Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Concorso Mensile di SxT
**La prossima domanda sarà pubblicata il 18 maggio alle 16:30**
I più veloci a rispondere riceveranno dei gadget di SxT!
Archivio domande/risposte
14 aprile 2021
Per quale principio due elettroni non possono stare in uno stesso stato quantico?
a. principio di indeterminazione di Heisenberg
b. principio di esclusione di Pauli
c. principio di complementarietà di Bohr
d. nessuno dei precedenti, due elettroni possono stare su uno stesso stato quantico
**Luca di Genova e Martina di Maglie sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 14 aprile**
La risposta corretta è la b.
Due elettroni non possono stare sullo stesso stato quantico per il principio di esclusione di Pauli.
Il principio di esclusione di Pauli, formulato da Wolfgang Pauli nel 1925, è un principio della meccanica quantistica che afferma che due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico.
Il principio si applica solo ai fermioni, ovvero particelle con spin semi-intero, che includono protoni, neutroni ed elettroni, le tre particelle che compongono la materia ordinaria. Esso non è valido per i bosoni, ovvero le particelle con spin intero.
17 marzo 2021
Prodotti in alta atmosfera dalle collisioni dei raggi cosmici con i nuclei atomici delle molecole d’aria, i muoni sopravvivono circa 2,2 microsecondi prima di decadere, producendo un elettrone e due neutrini. Poiché viaggiano quasi alla velocità della luce, in 2,2 microsecondi (vita media) i muoni dovrebbero percorrere circa 660 m, ma allora come fanno a raggiungere la Terra dall'alta atmosfera?
**Giada di Brescia e Marco di Bologna sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 17 marzo**
I muoni che vengono prodotti in alta atmosfera, a decine di km dalla Terra, viaggiano a velocità prossime a quella della luce. Per questo sono considerati relativistici e per loro non sono trascurabili gli effetti della Relatività Speciale teorizzata da Einstein: la dilatazione dei tempi e la contrazione delle lunghezze.
Per noi sulla Terra il tempo dei muoni rallenta. Nel tempo proprio del muone sono sempre trascorsi al massimo 2,2 microsecondi, ma nel sistema di riferimento della Terra, in base all'energia del muone possono passare anche diversi secondi prima che il muone decada. Per esempio, un muone di 1 GeV viaggerà al 99,4% della velocità della luce e il tempo si dilata di 10 volte. Se l'energia è di 10 GeV la velocità sarà pari al 99,994% di quella della luce e il muone potrà viaggiare per un tempo circa 100 volte superiore al suo tempo proprio di decadimento e potrà attraversare tutta l'atmosfera.
Possiamo notare che si può vedere anche il problema dal punto di vista del muone e in questo caso, viaggiando così veloci, per i muoni la distanza dall'alta atmosfera al suolo terrestre si contrae e 2,2 microsecondi sono sufficienti per raggiungere la Terra.
15 febbraio 2021
Vogliamo andare al mare e portarci del ghiaccio. Di che materiale dovrebbe essere lo stampo perché l'acqua si solidifichi più rapidamente una volta messa nel congelatore?
- vetro
- plastica
- alluminio
- legno
** Giuseppe di Milano e Samuel di Pavia sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 15 febbraio **
La risposta corretta è la numero 3: l'alluminio è il miglior conduttore di calore tra quelli elencati e quindi disperde il calore dall'acqua con più facilità aiutando la solidificazione.
20 gennaio 2021
E se la pallina finisse in un buco che arriva dall'altro lato della Terra passando per il suo centro, che cosa succederebbe?
Con un po' di fantasia pensate alla Terra come a una sfera perfetta, che gli effetti della sua rotazione siano trascurabili e che dentro al tunnel non ci sia l'attrito dovuto all'aria né la temperatura e la pressione elevatissime al centro della Terra. E motivate la risposta!
** Raffaella di Zoagno e Andrea di Nuoro sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 20 gennaio **
Se fossimo in grado di scavare un tratto di tunnel che andasse direttamente al centro della Terra e di far cadere al suo interno la pallina, il viaggio del povero oggetto non sarebbe tranquillissimo. Prima ancora di aver percorso l'uno per cento del viaggio, la pallina sarebbe sbriciolata dall'immensa pressione e bruciata dal calore. Ma facciamo finta di aver scavato dritto nel nocciolo e che la pallina sia indistruttibile.
In assenza di aria la pallina impiegherebbe circa 20 minuti per raggiungere il centro, arrivando a una velocità massima di circa 40.000 km/h. Superato il centro incomincerebbe a rallentare per poi raggiungere l’altro estremo in un continuo pendolare tra i due estremi. In presenza di aria, la pallina raggiungerebbe rapidamente la velocità asintotica di circa 200 km/h e occorrerebbe un giorno e mezzo di caduta per arrivare al centro. Una volta lì, incomincerebbe a pendolare con periodi sempre più brevi e in poco tempo rimarrebbe bloccata nel centro.
15 dicembre 2020
Immaginiamo di essere un pattinatore al centro di un lago ghiacciato, la cui superficie è perfettamente liscia. In assenza di attrito non riusciremmo a far presa sul ghiaccio per spingerci in avanti. Esiste un modo per raggiungere la riva?
Motivare la risposta
** Mara di Schio e Lorenzo di Cordovado sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 15 dicembre **
Risposta corretta:
In assenza di attrito, possiamo considerare il moto orizzontale del pattinatore sul lago ghiacciato come quello in un sistema isolato dalle forze esterne. In un sistema isolato la quantità di moto totale si conserva e in questo caso è pari a zero, essendo il pattinatore fermo al centro del lago. Sfruttando tale legge di conservazione e trascurando l'attrito dell'aria, per raggiungere la riva al pattinatore basterà lanciare un oggetto (guanto, cappello, pattino, ecc.) in una direzione, che avrà come conseguenza quella di imporre un moto in direzione opposta al pattinatore stesso, per il principio di azione e reazione.
17 novembre 2020
Se vogliamo raffreddare un oggetto ad una temperatura il più vicino possibile allo zero assoluto, lo dobbiamo immergere in un contenitore pieno di:
- ghiaccio secco
- elio liquido
- azoto liquido
- neon liquido
Motivare la risposta
La risposta corretta è: Elio liquido.
** Giulia di Valdagno e Lucia di Modena sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 17 novembre **
Se prendiamo come riferimento lo Zero assoluto, pari a -273.2ºC (0K), l'elio si trova in fase liquida a temperature inferiori a -269ºC (4.2K). L'elio liquido viene utilizzato nella criogenia, in particolare nel raffreddamento dei magneti superconduttori, come quelli del Large Hadron Collider al CERN di Ginevra, ma anche quelli dalle apparecchiature per la risonanza magnetica nucleare.
Per approfondimenti: https://scienzapertutti.infn.it/3-strutture-chimiche-dei-superconduttori-e-scala-di-temperatura
13 ottobre 2020
Se al posto del Sole ci fosse un buco nero di uguale massa, la forza gravitazionale sulla Terra sarebbe diversa?
a) sarebbe la stessa, non cambierebbe nulla
b) aumenterebbe enormemente, e tutti i pianeti collasserebbero nel buco nero
c) aumenterebbe e tutti i pianeti, fino a Venere, collasserebbero nel buco nero
d) diminuirebbe portando ad un evento esplosivo del sistema solare
La riposta giusta è la a)
**Salvatore e Rina sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 13 ottobre **
Non ci sarebbe alcun cambiamento gravitazionale, nè per la Terra nè per gli altri pianeti, compresi quelli più vicini al centro del sistema solare.
Per capire questo possiamo calcolare il raggio di un buco nero con massa equivalente a quella del Sole. Questo è il raggio di Schwarzschild che identifica l’orizzonte degli eventi, cioè quel valore al di sotto del quale la velocità di fuga dal corpo supera la velocità della luce e quindi identifica la distanza dalla quale non ci si può allontanare dal corpo.
Nel caso in questione, il raggio di Schwarzschild vale circa 3 km, a fronte di un raggio reale medio del Sole di circa 700000 km. Qualsiasi pianeta del sistema solare si trova ben al di fuori dell’orizzonte degli eventi di un tale buco nero. In definitiva, per distanze superiori ai 3 km, il campo gravitazionale ha un andamento regolare e lo spazio-tempo si comporta come se nulla fosse successo.
16 settembre 2020
Quali di queste scoperte da Nobel non viene utilizzata nei nostri telefoni cellulari:
- a Effetto fotoelettrico
- b Superconduttività
- c Led blu
- d Transistor
motivare la risposta
**Raffaele da Palazzolo dello Stella e Giovanni da Marsico Nuovo sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 16 settembre **
La risposta corretta è la B) Superconduttività
L'effetto fotoelettrico viene infatti sfruttato nelle fotocamere degli smartphone; i led blu vengono utilizzati negli schermi degli smartphone; ed i transistor sono componenti elettronici alla base praticamente di qualunque dispositivo elettronico. La superconduttività è invece alla base, per esempio, del funzionamento dei magneti necessari al funzionamento del più grande acceleratore di particelle del mondo, ovvero il Large Hadron Collider al CERN di Ginevra. Trovate qui un approfondimento sul fenomeno della superconduttività.
15 luglio 2020
Quale di queste particelle formate da quark non è mai stata osservata?
a) Mesone (formato da 2 quark)
b) Barione (formato da 3 quark)
c) Tetraquark (formato da 4 quark)
d) Pentaquark (formato da 5 quark)
e) Sono state osservate tutte le precedenti
**Alice A. e Andrea S. di Roma sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 15 luglio *
Mesoni e barioni sono particelle molto comuni in natura. Tra i primi, ci sono i pioni che, ad esempio, si formano negli sciami di raggi cosmici che colpiscono la nostra atmosfera. I barioni più comuni sono protoni e neutroni che formano il nucleo atomico.
Tetraquark e pentaquark sono particelle cosiddette "esotiche" che possono essere create da eventi rari ed altamente energetici, per esempio in acceleratori di particelle. I primi tetra e pentaquark sono stati sommariamente osservati all’inizio degli anni 2000, ma è solo con l’LHC che, negli ultimi anni, l’esperimento LHCb li ha potuti studiare nel dettaglio.
Domanda 16 giugno
domanda del 16 giugno
In quale di questi mezzi la luce ha la velocità minore?
a) Vuoto
b) Acqua
c) Vetro
d) La velocità della luce è una costante
Motivare la risposta.
La risposta esatta è la C
** i più veloci a rispondere Clelia da Vitulazio (CE) e Matilde da Zoagli (GE) sono state le più veloci a rispondere correttamente **
Come ci insegna la teoria della relatività ristretta, la velocità della luce è costante, ma nel vuoto! In altri mezzi trasparenti la velocità e’ minore e dipende dall’indice di rifrazione. In particolare v=c/n dove n è appunto l’indice di rifrazione specifico del mezzo. In pratica maggiore è l’indice di rifrazione, minore sarà la velocità della luce.
Per es.:
Domanda 19 maggio
Tutti sappiamo che Einstein è famoso per la teoria della relativitá, ristretta e generale. La relatività spiega tante cose che riguardano il nostro Universo. Ma c'è un'applicazione della relatività di uso quotidiano che è alla portata di tutti sui nostri telefoni cellulari.
Di quale applicazione stiamo parlando?
**i più veloci a rispondere sono stati Roberto da Fisciano (SA) e Siria da Roma**
la risposta corretta
L'applicazione in questione è il GPS. Il Global Positioning System (GPS), originariamente sviluppato per uso militare, consiste in una rete di una trentina di satelliti che orbitano intorno alla Terra, ad un’altitudine di circa 20.000 km. Il segnale viene trasmesso in forma di onde radio che, essendo onde elettromagnetiche, viaggiano alla velocità della luce. La determinazione della posizione è un processo assai elaborato. Senza una conoscenza accurata della Teoria della Relatività Ristretta e della Teoria della Relatività Generale i GPS non funzionerebbero. Infatti, i satelliti si muovono rispetto al ricevitore, facendo sì che il loro orologio vada più piano. I campi gravitazionali cambiano sia la velocità degli orologi, sia la propagazione dei segnali radio. Inoltre, la Terra ruota intorno a se stessa, inducendo ulteriori effetti. Solo grazie all'uso delle formule proposte della Teoria della Relatività, sia ristretta che generale, è possibile tener conto di tutti questi effetti e di apportare le correzioni necessarie per raggiungere l'altissima precisione dei GPS.
Per approfondimenti vedi link
Domanda 20 aprile
Quanti acceleratori di particelle esistono al mondo?
a) circa 50;
b) circa 300;
c) circa 2000;
d) circa 30000.
Motivare la risposta.
** i più veloci a rispondere correttamente alla domanda di lunedì 20 aprile sono Andrea da Vasto e Nuria **
La risposta corretta è la 4)
Sarà sorprendente scoprire che di tutti gli acceleratori esistenti, e con energie superiori a quelle usate per generare raggi X, solo il 5% è impiegato nella ricerca.
I circa 30000 acceleratori esistenti sono così distribuiti:
0.5% nella ricerca in fisica di base
0.5% nella ricerca in fisica applicata
4% nella ricerca in biologia
I due campi di applicazione più comuni sono la medicina (35%) in particolare per la diagnosi e il trattamento dei tumori e la produzione di radiofarmaci, e l’industria (60%) in particolare per il drogaggio di semiconduttori con impiantazione di ioni.
Domanda 10 marzo
Quanti atomi ci sono in questa bottiglia di 650 ml riempita d'acqua?
vincerai in premio la borraccia!
i più veloci a rispondere e a vincere la borraccia SxT sono stati Riccardo C. di Perugia e Marco P. di Austis (NU)
guarda la risposta corretta
Domanda 13 Gennaio 2020
L'aurora boreale è il risultato della collisione tra particelle cariche rilasciate dal Sole e particelle gassose nell’atmosfera terrestre, con relativa emissione di luce che la rende spettacolare. Qual'è la causa del fatto che le aurore sono visibili solo al Polo Nord ed al Polo Sud?
a) La bassa temperatura;
b) Il Campo Magnetico terreste;
c) La composizione dell'atmosfera;
d) La posizione dei poli rispetto al Sole.
Motivare la risposta.
** i più veloci a rispondere sono stati Caterina da Martina Franca (TA) e Salvatore da Teggiano (SA) **
la risposta giusta è la b) Il Campo Magnetico terreste
L’aurora boreale è prodotta dalle particelle solari, in gran parte costituite da elettroni, che vengono spinte contro il campo magnetico terrestre a grande velocità, entrando così in collisione con gli atomi dei gas presenti negli strati più esterni dell’atmosfera. Questo gran movimento di particelle produce energia generando, ai nostri occhi, luce di varie lunghezze d’onda: i cosiddetti archi aurorali. Per via della particolare geometria del campo magnetico terrestre, la carica di elettroni del Sole viene indirizzata verso i due poli magnetici della Terra, il Polo Nord e il Polo Sud. Per questo motivo sarebbe più giusto chiamare il fenomeno aurora polare, distinguendola poi in boreale o australe a seconda dell’emisfero in cui essa avviene.
Domanda 11 febbraio
Cosa succede alla velocità e alla direzione di un’astronave e di un fascio di luce che passano nelle vicinanze di un grande oggetto massivo?
a) sia l’astronave che i fotoni cambiano velocità e direzione
b) l’astronave cambia velocità e direzione mentre i fotoni rimangono inalterati
c) l’astronave cambia velocità e direzione mentre i fotoni cambiano solo la direzione
d) sia l’astronave che i fotoni cambiano solo la direzione
Motivare la risposta.
I più veloci a rispondere correttamente alla domanda dell'11 febbraio sono stati Chiara da Calolziocorte (Lc), Andrea e Laura da Udine
La risposta corretta è la c
Un corpo massivo deforma lo spazio-tempo presentando così un campo gravitazionale. Il fotone, seguendo la deformazione, cambierà la direzione, varierà la sua frequenza, ma non cambierà la sia velocità dato che, nel vuoto, è una costante. L’astronave subirà quello che si chiama “effetto fionda”. Per azione del campo gravitazionale cambierà direzione e anche velocità. La sua velocità aumenterà se passerà dietro all’oggetto massivo (supposto in movimento) e diminuirà se passerà avanti.
Domanda 16 dicembre 2019
La risposta corretta, quindi l’affermazione falsa, è la b)
a) L’antimateria si crea normalmente in laboratorio. Ad esempio con un acceleratore di particelle si può creare una enorme varietà di antiparticelle.
c) Si creano gli ipernuclei con gli acceleratori di particelle. Ai Laboratori Nazionali di Frascati, per molti anni, ha funzionato l’esperimento Finuda che era specializzato nella rivelazione di ipernuclei creati attraverso il collisore Daphne. Un ipernucleo è un nucleo più pesante dove una particella Lambda ha sostituito un neutrone.
d) Praticamente ogni esperimento dedicato allo studio di neutrini è in grado di rivelare i neutrini che vengono prodotti dalle reazioni nucleari che avvengono sul Sole.
L’affermazione b) è falsa perchè in natura è impossibile osservare un quark libero. Infatti, se cerchiamo di “liberarlo”, l’energia impiegata per far ciò crea delle coppie di quark-antiquark che si trasformano in nuove particelle. Tale proprietà prende il nome di “confinamento”. Negli esperimenti di alte energie, osservando le caratteristiche di un gruppo di particelle rivelate, si può dedurre quale tipo di quark è stato all’origine dell’interazione.
Riceveranno i nostri gadeget:
Daniele B., Alberto N., Paolo P., Francesco M., Lorenzo M. Raffaella P., Giuseppe F.
Quale delle seguenti informazioni è falsa?
a) L’antimateria è stata creata in laboratorio
b) Il quark libero è stato osservato al CERN
c) Sono stati creati ipernuclei
d) Sono stati rivelati neutrini provenienti dal Sole
Dare una breve spiegazione
Domanda 10 settembre
Domanda del 10 settembre, 2019
Gli atomi che compongono la materia sono formati da un nucleo molto piccolo e da elettroni presenti su orbite intorno al nucleo stesso. Poiché il nucleo ha un volume di circa 1015 volte più piccolo dell'atomo e gli elettroni sono puntiformi, l'atomo è praticamente "vuoto". Noi però percepiamo gli oggetti solidi come "pieni". In altre parole, se proviamo ad attraversare un muro o un tavolo con la mano non ci riusciamo, anche se gli atomi che lo compongono sono "vuoti".
Qual'è dunque la forza fondamentale che ci fa percepire la materia come "piena"?
a- forza nucleare forte
b- forza gravitazionale
c- forza elettromagnetica
d- forza nucleare debole
* I più veloci a rispondere sono stati Gabriele T. di Manfredonia (Foggia) Claudia L. di Vicopisano (Pisa) *
La risposta giusta è la C, cioè la forza elettromagnetica, la quale avvicina le cariche di segno opposto e allontana quelle di segno uguale. Toccando materiale solido , gli elettroni (di segno negativo) che circondano i suoi atomi si oppongono agli elettroni che compongono gli atomi del nostro corpo, anch’essi negativi. La forza repulsiva viene così percepita come solidità e pienezza della materia.
Domanda 16 Ottobre
Domanda del 16 Ottobre, 2019
Quale delle seguenti onde porta la maggiore energia per singolo fotone?
a) raggi X
b) onde radio
c) infrarossi
d) microonde
motivare la risposta
* i più veloci a rispondere sono stati Antonio da Cagliari e Susanna da Terni*
La risposta corretta è A.
L’energia del fotone è direttamente proporzionale alla frequenza dell’onda. Guardando lo spettro dei fotoni vediamo che alle frequenze maggiori, e quindi energie, ci sono i Raggi Gamma, seguiti dai Raggi X, dai Raggi Ultravioletti, onde luminose, infrarossi, microonde e onde radio.
Domanda 19 Novembre
Grazie a quale effetto fisico gli astrofisici hanno capito che le galassie si stanno allontanando?
-a Effetto fotoelettrico;
-b Effetto Hall;
-c Effetto Doppler;
-d Effetto Joule.
Motivare la risposta
* Marco S. da Genova Nervi e Raffaele V. da Palazzolo dello Stella (UD) sono stati i più veloci a rispondere alla domanda del 19 novembre *
Domanda 17 luglio
Quale fenomeno quantistico è alla base della fusione nucleare che avviene nel nucleo centrale del Sole?
A) Effetto Fotoelettrico
B) Effetto Tunnel
C) Effetto Doppler
D) Effetto Joule
Motivare la risposta.
* Raffaele V. da Udine e Fabrizio G. da Napoli sono stati i più veloci a rispondere correttamente*
La risposta corretta è la B
Domanda 11 giugno 2019
Visto l'arrivo delle vacanze, alcuni di voi potranno leggere la domanda seduti in riva al mare, scrutando la linea dell'orizzonte su cui tramonta il Sole (per chi si trovasse ad esempio sul mar Tirreno). Immaginate ora di essere seduti invece nella pianura Acidalia Planitia su Marte al tramonto. L'orizzonte su cui tramonta il Sole si trova più lontano da te sulla Terra o su Marte?
a) Sulla Terra perché il raggio del nostro pianeta è maggiore rispetto a quello di Marte
b) L'orizzonte non esiste, la Terra e tutti i pianeti sono piatti
c) Su Marte perché è più lontano dal Sole
Motivare la risposta
*I vincitori sono Matteo di Pavullo nel Frignano (MO) e Antonella di Villaricca (NA) *
La risposta giusta è la a)
In approssimazione di pianeta perfettamente sferico e di altezza h dell'osservatore molto più piccola del raggio R del pianeta e di osservatore vicino alla superficie dello stesso, da considerazioni geometriche è possibile ricavare la distanza d dell'orizzonte dall'osservatore come: d =√2Rh Poiché il raggio terrestre è superiore a quello marziano, la distanza dall'orizzonte sarà maggiore sulla terra che su Marte.
