PAUL DIRAC: LA MATEMATICA DELLA BELLEZZA

PAUL DIRAC: LA MATEMATICA DELLA BELLEZZA

INDICE La vita 3 -I primi anni 4 -Gli studi 5 -I viaggi 6 -La vita familiare 7 -I riconoscimenti 8 -Gli ultimi anni 9 Le principali teorie 10 -L'equazione della bellezza 11 -Il monopolo magnetico 19 In memoriam 23

LA VITA

I PRIMI ANNI Paul Adrien Maurice Dirac nasce a Bristol l 8 agosto del 1902 dal padre Charles, un emigrante svizzero e professore di francese, e la madre Florence.

GLI STUDI Studia ingegneria elettrica a Bristol. Decide poi di intraprendere gli studi di matematica applicata. Nel 1923, si traferisce a Cambridge. In quegli anni studia la teoria quantistica sotto la supervisione del professor Ralph Fowler.

I VIAGGI Nel 1926 si trasferisce temporaneamente a Copenaghen e, in seguito, a Gottinga. Nel 1929, Dirac e Heisenberg viaggiano prima negli Stati Uniti e, successivamente, in Giappone dove partecipano a diverse conferenze.

LA VITA FAMILIARE Nel 1937 sposa Margit Wigner. La coppia ha due figlie: Mary Elizabeth e Florence Monica.

I RICONOSCIMENTI Nel 1930 viene eletto membro della Royal Society. Nel 1931 è chiamato a presiedere la cattedra lucasiana di matematica a Cambridge. Nel 1933, all età di 31 anni, riceve il Premio Nobel per la fisica per la scoperta di nuove teorie atomiche.

GLI ULTIMI ANNI Nel 1969 si trasferisce negli Stati Uniti, dove è nominato professore dell Università della Florida. Muore il 20 ottobre del 1984 a Tallahassee, dove viene sepolto.

LE PRINCIPALI TEORIE L'equazione della bellezza Il monopolo magnetico

L'EQUAZIONE DELLA BELLEZZA Nel 1927, Paul Dirac riuscì ad accordare la fisica quantistica e la teoria della relatività speciale di Einstein, introducendo un equazione in grado di spiegare il comportamento degli elettroni, spin compreso, ad ogni velocità fino alla velocità della luce.

Il lavoro di Dirac era volto a descrivere la Natura attraverso una formula che rispettasse un estetica nella matematica: Jordan, che lavorava alla stessa formulazione, disse: <<Avrei preferito trovare io l equazione, ma la formulazione di Dirac è così meravigliosa e l equazione è così concisa, che dobbiamo essere felici di averla>>

Durante una lezione sulla filosofia della scienza tenuta da lui stesso, si limitò a scrivere sulla lavagna: <<Le leggi fisiche devono avere bellezza matematica>>. Portrait of Paul Dirac, by Clara Ewald, 1939.

Questa equazione conduceva però a risultati sorprendenti e apparentemente paradossali: ogni soluzione in cui l elettrone aveva una prevedibile energia positiva, prevedeva una controparte con energia negativa.

Interpretando i suoi risultati, Dirac intuì: L'esistenza dell'antielettrone, detto anche positrone. Se un elettrone avesse incontrato un antielettrone, la coppia si sarebbe dovuta annichilire e la massa ricombinare per poi trasformarsi in radiazione In altre parti dell Universo le cariche positive e negative fossero invertite, che esistesse quindi un Universo di antimateria

LA SCOPERTA DEL POSITRONE Nel 1932, mentre studiava le tracce lasciate dalle particelle dei raggi cosmici nel suo rivelatore, Carl Anderson notò che alcune di esse reagivano al campo magnetico come se avessero carica opposta. La famosa fotografia del 1932: raffigura il positrone che entrando dal basso attraversa uno spessore di piombo perdendo energia. Si trattava della prima chiara evidenza sperimentale dell esistenza di una particella di antimateria, l antielettrone di Dirac.

Pochi giorni dopo, Patrick Blackett e Giuseppe Occhialini osservarono i due fenomeni già previsti da Dirac: La generazione di coppie di elettroni e positroni, prodotti direttamente dalla radiazione L annichilazione, ossia il processo nel quale particelle e antiparticelle riunite sparivano emettendo radiazione.

La teoria di Dirac richiede che ogni particella abbia la sua antiparticella : un complementare di antimateria di massa uguale e carica elettrica opposta. Vengono chiamate particelle di Dirac tutte le particelle che presentano un complementare di antimateria.

IL MONOPOLO MAGNETICO Nel magnetismo è risaputo che una calamita presenta sempre due poli e, per questo, viene anche chiamata dipolo magnetico.

Nel 1931 Dirac sviluppò la teoria del monopolo magnetico. Come disse lui stesso: <<Questo lavoro tratta fondamentalmente dell esistenza di una carica elettrica minima>>.

Dirac stabilì una relazione molto semplice tra il valore della carica elettrica e quella magnetica. Ciò gli permise di determinare il valore minimo della carica magnetica a partire dalla carica dell elettrone. Ciò che ottenne fu: 137 e M= 2

Fisica, dopo 80 anni confermate le teorie di Dirac: i monopoli magnetici esistono ROMA - I monopoli magnetici esistono. Una ricerca coordinata dall'amherst College statunitense ha dimostrato per la prima volta l'esistenza di una particella con un solo polo magnetico. Una scoperta storica, descritta sulla rivista scientifica Nature, che conferma le teorie del premio Nobel per la fisica, Paul Dirac, che teorizzò l'esistenza di queste particelle nel 1931. (www.larepubblica.it,29 gennaio 2014)

IN MEMORIAM Il 13 novembre 1995, nell Abbazia di Westminster si è celebrata una manifestazione in memoriam di Paul Dirac. << La bellezza matematica è una qualità che non può essere definita, non più di quanto la bellezza possa essere definita per l'arte, ma chi studia matematica, di solito, non ha difficoltà ad apprezzarla>> (Paul Dirac, 1939)

BIBLIOGRAFIA -Juan Antonio Caballero Carretero, Dirac. L antimateria. Il lato oscuro della materia, RBA, Navarra, 2013. -Graham Farmelo, The Strangest Man: the Life of Paul Dirac, Londra, Faber and Faber, 2009 SITOGRAFIA -Sito ufficiale del Premio Nobel, http://www.nobelprize.org/ -Antonio Masiero, Fisica, dopo 80 anni confermate le teorie di Dirac: i monopoli magnetici esistono (29 gennaio 2014) in www.larepubblica.it. -Raimond Zreick, Come costruire in casa un monopolo magnetico in www.focus.it, 4 febbraio 2014.