SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


Durante l’estate del 1949 Fermi torna in Italia dopo quasi undici anni per partecipare alla conferenza di Como sui raggi cosmici (l'interesse sui raggi cosmici era legato al fatto che essi sono particelle ad alta energia e determinano reazioni significative quando incontrano l'atmosfera; tiene una serie di lezioni a Roma e a Milano, dal titolo Conferenze di fisica atomica (i temi trattati sono: Le particelle elementari 1ª e 2ª parte; ; La ricerca di un'attrazione tra elettrone e neutrone; Orbite nucleari; Nuovi sviluppi dell'elettrodinamica quantistica; ; Analogie ottiche nelle proprietà dei neutroni; Il monopolo di Dirac).

É l’occasione per rivedere i vecchi amici e conoscere i giovani fisici della nuova generazione. Alcuni degli argomenti trattati - particelle elementari, orbite nucleari, nuovi sviluppi dell’elettrodinamica quantistica - costituiscono un forte stimolo nell’orientare gli interessi dei fisici italiani verso la fisica delle particelle.
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Sempre durante l’estate Fermi e Chen Ning Yang, scrivono insieme Nell’articolo Fermi e Yang suggeriscono che i pioni possano essere particelle composte formate dall’associazione di un nucleone con un antinucleone. Il modello sarà ripreso più tardi da Shoichi Sakata con un certo successo; naturalmente solo più tardi sarà soppiantato dal modello a quark.

A Chicago Fermi partecipa attivamente a tutti i seminari e a moltissime discussioni, spesso gettando con una sola osservazione il seme di importanti futuri sviluppi.

Negli anni 1949-1950 comincia a preparare se stesso e i suoi colleghi e studenti di Chicago agli esperimenti sulla fisica delle alte energie che molto presto sarebbero stati in grado di fare con il ciclotrone ancora in costruzione nell'Institute for Nuclear Studies e che sarebbe stato in grado di fornire fasci di mesoni.

Una parte di queste lezioni appaiono nelle "Lezioni Donegani"; una versione più completa sarà più tardi pubblicata in volume con il titolo Elementary Particles.

Uno degli esempi di questo lavoro preparatorio è rappresentato dall'articolo . L'idea nasce dal tentativo di supporre che cosa possa succedere nel corso di collisioni nucleone-nucleone ad altissima energia con produzione multipla di particelle. Il secondo lavoro su questi problemi è .

Fermi confronta i risultati sperimentali con il modello teorico. Per fare queste valutazioni utilizza un metodo statistico. Il modello di Fermi è estremamente semplificato e consente di ottenere almeno gli ordini di grandezza delle sezioni d'urto dei processi e tuttavia fornisce dei valori di riferimento con i quali fare i primi confronti dei risultati sperimentali, in modo da rivelare se sta accadendo qualcosa al di fuori della statistica.

La sua idea d'altra parte è che le teorie sui mesoni non sono in ogni caso corrette e che non valesse la pena di calcolare qualsiasi cosa in modo esatto.

Finalmente nel 1951 entra in funzione il nuovo sincrociclotrone di Chicago che accelera protoni a 450 MeV con il quale si possono produrre un gran numero di pioni. Nel momento in cui viene completata Fermi passa una gran quantità del suo tempo familiarizzandosi con le sue operazioni.

É molto fiero di almeno uno dei suoi contributi alla costruzione. Si tratta del suo carrello, l'apparato per trasportare il bersaglio del ciclotrone. Può essere mosso a piacere intorno alla parte periferica del polo magnetico, controllato dall'esterno dall'azione del campo magnetico sulle correnti che possono essere inviate attraverso gli avvolgimenti a cui sono connesse le ruote. Lo aveva costruito lui stesso nella sua piccola officina e per anni ha funzionato alla perfezione.

Nella primavera del 1951 Fermi, insieme a un folto gruppo di studenti e allievi, riprende l'attività sperimentale. Negli ultimi tre anni di vita si concentrerà sull'interazione fra pioni e nucleoni (cioè protoni e neutroni) che costituisce il processo fondamentale delle cosiddette interazioni forti nella teoria di Yukawa.

Il nuovo ciclotrone è l'occasione per organizzare una Conferenza internazionale di fisica nucleare e delle particelle elementari, tenuta dal 17 al 22 settembre a Chicago. Circa 200 scienziati vi prendono parte e 40 di loro provengono da paesi stranieri.

Fermi fa il discorso iniziale sulle particelle elementari () e partecipa a tutte le discussioni.

In questo periodo Fermi si interessa anche di un problema teorico riguardante l'instabilità di una superficie di separazione fra due fluidi, quando il più pesante viene accelerato dal più leggero (instabilità di Taylor). Questo argomento era stato sviluppato ampiamente a Los Alamos da John von Neumann perché era importante per il metodo di implosione delle bombe atomiche.

L'interesse di Fermi ad approfondire l'argomento è testimoniato da tre lavori, due pubblicati nel 1951 (Excerpt from a Lecture on Taylor Instability given during the Fall of 1951 at Los Alamos Scientific Laboratory; ) e il terzo nel 1953, quest'ultimo insieme allo stesso von Neumann (Taylor Instability at the Boundary of two Incompressible Liquids).



Fermi con Giulio Racah durante la prima visita in Italia


Arthur Holly Compton


Inaugurazione del ciclotrone a Chicago


Il carrello progettato da Fermi per il ciclotrone