Materia oscura e neutrini: il Cern promuove un nuovo esperimento

Al CERN di Ginevra si apre una nuova frontiera nella ricerca della materia oscura e nello studio dei neutrini. Un nuovo esperimento opererà sul più grande e potente acceleratore di particelle al mondo. Il Research Board del CERN ha approvato, infatti, il nono esperimento che utilizzerà il  Large Hadron Collider: SND@LHC, ovvero Scattering and Neutrino Detector at the LHC, il nuovo rilevatore di particelle SND. Progettato per rivelare e studiare i neutrini, particelle simili agli elettroni ma senza carica elettrica e con una massa almeno un milione di volte più piccola, il rilevatore estenderà la frontiera della conoscenza in un nuovo dominio.

L’esperimento SND@LHC coinvolge un gruppo di 180 scienziati di 20 Istituti in 10 Paesi dall’Asia all’America coordinati dal professore Giovanni De Lellis, fisico dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e associato INFN. Oltre ai ricercatori del Dipartimento di Fisica federiciano “E. Pancini” e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, al progetto collaborano anche ricercatori del Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura e di Ingegneria elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione.

“L’esperimento aprirà una nuova frontiera nello studio dei neutrini e nella ricerca di materia oscura – dice il professore Giovanni De Lellis, responsabile internazionale del gruppo di ricercatori -. E siccome una buona parte dei neutrini è originata dai decadimenti di quark pesanti, i neutrini costituiscono un modo unico per studiare la produzione di questi quark, altrimenti inaccessibile”.

SND@LHC è un apparato sperimentale molto compatto, di circa 2 m3 di volume, che ha l’ambizioso obiettivo di concentrare in un volume così compatto le apparecchiature che consentono di effettuare tutte le misure necessarie a identificare i neutrini e a studiarne le loro proprietà.

Ipotizzati dal fisico austriaco Wolfgang Pauli nel 1930 e osservati per la prima volta nel 1956, i neutrini sono studiati utilizzando sia sorgenti naturali che artificiali, come gli acceleratori. Essi rimangono oggigiorno le più enigmatiche tra le particelle elementari dell’Universo. SND@LHC misurerà neutrini prodotti per la prima volta a un collisionatore di particelle, ovvero un acceleratore che fa scontrare due fasci di particelle, aprendo così una nuova frontiera nella fisica del neutrino. Le collisioni inoltre producono neutrini di energia mai raggiunta prima. Inoltre, SND@LHC ricercherà anche nuove particelle, molto debolmente interagenti con la materia che non sono previste dal Modello Standard delle particelle e dei campi e che potrebbero costituire la cosiddetta materia oscura dell’Universo.

L’apparato SND, infatti, consta di una regione cosiddetta del bersaglio dove i neutrini interagiscono nel materiale di tungsteno e rivelatori traccianti di risoluzione micrometrica ricostruiscono il vertice dell’interazione. Tale regione è seguita da un calorimetro che misura l’energia dei neutrini e da un sistema di identificazione dei muoni. L’apparato è in grado di misurare anche il tempo che intercorre tra la produzione e l’interazione dei neutrini, distante circa 480m, distinguendoli così da eventuali nuove particelle di massa più grande che viaggerebbero più lentamente.

SND@LHC sarà posizionato a 480m dal punto di collisione dell’esperimento ATLAS ad angolo molto piccolo rispetto alla direzione di incidenza dei fasci. L’installazione avverrà nel corso del 2021 in un tunnel sotterraneo che collega LHC al Super Proton Synchrotron, e comincerà a registrare dati nel 2022 quando LHC ripartirà.

“L’approvazione di questo progetto con il coinvolgimento di gruppi di ricerca multidisciplinari dell’Università Federico II è il primo frutto tangibile del lavoro della Task Force d’Ateneo SHiP-Fed in cui sono coinvolti dieci Dipartimenti. Questo progetto apre un nuovo filone di ricerca a cui contribuiranno i saperi federiciani in modo trasversale”, sottolinea il professore De Lellis.

Il rover cinese Zhurong è atterrato su Marte

La sonda cinese “Tianwen-1” ha toccato la superficie di Marte. Lo hanno annunciato i media cinesi.

Tianwen-1 ha completato con successo le procedure di atterraggio posando in sicurezza il rover Zhurong sulle dune di Utopia Planitia, zona pianeggiante ed uniforme di Marte.

Ercolano, eruzione del 79 d.c.: scoperti neuroni perfettamente preservati

Un nuovo studio pubblicato dal PLOS ONE, autorevole rivista scientifica americana, rivela l’eccezionale scoperta di neuroni umani da una vittima dell’eruzione che nel 79 d.C. seppellì Ercolano, Pompei e l’intera area vesuviana fino a 20 km di distanza dal vulcano.

La straordinaria scoperta è tutta italiana, frutto del prestigioso lavoro dell’antropologo forense Pier Paolo Petrone, responsabile del Laboratorio di Osteobiologia Umana e Antropologia Forense presso la sezione dipartimentale di Medicina Legale dell’Università di Napoli Federico II in collaborazione con geologi, archeologi, biologi, medici legali, neurogenetisti e matematici di Atenei e centri di ricerca nazionali, che hanno raggiunto risultati eccezionali nonostante le limitazioni imposte dal Covid-19. “Il rinvenimento di tessuto cerebrale in resti umani antichi è un evento insolito – spiega Petrone, coordinatore del team – ma ciò che è estremamente raro è la preservazione integrale di strutture neuronali di un sistema nervoso centrale di 2000 anni fa, nel nostro caso a una risoluzione senza precedenti”.

L’eruzione, che causò la devastazione dell’area vesuviana e la morte di migliaia di abitanti, seppellendo in poche ore la città di Ercolano ha permesso la conservazione di resti biologici, anche umani. “La straordinaria scoperta ha potuto contare sulle tecniche più avanzate e innovative di microscopia elettronica del Dipartimento di Scienze dell’Università di Roma Tre, un’eccellenza italiana – spiega Guido Giordano, ordinario di Vulcanologia presso il Dipartimento di Scienze dell’Ateneo romano – dove le strutture neuronali perfettamente preservate sono state rese  possibili grazie alla conversione del tessuto umano in vetro, che dà chiare indicazioni del rapido raffreddamento delle ceneri vulcaniche roventi che investirono Ercolano nelle prime fasi dell’eruzione.

“I risultati del nostro studio mostrano che il processo di vetrificazione indotto dall’eruzione, unico nel suo genere, ha “congelato” le strutture cellulari del sistema nervoso centrale di questa vittima, preservandole intatte fino ad oggi”, aggiunge Petrone.

Le indagini sulle vittime dell’eruzione proseguono in sintonia tra i vari ambiti della ricerca. “La fusione delle conoscenze dell’antropologo forense e del medico-legale stanno dando informazioni uniche, altrimenti non ottenibili”, afferma Massimo Niola, ordinario e direttore della U.O.C. di Medicina Legale presso la Federico II.

Lo studio ha anche analizzato i dati di alcune proteine già identificate dai ricercatori in un lavoro pubblicato a gennaio scorso dal New England Journal of Medicine. “Un aspetto di rilievo potrebbe riguardare l’espressione di geni che codificano le proteine isolate dal tessuto cerebrale umano vetrificato” spiega Giuseppe Castaldo, Principal Investigator del CEINGE e ordinario di Scienze Tecniche di Medicina di Laboratorio della Federico II. “Tutte le trascrizioni geniche da noi identificate sono presenti nei vari distretti del cervello quali, ad esempio, la corteccia cerebrale, il cervelletto o l’ipotalamo”, aggiunge Maria Giuseppina Miano, neurogenetista presso l’Istituto di Genetica e Biofisica “Adriano Buzzati-Traverso” del CNR di Napoli.

Le indagini sui resti delle vittime dell’eruzione non si fermano qui. Questi e altri risultati delle indagini bioantropologiche e vulcanologiche in corso a Ercolano stanno via via riportando alla luce particolari mai prima messi in evidenza, che arricchiscono il complesso quadro di eventi della più nota tra le eruzioni del Vesuvio. “Gli straordinari risultati ottenuti – conclude Francesco Sirano, Direttore del Parco Archeologico di Ercolano – dimostrano l’importanza degli studi multidisciplinari condotti dai ricercatori della Federico II e l’unicità di questo sito straordinario, ancora una volta alla ribalta internazionale con il suo patrimonio inestimabile di tesori e scoperte archeologiche”.

Il PLoSONE, prestigiosa rivista scientifica a livello internazionale, ha pubblicato i risultati dello studio che è stato eseguito dal team di ricerca dell’antropologo Pier Paolo Petrone di cui fanno parte il professor Massimo Niola (Medicina Legale della Federico II di Napoli), il professor Giuseppe Castaldo (CEINGE-Biotecnologie avanzate di Napoli) e il professor Guido Giordano (Università Roma Tre), in collaborazione con il Direttore del Parco Archeologico di Ercolano, Francesco Sirano, insieme ad altri ricercatori del CNR di Napoli e delle Università Federico II di Napoli, di Roma Tre e della Statale di Milano.

Pier Paolo Petrone è antropologo forense ed è responsabile del Laboratorio di Osteobiologia Umana e Antropologia Forense presso la sezione dipartimentale di Medicina Legale dell’Università di Napoli Federico II, diretta dal professore Massimo Niola.

Alzheimer, recuperare le abilità esecutive con la stimolazione del midollo spinale

Un nuovo trial clinico, effettuato dai ricercatori della Fondazione Santa Lucia IRCCS e dell’Università Federico II di Napoli ha evidenziato i vantaggi di supportare il training cognitivo in pazienti con Alzheimer moderato con la Stimolazione Transpinale a Corrente Diretta (TsDCS).

Lo studio ha coinvolto 16 persone con Malattia di Alzheimer con sintomi di media gravità e difficoltà cognitive nelle abilità esecutive. Il trattamento cognitivo computerizzato è stato somministrato in due condizioni sperimentali: una durante la stimolazione del midollo spinale (tsDCS), e una condizione placebo nella quale la stimolazione veniva interrotta dopo pochi secondi e il paziente proseguiva il solo training cognitivo. In entrambe le condizioni, il trattamento è durato 15 giorni, con una seduta al giorno della durata di un’ora.

I risultati hanno evidenziato un maggiore recupero delle abilità esecutive nei pazienti in cui la stimolazione del midollo spinale avveniva realmente rispetto alla condizione placebo. Tale miglioramento persisteva a distanza di un mese dalla fine del trattamento ed è stato evidenziato anche dai test neuropsicologici in funzioni che non erano state oggetto specifico di trattamento come la memoria e l’attenzione.

Il risultato è stato pubblicato sul Journal of Alzheimer’s Disease, a firma dei ricercatori della Fondazione Santa Lucia IRCCS del Laboratorio di Ricerca sull’Afasia in collaborazione con il Laboratorio di Neuropsicologia della Memoria.

“Lo studio parte dalla teoria dell’Embodied Cognition o ‘conoscenza incarnata’ ormai consolidata in ambito neuroscientifico. Secondo questa prospettiva – spiega la Prof.ssa Paola Marangolo, Responsabile del Laboratorio di Ricerca sull’Afasia della Fondazione Santa Lucia IRCCS e Professore Ordinario di Psicobiologia, Psicologia Fisiologica e Neuroscienze Cognitive all’Università Federico II di Napoli –  esiste una relazione tra il sistema cognitivo e il sistema sensorimotorio: linguaggio, memoria, attenzione, funzioni esecutive sono in parte controllati dal sistema motorio, in quanto mediati da azioni motorie”.

Il nostro lavoro – afferma Marangolo – apre la strada a nuove frontiere neuroriabilitative. Il midollo spinale, infatti, è una struttura molto ricca di fibre nervose che inviano informazioni in parti diverse della corteccia: la stimolazione midollare risolverebbe quindi il problema di dover decidere a priori quale parte del cervello debba essere direttamente stimolata. Inoltre, a differenza di quella corticale, essendo di facile applicazione, consentirebbe al paziente di eseguire simultaneamente esercizi cognitivi senza l’impedimento degli elettrodi applicati sulla testa”.

Infine – conclude Marangolo – considerata la vastità delle lesioni che spesso si riscontrano a livello cerebrale sia nelle persone con patologie neurodegenerative come l’Alzheimer che nelle persone colpite da ictus, la stimolazione midollare potrebbe rappresentare una nuova strada di accesso al recupero cognitivo”.

Nel 2017 lo stesso team di ricerca aveva dimostrato che nei pazienti colpiti da ictus la stimolazione del midollo spinale determinava un miglioramento del linguaggio, con uno studio pubblicato su Frontiers of Neurology.

 

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