Enrico Fermi ed Ettore Majorana

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1 Enrico Fermi ed Ettore Majorana Interazioni tra fisica teorica e fisica sperimentale a via Panisperna Giulio Maltese Relazione su invito XCVII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. L Aquila, settembre 2011 Giulio Maltese

2 Via Panisperna, immaginario collettivo, realtà Il gruppo Fermi e la fisica nucleare L enigmatica figura di Ettore Majorana, schivo, poco presente in Istituto, riluttante a pubblicare i suoi lavori E. Segrè: «[Majorana] non partecipava molto ai nostri lavori, si limitava ad aiutarci quando ci trovavamo in difficoltà, permettendoci di trarre beneficio dalle sue idee nuove ed originali, dai suoi metodi e dalla sua folgorante capacità nel calcolo mentale». E. Segrè: [dopo il 1929 Fermi] era abituato a un certo isolamento intellettuale poiché a Roma solo Majorana (che del resto era piuttosto inaccessibile) poteva discutere con lui di teoria da pari a pari. Una grande scuola di fisica teorica e una grande scuola di fisica sperimentale Collaborazioni scientifiche tra i membri del gruppo Fermi Interazioni tra teorici e sperimentali Ettore Majorana, battistrada in fisica teorica e crocevia di collaborazioni scientifiche

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4 Nome Nascita Laurea Età laurea Libera docenza Età libera docenza Franco Rasetti 10/8/ / a e 4m 12/ a e 4m Enrico Fermi 29/9/ / a e 9m 03/ a e 6m Emilio Segrè 1/2/ / a e 6m 10/ a e 9m Ettore Majorana 5/8/ / a e 11m 11/ a e 4m Giovannino Gentile 6/8/ / a e 4m 10/ a e 3m Edoardo Amaldi 5/9/ / a e 10m 11/ a e 2m Giulio Racah 9/2/ / a e 6m 11/ a e 9m Gian Carlo Wick 15/10/ / a e 9m 11/ a e 1m Bruno Pontecorvo 22/8/ / a e 3m === ===

5 Filoni di ricerca (1): elettrodinamica quantistica e fisica nucleare ( ) Frequenza critica di Majorana alle lezioni di Fermi : Dalle lezioni agli articoli sulla elettrodinamica quantistica. Contributi di Fermi, Racah, Amaldi, Segrè. Majorana frequenta le lezioni di Fermi sull elettrodinamica quantistica ( ): ne recano traccia i suoi Volumetti. Tesi: Sulla meccanica dei nuclei radioattivi, 6 luglio 1929, relatore Fermi. Primo lavoro del gruppo Fermi sulla fisica nucleare. L effetto tunnel. Nel la tesi di Majorana è il lavoro di punta in Italia sulla fisica teorica nucleare (cfr. la richiesta di Gilberto Bernardini) Il ruolo di aratro di Ettore Majorana

6 Filoni di ricerca (2): il potenziale statistico ( ) Elettroni atomici come gas di fermioni, cui si applica la statistica di Fermi Lunga serie di lavori di Fermi ( ); lavori di Rasetti (1928), Segrè (1930), Fermi e Amaldi (1934). Energia degli atomi, valori di Z in cui compaiono elettroni s, p, d, f, livelli energetici degli elettroni atomici, etc. Primo lavoro di E. Majorana in collaborazione con G. Gentile jr. (24 luglio 1928) Sullo sdoppiamento dei termini Roentgen e ottici a causa dell elettrone rotante e sulle intensità delle righe del cesio. Argomenti simili al lavoro di Rasetti, ma affrontati con la nuovissima teoria dell elettrone di Dirac dicembre 1928, XXII Adunanza Generale della SIF. Comunicazione di E. Majorana: Ricerca di un espressione generale delle correzioni di Rydberg, valevole per atomi neutri o ionizzati positivamente. Ringrazia Fermi che gli è stato largo di consigli e di suggerimenti. In seguito il metodo di Majorana viene ignorato, almeno fino al 1933, né Ettore pubblica null altro su questo argomento Improvvisamente, nel lavoro di Fermi e Amaldi sul cosiddetto Thesaurus Ψ-arum ( , presentato nel 1934), il metodo di Ettore viene impiegato da Fermi e Amaldi senza dargliene credito!

7 Interazioni di scambio, collaborazioni ( ) (presumibilmente): Majorana aiuta Segrè a studiare la luce di risonanza emessa da atomi in un campo magnetico 1929 e 1931: Fermi, Majorana (e Gentile jr.) e i lavori sull elio E. Fermi, Sul complesso 4d della molecola di elio E. Majorana, Sulla formazione dello ione molecolare di elio 1930, maggio: Majorana aiuta Gentile jr. Nello studio dell interazione H-H e H-He per il calcolo del termine energetico associato alle forze di polarizzazione. Fine : Majorana (e Fermi) aiutano Segrè negli studi sull apparizione di righe proibite nelle transizioni atomiche derivanti da termini di quadrupolo elettrico (Majorana ringraziato nei lavori ma non nell autobiografia di Segrè) e : Ettore collabora con zio Quirino interpretandone le ricerche sperimentali su un presunto nuovo effetto fotoelettrico. Rifiuta menzioni e ringraziamenti.

8 1932: Majorana aiuta Segrè nel suo lavoro sullo spin-flip (1932) (problema del calcolo della probabilità di ribaltamento (spin-flip) dello spin degli atomi di un raggio di vapore polarizzato quando questo si muove in un campo magnetico rapidamente variabile). Segrè chiede soccorso da Amburgo, dove lavora presso O. Stern Valore del lavoro di Majorana (in seguito divenuto un classico) riconosciuto nel 1945 da Rabi e Bloch Segrè cita il lavoro di Majorana come una ricerca indipendente e non stimolata dal suo stesso lavoro 1932: Fermi discute con Majorana (che lo ringrazia) la Teoria relativistica di particelle con momento intrinseco arbitrario Majorana cerca di costruire una teoria alternativa a quella di Dirac che eliminasse completamente le soluzioni a energia negativa. Una visione sorprendentemente moderna nel proporre per la prima volta una teoria relativistica per particelle con spin qualsiasi, che tra i suoi risultati forniva uno spettro delle masse delle particelle. La scoperta del positrone fece scendere l oblio su questo lavoro, nonostante contenesse un importante scoperta matematica (il primo riconoscimento, sviluppo e impiego delle rappresentazioni unitarie a infinite dimensioni del gruppo di Lorentz).

9 1932: Majorana aiuta Wick nella sua ricerca sul contributo degli elettroni al momento magnetico della molecola di idrogeno. 1932: Majorana aiuta Fermi e Segrè con i calcoli negli studi sulla struttura iperfine degli spettri. Ringraziato nel lavoro in italiano, non in quello in tedesco 1932: Majorana dà idee e consigli a Rudolf Peierls, per sei mesi a Roma, dove lavora sul diamagnetismo degli elettroni di conduzione nei metalli. 1933, Lipsia: Majorana consiglia Wataghin in una nota di questi (forse suggerita da Fermi) sull ipotesi che il decadimento beta consista nella creazione di una coppia elettrone-positrone con espulsione dell elettrone e cattura del positrone da parte di un neutrone, che viene così trasmutato in un protone. Majorana confermò che l ipotesi poteva applicarsi anche nel quadro della sua variante alla teoria nucleare di Heisenberg nel cui quadro era stata concepita.

10 Conclusioni Per una visione più equilibrata di quanto offerto dalle ricostruzioni tradizionali il contesto della scuola di via Panisperna va rifondato su basi più generali tenendo conto dell interazione tra fisici teorici e sperimentali. In questo contesto l opera di Majorana e degli altri teorici si può cogliere appieno e in particolare dai contributi di Majorana emerge il profilo di un fisico forse poco presente e poco incline a esporsi in prima persona, ma determinante in molte ricerche, e che nelle ricerche che segue mostra un coinvolgimento ben maggiore di quello di chi si limita a dare la soluzione a un problema di carattere analitico.