ACCADDE QUELL ANNO. Il Premio Nobel a Enrico Fermi The Nobel Prize to Enrico Fermi

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1 GIORNALE DI FISICA VOL. LIX, N. 4 Ottobre-Dicembre 2018 DOI /gdf/i x ACCADDE QUELL ANNO Il Premio Nobel a Enrico Fermi The Nobel Prize to Enrico Fermi Francesco Guerra Dipartimento di Fisica, Università di Roma La Sapienza, Roma, Italia Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Roma, Italia Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Roma, Italia Nadia Robotti Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Genova, Italia Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Genova, Italia Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Roma, Italia Esattamente ottanta anni fa, il 10 dicembre 1938, nella spettacolare Sala dei concerti di Stoccolma, Enrico Fermi riceve il Premio Nobel per la Fisica da Sua Maestà il Re Gustav V, alla presenza dei membri dell Accademia Svedese delle Scienze, e della famiglia reale (fig. 1). Il Premio gli viene assegnato per la sua dimostrazione dell esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall irraggiamento con neutroni, e per la sua connessa scoperta di reazioni nucleari prodotte da neutroni lenti, come recita la motivazione ufficiale. Nel discorso di presentazione, il Presidente del Comitato Nobel per la Fisica, Henning Pleijel, rivolgendosi direttamente a Fermi, fornisce una versione delle motivazioni più incisiva: per la Sua scoperta di nuove sostanze radioattive appartenenti all intero campo degli elementi e per la scoperta, da Lei fatta nel corso dei Suoi studi, dei poteri selettivi dei neutroni lenti. Il comportamento di Fermi durante la cerimonia è ineccepibile, in piena aderenza con le esigenze del protocollo. Vestito con il suo elegante frac scuro, Fermi partendo dal posto assegnatogli si accosta con passo deciso al Re e gli stringe calorosamente la mano, prende dalle sue mani il Diploma e la Medaglia, e torna poi al suo posto con sicurezza, camminando all indietro, come richiesto, per evitare di mostrare le spalle al sovrano. Alla cerimonia partecipa anche la scrittrice Americana Pearl Buck, cui è attribuito il Premio Nobel per la Letteratura per la sua ricca e veramente epica descrizione della vita contadina in Cina e per i suoi capolavori biografici. Questa cerimonia corona simbolicamente uno straordinario ciclo di ricerche, che ha avuto il suo acme nel breve periodo dal dicembre del 1933 all ottobre del 1934, e che ha portato l Istituto di Fisica di Roma a divenire il principale centro di ricerca a livello mondiale nei settori più avanzati della fisica nucleare. Quello di Enrico Fermi è un Premio Nobel tutto italiano, ottenuto mentre Fermi è Professore di Fisica Teorica alla Regia Università di Roma, e in seguito a ricerche svolte a via Panisperna (fig. 2), con le modeste attrezzature disponibili. In particolare le essenziali sorgenti di neutroni sono state fornite da Giulio Cesare Trabacchi,

2 388 Francesco Guerra e Nadia Robotti Fig. 1. Enrico Fermi con il Re di Svezia Gustav V. Crediti: Administration, courtesy AIP Emilio Segrè Visual Archives. National Archives and Records

3 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 389 Fig. 2. Il Regio Istituto di Fisica in via Panisperna. Crediti: Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma. direttore del Laboratorio Fisico dell Istituto di Sanità Pubblica, sfruttando l emanazione periodicamente estratta da un campione di sali di radio di circa un grammo, disponibile per cure mediche. Ma se le attrezzature sono modeste, d altra parte l intuito fisico di Fermi e il suo coraggio e determinazione sono assolutamente eccezionali, e gli permettono un successo che ha del miracoloso. Ricapitoliamo brevemente le tappe delle nuove scoperte in fisica nucleare, che sono alla base del Premio Nobel, e le loro conseguenze future. La nostra trattazione sarà molto schematica. Rimandiamo alla nostra monografia [1] per maggiori dettagli, e per le ulteriori referenze ivi citate. Fermi aveva ottenuto già nel 1926 un grandissimo risultato, con la scoperta della statistica a cui obbediscono le particelle che sono soggette al principio di esclusione di Pauli. Questa statistica è ora designata come statistica di Fermi-Dirac, perché Paul Dirac aveva ottenuto, alcuni mesi dopo ma in maniera apparentemente indipendente, risultati simili. Comunque le relative particelle, come conseguenza della lieve priorità temporale, sono chiamate fermioni, e per fortuna non dirachioni. Dopo la sua chiamata a Roma nel 1927, sulla cattedra di Fisica Teorica fatta espressamente istituire per lui dal potente direttore dell Istituto Fisico Orso Mario Corbino, Fermi continua le sue ricerche, sviluppando in particolare un utile modello statistico per l atomo, e affrontando problemi di elettrodinamica quantistica, di spettroscopia, di strutture iperfini.

4 390 Francesco Guerra e Nadia Robotti Verso la fine del 1933, in particolare dopo il VII Congresso Solvay svoltosi a Bruxelles il ottobre, Fermi è ormai convinto che i nuclei atomici sono costituiti da soli protoni e neutroni, come suggerito dai modelli sviluppati da Werner Heisenberg ed Ettore Majorana. Non vi sono elettroni nel nucleo. Viene così eliminata una notevole difficoltà concettuale, che ha afflitto le teorie nucleari fino a quel momento. Ma si apre una sfida formidabile. Poiché alcuni nuclei, esistenti in natura, emettono elettroni nel corso del decadimento beta, si tratta di capire come questo sia possibile. La soluzione data da Fermi nel dicembre del 1933 è molto semplice e innovativa. Viene sfruttata una profonda analogia con l elettrodinamica quantistica, che spiega l emissione e l assorbimento della radiazione elettromagnetica tramite l emissione e l assorbimento di fotoni, in corrispondenza del riassestamento della nuvola elettronica che circonda gli atomi. È ben chiaro che il fotone non esiste nell atomo prima dell emissione, ma viene creato al momento. E così un fotone assorbito scompare, e non si ritrova nell atomo che lo ha assorbito. La teoria di Fermi del decadimento beta è formulata nell ambito di una teoria quantistica dei campi, in cui è possibile la creazione e distruzione di particelle, analogamente al caso dei fotoni in elettrodinamica. Al momento del decadimento, un neutrone nel nucleo si trasforma in un protone, emettendo contemporaneamente un elettrone e un neutrino, con la piena conservazione dell energia, del momento e del momento angolare. L elettrone viene osservato come raggio beta, mentre il neutrino (in realtà un antineutrino nel linguaggio moderno) sfugge all osservazione. L energia disponibile si può distribuire in vari modi tra l elettrone e il neutrino, e questo spiega lo spettro continuo dell elettrone osservato. La teoria di Fermi è una teoria quantitativa. L interazione è descritta da una ben definita hamiltoniana. Tramite ragionevoli assunzioni si riesce in particolare a determinare quantitativamente lo spettro continuo dei raggi beta. In sostanza, Fermi stabilisce un risultato epocale, nel senso che introduce una nuova interazione fisica, poi detta interazione debole, che è uno dei componenti di base dell attuale modello standard delle particelle elementari. La teoria di Fermi si diffonde immediatamente a livello internazionale fin dal dicembre Felix Bloch, allora visitatore a Roma, informato direttamente da Fermi, scrive il 24 dicembre a Gregor Wentzel a Zurigo: Fermi ha fatto una bella teoria del decadimento beta, introducendo il neutrino, la quale riproduce così semplicemente i fatti sperimentali, che io credo fortemente in essa. La massa del neutrino dovrebbe essere esattamente zero, o in ogni caso molto più piccola di quella dell elettrone. Wentzel a sua volta riporta la notizia a Wolfgang Pauli. Interessante il commento di Pauli, espresso in una lettera a Werner Heisenberg del 7 gennaio 1934: Das wäre also Wasser auf unsere Mühle! (Questo sarebbe proprio acqua per il nostro mulino!). Per comprendere questa affermazione di tipo molitorio, occorre brevemente ricordare che alcuni anni prima, nel 1930, Pauli aveva introdotto l ipotesi di una nuova particella leggera, costituente del nucleo atomico, da lui detta neutrone, che avrebbe permesso di ovviare ad alcune difficoltà della presenza di elettroni nel nucleo, come il momento angolare e la statistica. Ma nel 1932 James Chadwick, dopo alcuni ri-

5 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 391 sultati preliminari di Walter Bothe, Irène Curie e Frédéric Joliot, scopre l esistenza di una particella pesante di massa paragonabile a quella del protone, naturalmente chiamata neutrone, secondo una ben fondata tradizione nel laboratorio Cavendish a Cambridge. Dopo pochi mesi, Fermi argutamente ribattezza sotto il nome di neutrino la particella di Pauli. Solo in italiano la parola neutrone richiama un senso accrescitivo, cui fa da contraltare la parola neutrino, con un marcato significato diminutivo. Il grosso oggetto neutro di Chadwick in contrasto con il piccolo oggetto neutro di Pauli. La teoria di Fermi è quindi un notevole contributo di successo per il mulino di Pauli, che si vede confermata la validità fisica della sua ipotesi, nell ambito di una ben precisa teoria quantitativa, i cui fondamenti sarebbero sopravvissuti per sempre nella fisica delle particelle elmentari. Nell ambito della teoria di Fermi, anche il processo inverso è possibile, nel senso che un protone nel nucleo può trasformarsi in un neutrone con la contemporanea emissione di un positrone e un antineutrino. Alcuni mesi prima Irène Curie e Frédéric Joliot avevano scoperto reazioni nucleari in cui i nuclei di alcuni elementi leggeri, bombardati con particelle alfa, emettevano neutroni e positroni, e ne avevano fatto oggetto di una relazione dettagliata al VII Congresso Solvay. Fin dal dicembre 1933, Francis Perrin aveva fatto l ipotesi che la scoperta dei Joliot-Curie si potesse interpretare come un processo nucleare in due passi. Prima l elemento leggero, bombardato con alfa, emetteva un neutrone trasformandosi in un nuclide instabile, non esistente in natura, che poi decadeva emettendo positroni e trasformandosi in un nuclide stabile. Finalmente, nel gennaio del 1934, i Joliot-Curie dimostravano la correttezza di questa ipotesi. Per esempio, una foglia di alluminio, non radioattivo, avvicinata a una sorgente di particelle alfa e poi allontanata dopo alcuni minuti, mostrava una forma di radioattività decrescente nel tempo, rilevabile nei suoi dettagli con un dispositivo molto recente, sviluppato in Germania, e diffusosi nei principali laboratori: il contatore di Geiger-Müller [2]. Nella loro immediata comunicazione ai Comptes Rendus dell Accademia delle Scienze, i Joliot-Curie spiegavano che queste esperienze mostrano l esistenza di un nuovo tipo di radioattività con emissione di elettroni positivi. L alluminio, bombardato dalle alfa, emette un neutrone trasformandosi in un isotopo radioattivo del fosforo, che successivamente decade con legge esponenziale emettendo positroni. È singolare che l esperimento dei Joliot-Curie, semplicissimo, viene effettuato solo pochi giorni dopo la formulazione della teoria di Fermi del decadimento beta, nella quale anche il decadimento beta positivo è concettualmente permesso. Per le loro scoperte i Joliot-Curie avranno il Premio Nobel per la Chimica 1935, in riconoscimento della loro sintesi di nuovi elementi radioattivi. Armato della sua teoria del decadimento beta, e incoraggiato dai risultati dei Joliot-Curie, che del resto trovavano spiegazione nel suo schema teorico, Enrico Fermi si lancia in una impresa, allora mai tentata da nessuno, e volta alla scoperta di radioattività indotta dal bombardamento del nucleo atomico con neutroni, invece che con le particelle alfa dei Joliot-Curie. Per certi versi, i suoi esperimenti, visti in retrospettiva, possono essere interpretati come la ricerca di una ulteriore conferma della sua teoria del decadimento beta, oltre

6 392 Francesco Guerra e Nadia Robotti Fig. 3. Alcune delle sorgenti di neutroni usate da Fermi, conservate alla Domus Galilaeana di Pisa. Crediti: Fondazione Domus Galilaeana, Pisa. gli elementi radioattivi naturali, con la creazione di analoghi elementi radioattivi artificiali. L esperimento è difficilissimo. In effetti, le sorgenti di neutroni sono sorgenti secondarie, in cui le alfa primarie, prodotte da una sostanza radioattiva naturale, vengono fatte incidere su un elemento leggero, producendo i neutroni. La fortuna di Fermi consiste in una ragguardevole quantità di sali di radio, circa un grammo, disponibile presso il Laboratorio Fisico dell Istituto di Sanità, collocato nel seminterrato della palazzina di via Panisperna. Il radio emette continuamente un gas radioattivo, il radon, che è usato per cure mediche oncologiche. Una piccola quantità di radon è posta in un aghetto di platino forato all interno e sigillato. Il radon emette raggi gamma. Se quindi l aghetto è inserito presso una massa tumorale, questa è sottoposta a un intenso bombardamento gamma e può regredire. Il costo di un grammo di radio all epoca raggiungeva la fantastica cifra di circa un milione di Lire, assolutamente fuori della portata di un istituto universitario. Ma il radon, emanazione del radio, produce anche particelle alfa. Le sorgenti di neutroni usate da Fermi sono costruite facendo entrare gocce di emanazione, liquefatta con l aria liquida, in una fialetta di vetro, di un paio di centimetri di lunghezza, in cui è stata inserita anche della polvere di berillio. Le alfa incidendo sul berillio producono neutroni con una reazione nucleare ben nota attraverso i lavori di Chadwick. Queste sorgenti di neutroni vengono prodotte dal direttore del Laboratorio, Giulio

7 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 393 Cesare Trabacchi, con l attrezzatura già presente per gli usi medici. La fialetta èpoi fissata con tamponi di ovatta all estremità di un lungo tubo di vetro, in modo da poter essere maneggiata in relativa sicurezza afferrando con la mano l altra estremità, per proteggersi dai raggi gamma (fig. 3). La prima sorgente è resa disponibile da Trabacchi per Fermi nella mattinata di martedì 20 marzo Le sorgenti vengono poi periodicamente rinnovate, ogni settimana, perché l attività alfa dell emanazione ha un periodo di decadimento di circa quattro giorni. Fermi calcola che le sorgenti così ottenute siano in grado di produrre, appena preparate, circa un milione di neutroni al secondo, mentre le alfa sono circa centomila volte più numerose. Il numero di neutroni prodotti è certamente molto basso, però i neutroni non sono respinti dai nuclei, e possono interagire facilmente anche con nuclei pesanti. Le sostanze da irradiare sono preparate in forma di cilindri cavi (fig. 4), entro cui le sorgenti vengono lasciate per tempi variabili. Poi le sostanze irradiate sono rapidamente trasferite in un altra stanza, per accertarsi, con apposito rivelatore, se siano diventate radioattive. L esperimento è tipicamente off-line. La sorgente di neutroni e il rivelatore sono in stanze diverse. I campioni irradiati devono essere rapidamente trasferiti dalla sorgente al rivelatore. Le grandi corse per i corridoi dell Istituto di via Panisperna non sono solo un suggestivo espediente cinematografico, ma sono necessarie per profonde ragioni fisiche. I campioni irradiati, se diventano radioattivi, subiscono un decremento esponenziale di intensità, come per le sostanze radioattive naturali, che può avere tempi molto piccoli. Come rivelatori della radioattività beta prodotta, Fermi usa contatori Geiger- Müller, costruiti artigianalmente da lui stesso (fig. 5). Di certo però vengono sfruttati trucchi noti solo a un ristretto numero di persone, quale quello di utilizzare un filo di alluminio, come uno degli elettrodi, e non l acciaio, come era consuetudine ufficialmente stabilita anche nelle pubblicazioni. Questi trucchi erano ben noti a Bruno Rossi, che li aveva appresi sotto il vincolo del segreto direttamente da Walter Bothe a Berlino. È un importante tema di ricerca, tuttora aperto, di accertare l effettivo contributo di Bruno Rossi, e in generale dell Istituto di Fisica in Arcetri, alla predisposizione dei contatori Geiger-Müller usati da Fermi. I contatori venivano opportunamente schermati dai raggi cosmici e dalla radioattività ambientale tramite un contenitore di piombo (fig. 6). I campioni irradiati venivano disposti intorno al contatore, e l eventuale attività indotta dai neutroni veniva seguita nel tempo tramite gli impulsi registrati dal contatore. Informazioni importantissime sulle procedure seguite da Fermi si trovano nel suo primo quaderno di laboratorio, che è stato da noi trovato nel fondo archivistico di Oscar D Agostino, presso un Istituto Tecnico in Avellino [1]. Fermi descrive con grande dettaglio la messa a punto dei contatori e dei dispositivi di amplificazione, e i risultati delle misure sui campioni irradiati nel corso dei primi giorni degli esperimenti, quando lavora completamente da solo. Gran parte della notte tra il 19 e il 20 marzo è impiegata per la definitiva messa a punto del contatore e dell amplificatore, per la verifica che il suo dispositivo generale registrava correttamente l attività beta naturale del potassio, sotto forma di cloruro, e per ripetute valutazioni dell attività di fondo dovuta a raggi cosmici e radioattività

8 394 Francesco Guerra e Nadia Robotti Fig. 4. Un campione metallico in forma di cilindro da sottoporre ad irraggiamento. Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma. Crediti: Fig. 5. Un contatore Geiger-Müller utilizzato da Fermi. Crediti: Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma.

9 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 395 Fig. 6. Un contatore posto in posizione verticale nello schermo di piombo. Crediti: Rendiconti dell Isituto di Sanità Pubblica, Vol. 1, pp (1938). naturale delle pareti. Ottenuta da Trabacchi la prima sorgente di neutroni nella mattinata, Fermi compie alcune prove preliminari sul platino, con risultati negativi. Poi passa all alluminio, che invece fornisce il primo successo. Un campione di alluminio, irradiato con la sorgente per circa venti minuti, e portato poi sul contatore, mostra una radioattività nettamente superiore al fondo, la quale poi decresce esponenzialmente con un periodo di circa dieci minuti (fig. 7). Si tratta di un successo strepitoso, ottenuto quasi immediatamente. Fermi sa quello che fa e sa quello che vuole. Successivamente dimostra anche l attivazione del fluoro, sotto forma di fluoruro di calcio. In questo caso le misure sono particolarmente difficili, perché la vita media del nuclide radioattivo prodotto è di solo una decina di secondi. A questo punto decide di comunicare la sua scoperta alla comunità scientifica, sotto forma di una lettera alla rivista Ricerca Scientifica, datata Roma, 25 marzo 1938-XII, dal titolo Radioattività indotta da bombardamento di neutroni, in cui riporta l attivazione del fluoro e dell alluminio, dando anche l interpretazione fisica delle reazioni nucleari coinvolte. Il nucleo del fluoro, bombardato con neutroni, si trasforma in un azoto di peso 16, espellendo una particella alfa. L azoto 16 è un nuclide non esistente in natura, che decade beta rapidamente trasformandosi nell ossigeno 16 stabile. Analogamente per l alluminio. Il nuclide instabile prodotto è il sodio 24, che emettendo un elettrone beta si trasforma in magnesio 24 (qui Fermi compie una banale svista riportando erroneamente il calcio 24 come prodotto finale). Questa lettera forma la base della prima frase di motivazione per il Premio Nobel. A testimonianza delle difficoltà dell esperimento di Fermi, è molto significativo quanto Otto Robert Frisch racconta alcuni anni dopo: Io ricordo che la mia reazione e

10 396 Francesco Guerra e Nadia Robotti Fig. 7. Pagina 19 del quaderno di Fermi, dove viene riscontrata l attivazione dell alluminio. Crediti: Fondazione Oscar D Agostino, Avellino. probabilmente anche di molti altri fu che quello di Fermi era un esperimento privo di senso, perchè i neutroni erano molto meno numerosi delle particelle alfa. In realtà l intuizione fisica di Fermi, insieme con il suo coraggio e determinazione, furono capaci di sormontare le difficoltà date dallo scarso numero di neutroni. Dopo il successo sul fluoro e l alluminio, le ricerche di Fermi proseguono con l esplorazione di tutti gli elementi del sistema periodico. Vengono coinvolti come suoi collaboratori, nell ordine temporale, Oscar D Agostino, il radiochimico del gruppo, poi Edoardo Amaldi ed Emilio Segrè, ed infine Franco Rasetti. Nella frenetica attività dopo la scoperta circa sessanta elementi vengono testati, e di circa quaranta

11 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 397 elementi viene dimostrata la radioattività indotta da neutroni. I risultati complessivi sono presentati in un articolo sui Proceedings of the Royal Society London, dal titolo Artificial Radioactivity Produced by Neutron Bombardment, con Fermi primo firmatario, seguito dagli altri, Amaldi, D Agostino, Rasetti, Segrè, in stretto ordine alfabetico. Nel corso di queste ricerche viene studiato anche l uranio, l ultimo degli elementi naturali (Z = 92). L analisi dei risultati osservati e delle presunte reazioni coinvolte conduce alla controversa interpretazione che vengano prodotti due elementi transuranici, l ausonio (Z = 93) e l esperio (Z = 94). L interesse della stampa, nazionale ed estera, è enorme. L esiguità delle dimensioni della sorgente colpisce l attenzione di un anonimo intervistatore di Fermi, che su Il Messaggero del 3 settembre 1934 scrive: È tutta nella piccola provetta di vetro che può sparire in una mano, la terribile batteria capace di sparare perfino un milione di neutroni al minuto secondo. Solo dopo la scoperta della fissione nucleare, da parte di Otto Hahn e Fritz Strassmann a Berlino nel 1938, viene riconosciuto che gli esperimenti di Fermi sull uranio nel 1934 trovano la loro naturale spiegazione tenendo conto della radioattività dovuta ai frammenti di fissione prodotti. Alla ripresa delle attività dopo la pausa estiva, si profila una nuova importante scoperta, quella degli effetti dei neutroni lenti. Il gruppo di ricerca si allarga. Bruno Pontecorvo, subito dopo la laurea, conseguita a Roma nel novembre del 1933, si era dedicato a delicate ricerche di spettroscopia seguendo la linea allora prevalente nell Istituto di via Panisperna. Dopo l estate viene chiamato a collaborare sulle ricerche nucleari, e qui trova modo di mostrare le sue capacità. Il ruolo di Pontecorvo sulla scoperta degli effetti dei neutroni lenti è stato raccontato da molti autori, Pontecorvo compreso, in molti modi diversi. Secondo la versione più accreditata, Pontecorvo, nel corso di esperimenti sulle condizioni ottimali di attivazione, si sarebbe accorto di un fatto sorprendente. Alcuni tavoli di legno nel laboratorio davano effetti miracolosi. I campioni irradiati con le sorgenti su questi tavoli erano molto più attivi, che se irradiati con le stesse sorgenti sugli altri tavoli, di marmo o di ferro, del laboratorio. Questo produceva una sostanziale difficoltà nella riproduzione delle misure, tanto che Pontecorvo, fortemente criticato da Rasetti, corse il pericolo di essere licenziato. Però Fermi, ragguagliato sul problema, trasse le sue conclusioni, guidato, a suo dire, dal suo intuito fisico formidabile. Ebbe quindi l idea di irradiare campioni di argento, ponendo tra il campione e la sorgente uno schermo di paraffina. Constatò immediatamente una fortissima differenza nell attività beta indotta, a seconda che lo schermo di paraffina fosse presente o assente. Questo avveniva sabato 20 ottobre, come testimoniano le registrazioni delle misure su un suo quaderno di laboratorio. Successivamente, il sabato e la domenica, Fermi ripetè le misure con altre sostanze e altre condizioni, circondando la sorgente con paraffina o acqua. Era ben noto che i nuclei leggeri rallentavano i neutroni, tramite i semplici urti elastici. Paraffina e acqua contengono nuclei di idrogeno, ai quali si poteva imputare l azione di rallentamento dei neutroni. A questo punto Fermi, ben esperto di meccanica quantistica, raggiunge la completa comprensione del fenomeno. La sezione d urto, tra il neutrone e il nucleo,

12 398 Francesco Guerra e Nadia Robotti per alcune reazioni, dipende dalla velocità del neutrone, con un andamento crescente al diminuire della velocità del neutrone. Fermi era bene al corrente che un fenomeno simile avviene per la sezione d urto elettrone-atomo, per alcuni atomi, in un contesto fisico completamente differente, ma sempre interpretabile in termini di opportuni effetti quantistici. Considerazioni di questo tipo erano intervenute anche nelle ricerche spettroscopiche di Pontecorvo nei mesi precedenti. Quindi, nell ottobre del 1934, sono poste le basi per il completamento delle motivazioni per il Premio Nobel. La scoperta degli effetti dei neutroni lenti, di essere più efficaci di quelli veloci per alcune reazioni, immediatamente produsse un nuovo slancio alle ricerche in via Panisperna. Fu possibile attivare più sostanze, e studiare meglio le proprietà radioattive dei nuclidi prodotti. Inoltre, era ben chiara a Fermi, e specialmente a Corbino, l importanza pratica della scoperta della radioattività indotta da neutroni. Era possibile preparare nuclidi specifici, lungo tutto l arco degli elementi, che potessero essere usati come traccianti per lo studio delle reazioni chimiche e del metabolismo degli organismi. Una targa apposta nell Aula Magna dell Istituto di Radiologia dell Università di Roma ricorda con gratitudine un seminario svolto da Fermi nel maggio del 1934, in cui vennero descritte le nuove possibilità applicative della radioattività indotta. Naturalmente, con la scoperta degli effetti dei neutroni lenti, che incrementavano anche di un fattore cento alcune reazioni di attivazione, la produzione di nuovi nuclidi, da usare come traccianti o per cure mediche, poteva entrare nelle possibilità di proficua applicazione pratica. È noto che Corbino spinse affinché il metodo dei neutroni lenti fosse protetto da un brevetto, che, conseguito inizialmente in Italia (fig. 8), venne poi esteso a tutte le nazioni sviluppate, compresi gli Stati Uniti e il Canada. Solo molti anni dopo, all inizio degli anni Cinquanta, gli inventori ebbero un congruo risarcimento dal governo degli Stati Uniti. Dopo la scoperta degli effetti dei neutroni lenti, Fermi è coinvolto in ricerche sistematiche sulla diffusione, il rallentamento e l assorbimento dei neutroni nelle varie sostanze, fino al conseguimento del Premio Nobel nel 1938, e al suo conseguente espatrio negli Stati Uniti. I neutroni lenti si riveleranno sempre più importanti nel seguito. In particolare il fenomeno della fissione nucleare venne scoperto da Hahn e Strassmann nel 1938 bombardando l uranio proprio con neutroni rallentati nella paraffina. Anche la reazione nucleare a catena autosostenuta e controllata nell uranio implica sofisticate considerazioni sull azione di rallentamento e assorbimento dei neutroni. Come è noto la prima reazione a catena viene realizzata da Fermi a Chicago nel dicembre del 1942, utilizzando un reattore con combustibile dato da uranio naturale e moderatore costituito da grafite purissima. Il moderatore è necessario per rallentare i neutroni veloci prodotti dalle fissioni, in modo che possano innescare utilmente altre fissioni, agli effetti della reazione a catena.

13 Il Premio Nobel a Enrico Fermi 399 Fig. 8. Il brevetto sui neutroni lenti. Roma. Crediti: Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Vediamo così che lo studio delle reazioni nucleari provocate da bombardamento con neutroni iniziano a Roma, con metodi artigianali ma sorrette dalla genialità di Fermi, e si espandono in ricerche strategiche, che cambiano l equilibrio geopolitico del mondo, rese possibili da un apparato industriale poderoso, ma ancora sorrette dalla genialità di Fermi. Parafrasando le stesse parole che Fermi ha usato per un altro studioso, possiamo dire che la principale caratteristica della sua opera scientifica consiste nell armonica

14 400 Francesco Guerra e Nadia Robotti fusione tra il punto di vista teorico e la realizzazione sperimentale. Ben appropriatamente si parla di una duplice genialità tra teorie ed esperimenti nella Mostra su Enrico Fermi [3], ideata da Luisa Cifarelli, realizzata dal Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, in collaborazione con la Società Italiana di Fisica, e presentata in anteprima a Genova nel 2015 e a Bologna nel 2016, prima della sua sistemazione definitiva nella palazzina di via Panisperna. Bibliografia [1] Guerra Francesco e Robotti Nadia, Enrico Fermi e il quaderno ritrovato: 20 marzo La vera storia della scoperta della radioattività indotta da neutroni (Società Italiana di Fisica, Bologna) 2015, pp. VIII+272. [2] Bettini Alessandro, Novant anni del contatore di Geiger e Müller, Giornale di Fisica, LIX, (2018) 185. [3] Guerra Francesco e Robotti Nadia, Enrico Fermi - Una duplice genialità tra teorie ed esperimenti, Giornale di Fisica, LVII (2016) 3.