 17:10

11/08/13 PHD comic: 'Spousal Ignorance'

Piled Higher & Deeper by Jorge Cham
www.phdcomics.com
Click on the title below to read the comic
title: "Spousal Ignorance" - originally published 11/8/2013

Get the new Thesis Fuel Mug, only at the PHD Store

10 Dec 11:41

Asking Photons Where They Have Been

by A. Danan, D. Farfurnik, S. Bar-Ad, and L. Vaidman

Author(s): A. Danan, D. Farfurnik, S. Bar-Ad, and L. Vaidman

Selected for a Viewpoint in Physics We present surprising experimental evidence regarding the past of photons passing through an interferometer. The information about the positions through which the photons pass in the interferometer is retrieved from modulations of the detected signal at the vibration frequencies of mirrors the photo...

[Phys. Rev. Lett. 111, 240402] Published Mon Dec 09, 2013

09 Dec 15:16

[Report] Phase Mismatch–Free Nonlinear Propagation in Optical Zero-Index Materials

by Haim Suchowski
Metamaterials relax the requirement for phase matching in nonlinear optics. Authors: Haim Suchowski, Kevin O’Brien, Zi Jing Wong, Alessandro Salandrino, Xiaobo Yin, Xiang Zhang
09 Dec 15:05

Synopsis: Flexing Some Graphene Muscle

Two groups propose coupling light into graphene surface plasmons by mechanically rippling the sheet of carbon atoms.

Published Thu Dec 05, 2013
09 Dec 15:04

Mathematical Formulation of Multilayer Networks

by Manlio De Domenico, Albert Solé-Ribalta, Emanuele Cozzo, Mikko Kivelä, Yamir Moreno, Mason A. Porter, Sergio Gómez, and Alex Arenas

Author(s): Manlio De Domenico, Albert Solé-Ribalta, Emanuele Cozzo, Mikko Kivelä, Yamir Moreno, Mason A. Porter, Sergio Gómez, and Alex Arenas


Creative Commons A “monoplex” network, like a Facebook-based social network, can be represented by a set of nodes (people) linked by their Facebook connections (interactions). But real-world networks can be “multiplex,” with multiple types of interactions and where one type of interaction can influence another. A unifying framework for describing “multiplex” networks has been missing so far. Deftly employing the concept of tensors, theorists now present such a framework that will power studies of “multiplex” networks across many scientific disciplines.

[Phys. Rev. X 3, 041022] Published Wed Dec 04, 2013

06 Dec 16:58

Photo

Jacopo.bertolotti

oh god...



04 Dec 16:12

Spifferi e Fantasmi

by noreply@blogger.com (Peppe Liberti)
Jacopo.bertolotti

Pity it is just in Italian


La telefonata arriva verso sera. «Sono Zichichi». «Professore come sta?». «Bene, bene. Ma mi ascolti. Qui gira voce di una scoperta straordinaria». Sono passati appena nove minuti dalle 2 del mattino di giovedì 22 settembre 2011 e sul sito de Il Giornale viene pubblicata un’intervista [1] ad Antonino Zichichi, fisico trapanese, professore emerito all'università di Bologna e uomo dalle frequentazioni politiche importanti, almeno fino a qualche tempo fa. 
«Lei conosce i neutrini?» chiede Zichichi che gioca ribaltando i ruoli, e afferma: «Come lei saprà un tempo si riteneva che i neutrini non avessero massa. Proprio come la luce». Per dirla in modo rozzo invece i neutrini un po’ di massa, piccola, infinitesimale, ce l’hanno. E dunque: «Se i neutrini hanno massa, per quanto piccola, a che velocità vanno rispetto alla luce?». Sono più lenti. Viaggiano a una velocità inferiore alla luce. «Esatto. Dovrebbe essere così. Il problema che al Cern è accaduto qualcosa di imprevisto. I neutrini prodotti al Cern arrivano nei laboratori del Gran Sasso prima di quanto impiegherebbe un raggio di luce». I neutrini come Superman, più veloci della luce, una notizia sconvolgente, una scoperta che può scuotere la fisica dalle fondamenta e che fa contento proprio Zichichi che da decenni combatte per la sua personalissima ipotesi del Supermondo, il mondo a 43 dimensioni spazio-temporali. Ogni fisico, si sa, serba nel suo cuore il sogno della scoperta che lo porterà ad essere paragonato ad Einstein e Zichichi è da un bel po’ che ci prova, anche con l'acconciatura. Non li ha scoperti lui i neutrini superluminali, ma una volta che hai provato il brivido dei riflettori ogni occasione è buona per tornarci sotto magari rubando un po' di luce agli altri. Il mondo è cambiato però e Zichichi, che l'informazione la possiede da tempo, coinvolto com'è nei grandi progetti della fisica europea, al CERN come al Gran Sasso, si affretta a rilasciare le sue dichiarazioni solo quando gli spifferi son diventati un venticello. L'informazione corre sul web già da qualche giorno, rimbalza e non si ferma. C’è in giro troppa gente che ha a cuore solo lo scoop e ora ha la possibilità di realizzarlo, c’è che i media tradizionali hanno fatto il loro tempo e che certe pratiche buone nel passato ora con internet reggono a fatica ché ormai la velocità con cui si condividono le informazioni in rete è pari a quella dei neutrini.

Le Università e i Centri di Ricerca, quando ritengono di avere in tasca un grande risultato frutto del lavoro dei propri ricercatori, lo comunicano seguendo delle regole codificate, fanno un po’ come le agenzie governative quando devono informare il grande pubblico su questioni di sicurezza nazionale. Gli uffici stampa di queste organizzazioni preparano un comunicato che riassume e prova a spiegare quel risultato accompagnandolo con l’articolo che sta per essere pubblicato su una rivista scientifica. Questo materiale non è a disposizione di tutti ma, per un tempo ben definito, in genere le due settimane che precedono la pubblicazione, solo delle agenzie di stampa, dei giornalisti e di altri scienziati che hanno così la possibilità di prepararsi al commento o di pubblicare la notizia il giorno stesso che questo tempo arriva a scadenza. La procedura in questione viene chiamata embargo proprio come l’ordine che si dà a una nave di non salpare o come il blocco degli scambi commerciali tra paesi in conflitto. Nella maggior parte dei casi l’articolo è la fotocopia del comunicato stampa ma questa è un’altra faccenda, quello che conta è che chi aderisce all'embargo non può fare scherzi pena la perdita del privilegio di sapere le cose prima degli altri.
Questa procedura, di norma, non riguarda un semplice manoscritto inviato (in gergo si dice sottomesso) a una rivista scientifica per la "revisione paritaria" e non ancora accettato per la pubblicazione, a generare la necessità dell’embargo è invece l’accordo tra gli enti per cui lavorano i ricercatori e la rivista che accetta di pubblicarlo ché senza copyright avrebbe poco senso. Se però la notizia è davvero importante, e sostenere di aver probabilmente trovato qualcosa che viaggia a una velocità superiore a quella della luce lo è senz'altro, qualche precauzione si cerca di prenderla. Un annuncio di questa portata va preparato, cerchi di arrivarci con gli organi di informazione già pronti e contemporaneamente hai bisogno di difenderlo, magari con un accordo privato tra gentiluomini. In questi casi ci si arrangia cercando di proteggere la notizia con una specie di embargo informale che è proprio quello che accade nel nostro caso: il 13 settembre ai giornalisti arriva la clamorosa informazione e gli vien detto di custodirla per un po’, dieci giorni, fino al giorno in cui verrà svelata con una pubblica conferenza.



Quello che accade in rete prima dell’annuncio ufficiale ce lo racconta Philipp Gibbs [2] che si giova dell’analisi che il 26 settembre Ivan Oranski, giornalista e direttore esecutivo di Reuters Health, propone su Embargo Watch, il blog che monitora le violazioni all’embargo, soprattutto nel campo della ricerca medica. Philipp Gibbs è un fisico e matematico, un ricercatore indipendente che gestisce vixra un sito che ha l’ambizione mal posta di proporsi come alternativa ad arxiv, il deposito di preprint della Cornell University e che cura il blog vixra log specializzato nel commento delle news di scienza, magari prima che lo faccia la comunità scientifica con gli strumenti che le sono propri. Le prime indiscrezioni sono quelle che appaiono il 15 settembre 2011 come commenti anonimi su alcuni blog. Si comincia a speculare su Résonaances, il blog di Adam Falkowski, fisico teorico delle particelle che lavora al laboratorio di fisica teorica di Orsay e si continua il giorno dopo proprio da Gibbs dove viene segnalato il balletto dell’annuncio messo, tolto e rimesso sul sito del CERN, di un seminario dal titolo anonimo (Seminar DG) previsto per il 16. Un commentatore fa notare che quell’annuncio forse non è più anonimo, ha probabilmente cambiato data (il 23 settembre) e ha per titolo “New results from OPERA on neutrino properties”. Ecco che l’embargo, pur se informale, di fatto è tolto, solo tre giorni dopo la sua entrata in vigore.
Sempre il 16, compare un commento sotto a un post di Not Even Wrong, il blog di Peter Woit, dove nel frattempo si sta speculando sul padre di tutti gli esperimenti, quello che porterà all’annuncio della scoperta del bosone di Higgs da parte di ATLAS e CMS, le due collaborazioni del Large Hadron Collider al CERN che se ne stanno occupando. Un certo Alex afferma sicuro: “LHC and collider physics are clearly dead…check out the new OPERA results next week: it seems that neutrinos are tachyons !!!!”. Peter Woit è un fisico, teorico pure lui, che lavora al dipartimento di Matematica della Columbia University. È anche un divulgatore affermato e ha già pubblicato un libro dal titolo Not Even Wrong [3], come il blog, che ha avuto un discreto successo. Mettere una roba del genere in mano a Woit è garanzia di sicura riuscita, potete star certi che non si lascerà sfuggire l’occasione per parlarne. Questa volta però il botto lo mette a segno Tommaso Dorigo.
Dorigo è un ricercatore dell’INFN che ora lavora all’esperimento CMS e che al suo blog, A Quantum Diaries Survivor, e alla divulgazione della fisica in generale tiene molto. Il 19 settembre pubblica A Six-Sigma Signal Of Superluminal Neutrinos From Opera! dove, come dice lui stesso, la notizia è tutta nel titolo: i ricercatori chiusi nella caverna del Gran Sasso, nella Hall C dove si trova l’esperimento OPERA, hanno quasi la certezza di aver rivelato neutrini che viaggiano più veloci della luce! Il blog di Tommaso non è certo letto da quattro gatti ma lui è un dipendente dello stesso Istituto che finanzia quelle ricerche. Glielo fanno notare, non so con quanta cortesia, ed è costretto ad oscurare il post. Ormai però la frittata è fatta, l’informazione viene subito rilanciata ovunque ed il caso esplode infine con l’intervista di Zichichi del 22.

Professore, magari il cronometrista ha semplicemente sbagliato a prendere il tempo?
«Esempio rozzo ma efficace. Infatti la scienza non si accontenta di un semplice evento. Serve il rigore e la riproducibilità. Dobbiamo anzitutto aspettare che i fisici impegnati in questo lavoro spieghino rigorosamente cosa hanno fatto. (…)» [1].Il giornalista fu più efficace che rozzo. 


Io vorrei che vi metteste per un attimo nei panni di Antonio Ereditato, il portavoce e coordinatore dell’esperimento OPERA, e dei suoi collaboratori. C’è un comunicato stampa che deve uscire il 23, un seminario messo in calendario al CERN da un paio di settimane e ti trovi sui giornali Zichichi che strizza l’occhio con un giorno di anticipo e senza neanche far parte di quell’esperimento. Come minimo ti incazzi e se lo fai è difficile mantenere il sangue freddo, scegliere di ignorare la cosa, risolverla con un duello privato magari, è come un patto tra gentiluomini che è venuto meno, bisogna far presto, regolare il caos che sta rapidamente aumentando. Probabilmente Ereditato si rende conto che la faccenda sta per sfuggirgli definitivamente di mano e cerca di riprenderne il controllo.
A venir bombardati da richieste di chiarimento dopo la pubblicazione della famigerata intervista sono sia il CERN che l’INFN. Tutti ne vogliono sapere di più, giornalisti e agenzie di stampa sono in prima fila ed è la Reuters che riesce a parlare con Ereditato. Quella chiacchierata però diventa pubblica troppo presto. “Particles recorded moving faster than light” spara la Reuters poco dopo mezzogiorno di Giovedì 22 settembre, titolo che viene corretto qualche ora più tardi in “Particles foundto break speed of light”. Ereditato riferisce di misure che son durate tre anni e di neutrini che sono arrivati in Italia dalla Svizzera in anticipo di 60 nanosecondi sul tempo atteso, afferma di aver grande fiducia nei risultati ottenuti, che hanno controllato e ricontrollato tutto ciò che poteva alterare le misura ma che non s’è trovato nulla. Esprime il desiderio che i colleghi facciano le loro verifiche indipendenti e che la scoperta è così sorprendente che, per il momento, tutti dovrebbero essere molto prudenti. “Io non voglio pensare alle implicazioni” dice “siamo scienziati abituati a lavorare con ciò che conosciamo”. Il meccanismo infernale è partito. La BBC rilancia immediatamente il comunicato stampa della Reuters e nel giro di poche ore tutto il mondo apprende che il limite della velocità della luce è stato varcato.
I titoli che appaiono sui giornali, nella versione a stampa e online, dicono veramente poco di quello che poi viene raccontato negli articoli, sono spesso ad effetto, devono colpire il lettore e non sono mai opera di chi l’articolo lo scrive. Basarsi sui titoli per giudicare chi fa informazione ha dunque poco senso e non andrebbero mai citati ma quando un evento è eccezionale possono verificarsi conseguenze altrettanto eccezionali, ad esempio il fatto che il titolo meno prudente lo proponga Nature, “Particles break light-speed limit”, mentre The Guardian riporti un più corretto “Faster than light particles found, claim scientists” e che la medesima prudenza la usi The New York Times: “Tiny Neutrinos May Have Broken Cosmic Speed Limit”. Sarà un dettaglio ma non è irrilevante, la dice lunga su come la possibilità e quindi la necessità di commentare rapidamente in rete gli eventi invece che diversificare stili e contenuti li stia rapidamente omogeneizzando.
In Italia a commentare l’evento ci pensa subito, sempre il 22, Piergiorgio Odifreddi, sì proprio lui, il grande nemico di Zichichi a cui ha dedicato un libro irriverente [4] e ne ha ricevuto in cambio una querela per diffamazione. In un post del suo blog ospitato su la Repubblica.it scrive che i neutrini han sempre riservato sorprese, in passato si pensava non avessero massa e invece ce l’hanno e dunque non c’è da stupirsi, sostiene che magari, se confermata, questa scoperta italiana è l’occasione per vendicare Bruno Pontecorvo che di neutrini aveva vissuto senza mai ottenere un meritato Nobel. L’altra irrinunciabile opinione, quando si parla di fisica in Italia, è quella di Margherita Hack. Viene intervistata da L’Unità e afferma che se la notizia fosse vera “cadrebbe la Teoria della Relatività di Einstein” cosa che però non è vera ma ormai è tutto fuori controllo, nessuno ci fa caso.
A mantenere il controllo ci prova invece il Direttore de Le Scienze, l’edizione italiana di Scientific American, Marco Cattaneo, che assume una posizione di radicale rispetto delle regole, qualcuno lo criticherà, gli dirà che lui è un giornalista non uno scienziato e che tanto ormai il fiume ha straripato. Non si capisce però perché un giornalista debba poter venir meno alla parola data e Cattaneo perciò dichiara: “siamo a conoscenza dei risultati da più di una settimana, e abbiamo avuto modo di discuterli a lungo con i diretti interessati, ma per rispetto delle regole della comunità scientifica e delle persone con cui abbiamo parlato, e a cui abbiamo dato la nostra parola, non ve lo racconteremo fino a domani”. Dice pure: tenetevi pronti, stanotte potrete leggere il preprint, domani ci sarà la conferenza e dunque calma e sangue freddo. È tutto inutile però, non c’è argine per il fiume di parole che si stanno spendendo su questa vicenda.
Riassumo quello che sta accadendo: c’è un esperimento che dopo alcuni anni di attività ha raggiunto alcune conclusioni incredibili ma che paiono, almeno a chi ci lavora, talmente solide che meritano di essere rese pubbliche con una conferenza e un preprint che verrà caricato su arxiv e inviato per l’analisi pre-pubblicazione ad una rivista scientifica internazionale; un selezionato gruppo di scienziati e giornalisti ne è stato preventivamente informato ma gli viene chiesto di non parlarne prima della data stabilita per la “rivelazione pubblica”; alcuni blogger, e tra questi alcuni ricercatori, e uno scienziato di fama internazionale fanno trapelare che qualcosa di grosso bolle in pentola; un’agenzia di stampa intervista il coordinatore dell’esperimento e un giorno prima della scadenza di quello che pare a tutti gli effetti un embargo tutti sanno già tutto.


È il delirio. Ivan Oranski punta il dito sulle agenzie di stampa e su Embargo Watch si chiede se la Reuters e la BBC abbiano violato effettivamente le regole dell’embargo. A rispondergli è il capo della comunicazione del CERN, James Gillies, e – il mondo è proprio cambiato - lo fa su Twitter: “chiunque avesse guardato abbastanza da vicino avrebbe visto che la storia era di dominio pubblico ben prima che Reuters e BBC ne avessero parlato”.  Pare una giustificazione e in effetti, lo specificherà meglio subito dopo, ci tiene a dichiarare che il CERN non ha nulla a che fare con le dichiarazioni di Ereditato e con OPERA, che il ruolo di quell'istituzione è solo quello di fornire il fascio di neutrini e di ospitare il seminario e che per un seminario come quello non è previsto un comunicato stampa ma che, viste le potenziali dirompenti conseguenze, questa volta lo han dovuto predisporre. Non c’è embargo da parte del CERN, afferma Gillies, il CERN l’embargo lo utilizza solo per gli articoli pubblicati su Nature, hanno solo chiesto ai giornalisti di aspettare, di tenere fermi i loro pezzi fino al Venerdì mattina ma che non hanno imposto a nessuno di trattenere le informazioni e visto che tutto è precipitato al Giovedì a quel punto non c’era più nulla da fare. 
È l’alba del 23 quando su arxiv appare quella che sarà solo la prima di quattro versioni di “Measurement of the neutrino velocity with theOPERA detector in the CNGS beam” [5] a firma della collaborazione OPERA e tutti son lì, pronti a scaricarla, vivisezionarla e ad assistere allo show che a breve andrà in onda dalle sale del CERN.





[1] «Ecco la scoperta che mette in crisi Einstein», Vittorio Macioce, il Giornale.it, Giovedì 22/09/2011
[2] Gibbs, P. E., Neutrinos, Press Embargos & Let's Talk about FTL Prespacetime Journal, November 2011, Vol. 2, Issue 11, pp. 1725-1728.
[3] Peter Woit, Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law, Basic Books (September 4, 2006). In italiano lo pubblica Codice meno di un anno dopo col titolo “Neanche sbagliata. Il fallimento della teoria delle stringhe e la corsa all'unificazione delle leggi della fisica”.
[4] P, Odifreddi, Zichicche. Pensieri su uno scienziato a cavallo tra politica e religione, Dedalo (1 marzo 2003).
[5] OPERA collaboration, Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam, arXiv:1109.4897v1

[Avevo questa roba da parte, la pubblico qui, tanto non so più che farmene]
03 Dec 10:12

Time to think

by Mark Buchanan

Nature Physics 9, 752 (2013). doi:10.1038/nphys2830

Author: Mark Buchanan

29 Nov 11:33

Oort Cloud

... I wanna try.  Hang on, be right back.
28 Nov 17:24

Communication: Science is not about simple stories

by Jeroen Bergmann

Communication: Science is not about simple stories

Nature 503, 7475 (2013). doi:10.1038/503198f

Author: Jeroen Bergmann

Presenting science as a compelling story is becoming a popular way of communicating results — a technique that is guaranteed to capture the attention of the scientific community and the public. Although science needs great stories, stories are not science.Storytelling glosses over uncertainties; methodological

28 Nov 17:00

Inelastic scattering puts in question recent claims of Anderson localization of light

by Frank Scheffold

Nature Photonics 7, 934 (2013). doi:10.1038/nphoton.2013.210

Authors: Frank Scheffold & Diederik Wiersma

28 Nov 16:56

Inelastic scattering puts in question recent claims of Anderson localization of light

by Georg Maret

Nature Photonics 7, 934 (2013). doi:10.1038/nphoton.2013.281

Authors: Georg Maret, Tilo Sperling, Wolfgang Bührer, Andreas Lubatsch, Regine Frank & Christof M. Aegerter

28 Nov 16:49

Is super-resolution microscopy right for you?

by Vivien Marx

Nature Methods 10, 1157 (2013). doi:10.1038/nmeth.2756

Author: Vivien Marx

Imaging with better than 200-nanometer resolution brings new subcellular-scale details into focus. Practitioners share how they weigh trade-offs in speed, resolution and phototoxicity.

28 Nov 16:33

Points of significance: Power and sample size

by Martin Krzywinski

Nature Methods 10, 1139 (2013). doi:10.1038/nmeth.2738

Authors: Martin Krzywinski & Naomi Altman

The ability to detect experimental effects is undermined in studies that lack power.

28 Nov 10:31

Un bosone di Higgs che decade anche in qualche leptone

by Marco

È passato un po' di tempo dall'ultima volta che ho scritto delle ricerche del bosone di Higgs. Magari vi siete fatti una cattiva idea, che con la scoperta del luglio 2012 e tutte le misure che le sono seguite la faccenda fosse chiusa, perlomeno fino alla riapertura delle attività di LHC nel 2015. Niente affatto.

Fino ad adesso, la particella che tanto assomiglia al bosone di Higgs del Modello Standard ha lasciato le sue tracce disintegrandosi in fotoni, o particelle Z o W: sono questi i canali di decadimento che ci hanno permesso di identificarlo, e di misurarne le proprietà. Se siete lettori abituali di questo sito, non vi sarà sfuggita l'elemento comune di questi decadimenti: in tutti e tre i casi, la particelle di Higgs si frantuma in bosoni, le particelle mediatrici delle interazioni fondamentali. Visti i risultati, resta dunque aperta una questione spinosa: la particella che abbiamo scoperto decade anche in fermioni, i costituenti fondamentali della materia? È una domanda importante: il decadere del bosone di Higgs in un certo tipo di particella è strettamente legato all'essere responsabile della sua massa. Se quello che abbiamo scoperto è proprio un bosone di Higgs, è responsabile della massa sia dei bosoni che dei fermioni?

bosons-image

fermions-image

I fermioni si dividono in due famiglie: da una parte i quark, i componenti fondamentali degli adroni (come il protone e il neutrone), dall'altra i leptoni, ovvero l'elettrone, il muone e la particella tau, più i loro rispettivi neutrini. In qualche modo sappiamo già, almeno indirettamente, che il bosone di Higgs che abbiamo visto ha una qualche relazione con i quark. Essendo il responsabile della massa della particelle, il bosone di Higgs può decadere solo in particelle che ne siano dotate, Come fa dunque a venire prodotto dalla fusione di due gluoni, o disintegrarsi in due fotoni, visto che queste particelle sono prive di massa? Tramite la mediazione di particelle massive, tra cui anche i quark, come nel diagramma qui sotto:

higgs_ggF

Nell'attesa che ATLAS osservi il decadimento del bosone di Higgs in due quark (quello più probabile sarebbe in una coppia quark-antiquark b\bar{b}), restava aperta la caccia a qualche traccia di decadimento in una coppia di leptoni. Non solo il bosone di Higgs ama relazionarsi con particelle dotate di massa, lo fa tanto più volentieri quanto maggiore è la questa loro massa. Dal punto di vista dei leptoni, è dunque molto più probabile che il bosone di Higgs decada in una coppia di leptoni tau \tau\bar{\tau} che in una coppia muone-antimuone o elettrone-positroni. La massa di un \tau è infatti circa 18 volta quella di un \mu, che a sua volta pesa circa duecento volte più che un elettrone.

ATLAS_2013-11-26_HiggsFermions

Ieri mattina c'era una certa folla al seminario del CERN, durante il quale ATLAS avrebbe annunciato gli ultimi risultati sulle ricerche del bosone di Higgs in sui decadimenti in fermioni. La ragione di questo affollamento era evidente: tutti volevano sapere se ATLAS avesse finalmente avvistato un segnale inequivocabile di un decadimento in leptoni, che per adesso nessuno ha isolato con certezza. I fisici, come sapete se avete letto la serie di articoli sull'isolare un segnale da un rumore di fondo, hanno regole piuttosto precise per definite che cosa sia un'evidenza o una scoperta. Per adesso, la cosa che più si avvicinava a un'evidenza di un decadimento del bosone di Higgs in leptoni erano le 2.9 sigma di CMS nel canale \tau\bar{\tau} annunciati questa primavera. Molto vicino, ma non ancora abbastanza.

vp1_Htautau_1muon1electron_run204153_evt35369265

I leptoni \tau sono bestie difficili da isolare, molto più rognosi di elettroni e muoni, i loro cuginetti leggeri. Proprio per la loro massa considerevole, i \tau possono decade in un sacco do modi diversi, per cui isolarli per bene e misurane la velocità è un'impresa complessa. Questa è una delle ragione per cui ATLAS ha impiegato così tanto tempo per uscire con il risultato presentato ieri. Il tempo impiegato però ha dato i suoi frutti. Ve la faccio breve: ATLAS vede chiaramente un segnale di decadimento del bosone di Higgs di massa intorno a 125 GeV che decade in una coppia di leptoni \tau\bar{\tau}, con un'eccesso quantificato a 4.1 sigma. Non ancora abbastanza per dichiarare una scoperta in questo canale, ma ben più di una semplice evidenza!

Htautau_MassPlot

Il ritmo osservato di decadimenti in \tau\bar{\tau} del nostro bosone di Higgs è un po' deludente. I numeri sono in ottimo accordo con quanto previsto dal Modello Standard, e non sembrano esserci tracce evidenti di nuova fisica in questo canale. Il Modello Standard si riconferma stabile e robusto, con tutti i problemi che questo porta con se.

ATLAS_HiggsSignalStrengths_TauTau

Nella mia casella email è appena arrivato un messaggio: la settimana prossima ci sarà un seminario di CMS intitolato Direct Measurement of the Higgs Boson Fermionic Couplings at CMS, dove vedremo risultati di ricerche simili. E, ne sono certo, avremo qualche sorpresa interessante.


© Marco @ Borborigmi di un fisico renitente, 27/11/2013. (Some right reserved)| Permalink | 3 commenti
Archiviato in Fisica| Tag: ATLAS, bosone di Higgs, bosoni, CERN, evidenza, fermioni, higgs, leptoni, tau

27 Nov 09:22

Lethal Neutrinos

by xkcd

Lethal Neutrinos

How close would you have to be to a supernova to get a lethal dose of neutrino radiation?

(Overheard in a physics department)

The phrase "lethal dose of neutrino radiation" is a weird one. I had to turn it over in my head a few times after I heard it.

If you're not a physics person, it might not sound odd to you, so here's a little context for why it's such a surprising idea:

Neutrinos are ghostly particles that barely interact with the world at all. Look at your hand—there are about a trillion neutrinos from the Sun passing through it every second.

The reason you don't notice the neutrino flood is that neutrinos hardly interact with ordinary matter at all. On average, out of that massive flood, only one neutrino will "hit" an atom in your body every few years.[1]Less often if you're a child, since you have fewer atoms to be hit. Statistically, my first neutrino interaction probably happened somewhere around age 10.

In fact, neutrinos are so shadowy that the entire Earth is transparent to them; nearly all of the Sun's neutrino flood goes straight through it unaffected. To detect neutrinos, people build giant tanks filled with hundreds of tons of material in the hopes that they'll register the impact of a single solar neutrino.

This means that when a particle accelerator (which produces neutrinos) wants to send a neutrino beam to a detector somewhere else in the world, all it has to do is point the beam at the detector—even if it's on the other side of the Earth!

That's why the phrase "lethal dose of neutrino radiation" sounds weird—it mixes scales in an incongruous way. It's like the idiom "knock me over with a feather" or the phrase "football stadium filled to the brim with ants".[2]Which would still be less than 1% of the ants in the world. If you have a math background, it's sort of like seeing the expression "ln(x)e"—it's not that, taken literally, it doesn't make sense, but it's hard to imagine a situation where it would apply.[3]If you want to be mean to first-year calculus students, you can ask them to take the derivative of ln(x)e dx. It looks like it should be "1" or something, but it's not.

Similarly, it's so hard to get enough neutrinos to compel even a single one of them to interact with matter, making it hard to picture a scenario in which there'd be enough of them to affect you.

Supernovae[4]"Supernovas" is also fine. "Supernovii" is discouraged. provide that scenario. The physicist who mentioned this problem to me told me his rule of thumb for estimating supernova-related numbers: However big you think supernovae are, they're bigger than that.

Here's a question to give you a sense of scale:

Which of the following would be brighter, in terms of the amount of energy delivered to your retina:

  1. A supernova, seen from as far away as the Sun is from the Earth, or

  2. The detonation of a hydrogen bomb pressed against your eyeball?

Applying the physicist rule of thumb suggests that the supernova is brighter. And indeed, it is ... by nine orders of magnitude.

That's why this is a neat question; supernovae are unimaginably huge and neutrinos are unimaginably insubstantial. At what point do these two unimaginable things cancel out to produce an effect on a human scale?

A paper by radiation expert Andrew Karam provides an answer.[5]Karam, P. Andrew. "Gamma And Neutrino Radiation Dose From Gamma Ray Bursts And Nearby Supernovae." Health Physics 82, no. 4 (2002): 491-499. It explains that during certain supernovae, the collapse of a stellar core into a neutron star, 1057 neutrinos can be released (one for every proton in the star that collapses to become a neutron).

Karam calculates that the neutrino radiation dose at a distance of one parsec[6]3.262 light-years, or a little less than the distance from here to Alpha Centauri. would be around half a nanosievert, or 1/500th the dose from eating a banana.[7]xkcd.com/radiation

A fatal radiation dose is about 4 sieverts. Using the inverse-square law, we can calculate the radiation dose: \[ 0.5\text{ nanosieverts} \times\left ( \frac{1\text{ parsec}}{x}\right )^2 = 5\text{ sieverts} \] \[ x=0.00001118\text{ parsecs}=2.3\text{ AU} \] 2.3 AU is a little more than the distance between the Sun and Mars.

Core collapse supernovae happen to giant stars, so if you observed a supernova from that distance, you'd probably be inside the outer layers of the star that created it.

The idea of neutrino radiation damage reinforces just how big supernovae are. If you observed a supernova from 1 AU away—and you somehow avoided being being incinerated, vaporized, and converted to some type of exotic plasma—even the flood of ghostly neutrinos would be dense enough to kill you.

If it's going fast enough, a feather can absolutely knock you over.

25 Nov 13:57

Synopsis: Colloidally Trapped Light Needles

Colloidal suspensions can guide light over extended distances with minimal scattering.

Published Thu Nov 21, 2013
25 Nov 09:29

New Study

When the results are published, no one will be sure whether to report on them again.
25 Nov 00:17

Putting the Wolfram Language (and Mathematica) on Every Raspberry Pi

by Stephen Wolfram
Jacopo.bertolotti

Am I getting it right? Am I going to get a working version of Mathematica on a 25$ Raspberry Pi?
And that for just 25$? No extra cost for Mathematica? Are you sure?

Last week I wrote about our large-scale plan to use new technology we’re building to inject sophisticated computation and knowledge into everything. Today I’m pleased to announce a step in that direction: working with the Raspberry Pi Foundation, effective immediately there’s a pilot release of the Wolfram Language—as well as Mathematica—that will soon be bundled as part of the standard system software for every Raspberry Pi computer.

Wolfram Language and Mathematica now free on every Raspberry Pi
In effect, this is a technology preview: it’s an early, unfinished, glimpse of the Wolfram Language. Quite soon the Wolfram Language is going to start showing up in lots of places, notably on the web and in the cloud. But I’m excited that the timing has worked out so that we’re able to give the Raspberry Pi community—with its emphasis on education and invention—the very first chance to put the Wolfram Language into action.

I’m a great believer in the importance of programming as a central component of education. And I’m excited that with the Wolfram Language I think we finally have a powerful programming language worthy of the next generation. We’ve got a language that’s not mostly concerned with the details of computers, but is instead about being able to understand and create things on the basis of huge amounts of built-in computational ability and knowledge.

It’s tremendously satisfying—and educational. Writing a tiny program, perhaps not even a line long, and already having something really interesting happen. And then being able to scale up larger and larger. Making use of all the powerful programming paradigms that are built into the Wolfram Language.

And with Raspberry Pi there’s something else too: immediately being able to interact with the outside world. Being able to take pure code, and connect it to sensors and devices that do things.

I think it’s pretty amazing that we’re now at the point where all the knowledge and computation in the Wolfram Language can run in a $25 computer. And I think that it’s the beginning of something very important. Because it means that going forward it’s going to be technically possible to embed the Wolfram Language in pretty much any new machine or system. In effect immediately injecting high-level intelligence and capabilities.

I’ve waited a long time for this. Back in 1988 when Mathematica was first released, it could only just fit in a high-end Mac of the time, but not yet a PC. A decade later—even though it had grown a lot—it could run well on pretty much any newly sold personal computer. But embedded computers were a different story—where one expected that only specially compiled simple code could run.

But I knew that one day what would become the Wolfram Language would be able to run in its complete form on an embedded computer. And now it’s clear that finally that day has come: with the Raspberry Pi, we’ve passed the threshold for being able to run the Wolfram Language on an embedded computer anywhere.

To be clear, the Raspberry Pi is perhaps 10 to 20 times slower at running the Wolfram Language than a typical current-model laptop (and sometimes even slower when it’s lacking architecture-specific internal libraries). But for many things, the speed of the Raspberry Pi is just fine. And for example, my old test of computing 1989^1989 that used to take many seconds on the computers that existed when Mathematica was young now runs in an immeasurably short time on the Raspberry Pi.

From a software engineering point of view, what’s being bundled with the Raspberry Pi is a pilot version of our new Wolfram Engine. Then there are two applications on the Pi powered by this engine. The first is a command-line version of the Wolfram Language. And the second is Mathematica with its notebook user interface, providing in effect a rich document-based way of interacting with the Wolfram Language.

Wolfram Language and Mathematica icons
The command-line Wolfram Language is quite zippy on the Raspberry Pi. The full notebook interface to Mathematica—requiring as it does the whole X Window stack—can be a trifle sluggish by modern standards (and we had to switch a few things off by default, like our new Predictive Interface, because they just slowed things down too much). But it’s still spectacular: the first time Mathematica has been able to run at all on anything like a $25 computer.

And it’s the whole system. Nothing is left out. All 5000+ Wolfram Language functions. All capabilities of Mathematica and its notebook interface.

For me, one of the most striking things about having all this on the Raspberry Pi is how it encourages me to try a new style of real-world-connected computing. For a start, it’s easy to connect devices to a Pi. And a Pi is small and cheap enough that I can put it almost anywhere. And if I start a Wolfram Language program on it, it’s reliable enough that I can expect it to pretty much go on running forever—analyzing and uploading sensor data, controlling an autonomous system, analyzing and routing traffic, or whatever.

Building in as much automation as possible has been a longstanding principle of mine for the Wolfram Language. And when it comes to external devices, this means consistently curating properties of devices, and then setting up general symbolic functions for interacting with them.

Here’s how one would take this whole technology stack and use it to switch on LEDs by setting voltages on GPIO pins:

GPIO with Wolfram Language

And here’s some image analysis on a selfie taken by a RaspiCam:

RaspiCam self-portrait image analysis with Wolfram Language

Something we’re releasing alongside the Raspberry Pi bundle is a Remote Development Kit, that allows one to develop code and maintain a notebook interface on a standard laptop or other computer, while seamlessly executing code on a networked remote Raspberry Pi. The current RDK connects to a copy of Mathematica (such as Mathematica Student Edition) running on any Mac, PC or Linux machine; soon there will be other options, for example on the web.

Within the Wolfram Language there’s actually a whole emerging structure for symbolically representing remote running language instances—and for collecting results, dispatching commands, doing computations in parallel, and so on. We’re also going to have WolframLink (derived from the MathLink protocol that we’ve used for nearly 25 years), that’ll let one exchange code, data or anything else in a very flexible way.

I’m very excited to see what kinds of things people invent with the Wolfram Language on the Raspberry Pi—and I look forward to reading about some of them in the Wolfram+Raspberry Pi section on Wolfram Community, as well as on the Raspberry Pi Foundation website.

Raspberry Pi post on Wolfram Community
In the next few months, it’s all going to get more and more interesting. What we’re releasing today on the Raspberry Pi is just the first pilot for the Wolfram Language. There’ll be many updates, particularly as we approach the first production release of the language.

As with Wolfram|Alpha on the web, the Wolfram Language (and Mathematica) on the Raspberry Pi are going to be free for anyone to use for personal purposes. (There’s also going to be a licensing mechanism for commercial uses, other Linux ARM systems, and so on.)

As a footnote to history, I might mention that the Raspberry Pi is only the second computer ever on which Mathematica has been bundled for free use. (Not counting, of course, all the computers at universities with site licenses, etc.) The first was Steve Jobs’s NeXT computer in 1988.

I still regularly run into people today who tell me how important Mathematica on the NeXT was for them. Not to mention the gaggle of NeXT computers that were bought by CERN for physicists to run Mathematica—but ended up being diverted to invent the web.

What will be done with the millions of instances of the Wolfram Language that are bundled on Raspberry Pi computers around the world? Maybe some amazing and incredibly important invention will be made with them. Maybe some kid somewhere will be inspired, and will go on to change the world.

But one thing is clear: with the Wolfram Language on Raspberry Pi we’ve got a new path for learning programming—and connecting it to the real world—that a great many people are going to be able to benefit from. And I am very pleased to have been able to do my part to make this happen.

21 Nov 13:30

Synopsis: Entangled through a Wormhole

Expanding on recent studies of black hole entanglement, researchers have now drawn a connection between entangled quark pairs and wormholes.

Published Wed Nov 20, 2013
21 Nov 10:00

“Exposure to Fast Food Impedes Happiness”

by Marc Abrahams

This study is packed with tasty subtleties and interconnectivities:

ZhongToo Impatient to Smell the Roses: Exposure to Fast Food Impedes Happiness,” Julian House [pictured below], Sanford E. DeVoe, and Chen-Bo Zhong [who rose to fame with his study about the MacBeth Effect — see yesterday's blog item about that; he is pictured here, at right], Social Psychological and Personality Science, epub 2013. The authors, at the University of Toronto, explain:

We tested whether exposure to the ultimate symbols of an impatience culture—fast food—undermines people’s ability to experience happiness from savoring pleasurable experiences.

  • Study 1 found that the concentration of fast-food restaurants in individuals’ neighborhoods predicted their tendencies to savor.

  • Study 2 revealed that exposure to fast-food primes impeded participants’ ability to derive happiness from pictures of natural beauty.

  • Julian-HouseStudy 3 showed that priming fast food undermined positive emotional responses to a beautiful melody by inducing greater impatience, measured by both subjective perception of time passage and self-reports of impatience experienced during the music.

(Thanks to investigator Erwin Kompanje for bringing this to our attention.)

The  authors produced a companion study:

Fast food and financial impatience: A socio-ecological approach,” Sanford E. DeVoe, Julian House, and Chen-Bo Zhong,  Journal of Personality and Social Psychology, 105; 2013, pp. 476-494.

BONUS: Toronto Mayor Rob Ford:

20 Nov 09:29

Experimental realization of a water-wave metamaterial shifter

by C. P. Berraquero, A. Maurel, P. Petitjeans, and V. Pagneux

Author(s): C. P. Berraquero, A. Maurel, P. Petitjeans, and V. Pagneux

Rapid Communication We demonstrate by quantitative experimental measurements that metamaterials with anisotropic properties can be used in the context of water waves to produce a reflectionless bent waveguide. The anisotropic medium consists in a bathymetry with subwavelength layered structure that shifts the wave in t...

[Phys. Rev. E 88, 051002] Published Tue Nov 19, 2013

19 Nov 09:45

Editorial: Getting the Word Out

Jacopo.bertolotti

A new journal from APS?
PRX turned out to be a very nice journal. But I am worried about journal inflation and proliferation

Troy Shinbrot, Editor of the new journal Physical Review Applied, explains the importance of making the best applied physics visible to engineers and industry.

Published Mon Nov 18, 2013
18 Nov 14:35

Metasurface holograms for visible light

by Xingjie Ni
Jacopo.bertolotti

For what obscure reason they did not put the paper as "open"?
The result is that I will not read it. Nice move

Article

Holographic techniques provide phase and amplitude information for images of objects, but normally the hologram thickness is comparable to the light wavelength used. Ni et al. present ultra-thin plasmonic holograms that control amplitude and phase in the visible region and are just 30 nm thick.

Nature Communications doi: 10.1038/ncomms3807

Authors: Xingjie Ni, Alexander V. Kildishev, Vladimir M. Shalaev

18 Nov 14:33

Three-dimensional optical holography using a plasmonic metasurface

by Lingling Huang

Article

Holographic techniques allow for the construction of 3D images by controlling the wave front of light beams. Huang et al. develop ultrathin plasmonic metasurfaces to provide 3D optical holographic image reconstruction in the visible and near-infrared regions for circularly polarized light.

Nature Communications doi: 10.1038/ncomms3808

Authors: Lingling Huang, Xianzhong Chen, Holger Mühlenbernd, Hao Zhang, Shumei Chen, Benfeng Bai, Qiaofeng Tan, Guofan Jin, Kok-Wai Cheah, Cheng-Wei Qiu, Jensen Li, Thomas Zentgraf, Shuang Zhang

18 Nov 14:29

Against storytelling of scientific results

by Yarden Katz
Jacopo.bertolotti

I do not necessarily agree with everything said here. But surely this is a nice point to think about

Nature Methods 10, 1045 (2013). doi:10.1038/nmeth.2699

Author: Yarden Katz

18 Nov 14:27

Points of significance: Significance, P values and t-tests

by Martin Krzywinski
Jacopo.bertolotti

Another bite sized piece of statistics that every physicist should know

Nature Methods 10, 1041 (2013). doi:10.1038/nmeth.2698

Authors: Martin Krzywinski & Naomi Altman

The P value reported by tests is a probabilistic significance, not a biological one.

18 Nov 09:33

Workshop "Waves in complex media" - Jun 2014

by admin@wavefrontshaping.net (Administrator)
Jacopo.bertolotti

Nobody invited me :-(
But it is going to be a great summer school anyway ;-) Highly recommended.

Workshop "Waves in complex media"

Dec 11th - 13th, 2013

Institut Scientifique de Cargèse, Corsica, France

Organized by: Sergey Skipetrov (Grenoble), Frank Scheffold (Fribourg) and Diederik Wiersma (Florence)

GDR Mesoimage

Link: here

15 Nov 15:29

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