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Si è appena conclusa la quinta edizione della Scuola estiva “Le Scienze, il Museo e la Scuola” organizzata dal Museo di Storia Naturale dell'Università di Pisa. Si tratta ormai di un appuntamento fisso per molti insegnanti del primo ciclo (scuola dell’infanzia, primaria e secondaria di primo grado), ma quest’anno si sono iscritti molti insegnanti alla loro prima esperienza al Museo. Quali sono le aspettative di un insegnante che decide di dedicare tre interi giorni di settembre alla propria formazione? Si tratta di tre giorni impegnativi, scanditi da un programma intensivo con relazioni di esperti, lavori di gruppo, laboratori didattici e visite alle esposizioni museali, nella suggestiva cornice della Certosa. Un questionario iniziale ha indicato che la principale delle aspettative è di tipo metodologico: ci si aspetta cioè di imparare COME insegnare in modo significativo le scienze a bambini e ragazzi. Si è consapevoli che l’insegnamento delle scienze affrontato senza una seria riflessione da parte dell’insegnante rischia di essere perlomeno inefficace e spesso ha l’effetto di disamorare i giovani allo studio delle scienze.

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La scommessa della Scuola estiva è quella di far vivere direttamente agli insegnanti esperienze concrete di apprendimento, basate sull’osservazione accurata di oggetti naturali e dei reperti museali, e sulla discussione di gruppo per la interpretazione e la costruzione della conoscenza. Gli esperti, interni ed esterni al Museo, che ogni anno collaborano alla buona riuscita del'inizaitiva, mettono a disposizione la loro conoscenza nell’inquadramento teorico iniziale, per risolvere i problemi che si incontrano durante i laboratori, e guidano le attività, gli insegnanti utilizzano quanto sperimentato e appreso per la costruzione di percorsi didattici per i vari ordini di scuola. La formula incontra il gradimento degli insegnanti, che la ritengono utile per il proprio lavoro didattico; la speranza è quella di contribuire al rinnovamento dell’insegnamento delle scienze, anche tenendo conto che la formazione degli insegnanti è uno dei compiti istituzionali dell’Università.

Ogni edizione della Scuola estiva affronta tre temi diversi. Quest’anno si partiva dalla preistoria, con una giornata dal titolo “Primitivo a chi?”. Ha introdotto i lavori Giovanna Radi, con una panoramica sull’evoluzione dell’uomo a partire dalle sue origini; ha proseguito Lucia Angeli presentando la nuova sala del Museo dedicata ai ritrovamenti nella “Grotta del Leone” (Asciano, Pisa), importante punto di riferimento per la preistoria toscana. Il pomeriggio è stato dedicato all’archeologia sperimentale, sotto la guida di Marcella Parisi. Gli insegnanti hanno realizzato, con le tecniche e i materiali della preistoria, vari oggetti: pitture, collane, strumenti musicali e vasi.

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La seconda giornata “Le forme dell’aria” è stata dedicata allo studio degli uccelli. Ha introdotto i lavori Chiara Sorbini rivelandoci che, come evidenziato nella nuova sala del Museo inaugurata nel mese di luglio, gli uccelli derivano dai dinosauri. Dimitri Giunchi, Lorenzo Vanni, Simone Farina hanno presentato poi le principali caratteristiche degli uccelli, direttamente sui reperti museali ed anche attraverso specifiche attività pratiche dedicate alla forma e alla funzione di ali, zampe e becchi.

La terza ed ultima giornata “Agrumi in tutti i sensi” ha preso spunto dagli agrumi presenti nella Certosa per introdurre alla biodiversità di questi frutti. Guido Flamini ha presentato il tema ed è stato possibile osservare le piante nelle celle e nei giardini della Certosa. Ha proseguito i lavori Angela Zinnai, e infine Isabella Taglieri e Monica Macaluso hanno proposto agli insegnanti alcuni test sensoriali dedicati al gusto e all’olfatto. Odori e sapori sono stati lo spunto per il laboratorio di scrittura creativa condotto da Luca Dini.

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Ogni giornata si è conclusa con un momento di confronto e progettazione didattica da parte degli insegnanti. Prima della ripresa pomeridiana dei lavori sono state proposte tre attività dedicate alla consapevolezza e al benessere, collegate agli argomenti della giornata: Yoga: “Il respiro, pratica arcaica di rilassamento” con Annalisa De Liso; Shiatsu: “Volare insieme, conoscersi, collaborare e creare gruppo con il do-in” con Monja Da Riva; Meditazione “La voce delle piante” con Irene Di Vittorio.

La Scuola è stata organizzata da: Elena Bonaccorsi, Silvia Sorbi, Angela Dini, Rosa Baviello, Lucia Stelli, Vincenzo Terreni, Luca Dini, Barbara Simili, Marilina D’Andretta e Alessandra Zannella.

Tutti i materiali dell'edizione 2019 della Scuola estiva e delle edizioni precedenti sono pubblicati a questo link. Tutti gli insegnanti sono invitati a visitare il sito, scaricare il materiale, utilizzarlo nelle loro classi e – se vogliono – collaborare con il Museo per la progettazione della prossima edizione della scuola.


Sfoglia la gallery con le immagini della scuola estiva:

progetto assetsQuali sono le nuove competenze che più avranno impatto sul settore della difesa? E quali le strategie migliori per disseminare nuove conoscenze e pratiche in un settore così ampio ed eterogeneo? Sono solo alcune delle domande alle quali risponderà il progetto ASSETS+ (Alliance for Strategic Skills addressing Emerging Technologies in Defence) il progetto europeo Erasmus+ appena finanziato con oltre 3 milioni di euro per i prossimi tre anni. Capofila del progetto è l’Università di Pisa, con il professor Gualtiero Fantoni (dipartimento di Ingegneria civile e industriale) come coordinatore scientifico e un gruppo di ricerca multi-disciplinare, che coinvolge docenti e giovani ricercatori di vari dipartimenti dell’Ateneo. Tra le aziende del progetto: Rolls Royce, Airbus e Leonardo Elicotteri. 

L’obiettivo è quello di istituire una filiera sostenibile delle risorse umane per l’industria della difesa. Il risultato del progetto sarà una piattaforma stabile e auto-sostenibile per il reclutamento e la crescita di dipendenti sia tra settori diversi e sia dalle start-up, alle PMI, alle grandi imprese. 

fantoni 333“Si partirà da un’analisi delle competenze che stanno maggiormente impattando il settore, soprattutto negli ambiti della robotica, dell'Intelligenza Artificiale e Industria 4.0 – spiega il professor Gualtiero Fantoni – Da lì si darà il via alla progettazione di corsi che andranno incontro alle esigenze delle aziende che lavorano nel settore e che sempre più chiedono metodi moderni di apprendimento. I corsi si baseranno sul Problem Based Learning, sul PrEtotyping, sulla creazione di comunità di pratica e di Innovation camp. Non ultimo, avremo un focus sulla incentivazione della mobilità, sia geografica sia fra aziende".

Il progetto avrà un impatto non solo su studenti, dottorandi e ricercatori, ma anche sulle moltissime PMI che lavorano nella supply chain del settore, nonché su dipendenti di multinazionali. In particolare, le PMI saranno rappresentate nel consorzio da un organismo, al fine di garantire la scala adeguata che spesso purtroppo non riescono ad avere date le loro dimensioni.

Dopo EndureBeFORE e Ulisse, si tratta del quarto progetto europeo sul tema sviluppo di nuove competenze, del quale sono responsabile scientifico per l’Università di Pisa – aggiunge il professor Fantoni – Questo sta creando un gruppo di ricerca multidisciplinare e giovane che comprende dottorandi e ricercatori, non solo dei dipartimenti di ingegneria, ma anche economisti, psicologi del lavoro, matematici e fisici. Ed è proprio di questi giorni la notizia della vincita del premio Nobile da parte di Filippo Chiarello. Teniamo molto inoltre a lavorare in sinergia con realtà del territorio come Gate Center di Pisa e la Fondazione Giacomo Brodolini, che da anni lavora sul tema delle competenze".

E’ nata ArchAIDE, la prima App che sfrutta l’intelligenza artificiale e le tecnologie investigative per aiutare gli archeologi a risolvere uno dei “puzzle” più complessi che li impegna da sempre, cioè riconoscere e classificare le migliaia di frammenti ceramici che ogni giorno emergono dagli scavi in tutto il mondo. L’innovativo sistema è il risultato dell’omonimo progetto europeo ArchAIDE appena giunto a conclusione e coordinato dal Laboratorio MAPPA del Dipartimento di Civiltà e Forme del Sapere dell’Università di Pisa. La App, basata su reti neurali e una tecnologia simile a quella utilizzata in ambito investigativo per il riconoscimento facciale, è già disponibile gratuitamente su AppStore and GooglePlay e proprio in questi giorni c’è il suo debutto ufficiale al XXV meeting annuale dell’Associazione europea degli archeologi (EAA) a che si svolge a Berna dal 4 al 7 settembre.

 

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Francesca Anichini e Antonio Campus del progetto ArchAIDE a Berna


“Durante le indagini archeologiche – spiega la professoressa Letizia Gualandi del MAPPALab dell’Ateneo pisano – vengono ritrovati migliaia di frammenti ceramici prodotti nelle epoche più diverse, dalla preistoria ai giorni nostri, quasi come tessere di un puzzle che, se ricostruito, può fornire moltissime informazioni sulla vita nelle epoche passate, grazie alla app che abbiamo sviluppato l’idea è di aiutare gli archeologi a risolvere questo ‘rompicato’ cosa che attualmente richiede molto tempo e competenze molto specialistiche tanto che risulta quasi sempre impossibile catalogare tutte le ceramiche ritrovate”.

“Il funzionamento della App Archaide è molto semplice – spiega Gabriele Gattiglia ricercatore dell'Università di Pisa e coordinatore del progetto - basta scattare una foto con un dispositivo mobile (smartphone o tablet) e inviarla al riconoscitore automatico per riconoscere il frammento e poter condividere in tempo reale i dati, creando così un archivio che può essere utilizzato da qualunque ricercatore, studioso o appassionato in qualunque luogo si trovi.”

Gli strumenti di ArchAIDE sono disponibili anche in versione Desktop, utilizzabili cioè da un semplice pc, permettendo di caricare anche fotografie archiviate nel passato.

La App di ArchAIDE in funzione

“La App è stata sviluppata per riconoscere sia i frammenti decorati, sia quelli privi di decorazione – conclude Francesca Anichini dell’Ateneo pisano, project manager di ArchAIDE - Al momento l’accuratezza del riconoscimento è intorno al 75%, ma sarà proprio grazie al sempre più ampio utilizzo da parte degli utenti che il sistema riuscirà a migliorare la propria performance, e da questo punto di vista stiamo già lavorando alla costruzione di un network di università, centri di ricerca e aziende che potranno contribuire all’arricchimento del database”.

Oltre al Laboratorio MAPPA dell’Università di Pisa, i partner del progetto ArchAIDE sono il Cnr-Istituto di Scienza e tecnologie dell’informazione, le università di Tel Aviv (Israele), York (Gran Bretagna), Barcellona (Spagna) e Koeln (Germania). Partecipano inoltre tre aziende, l’italiana Inera srl e le spagnole “Baraka Arqueologos” ed “ElementsCentre De Gestió i Difusió De Patrimoni Cultural”.

Una piccola spada e un pugnale chiamato ‘baselardo’ sono i ritrovamenti più importanti emersi dagli scavi di Badia Pozzeveri ad Altopascio, in provincia di Lucca, dove dal 2011 archeologi italiani e americani stanno riportando alla luce reperti che rivelano importanti informazioni sulla storia della popolazione toscana medievale. La campagna estiva 2019, diretta da Antonio Fornaciari della Divisione di Paleopatologia dell’Università di Pisa, ha così fornito tracce concrete della battaglia di Altopascio del 1325, quando Castruccio Castracani, a capo dei lucchesi, sconfisse i guelfi gigliati che si erano accampati in zona. Lo scavo è svolto su concessione ministeriale e organizzato dal Comune di Altopascio e dalla Divisione di Paleopatologia dell’Università di Pisa diretta dalla professoressa Valentina Giuffra.

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Antonio Fornaciari (a destra) sullo scavo.

L’area archeologica è sede di due iniziative didattiche di grande prestigio: il master di primo livello in Antropologia scheletrica, forense e paleopatologia, promosso dalle Università di Bologna, Milano e Pisa, che prevede la permanenza sul sito di scavo per due settimane di quindici studenti italiani, e la Fieldschool Pozzeveri in Medieval Archaeology and Bioarchaeology, gestita dall’Università di Pisa e da IRLAB, Institute for Research and Learning in Archaeology and Bioarchaeology di Columbus in Ohio, che richiama ogni anno una quarantina di studenti statunitensi, canadesi e di altri stati europei ed extraeuropei interessati ad apprendere le tecniche di scavo archeologico e di studio dei resti umani antichi.

I ritrovamenti

Quello che resta della battaglia di Altopascio del 1325 ci viene consegnato oggi sotto forma di piccola spada costituita da un blocco unico di metallo, una specie di pugnale chiamato baselardo, caratteristica dell’armamento medievale del XIV secolo. «L’oggetto è solo uno degli ultimi interessanti ritrovamenti dello scavo bioarcheologico di Badia Pozzeveri, che a distanza di nove anni dalla sua apertura continua a rivelare storie e notizie, grazie alle quali è possibile ricostruire gli avvenimenti storici a cavallo di più secoli e tracciare l’identikit sociale e culturale delle popolazioni che sono transitate da quelle zone», commenta Antonio Fornaciari.

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Lo scavo di una sepoltura medievale.

Secondo i ricercatori, il baselardo ritrovato nelle scorse settimane potrebbe rappresentare proprio una delle tracce più tangibili della battaglia che vide protagonista la Badia di Pozzeveri, l’antico monastero costruito intorno al Mille vicino al centro di Altopascio e tappa importante della via Francigena. Un monastero che dopo un periodo di grande sviluppo grazie ai frati camaldolesi, nel settembre del 1325 viene occupato dagli accampamenti dell’esercito guelfo fiorentino guidato da Raimondo di Cardona: qui si svolsero le operazioni militari della celebre battaglia di Altopascio, che vide il trionfo delle truppe lucchesi ghibelline di Castruccio Castracani.

Ma non solo: nella stessa area in cui è stata ritrovata l’arma sono emersi anche una fornace per la gettata di una campana e un piccolo laboratorio dedicato all’attività metallurgica. E ancora i resti di ceramiche di importazione, provenienti dal nord Africa, testimoni di un’attività commerciale molto vivace e continuativa, che ancora una volta trovava il suo fulcro proprio nell’antica Abbazia, strategica per vitalità economica grazie al passaggio della Via Francigena e alla vicinanza con il lago di Bientina, naturale collegamento con il fiume Arno e quindi con Pisa e Firenze. Il tutto arricchito dagli ultimi rinvenimenti di antiche sepolture, che nei nove anni di scavo hanno delineato una stratificazione cimiteriale importantissima, capace di svelare usi, costumi, malattie e stato sociale dalla metà dell’800 e a ritroso fino a prima dell’anno Mille.

Il sito archeologico

Il sito archeologico ha rivelato negli anni una storia molto complessa: alle tracce di un villaggio altomedievale si succedono nell’XI secolo i resti di un complesso religioso incentrato su una canonica che si trasforma agli inizi del 1100 in una grande abbazia camaldolese. Gli scavi nelle ultime due campagne si sono soffermati proprio sui livelli più antichi della canonica e dell’abbazia e in particolare sulle sepolture legate a queste due importanti istituzioni. Negli anni precedenti invece sono stati portati alla luce parti cospicue della chiesa di XI secolo che precedette il monastero, del chiostro dell’abbazia e di un grande ambiente adibito a foresteria. La frequentazione del sito continuò in età moderna, quando dopo la soppressione dell’abbazia la chiesa venne ridotta a un semplice edificio parrocchiale, a cui comunque si accompagnarono nei secoli notevoli fasi cimiteriali fino alla metà dell’800. “Grazie alla continuità dell’uso cimiteriale dell’area circostante la chiesa di San Pietro - spiega il dottor Fornaciari -, è stato possibile acquisire un campione scheletrico notevolissimo, che senza soluzione di continuità spazia dall’XI al XIX secolo, un caso più unico che raro a livello europeo. I reperti umani rinvenuti costituiscono infatti un vero e proprio archivio biologico che è possibile interrogare applicando i moderni metodi bioarcheologici e biomedici”.

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Il lavoro sul campo ha visto all’opera vari ricercatori provenienti dall’Università di Pisa: Francesco Coschino, responsabile dei rilievi e della documentazione informatizzata, Letizia Cavallini, Alan Farnocchia e Alessandro Cariboni, supervisors di area, Alessio Amaro, responsabile del laboratorio osteologico e Maurizio Sparavelli in qualità di tecnico restauratore; inoltre hanno collaborato ricercatori provenienti da istituzioni europee ed extraeuropee: Taylor Zanery (Università di Amsterdam) e Hanna Tramblay (Penn state University), research assistant per la documentazione e la logistica di scavo.

Il futuro dell’area archeologica

Volontà dell’amministrazione di Altopascio col sindaco Sara d’Ambrosio è di valorizzare quest’area archeologica in modo permanente: il 7 settembre si svolgerà l’inaugurazione della nuova Foresteria della Francigena, che sorge proprio a Badia Pozzeveri presso l’area degli scavi e diventerà, a tutti gli effetti, un luogo di aggregazione, di sosta e di promozione turistica, storica e culturale. Ma questo è solo l’inizio: è intenzione dell’amministrazione altopascese creare un museo con i resti emersi in questi nove anni di scavi, far conoscere l’importanza di questo sito, e poi riuscire a ottenere i fondi necessari per restaurare e riaprire l’antica Abbazia.

Stagioni più estreme, con estati più calde e aride e maggiore instabilità autunnale dovuta a forti precipitazioni specie fra settembre e dicembre. Questa potrebbe essere la tendenza futura del clima nel Mediterraneo a seguito del riscaldamento globale che emerge dallo studio dei sedimenti del lago di Ohrid, il più antico di Europa, al confine tra Albania e Macedonia del Nord. La notizia arriva da uno studio appena pubblicato sulla rivista Nature e condotto da un vasto consorzio internazionale capitanato dal professore Bernd Wagner dell’Università di Colonia e coordinato per l’Italia dal professore Giovanni Zanchetta del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa, fra i “Principal Investigator” dell’intero progetto.

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La piattaforma di carotaggio durante le operazioni notturne di recupero del sedimento


“Le proiezioni dei modelli fisico-matematici sul clima futuro nel Mediterraneo a seguito del riscaldamento globale sono caratterizzate da ampie incertezze soprattutto per quanto riguarda l’andamento delle precipitazioni, da cui dipende la disponibilità idrica di oltre 450 milioni di persone – spiega Zanchetta - Per comprendere meglio i possibili scenari futuri è quindi necessario indagare il clima passato e da questo punto di vista il lago Ohrid è uno scrigno ricco di informazioni preziosissime sull’evoluzione clima nel Mediterraneo nell’ultimo milione e mezzo di anni”.


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I quasi tre km di carote recuperate


Per “leggere” il clima passato e ricavare indicazioni sul futuro, i ricercatori hanno analizzate per cinque anni i quasi tre km di carote di sedimento recuperate dal fondale del lago durante una campagna di carotaggio profondo realizzata nel 2013. I campioni sono quindi stati suddivisi e analizzati presso i vari istituti di ricerca, fra cui anche i laboratori dell’Università di Pisa.

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ll professore Giovanni Zanchetta e la dottoressa Eleonora Regattieri

“Le proprietà geochimiche e il contenuto di polline rinvenuti nei carotaggi hanno mostrato un aumento delle precipitazioni nel periodo autunnale e invernale, legato ad un riscaldamento delle temperature superficiali del Mar Mediterraneo, che si verifica durante i periodi caldi e interglaciali – conclude Eleonora Regattieri ricercatrice dell’Università di Pisa e coautrice dello studio su Nature- Effetti simili potrebbero quindi derivare dal recente riscaldamento climatico di origine antropica, e in questo contesto, le ricerche sul lago di Ohrid possono essere utili per migliorare le proiezioni future sul cambiamento climatico”.

I partner italiani del consorzio internazionale che ha realizzato lo studio, oltre all’Ateneo pisano sono le Università di Firenze, Bari, Reggio Emilia e Roma Sapienza, il CNR e l’Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (INGV).

 

 

chiarelloFilippo Chiarello, PhD presso il dipartimento di Ingegneria dell'energia, dei sistemi, del territorio e delle costruzioni dell’Università di Pisa, è il vincitore del Premio Nazionale Bernardo Nobile 2019, nella categoria tesi di dottorato. Il premio, bandito dall'Area Science Park di Trieste, assegna un premio di 2500 euro al lavoro che abbia utilizzato esplicitamente i brevetti come fonte di informazione.

La tesi dal titolo Mining Technical Knowledge. Natural Language Processing Techniques and Engineering Management Methods è stata discussa sotto la supervisione dei professori Andrea Bonaccorsi e Gualtiero Fantoni.

La tesi studia come l'Intelligenza Artificiale può aiutare ingegneri e manager a estrarre informazioni da grandi moli di dati, in formato testuale. L'approccio adottato nella ricerca ha consentito anche di sviluppare soluzioni software innovative per l'analisi e l'applicazione in contesti industriali. Nella tesi di Chiarello è data ampia evidenza di come le informazioni contenute nei brevetti e negli articoli scientifici possano riguardare diversi ambiti (come design di prodotto, gestione delle risorse umane o marketing), se si riesce a mettere insieme la conoscenza degli esperti di dominio con la potenza computazionale dei moderni algoritmi di Intelligenza Artificiale. L'allargamento delle fonti d'informazione a settori meno scontati, la creazione di ‘ponti’ fra queste fonti, quali ad esempio fra social network e brevetti o fra Wikipedia e la letteratura scientifica, conferisce un ulteriore carattere di originalità al lavoro.

“Si tratta di un riconoscimento prestigioso, che è frutto anche di un sistema di lavoro del gruppo di ricerca del quale faccio parte. Infatti, le conoscenze multidisciplinari che il gruppo coltiva, nonché le numerose collaborazioni di ricerca con centri e imprese, sono essenziali per fare ricerca in questi ambiti” – afferma l’ing. Chiarello.

Filippo Chiarello, 29 anni, originario di Grosseto, è attualmente assegnista di ricerca in Ingegneria economico-gestionale e lavora al progetto Erasmus+ Ulisse. È Project Manager del progetto "Understanding European Projects through Text Mining" (Fondazione Giacomo Brodolini, Università di Pisa) e teaching assistant per l'insegnamento "Strategic and Competitive Intelligence", della professoressa Antonella Martini (MSc Data Science & Business Informatics). Ha al suo attivo collaborazioni di ricerca con lo spin-off Erre Quadro ed è fondatore di una sua start-up – Texty - con la quale ha vinto il I e II premio alla competizione Lazio Innova 2019, sul tema HR 4.0.

marco_grondona.jpgSi è spento lo scorso 27 agosto all'età di 73 anni il professor Marco Grondona (foto a destra), docente della nostra Università. Qui un ricordo degli amici e dei colleghi.

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Il 27 agosto si è spento nella sua Todi Marco Grondona, già docente di discipline musicologiche nell'Ateneo pisano. I suoi studi, rivolti soprattutto alla storia dell'opera (fondamentali i suoi contributi su Rossini e su Puccini) recano l'impronta inconfondibile di un metodo al tempo stesso rigoroso e originale che richiama il commento filologico dei testi classici. Il suo metodo di analisi, applicato con grande acume e ampiezza di riferimenti anche pluridisciplinari, è il retaggio della sua formazione di classicista avvenuta sotto la guida di Antonio La Penna presso la Scuola Normale Superiore. All'attività di studioso il professor Grondona ha affiancato un costante impegno per la didattica, svolta con passione e dedizione straordinarie. Lo ricordano con profondo rimpianto i colleghi e gli amici dei Dipartimenti di Filologia, Letteratura e Linguistica, e di Civiltà e forme del sapere.

Nell’immaginario collettivo è l’idea che tecnologie sviluppate dalla fisica della materia nella sua forma condensata, siano associate a dispositivi miniaturizzati, concepiti per facilitare la nostra vita quotidiana, come quelli usati per scrivere e forse leggere questo pezzo, una versione evoluta degli utensili inventati nell’età del ferro. Ma è possibile che tecnologie quantistiche possano contribuire a rispondere anche a domande fondamentali sull’Universo?

A rafforzare una risposta positiva a questa inattesa domanda, è uno studio teorico finalizzato alla messa a punto di una nuova classe di dispositivi per misure di precisione estremamente sofisticate, interferometri atomici che usano stati quantistici della materia come strumenti per verifiche della relatività generale e dunque di larga parte della nostra attuale comprensione del funzionamento dell’Universo. Di questo studio sono autori Marilù Chiofalo, professoressa di Fisica della materia all’Università di Pisa, e Leonardo Lucchesi, che ne ha fatto l’oggetto della sua tesi di laurea magistrale con la supervisione della stessa Chiofalo, e oggi dottorando dell’Università di Pisa. Lo studio è stato pubblicato il 9 agosto scorso sulla rivista “Physical Review Letters” della American Physical Society con il titolo “Many-Body Entanglement in Short-Range Interacting Fermi Gases for Metrology”.

 

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Al centro della ricerca “made in Pisa” sono i fermioni, le particelle quantistiche così chiamate in onore di Enrico Fermi. Come tutte le particelle quantistiche, a ogni fermione è associata un’onda di probabilità di essere in un certo spazio ad un dato tempo, e due di loro possono essere preparati in modo da continuare a condividere determinate caratteristiche anche se allontanati a grande distanza, come se le loro onde di probabilità fossero irrimediabilmente aggrovigliate tra loro, una proprietà che viene chiamata entanglement: è come se, lanciando due dadi, l’uscita di un numero sul primo dado garantisca l’uscita dello stesso numero sull’altro.

Nello studio, questo concetto è esteso ad un insieme di moltissimi atomi di natura fermionica: “Usando la duplice natura delle correlazioni tra atomi - spiega Marilù Chiofalo- legata alle caratteristiche quantistiche e alle forze con cui interagiscono tra loro, è come se le onde di probabilità dei molti atomi entangled formassero un ciuffo di capelli non pettinato per anni. Paradossalmente, mentre l’entanglement potenzia le caratteristiche quantistiche e dunque probabilistiche dello stato (tanto che non sappiamo come sia fatto), sappiamo però che ne riduce l’incertezza al livello utile per un interferometro atomico: la misteriosa bellezza della fisica quantistica!».

Il lavoro di Lucchesi e Chiofalo si inserisce nell’ambito della fiorente attività di ricerca mirata a migliorare le prestazioni di dispositivi quantistici di misura, attirando vivo interesse in una comunità dove si incrociano tante fisiche: informatica quantistica, interazioni fondamentali, cosmologia, fisica della materia: «In questo scenario, il nostro studio trasmette due messaggi cruciali – aggiunge Leonardo Lucchesi – A differenza di studi precedenti, dimostriamo che il far interagire gli atomi anche a cortissima distanza, riesce a potenziare le proprietà di entanglement: lo stato con migliori prestazioni si è infatti dimostrato un grappolo “molto aggrovigliato” di atomi, nella forma di gocce quantistiche. Inoltre, stabiliamo un metodo non convenzionale per caratterizzare le fasi quantistiche di un sistema di molti atomi, basato proprio sull’informazione relativa al loro contenuto di entanglement, di fatto estendendo il concetto di informazione quantistica di Fisher, - nato nell’informatica quantistica - alla descrizione di come gli atomi si ordinano a costituire la materia, un concetto al cuore della fisica della materia nella sua forma condensata».

«La storia continua – aggiunge Chiofalo. È necessario concepire un protocollo operativo per l’interferometro e controllare la fragilità dello stato mentre interagisce inevitabilmente con l’ambiente esterno, aspetti che stiamo indagando in una collaborazione internazionale. Il nostro studio, nell’ambito della ricerca MAGIA-Advanced finanziata dall’INFN, è nel solco della proposta Atomic Experiment for Dark Matter and Gravity Exploration in Space (AEDGE), alla quale abbiamo contribuito con decine di colleghi e colleghe, e appena sottomessa all’Agenzia Spaziale Europea in risposta alla Call for White Papers per il piano Voyage 2050. L’idea di AEDGE è concepire esperimenti di interferometria atomica, complementari a VIRGO-LIGO o esperimenti di alte energie, per indagare problemi aperti di cosmologia e interazioni fondamentali: per rilevare materia oscura, onde gravitazionali, o ancora per verificare se particelle con masse differenti cadano in gravità con la stessa accelerazione, un test realizzato ingegnosamente per primo da Galileo con il pendolo, e che oggi mira a precisioni da mille a un milione di volte superiori.»


Queste nuove frontiere della ricerca saranno al centro della prossima Conferenza internazionaleQuantum gases, fundamental interactions, and cosmology” (QFC), che dal 23 al 25 ottobre radunerà a Pisa da tutto il mondo autorevoli scienziate e scienziati, che metteranno insieme in modo fecondo le loro energie provenendo da discipline diverse, per far nascere nuove idee.

La pubblicazione dell’articolo sulla prestigiosa rivista internazionale è un’ulteriore testimonianza dell’eccellenza delle ricerche portate avanti all’Università di Pisa, un Ateneo con oltre 50.000 iscritti dove studenti brillanti come Leonardo Lucchesi – 25 anni, originario di Viareggio – riescono a sviluppare le loro idee in tesi di laurea che poi diventano apripista per studi di frontiera.

The beluga or white whale (Delphinapterus leucas) and the narwhal (Monodon monoceros) are two fascinating cetaceans that live exclusively in the cold Arctic waters, never departing from them, being the only extant relatives of the Monodontidae family. Nowadays, it is impossible to see these whales in the warm Mediterranean waters and even more absurd - so it was thought - that they could have lived in this sea at the beginning of the Pliocene, when the climate of the Mediterranean area was tropical. In turn, it happened. In Arcille, a small village near Grosseto (Tuscany, Italy), in a sand quarry, the fossil skull of a monodontid of about 5 million years ago was discovered. It was named Casatia thermophila. "Casatia" is a tribute to Simone Casati, discoverer of many important fossils of Tuscany (and, in particular, of the Arcille quarry), whereas "thermophila" means "lover of heat", to emphasize that this cetacean lived in tropical waters.

 

 

 

The study, just published in the international Journal of Vertebrate Paleontology, was made by Giovanni Bianucci and Alberto Collareta, paleontologists from the Department of Earth Sciences of the University of Pisa, alongside with Fabio Pesci and Chiara Tinelli, who took part in the study in the framework of their thesis activities , respectively of master's degree and doctorate. The discovery occurred during a paleontological excavation that also involved the Superintendence for the Archaeological Heritage of Tuscany, the Natural History Museum of the University of Pisa, and the GAMPS geopaleontological group (of which Simone Casati is president). The fossil is now exhibited in the recently renovated Cetacean Gallery of the Natural History Museum of Pisa.

"While a great deal is known about monodontid biology - explains Giovanni Bianucci - thanks to the research carried out on living belugas and narwhals by scientists from all over the world, very little is known about the evolution of these cetaceans, because their fossil record is extremely scarce. In fact, until now only three extinct species of monodontids were known, each of them was described on the basis of a single fossil skull. Therefore, the skull that we found in Arcille is of extraordinary importance not only because it is the first of monodontid discovered in the Mediterranean area, but also because it allowed us to describe the fourth fossil species of Monodontidae worldwide ”.

"But the scientific importance of this discovery - continues Bianucci - goes beyond the rarity of the discovery. The exceptional nature of the finding lies in the fact that, apparently, this fossil was found "out of place", i.e. in an area of our planet where we never expected to find it. The reason beyond the absence of monodontids from the present-day Mediterranean is very simple: the waters are too warm and not suitable for cetaceans that have chosen the North Pole as their "home" and that never go beyond the Arctic Ocean. However, the most incredible aspect of this discovery relies in the fact that, about five million years ago, the Mediterranean was even warmer than now, with temperatures close to the tropical ones ”.

"The fact that the Mediterranean was a warm sea during the lower Pliocene has been known for some time - says Alberto Collareta - but other extraordinary fossils that we found in the quarry of Arcille support the hypothesis that Casatia thermophila swam together with marine animals of tropical waters, such as the fearsome Zambesi shark (Carcharhinus leucas), the voracious tiger shark (Galeocerdo cuvier) and the enormous marlin (Makaira nigricans)", all forms now absent from the Mediterranean.

“During monitoring of the Arcille quarry - adds Chiara Tinelli - we also recovered numerous sirenian skeletons referred to the fossil species Metaxytherium subapenninum, an ancestor of the dugong, a marine mammal that inhabits tropical coastal waters ”.

"Overall - Collareta continues - this fossil assemblage is indicative of a frankly tropical paleoenvironment, without analogues in the extant Mediterranean Sea. The discovery of Casatia thermophila within a similar paleoenvironment represents therefore the definitive confirmation that the narwhal and the beluga derive from forms of warm, tropical seas. It is probable that the two extant species of monodontids have evolved their extraordinary adaptations to cold waters in a very recent time, during the Quaternary (from about 2.6 million years ago to today), when the northern hemisphere was affected by repeated glaciations and a trend of progressive climatic degradation".

"Studying the Arcille monodontid was really an important and formative experience for me" - says Fabio Pesci - Morphometric study and phylogenetic analysis were quite complex, at least for a student who experimented himself for the very first time in a research of this type. But it was exciting to find the data to support the fact that this fossil belonged to a monodontid species new to science ".

"The research we conducted in the Arcille quarry - concludes Bianucci - allowed us to discover only a small part of the extraordinary fossil heritage that is hidden in the Tuscan territory. The Tuscan hills represent, in fact, one of the areas with the highest concentration of fossils of marine vertebrates in the world. During the Pliocene, a large part of the Tuscan territory was submerged by a sea populated by a great variety of organisms. The deep geological and climatic changes that have occurred since then have reshaped the

the territory, making it a true "open-air mine" full of clues that, if properly interpreted, can reveal many other unexpected aspects of the marine fauna of the past ".

Il beluga (Delphinapterus leucas) e il narvalo (Monodon monoceros) sono due affascinanti cetacei che vivono esclusivamente nelle gelide acque artiche, senza mai allontanarsene, e sono gli unici rappresentanti attuali della famiglia dei Monodontidi.

Oggi è impossibile vederli nelle calde acque del Mediterraneo e ancora più assurdo - almeno così si pensava - che potessero essere vissuti in questo mare all’inizio del Pliocene, quando il nostro clima era tropicale. Invece è successo. Ad Arcille, vicino a Grosseto, in una cava di sabbia è stato scoperto il cranio fossile di un monodontide di circa 5 milioni di anni fa. Gli è stato dato il nome di Casatia thermophila. ‘Casatia’ è un omaggio a Simone Casati, scopritore di molti importanti fossili della Toscana e in particolare della cava di Arcille, e ‘thermophila’ significa ‘amante del caldo’ per sottolineare che questo cetaceo viveva in acque tropicali.

 

Lo studio, appena pubblicato nella rivista internazionale “Journal of Vertebrate Paleontology”, è stato condotto da Giovanni Bianucci e Alberto Collareta, paleontologi del dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa, oltre a Fabio Pesci e Chiara Tinelli nell’ambito delle loro attività di tesi, rispettivamente di laurea magistrale e di dottorato. La scoperta è stata fatta durante uno scavo paleontologico che ha coinvolto anche la Soprintendenza per i beni archeologici della Toscana, il Museo di Storia Naturale dell’Università di Pisa e il Gruppo geopaleontologico GAMPS, di cui Simone Casati è presidente. Il fossile è ora esposto nella Galleria dei Cetacei, recentemente rinnovata, del Museo di Storia Naturale di Pisa.

“Mentre sulla biologia dei monodontidi si sa moltissimo – spiega Giovanni Bianucci - grazie alle ricerche che vengono fatte sui beluga e i narvali da scienziati di tutto il mondo, pochissimo si sa sull’evoluzione di questi cetacei perché le testimonianze fossili sono estremamente scarse. Infatti, fino ad oggi si conoscevano soltanto tre specie estinte di monodontidi, ciascuna di essa descritta su un unico cranio fossile. Pertanto il cranio che abbiamo trovato ad Arcille è di straordinaria importanza non solo perché si tratta del primo di monodontide scoperto nell’area Mediterranea, ma anche perché ci ha permesso di descrivere la quarta specie fossile al mondo di questa famiglia”.

“Ma l’importanza scientifica di questa scoperta – continua Bianucci - va oltre la rarità del ritrovamento. L’eccezionalità del reperto sta nel fatto che, apparentemente, questo fossile è stato trovato ‘fuori posto’, cioè in un’area del nostro pianeta dove non ci saremmo mai aspettati di trovarlo. Se oggi i monodontidi non vivono nel Mediterraneo il motivo è molto semplice: le acque sono troppo calde e non adatte per dei cetacei che hanno scelto il Polo Nord come loro “casa” e che non si spingono mai oltre l’oceano glaciale artico. Ma l’aspetto ancora più incredibile è che circa cinque milioni di anni fa il Mediterraneo era addirittura più caldo di adesso, con temperature vicine a quelle tropicali”.

“Che durante il Pliocene inferiore il Mediterraneo fosse un mare caldo si sapeva da tempo - afferma Alberto Collareta – ma altri fossili straordinari che abbiamo trovato nella cava di Arcille supportano il fatto che Casatia thermophila nuotava insieme ad animali marini di acque tropicali, come ad esempio il temibile squalo zambesi (Carcharhinus leucas), il vorace squalo tigre (Galeocerdo cuvier) e l’enorme marlin (Makaira nigricans)”, tutte forme oggi assenti dal Mediterraneo”.

"Durante il monitoraggio della cava di Arcille – aggiunge Chiara Tinelli – abbiamo recuperato anche numerosi scheletri di Sirenii riferiti alla specie fossile Metaxytherium subapenninum, un antenato del dugongo, mammifero marino che abita le acque costiere tropicali”.

“Nel complesso - riprende Collareta - questa comunità fossile è indicativa di un paleoambiente schiettamente tropicale, privo di analoghi nel Mediterraneo attuale. Il rinvenimento di Casatia thermophila all'interno di un simile paleoambiente rappresenta dunque la conferma definitiva che il narvalo e il beluga derivano da forme di mare caldo tropicale. E' probabile che le due specie attuali di monodontidi abbiano evoluto i loro straordinari adattamenti alle acque fredde in tempi geologicamente molto recenti, durante il Quaternario (da circa 2,6 milioni di anni fa ad oggi), quando l'emisfero settentrionale fu interessato da ripetute glaciazioni e da un trend di progressivo irrigidimento climatico”.

“Per me è stata un’esperienza veramente importante e formativa.” – afferma Fabio Pesci - Lo studio morfometrico e l’analisi filogenetica sono stati abbastanza complessi, per uno studente che si cimentava per la prima volta in una ricerca di questo tipo. Ma è stato entusiasmante trovare i dati a supporto del fatto che questo fossile apparteneva ad una specie nuova per la scienza”.

“Le ricerche che abbiamo condotto nella cava di Arcille – conclude Bianucci – ci hanno permesso di scoprire solo una piccola parte dei reperti fossili straordinari che si nascondono nel territorio toscano. Le colline toscane rappresentano, infatti, una delle aree con maggiore concentrazione di fossili di vertebrati marini a livello mondiale. Durante il Pliocene buona parte del territorio toscano era sommerso da un mare popolato da una grande varietà di organismi. I profondi mutamenti geologici e climatici intercorsi da allora hanno rimodellato il territorio, rendendolo una vera ‘miniera a cielo aperto’ ricca di indizi che, se debitamente interpretati, possono svelare molti altri aspetti inattesi della fauna marina del passato”.

 

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