a) la e la avevano la stesa parità b) la costante di accoppiamento pione-iperone era approssimativamente uguale a quella pione-nucleone.

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1 Il mio primo incontro con Nico Dallaporta risale al 1948 quando la Facoltà di Scienze dell Università di Trieste stava muovendo i primi passi. Teneva il corso di Meccanica Quantistica e il suo modo di insegnare era caratterizato dalla non comune capacità di visualizzare le diverse sfaccettature dei fenomeni fisici a livello atomico basandosi più su una descrizione modellistica che su schemi matematici rigorosi. Riflesso, forse, della sua formazione iniziale di fisico sperimentale interessato a capire argomenti come le nubi elettroniche, il legami chimici e fisici, l energia di Fermi, le strutture nucleari, la cosmologia. Gli chiesi la Tesi. Mi propose di analizzare i due modelli nucleari allora in voga: il modello a gas di Fermi ed il modello a goccia compatta, cercando di valutare l effetto delle forze che si manifestano tra i protoni ed i neutroni (nucleoni). Fu il mio primo impatto con il mondo delle interazioni nucleari forti. Ripensando oggi alla mia Tesi mi rendo conto che Nico mi aveva posto di fronte ad un problema che era alla frontiera della ricerca nucleare. Il mesone di Yukawa, dopo tanti sforzi, era stato scoperto in eventi provocati da raggi cosmici in emulsioni fotografiche (Lattes, Occhialini, Powell 1947) e lo studio degli stati dinamici dei nulcei complessi stava per essere affrontato con metodi teorici nuovi, tipici dei problemi a molti corpi. Il modello a strati di Mayer e Jensen è del 1949, quello collettivo di Bohr e Mottelson è del 1952, l introduzione del concetto di quasi particella nei nuclei pesanti è del Come docente e scienzato Nico affrontò spesso le difficoltà insite nella ricerca fondamentale assieme ad un giovane allievo. Era questo un lato profondamente umano della sua complessa personalità. La sua cultura spaziava senza imbarazzo dal mondo scientifico a quello della musica, dall arte alla letteratura classica, dalla metafisica alla teologia. Questa sua straoridinaria ricchezza aprì a tanti giovani i nuovi orizzonti della fisica moderna. I risultati della mia Tesi furono assai modesti. Fui quindi fortemente sorpreso quando mi propose di trasferirmi a Padova dove mi aveva trovato un piccolo stipendio. Nel 1950, grazie alla lungimiranza di Antonio Rostagni e all entuisiasmo di Nico Dallaporta e di Giampiero Puppi, l Istituto di Fisica era in pieno fermento sia come attività sperimentale sia come attività teorica.

2 Piero Bassi, Ezio Clementel, Italo Filosofo, Arturo Loria, Michelangelo Merlin, Igino Scotoni, Guido Zago stavano realizzando laboratori all avanguardia per lo studio delle reazioni nucleari prodotte da raggi cosmici di alta energia. L Istituto venne in poche anni dotato di una camera a nebbia, di una camera a bolle (prima in Italia e poi sviluppata al CERN), di un laboratorio emulsioni fotografiche e di un laboratorio in alta quota sulla Marmolada, vicino al rifugio Fedaia. Verso la fine degli anni 50 venne realizzato anche un laboraotrio di fisica nucleare a Legnaro dotato di un acceleratore pulsato da 450 kv e di un acceleratore Van de Graaf da 5,5 MV. In questi laboratori gravitavano anche una trentina di giovani fisici, entusiasti malgrado fossero sostenuti con stipendi al limite della sopravvivenza. L Istituto raggiunse in pochi anni livelli di eccellenza, tanto da diventare Centro di attrazione per molti ricercatori stranieri. Molti del gruppo dei trenta ricordano ancora con rimpianto e nostalgia gli anni 50 quando con l assenso di Rostagni vennero raggiunte le prime conquiste sociali come la mensa specializzata in risi e bisi e la possibilità, per i non padovani, di coabitare in una stanza posta nel sottotetto dell Istituto, dove troneggiava una statua di Galileo. L istituto, divenne luogo di scherzi memorabili al limite della fantascienza. Chi del gruppo non ricorda il fiore di Milla o le foglie rosse degli alberi di via Marzola? Durante gli anni 50 Dallaporta si dedicò prevalentemente allo studio dei raggi cosmici e di riflesso alle interazioni forti. Era rimasto colpito dalla scoperta di alcuni eventi, provocati da raggi cosmici e visti per la prima volta in una camera a nebbia da Rochester e Buttler nel 1947 che mostravano tracce caratterizzate da una configurazione a V. L analisi indicò che le tracce erano state originate dal decadimento di due particelle del tutto nuove: il mesone K e iperone. Anche altre particelle, come gli iperoni vennero scoperti successivamente in eventi prodotti da raggi cosmici o nei laboratori che si erano nel frattempo dotati di grandi acceleratori, primo fra questi il bevatrone di Berkeley che portò alla scoperta dell antiprotone da parte di Segrè e Chamberlain (1955). Verso la metà degli anni 50 si capì in modo sufficientemente chiaro che le particelle elementari non erano come si riteneva solo i nucleoni, gli elettroni, i neutrini elettronici (con le rispettive antiparticelle) e i fotoni. Il mondo era assai più complesso e poteva essere così sintetizzato in famiglie:

3 Famiglia degli Adroni costituita dai nucleoni, dagli iperoni,, e, dai mesoni e mesoni K; Famiglia dei Leptoni costituita da elettroni e mesoni µ con i rispettivi neutrini; Non era ancora stato scoperto il mesone ; Il fotone, quanto del campo elettromagnetico. Inoltre si conoscevano quattro tipi di interazioni: le interazione nucleari forti, che sono all origine della stabilità dei nuclei; le interazioni deboli che determinano i processi di decadimento; le interazioni elettromagnetiche che garantiscono la stabilità degli atomi e delle molecole; le interazioni gravitazionali Gli adroni sono soggetti a tutte le interazioni mentre i leptoni non sono soggetti all interazione forte. Quando gli adroni si trovano a breve distanza, manifestano forze particolarmente intense di non facile interpretazione. In analogia con la elettrodinamica quantistica sviluppata da Feynman (1948) si è cercato nei primi anni 50 di interpretare in primo luogo la forza che si esercita tra i nulcleoni come una successione di atti elementari N N +, in cui un nucleone si trasforma in un nucleone e un pione. L interazione è caratterizzata da una costante di accoppiamento adimensionale il cui valore è circa uno (la costante di accoppiamento dell interazione elettromagnetica è circa cento volte più piccola). Poiché il pione ha una massa di circa 140 MeV, per il principio di indeterminazione di Heisenberg le interazione nucleari forti hanno un raggio d azione di circa cm e un tempo di reazione di sec. Anche gli iperoni ed i mesoni K sono soggetti ad interazione forte. Possono essere prodotti senza particolari difficoltà e possono trasformarsi uno nell altro purché sia disponibile sufficiente energia e siano rispettate le leggi di conservazione (energiaimpulso, momento angolare, parità, spin isotopico, numero barionico, carica elettronica) e di invarianza (coniugazione di carica e inversione temporale). Il fatto nuovo, e del tutto sorprendente, è stata la scoperta che gli iperoni possono essere prodotti solo accoppiati con i mesoni K in processi del tipo - +P 0 +K 0. Gli iperoni e i mesoni K hanno inoltre una vita media estremamente lunga rispetto ai tempi

4 delle interazioni forti. Non decadono quindi con la stessa rapidità con cui vengono prodotti, ma vivono per tempi di circa sec. Il fenomeno della creazione in coppia delle nuove particelle, chiamato produzione associata ha imposto l introduzione di un nuovo numero quantico detto stranezza (Gell- Mann e Nishijima, 1953). I nucleoni hanno stranezza 0, gli iperoni e hanno stranezza 1, gli iperoni stranezza 2, il pione ha stranezza 0, i mesoni K + e K 0 stranezza +1, i mesoni K - e K 0, stranezza 1. La conservazione della stranezza impedisce, ad esempio, la reazione - + P+ ( e P hanno stranezza 0, ha stranezza 1). Sono possibili invece reazioni del tipo - +P o +K 0 oppure P+K - +K + osservata da Alvarez nel La conservazione della stranezza, impedisce agli iperoni e ai mesoni K di decadere per interazione forte in quanto i processi del tipo P+ - non conservano la stranezza. Le particelle possono decadere invece con meccanismi simili a quelli introdotti da Fermi per spiegare il decadimento dei nuclei. Questo tipo di interazione, chiamata debole, è caratterizzata dal piccolo valore della costante di accoppiamento, circa L interazione debole assicura la lunga vita media delle particelle strane. La stranezza (come lo spin isotopico) non è conservata nelle interazioni deboli e si possono avere pertanto processi del tipo P+ -, N+ ecc. (i lavori di Dallaporta sui decadimenti delle particelle strane sono discussi nell intervento di Nino Costa). Nel 1953 Danysz e Pniewski trovarono, in una emulsione fotografica esposta ai raggi cosmici, un frammento nucleare che venne interpretato come un nucleo di elio in cui un neutrone era stato sostituito da una. Altri eventi simili furono scoperti successivamente e vennero chiamati iperframmenti. Molte Università e molti Centri di ricerca internazionali si impegnarono in un intenso lavoro sugli iperframmenti allo scopo di comprendere sia le modalità di interazione della nei nuclei, sia i relativi processi di decadimento (mesonici e non mesonici). A partire dal 1954, sotto la guida di Nico, iniziò a Padova una stretta collaborazione tra i gruppi teorici e sperimentali (Baldo Ceolin, Fry), durata quattro-cinque anni, allo scopo di studiare a fondo la fenomenologia degli iperframmenti. A questi lavori partecipò anche Luciano Fonda dell Università di Trieste.

5 Il primo problema affrontato è stato quello di ricercare la causa della discrepanza tra i dati sperimentali relativi all interazione - nucleone e i risultati teorici ottenuti da Wenzel (1956) nell ipotesi che l interazione iperone-nucleone fosse dovuta al solo mesone K con processi del tipo N+K A Padova si è avanzata l ipotesi che la reazione elementare + avesse un ruolo determinante nel meccanismo dell interazione tra la e il nucleone. Il potenziale - nucleone è stato calcolato seguendo il metodo di Brueckner Watson (è evidente l analogia tra i processi + e NN+) che, a quel tempo, era uno dei procedimenti standard per il calcolo del potenziale nucleone-nucleone. I primi risultati, presentati nel 1956 al Congresso Internazionale sulle Costanti Fondamentali della Fisica, sono stati ottenuti partendo dall ipotesi estrema che l interazione -nucleone avvenisse tramite il solo campo pionico. Si è dimostrato che, in tal caso, l andamento dell energia di legame della poteva essere riprodotto con discreta approssimazione in funzione del numero di massa degli iperframmenti se: a) la e la avevano la stesa parità b) la costante di accoppiamento pione-iperone era approssimativamente uguale a quella pione-nucleone. La ricerca ha fornito la prima indicazione, poi ritrovata in modo fenomenologico da Dalitz (CERN Conference 1958) che lo stato fondamentale del sistema -nucleone è quello di singoletto. Lichtenberg e Ross (1956) che indipendentemente avevano suggerito lo stesso modello ma non le ipotesi (a) e (b), indicavano come stato fondamentale quello di tripletto. I risultati ottenuti a Padova sono alla base del modello a simmetria globale di Gell- Mnn ( ) sviluppato tenendo conto esplicitamente delle ipotesi (a) e (b). L interazione iperone-nucleone è stata successivamente ripresa con maggior dettaglio, tenendo conto della varie combinazioni delle parità del mesone K e dei vari processi di interazione con scambio di pioni e di mesoni K. Si è confermato che il miglior accordo coni i dati sperimentali si ha assumendo che la e la abbiano la stessa parità, con costanti di accoppiamento pione-iperone e pione-nucleone praticamente uguali. E stato inoltre possibile dare una indicazione dell ordine di grandezza delle costanti di

6 accoppiamento del K con i nucleoni, trovando valori che in seguito sono stati confermati da Gourdin e Rimpault (1962) e da Nambu e Sakurai (1961). Purtroppo nei lavori padovani non sono state valutate le conseguenze di principio e la validità del tutto generale delle ipotesi (a) e (b). Si sono così solo intuite le implicazioni che queste potevano avere sulle simmetrie delle interazioni forti. Interessante, comunque è stata la possibilità di superare una delle obiezioni che si possono fare al metodi di calcolo impiegato, cioè quella di essersi basati su procedimenti teorici non immuni da critiche. In una serie di lavori si è dimostrato che dato il piccolo valore dell energia di legame della negli iperframmenti leggeri, i risultati dei calcoli sono insensibili, entro limiti abbastanza ampi, al variare dei raggi dei cores repulsivi che vengono introdotti in modo fenomenologico nel calcolo dei potenziali (1959). Inoltre, ammessa come valida l ipotesi (b), i potenziali iperone-nucleone possono essere tutti dedotti come combinazioni lineari di potenziali relativi ai diversi stati del sistema nucleonenucleone. In particolare, nel caso dell interazione -nucleone le caratteristiche essenziali di tutti i potenziali nucleone-nucleone richiesti (più precisamente la parte a lungo range dei potenziali) sono sperimentalmente ben note. Poiché il potenziale nucleone-nucleone di Brueckner e Watson riproduce queste caratteristiche, i risultati ottenuti risultano indipendenti dalle procedure di calcolo. Si è anche messo in evidenza come il potenziale + P presenti ambiguità assai più notevoli rispetto al potenziale N. Esso infatti richiede la conoscenza del potenziale nucleone-nucleone nello stato di tripletto con parità negative che, sperimentalmente, è poco noto. Per questo motivo, non sembra valido il suggerimento di Marshack e coll. (1958) su una possibile verifica delle simmetrie nelle interazioni forti in base al comportamento delle sezioni d urto differenziali + P. Accettato come processo fondamentale dell interazione -nucleone la reazione +, si sono riesaminate le modalità di decadimento degli iperframmenti in base ad un meccanismo diverso da quello proposto da Ruderman e Karplus (1956). E infatti possibile che l iperone legato decada quando si trova nello stato virtuale di (1958). Assumendo che il decadimento avvenga con le stesse modalità del decadimento libero, un processo di questo tipo permette di risalire, in modo diretto, al valore della costante di accoppiamento pione-iperone (considerando il decadimento mesonico dell iperframmento, nel problema interviene un solo vertice con interazione forte). Si è previsto che il rapporto di decadimento mesonico/non mesonico tende a saturarsi coni crescere del numero di massa e che possono aversi decadimenti mesonici con ioni positivi.

7 In conclusione, il lavoro svolto a Padova sulle interazioni forti contribuì ad approfondire alcuni aspetti della classififcazione delle particelle elmentari nota come simmetria unitaria. Grazie a Gell-Mann e Zweig si aprì successivamente il problema di capire se le particelle elementari avessero loro stesse una struttuta interna. Il modello a quark proposto costituisce oggi un campo di ricerca estremamente ricco di prospettive, anche se i quark non sono stati finora osservati. Ho visto Nico per l ultima volta pochi mesi prima della sua morte. Era curvo, fisicamente stanco, ma il sorriso era ancora quello del lontano Siamo rimasti insieme, nella sua bella casa, alcune ore, ricordando i periodi in cui avevamo lavorato insieme. Era estremamente lucido ed ancora teso a trovare una sintesi coerente dell immagine del mondo fedele alla realtà. Sentiva che la visuale scientifica, oggi così predominante, andava integrata con la ricchezza delle conoscenze umanistiche che sono alla base di tutte le grandi civiltà. Ad un certo momento mi chiese perchè scienziati di così grande valore come Steven Weinberg potessero essere tanto pessimisti da affermare: quanto più l universo diventa comprensibile, tanto più appare inutile. Mi venne in mente una frase di Freeman Dayson: non mi sento un estraneo nell universo. Quanto più l esamino e studio i particolari della sua architettura, tanto più trovo prove che l universo, in un certo senso, doveva già sapere che saremmo arrivati. Fabio, mi rispose, conosco Dayson, ma tu non hai risposto alla mia domanda.