È ormai noto che dal momento della distruzione della fisica italiana operata dalla Chiesa di Roma a partire dalla condanna di Galileo nel 1633, il baricentro della ricerca scientifica, prima solidamente situato in Italia, si sposta nel Nord Europa. Qualche allievo di Galileo produrrà ancora qualcosa (es. Torricelli), ma piano piano tutto si spegnerà. Resteranno: la ricerca in matematica (non ha mai fatto paura a nessuno, è un 'gioco' che risponde solo a se stesso, una invenzione della mente che non deve avere nulla a che fare con il mondo reale); le ricerche in botanica ed in geologia (classificare e descrivere sono anch'esse operazioni inoffensive). Naturalmente nei circa 300 anni che separano quell'evento disastroso dal secolo XX, vi sono stati bravi ricercatori. Scienziati di fama (come Mossotti, Bartoli, Amici, Nobili, ...)e alcuni di grande fama (Volta, Avogadro, Cannizzaro). Ma l'aspetto deprimente è stata l'impossibilità di ricostruire una scuola di fisica, un insieme di persone connesse in un contesto in cui le conoscenze si costruissero, consolidasserro, tramandassero in un ambiente che ne garantisse continuità. In altre occasioni ho avuto modo di dire che, se da una parte basta poco a distruggere una Scuola, la sua costruzione può richiedere anche centinaia d'anni. Ed in questa ottica, con tutta l'enfasi necessaria, occorre guardare all'insieme di concause che hanno permesso la rinascita di una Scuola di fisica in Italia nel primo quarto del XX secolo, Scuola che non è stata un fuoco di paglia e che, a 75 anni di distanza, possiamo guardare come forte, consolidata, in grado di produrre dei Nobel e di proiettarci ai vertici della ricerca mondiale. Tutto questo inizia da Fermi che nasceva, appunto 100 anni fa.

            Queste note vogliono rendere omaggio a questo grande italiano che, come Galileo, è diventato patrimonio dell'umanità e che a noi italiani ha reso un servizio immenso.

            Per capire, almeno nei suoi tratti fondamentali, il "fenomeno" Fermi e la sua Scuola, occorre capire cosa accadeva nel mondo della fisica verso la fine del secolo XIX ed all'alba del XX. Farò quindi un breve sunto per punti delle ricerche che, soprattutto in Europa (gli Stati Uniti non avevano alcun peso scientifico all'epoca), si portavano avanti. Tenterò poi, sempre per punti, la ricostruzione dell'ambiente socio - politico - scientifico italiano, al fine di cogliere gli elementi di novità. Seguirà una biografia scientifica di Fermi che tenterà di cogliere gli aspetti salienti del suo lavoro e della sua capacità organizzativa. Finirò con una bibliografia che riporterà i testi in cui gli argomenti da me solo accennati sono trattati in modo completo ed approfondito.

LA FISICA SUL FINIRE DEL XIX ED AGLI INIZI DEL XX SECOLO

            In estrema sintesi la situazione della fisica si presentava nei seguenti termini. Innanzitutto vi erano tre Paesi che avevano in mano gran parte della ricerca di punta. La Gran Bretagna era certamente la prima potenza scientifica per la quantità e la qualità dei lavori prodotti. La Germania veniva emergendo possente a partire dal momento della sua unità (1870) sostenuta anche da una importantissima eredità degli stati preunitari (anche se brevissimamente, occorre dire che fu la politica scolastica che da una parte permise alla Germania di crescere a fronte del declino sempre maggiore della Gran Bretagna: nel primo Paese la scuola divenne pubblica e sostenuta da una importantissima politica di borse di studio, mentre nel secondo era, come è ancora, affidata a College in gran parte privati che selezionano a priori in base al censo). La Francia, che pure aveva rappresentato dei momenti fondamentali nella ricerca (soprattutto durante e dopo la Rivoluzione che aveva dato vita a quelle Scuole Politecniche che ancora oggi sono un vanto per quel Paese), andava perdendo palesemente terreno. A questi Paesi ne vanno aggiunti altri. L'Austria-Ungheria aveva costruito una fecondissima scuola di fisica. L'Olanda, la Svezia, la Danimarca avevano sempre tenuto alto il livello della loro ricerca. Anche la Russia aveva una importante tradizione iniziata dalla illuminata Caterina. Mancavano e mancano certamente all'appello Spagna e Portogallo, i due Paesi in cui l'oppressione della Chiesa di Roma fu più forte (ma su questo tornerò quando parlerò dell'Italia).

            La ricerca abbarcava tutti i più svariati campi, ma era centrata in problematiche che avevano portato a maturazione questioni cruciali.

            L'elettromagnetismo (si vedano gli articoli su Faraday, Maxwell ed Hertz) era ad un punto fondamentale di maturazione. Tra l'altro l'ottica, che sembrava un capitolo chiuso su se stesso, ritrovò nuovo impulso dalla teoria di Maxwell (luce come fenomeno elettromagnetico). Particolarmente era restato aperto il problema che lo stesso Maxwell aveva individuato nella sua lettera a Todd pubblicata postuma: la necessità di evidenziare la presenza del supposto etere che doveva, nella teoria, essere "sostegno" delle onde elettromagnetiche; ciò sarebbe dovuto avvenire mediante esperienze che misurassero la velocità della luce su un tragitto andata e ritorno sulla Terra (in un caso il moto si sarebbe sommato a quello dell'etere, nell'altro sottratto, con il risultato che la velocità in oggetto avrebbe dovuto dare risultati diversi, di pochissimo, ma diversi). Su questa importante branca della fisica certamente i più grandi contributi venivano dalla Gran Bretagna e dalla Germania (anche l'Olanda si era innestata con i lavori di Lorentz, l'Austria-Ungheria con Doppler e Mach, la Francia con Poincaré). Sul finire del secolo XIX fa anche la sua comparsa la fisica degli USA (precedentemente rappresentata dai soli lavori di Franklin ed Henry). Il guardiamarina Michelson si recò a studiare a Berlino e lì realizzò l'esperienza auspicata da Maxwell: non si trovò la differenza prevista nella velocità della luce. Prima di lasciare gli USA un brevissimo cenno alle problematiche di questo Paese. Un gigante privo di mano d'opera. I problemi più urgenti erano di tipo tecnologico e su questo essenzialmente si lavorò: meccanizzazione del lavoro nei campi e nelle fabbriche. Questo portò a tecnologie avanzate in campo agricolo, nelle macchine utensili, nelle comunicazioni, nei trasporti che saranno poi alla base della forte crescita di quel Paese (uno dei tecnici più noti che merita di essere ricordato è Edison). L'Europa viveva problemi opposti: molte braccia e poco lavoro.

            Naturalmente non mi dimentico di Guglielmo Marconi in Italia. Il problema è che il nostro non è uno scienziato ma un validissimo tecnico ed eccellente empirico. In nessuna storia della fisica è riportato il suo contributo ed egli stesso non ha lasciato nessuno scritto teorico in cui si capisse da dove partiva per fare le sue ricerche; restano solo i suoi discorsi in cerimonie ufficiali come "scienziato" del regime. Un vero scienziato che in Italia si occupò di elettromagnetismo, con un qualche successo e sulla scia dei lavori di Hertz, fu il bolognese Augusto Righi.

            Altri studi avanzati ed alla frontiera erano quelli in termodinamica. Anche qui la Gran Bretagna (Joule, Maxwell, Andrews, Dewar,...), insieme alla Germania (Mayer, Clausius, Wien, Planck, ...) ed all'Austria-Ungheria (Stefan, Boltzmann) erano i Paesi più avanzati (agli inizi del XX secolo si inseriranno i fondamentali contributi di termodinamica statistica dello statunitense Gibbs). Un problema che qui stava creando scompiglio era l'intersezione di queste ricerche con quelle di spettroscopia atomica iniziate verso la metà del XIX secolo dal tedesco Kirchhoff. Nessuna teoria veniva a capo dei dati sperimentali relativi al "corpo nero" (vedi articolo su Planck) oltre a non riuscire a comprendere il come si generassero le linee spettrali.

            Sul finire del secolo insieme a queste "due nubi oscure" (esistenza dell'etere e risultato "negativo" dell'esperienza di Michelson; incapacità di spiegare il corpo nero) vi era un altro problema sperimentale alla ricerca di una spiegazione teorica: l'"effetto fotoelettrico", scoperto da Hertz come disturbo sperimentale ma ancora sfuggente ad ogni spiegazione. Inoltre, in Gran Bretagna, J.J. Thomson aveva "scoperto" l'elettrone (1897) e ne aveva misurate carica e massa (è la prima particella che compare nel mondo della fisica). In Francia H. Becquerel aveva casualmente scoperto la radioattività (1896): un pezzo di minerale (sali di uranio) che gli era stato portato in regalo da un amico di ritorno dall'Africa, aveva la proprietà di impressionare lastre fotografiche. Sempre in Francia, Pierre e Maria Curie (di origine polacca) scoprono altri elementi radioattivi come il torio, il polonio, il radio (1898). Ancora in Francia P. Villard scopre la radiazione gamma (1900) dopo che Rutherford in Gran Bretagna aveva scoperto (1899) i raggi alfa e beta. In Germania, Roentgen aveva scoperto strane radiazioni (le X) provenienti da un tubo a vuoto in particolari condizioni.

            In ognuno dei Paesi di cui abbiamo parlato si era all'interno di queste problematiche con scuole di pensiero e di ricerca avanzatissime. Vediamo qualche risultato che viene fuori dalle problematiche che abbiamo evidenziato.

            Nel 1900 Planck fa una ipotesi che sconvolge l'intero modo di concepire l'energia in fisica: essa è quantizzata, si distribuisce per quantità discrete e non in modo continuo (vedi il lavoro su Planck). La scoperta (che poi si presenta al suo primo apparire come un artificio matematico) farà discutere, anche in modo accanito, ma con quel modo di interpretare le cose si raccoglieranno subito successi in vari altri campi della fisica (essenzialmente atomica).

            Nel 1905 Einstein pubblica tre suoi famosi lavori che daranno una spallata a molte delle concezioni del secolo che si era appena chiuso. Intanto, con l'uso dei "quanti" di Planck, fornisce una semplice spiegazione dell'effetto fotoelettrico. Fornisce poi la spiegazione di un altro fenomeno che circa 50 anni prima aveva scoperto il medico britannico Brown, il moto browniano, e che fino ad allora non era mai stato capito risultando di grave impaccio ad uno dei principi più importanti della termodinamica (dal disordine si crea ordine! È una violazione del 2º principio che Einstein spiega mediante la 'teoria delle fluttuazioni'). Infine si sbarazza dell'etere con "un colpo di penna". Ha il coraggio di rivedere i principi fondamentali della fisica che si erano affermati da Galileo e Newton. La meccanica, che nessuno avrebbe osato toccare, viene rivista nei suoi concetti fondamentali: simultaneità, spazio, tempo, lunghezze, ... È la nascita della impropriamente chiamata "Teoria della relatività" che proprio per questo nome darà adito alle speculazioni di ignoranti vari, soprattutto tra i bigotti cattolici che allegramente confonderanno relatività con relativismo (la cosa poi faceva il gioco di chi poteva parlare della fisica "ebrea" da opporre al sano ed incorruttibile pensiero - sic! - cristiano). In realtà il lavoro di Einstein ha per titolo "L'elettrodinamica dei corpi in movimento" ed è un lavoro che, come osservò Planck, non ricerca ciò che nel mondo fisico varia, ma ciò che in esso resta invariante (come ad esempio la velocità della luce).

            Tra il 1906 ed il 1909 il britannico Rutherford prova che i raggi alfa sono particelle cariche positivamente. Nel 1909 sempre Rutherford, con Geiger e Mardsen, scoprono il nucleo atomico e nel 1911 Rutherford fornisce un primo modello atomico (sarà lo stesso Rutherford, nel 1913, ad ipotizzare che il nucleo è costituito da protoni, particelle dotate di carica positiva). Nel 1913 il danese Bohr, utilizzando di nuovo i quanti di Planck, fornisce un nuovo modello atomico che (con gli aggiustamenti del tedesco Sommerfeld -1916 - ) spiegherà brillantemente gli spettri atomici ed aprirà la strada allo studio della fisica atomica superando molti dei problemi che il precedente modello poneva. Intanto, tra il 1910 ed il 1913, i britannici J.J. Thomson e F.W. Aston scoprono l'isotopia (anche se non sanno fornirne una spiegazione che non potrà venire fino a quando, nel 1932, il britannico James Chadwick non scoprirà l'esistenza del neutrone).

LA SITUAZIONE ITALIANA

            Nella premessa ho già accennato allo stato di abbandono della ricerca fisica italiana, ricerca che era praticamente finita con chi l'aveva iniziata: Galileo. Le note vicende della sua condanna allontanarono dall'Italia la ricerca e, salvo qualche caso sporadico, essa è stata quasi del tutto assente fino a che, con i bersaglieri a Porta Pia, non si è rinchiusa la Chiesa dentro le mura leonine.

            Proprio la liberazione di Roma ed il disastro lì trovato nell'insegnamento della fisica presso l'Università la Sapienza, può far rendere conto dello stato in cui ci trovavamo.

            Nel 1816 il cardinale Consalvi affidava all'abate Scarpellini la cattedra di "fisica sacra" al fine di rimettere a posto le conoscenze "segnatamente nel tempo presente, in cui si abbusa dei progressi delle scienze naturali, o delle nuove cognizioni, per introdurre degli errori a danno della religione cattolica". C'è dietro la paura della Rivoluzione francese e l'esempio negativo dell'Encyclopédie che aveva permesso la diffusione di un sapere scientifico di massa, diffusione con la quale si poteva trasmettere l'idea di progresso sociale, culturale e politico aborrito dalla Chiesa.

            Nel 1824, Leone XII in "Quod divina sapientia" affermò la volontà di sottoporre ogni organismo educativo ad un ferreo controllo al fine di difendere la religione cattolica.

            Nel 1837, il matematico S. Proja, nel "Giornale accademico di scienze, lettere ed arti" (nº 74, pagg. 106-110), così descrive la cattedra di Fisica sacra di Scarpellini alla Sapienza di Roma:

"In un ramo della pubblica istruzione, che ha per oggetto l'applicazione delle scienze naturali alla considerazione di Dio, non può immaginarsi sistema né più ordinato né più sublime di quello, che la stessa divina sapienza ne tratteggiò laonde con saggio divisamento dal primo libro della Genesi desunse la nostra cattedra l'ordine e la distribuzione delle materie, nonché l'appellazione di FISICA MOSAICA, FISICA SACRA, COSMOLOGIA TEOLOGICA. Pertanto in sei grandi trattati se ne divise l'ampio argomento, essendoché in sei giorni divise Mosè l'opera divina della creazione, ed a ciascun trattato serve di tema ciò che creò Iddio nella corrispondente giornata. Quindi è che il I si occupa della creazione del mondo, o piuttosto della creazione delle sostanze elementari; il II del firmamento, o sia dell'aria, e della divisione delle acque sopra la Terra divisa in continenti e mari; il III della produzione dei vegetabili; il IV dei corpi celesti, e de' loro uffici; il V della produzione dei pesci e dei volatili; il VI finalmente della produzione degli altri animali e della formazione dell'uomo ... ".

            La cattedra di Scarpellini durò fino al 1840, ma il suo spirito restò. Esso andava sotto il nome di "concordismo", il mettere sempre d'accordo Bibbia con fatti scientifici. E così le scienze erano insegnate in modo aristotelico, con inutili e superficiali classificazioni. Anche quei pochi scienziati (astronomi gesuiti) che tentarono ricerche (Secchi, Pianciani, De Vecchi) dovettero abbandonare Roma nel 1848, a seguito dell'allontanamento della Compagnia di Gesù, per recarsi in Inghilterra e poi negli Stati Uniti. Allo stesso modo l'altro scienziato in tonaca, Schiapparelli, non ebbe vita facile. E poco prima che i bersaglieri entrassero in Roma, anche il darwinismo veniva a dare altri colpi al concordismo.

            In questo disastro, tanto minore quanto più ci si allontanava da Roma, c'era una parte di ricerca che vedeva l'insieme degli stati preunitari al livello delle ricerche di punta in altri Paesi. Si tratta della matematica e questo fatto è di grande rilievo per ciò che servirà da sostegno agli sviluppi della fisica. Basta ricordare qualche nome di giganti italiani in questo campo: Lagrange, Peano, Cremona, Dini, Vailati, Ruffini, Ricci Curbastro, Levi Civita, Volterra, Ugo Amaldi, Enriques, Castelnuovo, Severi. La nostra matematica presentava comunque lacune in alcuni settori che poi si riveleranno strategici: l'algebra astratta (che sarà introdotta in Italia intorno al 1955 da Lucio Lombardo Radice) e la logica.

            Tanto per completare il quadro con i fisici che l'Italia nel suo insieme poteva vantare, si può vedere l'ampia rassegna che in epoca di retorica fascista fu fatta dal fisico G. Polvani (si veda: "Un secolo di progresso scientifico italiano", SIPS, 1939, Vol. I).

            Con l'Unità d'Italia si trattò di rimettere insieme varie tradizioni di Stati preunitari, di costruire una scuola pubblica che avesse caratteristiche unitarie, si tentò di eliminare la pletora di università che erano nate per dar lustro e cattedre ma che non producevano nulla. Il Ministro della Pubblica Istruzione di uno dei primi governi unitari, il fisico Matteucci (l'altro fisico alla Pubblica Istruzione sarà Orso Mario Corbino, di cui parleremo), ebbe a dire che in Italia è più facile spostare la capitale che non chiudere una università. Il suo piano di razionalizzazione ebbe però almeno un successo: la creazione (da fondamenta antiquate) di una Scuola di elevatissimo prestigio, la Scuola Normale Superiore di Pisa.

            Con una economia non certamente florida, con una politica di tipo coloniale del Nord Ovest industrializzato rispetto al Sud agricolo, fu assai difficile riuscire a trarre le fila di un discorso che avesse una qualche premessa comune. Tra l'altro si affossarono esperienze culturali importanti come ad esempio quella di Napoli che, da fiorente capitale, anche culturale, fu degradata a provincia. Comunque si riuscì piano piano a scolarizzare una grande percentuale di italiani. Questa scolarizzazione fu pubblica ed aveva come obiettivo l'uniformità dei programmi di studio proprio al fine di fare l'unità a partire dai cittadini.

            In questo clima si innestano le vicende di Enrico Fermi che nasce nel 1901, a 30 anni dall'Unità d'Italia, una generazione dopo tale Unità e che inizierà a produrre intorno al primo quarto di secolo, due generazioni dopo l'Unità, quando ci si apprestava a rimettere in gioco la Chiesa con il Concordato (1929).

CONSIDERAZIONI PRELIMINARI

            Se gli anni che vanno dal 1925 al 1940 furono per moltissimi versi insoddisfacenti per lo stato della ricerca in Italia, come si spiega che proprio in quegli anni sia maturato il più esaltante dei nostri successi, cioè le ricerche di Fermi e del suo gruppo ?

            I motivi si possono brevemente rintracciare nelle considerazioni seguenti (che saranno riviste nei dettagli più oltre):

- intanto si incontrarono e lavorarono proficuamente insieme delle persone di grande talento;

- la protezione politica e scientifica di una personalità come quella di Orso Mario Corbino;

- l'apertura di Corbino, Fermi e gli altri a quanto di più nuovo si faceva nel campo della fisica;

- il vivere della fisica un poco al margine degli immediati eventi politici (ed anche in momenti bellici in cui forse si sarebbe potuto richiedere un aiuto ai nostri scienziati atomici, indipendentemente dalla loro disponibilità a farlo, nessuno pensò mai alla cosa);

- la retorica fascista che assegnò fondi a Roma (il "destino imperiale") più che ad altre università;

- la nuova legislazione universitaria che permise maggiore agilità nelle "assunzioni" e, anche se in piccola parte, l'attività del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR);

- la felice intersezione tra fisici teorici e sperimentali.

            Ma, nonostante ciò, occorre sottolineare che gli eventi furono favoriti dal fatto che ci si avvicinò ad un ramo della fisica (essenzialmente quella nucleare) che era alla sua "prima infanzia". Ciò vuol dire che gli investimenti necessari erano relativamente piccoli (l'intero gruppo dispose per quattro anni di lavoro di un finanziamento di un milione e mezzo dell'epoca). Quando la fisica nucleare si fece "adolescente" i finanziamenti divennero ridicoli e la Scuola di Roma decadde rapidamente tanto che, si può dire che, anche se fosse rimasto in Italia, Fermi non avrebbe mai potuto realizzare la "pila atomica". A riprova di ciò (mancanza di finanziamenti per la ricerca, male tuttora cronico in Italia) si deve osservare che in tutti gli altri campi della fisica, già "adulti" e quindi bisognosi di maggiori investimenti, come alte pressioni, basse temperature, grandi tensioni, intensi campi magnetici, ... , la ricerca italiana brillò per la sua assenza.

ENRICO FERMI: PRIMI DATI BIOGRAFICI

            Enrico Fermi nacque a Roma, in via Gaeta 19, il 29 settembre 1901 da Alberto ed Ida De Gattis. Aveva una sorella, Maria, nata nel 1899 ed un fratello, Giulio, nato nel 1900. Suo padre era un piccolo borghese, un funzionario delle ferrovie dello Stato. Il piccolo fu affidato ad una balia e stette in campagna fino all'età di due anni e mezzo. Sua madre era maestra.

            Iniziò regolarmente le elementari a sei anni in una scuola completamente laica. Non ebbe mai insegnamenti religiosi e per tutta la vita restò completamente agnostico. Il primo ricordo "scientifico" del giovane Enrico risale ai suoi 10 anni. Gli amici di suo padre, ingegneri, parlavano spesso in sua presenza. Ed una volta egli sentì dell'equazione di una circonferenza. Stette a ripensare a questa cosa per molto tempo.

            A dieci anni entrò al ginnasio "Umberto" (l'attuale Pilo Albertelli, a Santa Maria Maggiore). Fece regolari studi classici avendo una intensa amicizia soprattutto con il fratello il quale però morì di una infezione ai 15 anni. Il colpo per Enrico fu durissimo palliato solo dall'amicizia che iniziò ad instaurare con un compagno di scuola del fratello, Enrico Persico. Secondo un ricordo di Persico, Fermi acquistò in una bancarella di Campo de' Fiori un libro di fisica in latino in due volumi del 1840. Aveva allora 14 anni. In quella stessa epoca si affezionò molto ad un amico del padre, l'ingegnere Adolfo Amidei. Questi fu persona che assecondò le curiosità scientifiche di Fermi. Rispondeva sempre amabilmente e lo faceva tanto più volentieri quanto più vedeva che il giovane seguiva con competenza e con domande che suscitavano anche il suo interesse. Fu Amidei che guidò Fermi nelle sue prime letture scientifiche. Allo stesso tempo iniziò a realizzare piccoli esperimenti scientifici che gli insegnarono l'uso delle mani nella feconda dialettica mani - cervello. Dapprima con suo fratello, quindi con Persico. L'interesse per la fisica divenne piano piano preminente ed il giovane Fermi approfondiva le sue conoscenze presso la Biblioteca Vittorio Emanuele a partire dai suoi 16 anni (comunicava a Persico che si stava preparando per entrare alla Scuola Normale di Pisa).

            Il 14 novembre 1918 sostenne l'esame di ammissione a quella Scuola prestigiosissima. Il tema era "Caratteri distintivi dei suoni". Fermi lo risolse con una tale maestria, utilizzando una matematica avanzata (equazione differenziale della corda vibrante con sviluppi in serie di Fourier), che l'esaminatore volle conoscerlo ed incitarlo a proseguire negli studi di fisica.

            Si iscrisse alla Scuola Normale nell'autunno del 1918 e per 4 anni lasciò Roma tornandovi solo per le vacanze. A Pisa Fermi diventò amico di Franco Rasetti, studente di fisica all'Università e non alla Normale. Già alla fine del primo anno aveva conoscenze approfondite della matematica più avanzata (meccanica analitica di Hamilton e Jacobi) e di ognuna delle opere più attuali di fisica (Bohr, Planck, Einstein, Sommerfeld, Rutherford, Boltzmann, Lorentz, ...). Nel 1920 tenne una conferenza ai suoi professori sulla teoria dei quanti. Evidentemente le sue conoscenze linguistiche erano importanti, a parte il latino ed il greco del ginnasio-liceo, conosceva il tedesco e quindi studiò inglese e francese. Si laureò il 7 luglio del 1922. Era uno dei pochissimi che in Italia avesse conoscenze di frontiera nel campo della fisica.

            Tornato in famiglia, Fermi iniziò a cercare un lavoro che egli si auspicava fosse presso l'Università. Era già noto nell'ambito ristretto dei fisici e dei matematici come una delle persone più promettenti in circolazione. Fu ricevuto da eminenti matematici e fisici. Ma la strada per chi volesse far carriera all'Università era burocratica, lenta, piena di aspettative senza certezze. Rarissimo che qualcuno accedesse ad una cattedra intorno ai 30 anni. Occorrevano vari anni da borsista, poi un poco di assistente volontario, poi la libera docenza, poi, ... Infine un qualche bando per un concorso a cattedre.

            Tra le persone che Fermi conobbe vi era colui che era ritenuto il più grande fisico italiano dell'epoca, Orso Mario Corbino, professore di fisica sperimentale e direttore dell'Istituto di Fisica dell'Università, già senatore del regno per meriti scientifici, ministro della Pubblica Istruzione nel 1921 e ministro dell'Economia Nazionale nel 1923, nel 1º Governo Mussolini (pur non essendo e non essendo mai divenuto fascista). Il 28 ottobre del 22, giorno della Marcia su Roma, Fermi era a colloquio con Corbino che gli manifestava preoccupazione per il clima di violenza che stava instaurandosi in Italia. Fermi condivideva questi giudizi ed espresse il desiderio di andarsene dall'Italia. Il 30 ottobre una commissione presieduta da Corbino, gli assegnò, all'unanimità, una borsa di studio per recarsi all'estero a perfezionare i suoi studi. Fermi si recò a Gottinga nell'Istituto di Max Born. In questo paradiso della fisica conobbe e lavorò con coloro che poi diventeranno i massimi fisici del secolo: Heisenberg, Jordan, Franck, Sommerfeld, Pauli. I risultati di questa permanenza non furono all'altezza delle aspettative. Fermi non riuscì ad integrarsi anche perché Born non capì il valore di questo giovane borsista. Solo successivamente Fermi divenne amico di Heisenberg e Pauli.

            Tornato a Roma, Corbino gli fece ottenere l'incarico di professore di matematica per chimici (a.a. 1923 - 1924). Nel 1924 morì la madre di Fermi e la cosa lo scosse molto. Un lavoro che Fermi aveva fatto a Gottinga aveva risvegliato l'interesse di un grande fisico, protettore di giovani talenti, l'olandese di Leida, Paul Ehrenfest. Questi pregò il suo connazionale Uhlenbeck (noto per aver scoperto insieme a Goudsmit lo spin dell'elettrone), che si trovava a Roma, di prendere contatto con Fermi. La cosa fu fatta e da lì iniziò una amicizia che durò tutta la vita. Poco dopo, su raccomandazione di Volterra, Fermi ottenne una nuova borsa di studio per recarsi a studiare a Leida con Ehrenfest. Qui si trovò benissimo. Ritrovò Uhlenbeck e conobbe Goudsmit. Ma soprattutto il capo del gruppo, Ehrenfest, gli mostrava fiducia e lo incoraggiava continuamente. Naturalmente durante queste vicende di vita i suoi studi andavano avanti ed egli veniva pubblicando dei lavori di grande importanza e maturando le sue idee per il primo lavoro che presto lo avrebbe reso noto al mondo intero.

            Al ritorno da Leida si presentò il solito problema del lavoro. Fermi e Rasetti ottennero un posto da assistente del prof. e sen. Garbasso (più dedito alla politica che alla ricerca) a Firenze, mentre Persico lo ottenne da Corbino a Roma. I soldi erano pochi, le attività e la strumentazione di quell'Istituto piuttosto antiquate, ma il tempo per la ricerca molto.

            Arriviamo all'estate del 1925, alle vacanze di Fermi sulle Dolomiti con molti dei più noti matematici italiani e con il figlio 17enne di Ugo Amaldi, Edoardo, che si accompagnava sempre alle passeggiate che Fermi ed il fisico olandese Kronig facevano. Ma Fermi aveva una grande premura di risolvere il problema della sua carriera. Il concorso che più si sarebbe prestato alle sue competenze sarebbe stato quello per la cattedra di fisica - matematica. Una ne era stata bandita a Cagliari. Fermi risultò nella terna ma la commissione che non sapeva nulla della "nuova" fisica gli preferì l'elettrotecnico Giorgi (noto per il sistema omonimo di unità di misura). Il risultato del concorso, un grosso smacco per Fermi, arrivò in simultanea (febbraio 1926) con la pubblicazione del lavoro che rese famoso Fermi nel mondo. Si trattava della nota "statistica di Fermi per un gas di elettroni o di particelle con spin semintero" pubblicata sulla più prestigiosa rivista di fisica del mondo, la "Zeitschrift für Physik". Sull'onda della fama mondiale che acquistò Fermi, Corbino mosse tutte le sue pedine scientifiche e politiche perché venisse istituita a Roma la 1ª cattedra di fisica teorica italiana. Il concorso fu bandito nell'autunno del 1926.

            Proprio in quel periodo uscirono i lavori dell'austriaco Schrödinger sulla meccanica ondulatoria che aprirono a Fermi un mondo di comprensione e di applicazione. In verità egli non aveva ben digerito la meccanica delle matrici di Heisenberg e di Dirac. Non conosceva i lavori di De Broglie sulle onde materiali. Questo lavoro lo spinse a nuovi sforzi di applicazione in campi fecondi che gli si aprivano davanti. Per un certo tempo rimase con un qualche dubbio sul significato da dare alla funzione d'onda. Pur avendo letto i lavori di Born non era rimasto soddisfatto dall'interpretazione che quest'ultimo ne dava.

            Il 7 novembre del 1926 si ebbe il risultato della cattedra di Roma. Fermi risultò primo, Persico secondo e Pontremoli terzo. Fermi a Roma, Persico a Firenze e Pontremoli a Milano. Si coronava così il sogno di Fermi, a Roma, vicino al padre ed alla sorella, cattedratico di Fisica teorica a 25 anni, il più giovane cattedratico d'Italia.

NECESSITÀ DI COLLABORATORI

            A questo punto emerge un problema che era già ben chiaro nella mente di Corbino e che con Fermi si propongono di risolvere. In giro per i Paesi scientificamente più avanzati vi sono possenti scuole di fisica con schiere di menti di primo livello che lavorano con abbondanti finanziamenti. Occorre anche in Italia mettere su uno o più gruppi di ricerca e tentare di ottenere dei fondi. Sul secondo problema non si riuscirà mai (ancora oggi) a cavare un ragno dal buco: la retorica fascista (ma oggi come la chiameremmo?) che si riempiva la bocca del popolo di poeti, santi, navigatori e scienziati non tirava fuori i soldi che sarebbero stati necessari alle teoricamente (dal punto di vista fisico) possibili grandi imprese. Sul primo problema, limitatamente alle disponibilità economiche ed alla possibilità di trattenere alcune menti nel nostro Paese ed evitare la storica emorragia di cervelli, alcuni importanti risultati si riuscirono ad ottenere. Ma su questa fuga di cervelli mi concedo una breve digressione. Essa continua inesorabile ancora oggi con classi politiche che si alternano ma che caparbiamente mostrano completa ignoranza, non tanto della scienza come fatto culturale e civile - fatto che già onorerebbe chiunque - quanto, della ricerca come fattore di progresso economico ed industriale nei settori di punta. Ciò che non riescono a capire i nostri politici, che si concedono citazioni - anche sbagliate - in latino, è che la ricerca richiede del tempo perché divenga applicativa; se ci si aspettano dei risultati immediati si sbaglia clamorosamente e ci si riduce a diventare colonie di Paesi più lungimiranti che, tra l'altro, sfruttano i cervelli che sono stati preparati in Italia, per poi rivenderci a caro prezzo i brevetti conseguiti dai nostri ricercatori in quei Paesi. Francamente non so proprio come e se sarà mai possibile rimuovere una tale situazione che, oggi, è ancora più appesantita da una Chiesa che si mette di traverso in ogni questione relativa a ricerche di punta, Chiesa che per fini di basso scambio ha grande udienza presso i nostri politici.

            Ma torniamo al come Corbino e Fermi riuscirono a portare nel mondo della fisica un gruppo eccezionalmente dotato di giovani.

            Da dove cominciare a cercare ? Naturalmente presso i primi anni di studio in qualche facoltà scientifica con studi impegnativi e che, almeno all'inizio, fossero simili a quelli che si sarebbero dovuti affrontare in un corso di laurea in fisica. Solo il biennio di Ingegneria rispondeva a tali caratteristiche, e fu lì che Fermi e Corbino indirizzarono le loro attenzioni . L'Istituto di fisica, all'epoca, aveva 12 studenti sui 4 anni di corso e, a giudizio di Fermi, nessuno aveva le caratteristiche che egli richiedeva. Corbino insegnava però fisica agli ingegneri ed era in grado di segnalare ragazzi giovani, aperti ed eventualmente atti agli scopi di Fermi. Certo che si andava a proporre una specie di favola: un indirizzo universitario privo di un qualunque ipotetico sbocco se non tutto interno alla stessa università che, comunque, avrebbe potuto assorbire solo pochissime persone. Dall'altra parte vi era la solida ingegneria che invece apriva a moltissimi  sbocchi professionali.  

            Fermi iniziò a fare conferenze dirette a tali studenti. Scrisse articoli divulgativi sulle prospettive aperte dalla nuova fisica, scrisse il primo libro in italiano su tutto quanto di nuovo si stava realizzando ("Introduzione alla Fisica Atomica", Zanichelli 1928). Insieme a Corbino riuscì a far venire a Roma l' "altra metà" di Fermi, un fisico che si sapesse muovere in ambito sperimentale con la stessa disinvoltura con cui Fermi lo faceva in ambito teorico (pur restando comunque un ottimo fisico sperimentale). Franco Rasetti, l'amico che Fermi aveva conosciuto bene a Pisa, era la persona adatta e fu chiamata da Firenze nel 1927. Una breve digressione sul fatto che viene chiamato un "amico" di Fermi, soprattutto al senso che oggi si dà a questa parola. L'interesse principale di Fermi (ed in questo senso posso dire che lo stesso modo di pensare è rimasto vivo nell'Istituto di fisica di Roma almeno fino a quando Edoardo Amaldi ha operato in esso - 1989 -) era il successo di una impresa. Anche dal punto di vista della sua persona egli non aveva effettivo potere. Era solo il suo prestigio, che comunque sarebbe restato un fuoco di paglia se non si fosse sostanziato in risposte alle aspettative, che gli permetteva di indicare delle persone adatte a degli scopi. Se queste persone non avessero risposto agli intenti, il primo che avrebbe pagato sarebbe stato proprio lui. Il problema era di costruire un gruppo di persone riconosciute abili agli scopi richiesti dal capo del gruppo che, in ogni caso, se ne assumeva ogni responsabilità. È inutile che spieghi come oggi il concetto di amico abbia assunto un altro significato proprio perché questa amicizia non viene poi assunta in termini di responsabilità personale e chi, alla fine, pagherà gli eventuali insuccessi dell' "amico", sarà la collettività.

            Con Rasetti vi era un nucleo iniziale molto forte con alle spalle il prestigio ed il potere di Corbino (ma anche con invidie ed inimicizie da parte di Antonino lo Surdo, professore di Fisica Superiore, che ritenendo di essere lui il depositario della "nuova fisica" pur essendo restato a testi semiclassici ed ignorando la fisica quantistica, si era opposto all'assunzione di Fermi, arrivando a posizioni ostili nei riguardi di Corbino). Rasetti si stabilì a Roma e Corbino riuscì a creare per lui la cattedra di Spettroscopia (1931). Fu proprio Rasetti a convincere Emilio Segrè a passare da ingegneria a fisica, nello stesso anno (1927) in cui Corbino convinse Amaldi allo stesso passo (all'epoca Amaldi aveva 19 anni). Sempre nel 1927 fu Segrè a convincere il suo amico Ettore Majorana (aveva 21 anni) a seguirlo da Ingegneria a Fisica. Abbiamo già il primo nucleo di quella che sarà conosciuta come la "Scuola di Roma". Naturalmente si tratta di giovani, certamente studiosi valenti, ma anche pieni di voglia di divertirsi (a parte Majorana che non partecipò mai alla vita del gruppo, frequentando poco l'Istituto e mantenendosi in disparte). Si erano dati dei nomignoli che rispondevano ai caratteri e/o ai compiti di ciascuno:

Corbino era il Padreterno

Fermi era il Papa

Rasetti era il Cardinal Vicario

  Segrè era il Prefetto alle Biblioteche

  Amaldi era il Fanciulletto

  Majorana era il Grande Inquisitore

  Trabacchi (che incontreremo tra un poco) era la Divina Provvidenza.

              Il gruppo gioca e si diverte in festicciole organizzate in casa ora dell'uno ora dell'altro. Amaldi si vestiva da Greta Garbo; in casa della giovane Laura Capon (futura signora Fermi) i ragazzi di Via Panisperna (dal nome della strada in cui aveva sede l'Istituto di Fisica) venivano chiamati logaritmi; Amaldi, Fermi e Rasetti erano usi "torturare" le ragazze, Laura e Ginestra (futura signora Amaldi), con domande di fisica strane ed "impossibili"; ma lo stesso Amaldi, il piccolo della comitiva, era "torturato" da Segrè e Rasetti allo stesso modo.

            Ma il lavoro procede intenso per molte ore al giorno.

Nel 1927 Fermi pubblicò un altro lavoro di grande importanza, "Un metodo statistico per la determinazione di alcune proprietà dell'atomo". Si tratta di un modello di atomo che permette calcoli in modo agile. Questo modello atomico è oggi noto sotto il nome di Thomas - Fermi. Intanto l'intero gruppo che, ricordiamolo, era formato in gran parte da studenti, lavorava essenzialmente su problemi di spettroscopia atomica e molecolare.

Nel 1928 si incorporò al gruppo Giovanni Gentile junior (figlio del famoso filosofo Giovanni Gentile) appena laureatosi alla Normale di Pisa. Nello stesso anno si laureò Segrè. In quello stesso anno Fermi si sposò con Laura Capon.

Nel 1929, lo stesso giorno, si laurearono Amaldi e Majorana.

Altri fisici che successivamente si incorporarono furono: Wich, Fubini, Fano, Pincherle, Pontecorvo (che avrà un ruolo importante nel gruppo e nel quale si inserirà nell'estate del 1934), Racah, ... Anche Salvador Luria, futuro Nobel per la medicina, studiò fisica alla scuola di Fermi. I fisici ora citati provenivano da varie parti d'Italia. Questo fatto significava che Fermi era ormai noto ed aveva raggiunto lo scopo di interessare alla fisica giovani validissimi di tutta Italia.

Ma non solo Roma ebbe una Scuola di Fisica. Da Roma, come un'operazione di apostolato (per mantenere una terminologia che gli stessi fisici romani avevano utilizzato), si diffusero per l'Italia vari apostoli della "nuova fisica" e costruirono Scuole di grande prestigio in altre città italiane. Altre Scuole nacquero per iniziativa di influenti fisici - politici, come il già citato sen. Garbasso a Firenze. Egli già disponeva di Persico (che nel 1930 si sposterà a Torino) e chiamò Bruno Rossi da Bologna mettendo su una Scuola che annoverò personaggi come Occhialini, Gilberto Bernardini, Racah, Daria Bocciarelli (che poi diventerà una stretta collaboratrice di Amaldi a Roma), Righini, Lorenzo Emo. Ma Rossi darà vita anche alla Scuola di Padova dove lavorò anche Ettore Pancini. Naturalmente qui si potrebbero seguire altre importanti vicende per la vita scientifica del nostro Paese ma restiamo a questi cenni per tornare alla Scuola di Roma da cui iniziò l'intera reazione a catena.

Nel 1929 ci si rese conto che, mentre la parte teorica procedeva bene, la parte sperimentale lasciava a desiderare. Era urgente apprendere tecniche, conoscere nuovi strumenti e per far ciò c'era una sola possibilità: recarsi nei prestigiosi laboratori funzionanti europei (e non solo, anche gli USA iniziavano ad apparire) con borse di studio. Rasetti si recò prima a Pasadena (California) a lavorare nei laboratori di Millikan quindi a Berlino a lavorare nei laboratori di Lise Meitner; Segrè andò ad Amsterdam a lavorare con Zeeman e quindi ad Amburgo con Stern; Amaldi a Lipsia con Debye. Intanto nel 1929 Fermi venne nominato Accademico d'Italia ma per la sua "allergia" alla politica non riuscì a trarne vantaggio (quando andava a sciare in Val Gardena l'albergatore gli chiedeva se era parente di "Sua Eccellenza" Fermi ed egli rispondeva che si trattava di un lontano cugino; al che l'albergatore rispondeva che lo sapeva poiché Sua Eccellenza ogni volta che si recava da quelle parti si recava nel suo albergo. Solo una volta, ricorda sua moglie Laura, in un blocco di traffico a Roma, riuscì a passare facendo valere il suo titolo con un poliziotto).

Nel 1930 lo stesso Fermi si recò negli USA per tenere lezioni in varie università. Rimase profondamente colpito dalla mole di attrezzature presenti in quei laboratori.

All'inizio degli anni '30 molti fisici tedeschi iniziarono a passare per Roma perché preoccupati dalla minacciosa situazione politica tedesca. Tra di essi ricordo Bethe, Bloch, Peierls, London, Goudsmit, Teller (dall'Ungheria), ... A parte il fatto che il Fascismo non era visto da loro come il Nazismo, è di interesse notare che la Scuola di Roma iniziò a funzionare come richiamo internazionale. Se solo si fosse potuto disporre di una lungimirante politica di "accoglienza", avremmo potuto disporre di una concentrazione impressionante di cervelli (questa operazione, certamente con ben altri mezzi, fu fatta dagli USA). A lato delle tragiche vicende politiche che già indicavano chiaramente, in Germania, una scellerata campagna antisemita, la venuta di scienziati così famosi permise lo scambio fecondissimo di opinioni scientifiche.

Il corso degli avvenimenti scientifici, le visite all'estero, gli scambi di opinione con eminenti scienziati stranieri fecero capire che ormai gli studi spettroscopici potevano dirsi esauriti e comunque non più fecondi. Una serie di indizi faceva intendere che la strada da seguire era quella del NUCLEO ATOMICO. Per la Scuola di Roma, priva di fondi e strumentazione, si trattò di una faticosa riconversione. Ma la "macchina" mostrò allora di essere a regime, di essere in grado di operare il grande salto e mettersi ad operare da subito a pieno ritmo.

UN NUOVO INDIRIZZO DI RICERCA

            Siamo al 1932. Ricapitoliamo in modo estremamente succinto le conoscenze che si avevano sul nucleo atomico.

            Il nucleo di un atomo è costituito da particelle cariche positivamente, i protoni e da particelle neutre, i neutroni. Si conoscono svariati elementi che presentano il fenomeno della radioattività naturale. DAL NUCLEO vengono emesse radiazioni di tre tipi:

- le alfa, costituite da due protoni e due neutroni legati insieme (sono radiazioni dotate di carica positiva, con grande massa e poca energia cinetica, penetrano quindi pochissimo in un bersaglio e risentono dell'azione di campi elettrici e magnetici);

- le beta, costituite da elettroni (sono radiazioni dotate di carica negativa, hanno piccolissima massa ed elevata energia cinetica, penetrano quindi abbastanza in un bersaglio e risentono dell'azione di campi elettrici e magnetici). L'esistenza di tali radiazioni sarà un gigantesco rompicapo. Nel nucleo vi dovrebbero essere anche degli elettroni? La cosa che sembrava sperimentalmente evidente, era negata da studi teorici;

- le gamma, costituite di sola energia (sono radiazioni prive di carica, prive di massa ed enorme energia cinetica, penetrano quindi attraverso spessori elevati di svariate sostanze e non risentono di campi elettrici e magnetici );

- si inizia ad intuire la presenza di radiazioni neutroniche (radiazioni prive di carica, abbastanza penetranti per la loro elevata energia cinetica e soprattutto perché non risentono dell'azione di campi elettrici e magnetici); tali radiazioni, individuate per la prima volta da Frédéric Joliot ed Irene Curie (in Francia), risultavano addirittura più penetranti dei raggi gamma. Fu Chadwick, come già accennato, a comprendere che si trattava di particelle prive di carica, con massa circa uguale a quella del protone e con grande potere penetrante poiché non "fermate" o rallentate dalla repulsione coulombiana dei nuclei dei materiali con cui interagiscono.

              Si sa che di un dato elemento chimico ne esistono vari tipi. Un dato elemento è determinato dal numero dei protoni che ha nel nucleo. Ebbene, dato un certo numero di protoni (che, ripeto, definiscono univocamente l'elemento e le sue proprietà chimiche), ad essi si possono associare dei neutroni in numero differente costituendo differenti ISOTOPI dello stesso elemento (ad esempio l'idrogeno. Esso è costituito in natura da un solo protone nel nucleo. Vi è poi il deuterio che è l'idrogeno con un neutrone aggiuntosi al protone nel nucleo. Vi è infine il trizio che è l'idrogeno con due neutroni aggiuntisi al protone nel nucleo. E così per tutti gli elementi). In natura vi sono svariati isotopi di svariati elementi, alcuni dei quali sono stabili (non radioattivi) ed altri instabili (la radioattività naturale).

             Altra scoperta di rilievo è quella dello statunitense Anderson che, nel 1932, evidenziò l'esistenza del positone, di una particella cioè identica all'elettrone, solo con carica opposta (la cosa, oggi nota come "antimateria", era stata prevista dal fisico britannico Dirac nel 1928).

            Dal punto di vista teorico e, purtroppo aneddotico, Majorana aveva intuito l'esistenza dei neutroni nei nuclei. Nonostante l'esistenza di Fermi e collaboratori, Majorana si rifiutò di pubblicare il suo lavoro perché lo riteneva incompleto. La cosa  irritò molto il gruppo che AVEVA BISOGNO di risultati con visibilità internazionale. Fu Heisenberg che nello stesso anno pubblicò un lavoro che teorizzava un nucleo costituito da neutroni e protoni (Heisenberg era amico di Majorana, l'unico amico che si era fatto durante la sua permanenza a Lipsia in Germania, amico che lo convinse a pubblicare il suo lavoro con un anno di ritardo, appunto nel 1933).

            Nel panorama di una fisica tutta da costruire, già si imponevano tre grosse questioni:

- come può un nucleo atomico emettere elettroni ?

- perché il bilancio energetico delle reazioni nucleari non torna, ogni volta che viene emessa radiazione beta (gli elettroni di cui prima) sembra che dell'energia svanisca ?

- come è possibile tenere insieme in un nucleo due protoni, cioè due particelle cariche dello stesso segno che, secondo la legge di Coulomb, dovrebbero respingersi schizzando via come proiettili supersonici?

            Le forze che entrano in gioco per tenere unito un nucleo furono battezzate da Heisenberg - Majorana come "forze di scambio". Una loro trattazione completa fu fornita dal giapponese Yukawa nel 1935 con l'introduzione di ipotetiche nuove particelle chiamate da Yukawa "mesoni" (ciò che sta in mezzo) o "colla nucleare". Secondo la teoria di Yukawa i protoni si legano ai protoni, i protoni ai neutroni, i neutroni ai neutroni scambiandosi delle particelle molto appetibili, i mesoni. ê un poco lo stesso meccanismo che lega insieme due cani dello stesso sesso che si evitano accuratamente, salvo quando incontrano un succoso osso che li vede disperatamente uniti per la bocca attraverso il medesimo osso. Il mesone è una particella succosa. Ed io ho più volte sostenuto che le teorie possono essere le più fantasiose. Il fatto straordinario, fermo restando che uno trova ciò che vuole trovare, è che poi l'esperienza dia ragione a tali teorie: il mesone ( o pione) è stato trovato sperimentalmente nelle sue tre versioni previste da Yukawa (mesone positivo, mesone negativo, mesone neutro). Queste particelle furono scoperte nei raggi cosmici nel 1947 da Lattes, Occhialini (ambedue italiani) e Powell (statunitense) negli USA. Per tale scoperta Powell ebbe il Nobel nel 1950, agli altri due niente: non si dà un Nobel ad un Paese ex fascista ed alleato del Nazismo (l'Italia ha pagato fino al 1984 questa situazione politica con, ad esempio, Conversi e svariati altri. Stesso trattamento è stato riservato alla fisica sovietica).

            Restavano i primi due problemi che erano interconnessi.

            Nel 1933 Pauli ipotizza che, a lato dell'elettrone, il nucleo emetta anche un'altra particella non ancora rilevata (tale particella fu battezzata da Fermi: neutrino; doveva essere priva di carica e con una massa, nel caso fosse esistita, infinitesima). È il "mito" della conservazione dell'energia: piuttosto che rinunciare a questa certezza, i fisici preferirebbero il martirio. Quali erano le caratteristiche di tale particella? Esattamente quelle che mancavano perché tornasse la conservazione, o meglio, le conservazioni (oltre all'energia, c'è la carica, la parità, la simmetria, ...). Anche qui, il fatto straordinario è che  questa particella, il neutrino, fu scoperta nel 1956 da Raines e Cowan (USA).

            Nel 1934 fu Fermi ad entrare in argomento con un lavoro ancora storico e pietra miliare di ogni ricerca fisica: "Tentativo di teoria di emissione dei raggi beta", pubblicato in tedesco da "Zeitschrift für Physik" ed in italiano su la "Ricerca Scientifica" (è da notare che la prestigiosa rivista inglese Nature gli rifiutò la pubblicazione in quanto il lavoro era ritenuto "troppo astratto"). Si tratta di quella che oggi è nota come "interazione debole" o come "interazione universale di Fermi". Nel lavoro viene spiegato il fenomeno dell'emissione degli elettroni da parte di un nucleo con il decadimento di neutroni in protoni, elettroni e neutrini. In particolari condizioni un neutrone presente nel nucleo decade (o si disintegra) originando un protone, un elettrone ed un neutrino (oggi sappiamo che si tratta di un antineutrino). La reazione di decadimento conserva tutto ciò che la fisica nota prevede (essenzialmente: energia, carica e massa). Questo risultato di Fermi, a giudizio di tutti gli storici, sarebbe bastato a passarlo definitivamente alla storia della fisica insieme all'altro, già menzionato, della statistica di un gas di elettroni.

            Questa scoperta di Fermi inizia a far luce su alcune trasmutazioni nucleari già evidenziate ma, evidentemente, non capite dal britannico Blackett nel 1923.

            I problemi sono i seguenti: che accade del nucleo di un atomo quando perde "un elettrone"? e  cosa accade quando perde una particella alfa (cioè due protoni + due neutroni)? Le questioni relative alle radiazioni gamma e neutroniche si porranno in seguito e saranno in gran parte risolti dalla soluzione ai due problemi posti.

            La perdita di un elettrone da parte di un nucleo corrisponde ad un suo neutrone che è diventato un protone (con, appunto, l'espulsione dell'elettrone). Il numero dei protoni dell'atomo cresce di una unità. L'elemento chimico cambia natura (trasmuta) e si sale di un posto nella tavola periodica degli elementi.

            L'espulsione di una particella alfa comporta, da parte di un nucleo, la perdita di due protoni. La conseguenza è che si scende di due posti nella tavola periodica e, anche qui, l'elemento chimico è un altro. Il sogno degli alchimisti è diventato realtà! I nuovi stregoni hanno realizzato il sogno di tramutare il piombo in oro 2500 anni dopo Aristotele! La cosa è sperimentalmente realizzabile. Peccato che il costo dell'oro così ottenuto sia di gran lunga più elevato di quello che si può acquistare in qualunque mercato!

DUE PAROLE SULLA CONSERVAZIONE DELLA MASSA-ENERGIA: EINSTEIN

            Nel novembre del 1905, in due pagine, Einstein completò con alcune conseguenze, il suo lavoro del marzo sull'ellettrodinamica dei corpi in movimento (relatività). Il lavoro trattava dell' "inerzia dell'energia". Come conseguenza della ridiscussione dei concetti fondamentali della meccanica (spazio, tempo, velocità, simultaneità, costanza della velocità della luce nel vuoto, suo essere considerata una velocità limite, 2º principio della dinamica non più in termini di massa per accelerazione ma in quelli di variazione di quantità di moto, ... ) Einstein aveva trovato che anche la massa, fino ad allora  (e dai tempi di Lavoisier - 1789 - ) considerata come invariante, era soggetta a dei cambiamenti radicali. In pratica, poiché la velocità della luce era ammessa come velocità limite e quindi era impensabile il suo superamento, un corpo non può accelerare all'infinito; da un certo punto in poi gli effetti della forza, non potendo più agire su variazioni di velocità devono intervenire su variazioni di massa. Quanto detto significa che la massa e l'energia sono esattamente la stessa cosa. La massa, detto in modo brutale, è energia condensata. Ad ogni sparizione di  una PICCOLA quantità di massa corrisponde la comparsa di una ENORME quantità di energia e viceversa. Il che vuol dire che da questo momento (1905) non ha più senso parlare della conservazione della massa come di un qualcosa separato dalla conservazione dell'energia. Ora si parla solo della conservazione della massa-energia. È la famosa relazione di Einstein che fa bella mostra di sé anche sulle magliette sportive. È la relazione che solo 30 anni dopo la sua scoperta teorica inizia a fare la sua prepotente comparsa nel mondo della fisica sperimentale.

            Cosa c'entra una tale reazione con le forze che tengono legate le particelle in un nucleo ? Se si fanno i conti si scopre una cosa di grande interesse. La massa di ogni particella costituente il nucleo, misurata al di fuori del nucleo stesso, ha un determinato valore. Sembrerebbe che, per avere la massa di un nucleo occorre fare la semplice somma delle particelle che lo compongono. Ebbene, le cose non stanno così! La massa di un nucleo legato è sempre inferiore alla massa delle particelle che lo compongono. La parte di massa che è "scomparsa" è andata a costituire l'energia di legame del nucleo. È possibile verificare ciò rompendo un nucleo (di un elemento pesante): in corrispondenza alla rottura, questo elemento emette una enorme quantità di energia corrispondente esattamente a quella che è necessaria per tenerlo legato.

IL GRUPPO DI ROMA ALLE PRESE CON LA FISICA NUCLEARE

            Nel 1934 F. Joliot e I. Curie scoprirono la radioattività artificiale: "bombardando"  con neutroni (il termine che può sembrare forte è la traduzione a livello atomico di ciò che la nato ha fatto su Belgrado, si tratta di disporre di neutroni  da inviare contro un dato materiale) degli isotopi esistenti e stabili in natura, si ottengono degli isotopi instabili dello stesso elemento che, dopo l'emissione di uno o più tipi di radiazione ed un certo tempo, che varia da elemento ad elemento (vita media), ritornano spontaneamente ad essere isotopi stabili.

            Nello stesso anno inizia a Roma una grande e metodica serie di ricerche che hanno il fine di bombardare tutti gli elementi della tavola periodica e di studiare gli isotopi degli elementi che si ottengono dopo la reazione nucleare. Tra i fisici del gruppo non vi era chi avesse importanti conoscenze di chimica. Per questo fu associato al gruppo stesso il chimico Oscar D'Agostino. Era lui che, dopo ogni esperimento di bombardamento, doveva studiare le proprietà chimiche dei prodotti di reazione e, alla fine, dire quali elementi si erano ottenuti.

            La cosa non era così semplice. Anche oggi, ad esempio, se si chiedesse ad una persona di raccogliere un campione dei 92 elementi della tavola periodica, avrebbe delle difficoltà. All'epoca le cose erano più complicate ed allo scopo venne addetto Segrè. Egli aveva trovato un negozio di prodotti chimici in Via delle Botteghe Oscure, il cui proprietario, il Sig. Troccoli, gli procurava via via ciò di cui il gruppo aveva bisogno, anche perché aveva delle scorte invendute e perse nella parte più alta degli scaffali. Il sig. Troccoli era uso accompagnare le consegne a Segrè con pittoresche frasi in latino, del tipo: "Rubidium caesiumque tibi donabo gratis et amore Dei".

            Alle ricerche sperimentali furono impegnati direttamente Fermi, Amaldi, Pontecorvo, Rasetti e Segrè. I lavori erano progettati in modo scrupolosissimo. Intanto era curata la geometria dei sistemi. Dei cilindri cavi, sempre della stessa dimensione, venivano riempiti della sostanza da irradiare. Quindi la sorgente di neutroni veniva posta ad una distanza determinata per uno stesso tempo. Alla fine entrava in scena D'Agostino per studiare i prodotti della reazione.

            Ma dove "si procuravano" i neutroni i nostri ricercatori? Qui entra in scena la mancanza di soldi e la Divina Provvidenza cui abbiamo accennato. Intanto non vi erano soldi per acquistare del materiale radioattivo che, come si può ben capire, era indispensabile. Quindi si dava il caso che l'edificio di Via Panisperna che ospitava l'Istituto di Fisica ospitasse anche l'Istituto Superiore di Sanità (in pratica, pur non essendovi barriere materiali, metà edificio era per la Fisica e l'altra metà per la Sanità: i due Istituti erano divisi da un  lungo corridoio). Inoltre l'Istituto di Sanità era in possesso di un grammo di radio gelosamente custodito in una cassaforte ma, allo stesso tempo, l'Istituto era diretto da un amico di Corbino e Fermi, il già citato Trabacchi (la Divina Provvidenza, con chiaro significato del termine). Ma quel radio non si poteva spostare da lì, la burocrazia è un mostro del giurassico. Però era possibile aprire la cassaforte ed avvicinarsi ad esso. Tanto bastava. I nostri fisici sapevano che del berillio contenuto in una provetta, se esposto alle "emanazioni" del radio (il gas radon) diventava una sorgente di neutroni con cui, successivamente, bombardare i materiali in studio trovati da Segrè. E qui viene la parte atletica dell'impresa. Poiché i neutroni vengono emessi dal berillio irradiato solo per tempi molto brevi, occorreva: aprire la cassaforte che si trovava nell'edificio dal lato opposto del laboratorio di fisica, procedere all'irradiazione della provetta di berillio, quindi CORRERE disperatamente verso il laboratorio di fisica per poter bombardare con i neutroni ottenuti la sostanza in studio (furono Fermi ed Amaldi a fare da staffette, perché migliori velocisti). E così molte volte al giorno per molti giorni.

            Il metodo seguito era quello indicato più su: tra i prodotti della reazione di un dato elemento bombardato si cercavano isotopi di elementi o situati un posto successivo nella tavola periodica (nel caso in cui, bombardati da neutroni, avessero emesso radiazione beta) o elementi situati due posti più indietro nella stessa tavola periodica (se l'elemento in considerazione avesse emesso radiazione alfa). Arrivati all'ultimo elemento bombardato, l'uranio, poiché non vi erano elementi che rispondessero alle caratteristiche chimiche di ciò che si trovava due posti prima nella tavola periodica e poiché non vi era nulla dopo, Fermi, CON MOLTI DUBBI, pensò di aver creato due nuovi elementi il 93 ed il 94 che, proprio perché eventualmente situati al di là dell'uranio, furono detti transuranici. Tutto era da verificare ma la cosa arrivò alle orecchie di Corbino al quale interessavano dei successi SUBITO. Comunicò la cosa ad un convegno ufficiale dell'Accademia dei Lincei, nonostante la contrarietà di Fermi e del gruppo, e battezzò i due elementi "ausonio" (l'attuale "nettunio") ed "esperio" (l'attuale "plutonio"). Fermi perse addirittura il sonno per questa avventatezza. Andò a parlare con Corbino ed insieme stilarono un comunicato stampa che tentò di palliare le cose dicendo che quanto annunciato era tutto da verificare.

            Cosa era accaduto nelle reazioni nucleari con l'uranio ? Le cose non erano per nulla chiare perché si sovrapponevano svariati fenomeni:

- gli elementi radioattivi prodottisi nel bersaglio erano più di due;

- certamente l'uranio (l'isotopo 238) aveva dato origine a qualche transuranico ma era impossibile ricavarne proprietà chimiche che non si potevano conoscere;

- contemporaneamente l'uranio (l'isotopo 235, presente in percentuale dello 0,7% nel 238) aveva visto i suoi nuclei spezzarsi in due  (o anche tre) pezzi più piccoli (nuclei di altri elementi, anch'essi radioattivi). Si era insomma prodotta la prima FISSIONE NUCLEARE ma Fermi e collaboratori non lo capirono (Amaldi successivamente parlò di "errore storico" del gruppo). Una tale non comprensione derivava dal fatto che il metodo seguito fino ad allora faceva cercare proprietà di elementi chimici "vicini" nella tavola periodica a quello bombardato. A nessuno venne in mente di cercare proprietà chimiche di elementi "lontani". "Spaccandosi" un nucleo di uranio con 92 protoni, circa la metà di essi costituiscono un pezzo mentre la rimanente quantità di protoni costituisce l'altro pezzo. Occorreva cercare dalle parti del rodio, del palladio, dell'argento, ..., insomma verso la metà della tavola periodica degli elementi: si sarebbero trovati isotopi di quegli elementi sovraccarichi di neutroni (l'uranio 235 ha 235 - 92 = 143 neutroni che prevedibilmente si suddividono più o meno al 50% per ogni prodotto di fissione) e pertanto fortemente radioattivi (la radioattività di un isotopo è tanto maggiore quanto più il numero dei neutroni sopravanza quello dei protoni nel nucleo dell'elemento).

            La cosa era stata capita dalla chimica tedesca Ida Noddack che scrisse un articolo e ne  inviò copia a Fermi e collaboratori i quali, però, non vi fecero caso.

            Ulteriori chiarimenti ed esperienze fondamentali vennero dai tedeschi Hahn e Strassman, dagli austriaci Lise Meitner e Otto Frish, dai francesi F. Joliot e I. Curie (tra il 34 ed il 39, momento in cui cadrà il silenzio su tali ricerche per la guerra che Hitler aveva scatenato).

            Nell'ambito delle ricerche sul bombardamento dei vari elementi chimici un'altra scoperta fondamentale fu fatta dal gruppo Fermi. Si tratta della scoperta delle proprietà dei neutroni lenti. Tale scoperta  è alla base del funzionamento di ogni centrale nucleare e  Corbino, circondato dal totale disinteresse del gruppo, la fece brevettare presso un notaio in Roma (brevetto nº 324458). Successivamente (1953), dopo varie vicende legali che vedevano gli USA non riconoscere un tale brevetto, a ciascun componente del gruppo fu data una cifra ridicola, pari a 24.000 dollari a testa(*). Ma vediamo di cosa si tratta.

I NEUTRONI LENTI  

            Gli esperimenti di bombardamento con neutroni dei vari elementi avvenivano nel laboratorio a cui abbiamo già accennato. Il lavoro era abbastanza ripetitivo e non tutti erano sempre presenti ad ogni fase delle successive sperimentazioni. Tutti i risultati raccolti fino all'estate del 1934 erano piuttosto grossolani. Tra i vari isotopi prodotti mediante il bombardamento con neutroni dei vari elementi chimici si era costruita una grossolana scala che prevedeva una "attività" forte, media, debole. Occorreva essere più precisi e fu così che si iniziò nell'autunno del 1934 una nuova serie di ricerche per fornire una scala di "attività" (oggi diremmo di sezione d'urto") più precisa. Il compito di realizzare tali misure fu affidato ad Amaldi ed all'appena arrivato giovane Pontecorvo.

            Intanto occorreva costruire delle situazioni sperimentali che avessero potuto permettere la riproducibilità dei risultati ottenuti. Anche qui la geometria, la massa, i tempi, le distanze, giocavano un ruolo fondamentale. Come riferimento per le misure venne preso l'argento per il quale si disponeva di risultati molto attendibili Ma, nonostante l'estrema cura con cui ogni esperienza era progettata vi era un qualcosa di straordinario che si presentava in corrispondenza di fattori apparentemente insignificanti. La radioattività del materiale bombardato aumentava vertiginosamente o diminuiva vistosamente se solo l'esperienza si faceva, rispettivamente, su un tavolo di legno o su un tavolo di marmo! Cosa succedeva? Tutto il gruppo fu allertato e tutti iniziarono a tentare di capire il fenomeno. Qual è la differenza principale tra un calcare (il marmo) ed il legno ? La presenza di idrogeno nel secondo. Poteva essere l'idrogeno che aveva un qualche effetto sui neutroni che andavano a bombardare il bersaglio ? Occorreva verificare tale ipotesi. Occorreva interporre un qualche materiale contenente idrogeno tra la sorgente di neutroni ed il bersaglio. Cosa contiene idrogeno ? Certamente la paraffina, ma al momento non se ne disponeva, e poi l'acqua. [Non sono molto certo della vicenda che segue, alcuni storici la raccontano, Segrè, che pure era nel gruppo in quel momento, non ne fa proprio cenno]. Nel giardino dell'Istituto vi era una fontana. Ci si recò subito lì. Seduti sul bordo della vasca si immersero con somma cura gli strumenti in acqua ed ... il fenomeno divenne evidentissimo: la radioattività indotta sul bersaglio era cresciuta oltre quanto si potesse ragionevolmente immaginare. Ciò mostrava che l'ipotesi era corretta: interponendo tra sorgente e bersaglio delle sostanze idrogenate si ottiene un effetto moltiplicatore della radioattività indotta. Gli esperimenti furono ripetuti in laboratorio interponendo paraffina tra proiettili e bersaglio ed ancora si ottennero quegli stupefacenti risultati (le esperienze con paraffina sono del 22 ottobre del 1934). La sera di quel famoso 22 ottobre ci si riunì in casa Amaldi. Fermi praticamente dettava, Segrè scriveva e Rasetti, Amaldi e Pontecorvo passeggiando facevano commenti e correzioni ad alta voce. Fecero notte fonda e la domestica la mattina successiva chiese alla signora Amaldi se, per caso, i professori si fossero ubriacati. L'articolo che fu scritto, "Azione di sostanze idrogenate sulla radioattività provocata da neutroni", fu immediatamente dato a la "Ricerca Scientifica" per la sua pubblicazione. Restava da capire il perché di un tale fenomeno. Fermi ed il suo gruppo lo fecero quasi subito per mezzo della fisica quantistica. Cerchiamo di descrivere sommariamente le cose.

            Un neutrone è un ottimo proiettile perché riesce a penetrare le difese della materia con estrema facilità. Non essendo dotato di carica non subisce repulsioni di sorta da parte del nucleo atomico. Degli elettroni non si preoccupa: il rapporto di massa è di circa uno a 2000 (un bottone di camicia ed una arancia), quindi eventuali elettroni lungo la traiettoria vengono spazzati via. Se si usassero come proiettili gli elettroni, a parte altri inconvenienti, non si avrebbe una massa sufficiente per creare un qualche scompiglio nel nucleo. I protoni hanno una grande massa (circa uguale a quella del protone) e vengono sempre prodotti con una grande energia cinetica, e ciò  vuol dire che sono dotati di grande velocità (superiore ad un km al secondo) e perciò chiamati "neutroni veloci". Arrivati su una sostanza entrano al suo interno. Alcuni di essi passano tra nucleo e nucleo e non producono effetti. Altri vanno su di un nucleo ed in qualche modo, data la loro elevata energia, riescono ad attraversarlo senza provocare danni di un qualche tipo. Altri infine vanno a finire su dei nuclei e, venendo da questi inglobati, originano l'isotopo radioattivo. Solo pochi neutroni in definitiva arrivano in modo "utile" al bersaglio.

            L'effetto delle sostanze idrogenate sui neutroni che le attraversano è di rallentarli in modo da ridurre la loro velocità a meno di un km al secondo, quando le hanno oltrepassate. È a questo punto che, rallentati, vanno sul bersaglio vero e proprio provocando effetti molto maggiori. E la cosa fu correttamente spiegata dal gruppo Fermi: la probabilità che un nucleo "catturi" un neutrone in arrivo è molto maggiore se il neutrone ha poca energia, dello stesso ordine di grandezza dell'energia propria di vibrazione del nucleo. Quando il neutrone è in "risonanza" con il nucleo (la sua "frequenza" è la stessa di quella con cui vibra il nucleo), avviene la cattura. Insomma un neutrone rallentato non ce la fa ad attraversare un  nucleo che si trovasse sulla sua traiettoria, cresce quindi di molto il numero di atomi dell'isotopo radioattivo che si genera dall'elemento di partenza (aumenta la sezione d'urto e quest'ultimo concetto  mostra anche la possibilità di trasformare un problema di una data natura in problema geometrico):

La notizia di questo risultato si sparse immediatamente per il mondo scientifico (fu lo stesso Rutherford che presentò la ricerca alla Royal Society di Londra) che iniziò subito, sotto questa nuova prospettiva, una nuova e lunga serie di esperimenti. Il gruppo di Roma, comunque, in 4 anni scoprì ben 50 isotopi radioattivi.

Ma siamo arrivati al 1935, inizio della fine della Scuola di Roma. Ciò che la Chiesa aveva fatto nel 1633 lo stava per ripetere il Fascismo: la distruzione di un gruppo, di una vera e propria Scuola che aveva ridato dignità alla ricerca fisica italiana riportandola alla ribalta mondiale. Ma vediamo il susseguirsi degli eventi.  

LE VICENDE DEL GRUPPO FERMI DAL 1935 AL 1938

            È il 1935. Siamo alla vigilia della guerra d'Etiopia ed all'intervento militare italiano nella Guerra Civile Spagnola dalla parte del golpista Franco. Rasetti va negli USA, alla Columbia University, e vi resta. Segrè vince una cattedra di fisica a Palermo e vi si reca (in questa città scoprì il "tecnezio", primo elemento artificiale che "mancava" nella tavola periodica). D'Agostino assunse un impiego alla Sanità. L'anno successivo fu Pontecorvo che emigrò in Francia. Scriveva Amaldi che "nel 1936 il clima si era fatto molto pesante". Nel 1937 Amaldi vince la cattedra di fisica sperimentale a Cagliari. Ma proprio in quell'anno muore Corbino ed Amaldi viene chiamato a Roma.. Anche nell'Istituto di Fisica il clima si fa pesante. È il fascista Lo Surdo che sostituisce Corbino alla direzione dell'Istituto e Lo Surdo, lo ricordo, era vecchio nemico, oltreché di Corbino, anche di Fermi.

            Tra il 1933 ed il 1937 si realizza il tramonto scientifico della Germania. Quel Paese che era diventato il luogo dove era concentrato il maggior numero di cervelli del mondo va desertificandosi. Il Nazismo e le leggi razziali funzionanti da subito allontanano gran parte dei fisici (e non solo). Tra i famosi restano solo Heisenberg, Jordan, Hahn e Strassman. Anche la vecchia idea per i nostri fisici di recarsi a studiare in Germania svanisce. Da questa epoca si iniziano a guardare con interesse dapprima la Gran Bretagna e quindi gli USA. Fermi e collaboratori iniziarono a pubblicare in inglese anziché in tedesco (solo Majorana restò impressionato dalla propaganda nazista e scrisse in modo favorevole del clima e dell'ordine che si respirava in Germania negli anni in cui si era recato lì a lavorare con il suo amico Heisenberg).

            Nel 1937 Majorana vince una cattedra a Napoli. A Roma restano solo Fermi ed Amaldi.

            Arriviamo al 1938, l'anno scellerato. Inizia con la scomparsa di Majorana (sulla cosa si ampiamente fantasticato e non mi soffermo qui su di essa: in bibliografia riporterò testi che si occupano del caso). A seguito dell'annessione dell'Austria da parte della Germania, Schrödinger viene a Roma e chiede a Fermi di trovargli rifugio in Vaticano. Una telefonata informa la famiglia Fermi che ad Enrico è stato conferito il premio Nobel per la fisica. Ma questa notizia si accavalla all'altra: in Italia vengono promulgate le leggi razziali! Il nostro Paese che è sempre stato alieno da questi fenomeni di razzismo e che, anzi, ha rappresentato in passato un rifugio per ebrei perseguitati, ad esempio, dalla Spagna cattolica, si trova ora con queste leggi infami. Gli ebrei debbono lasciare il loro lavoro e su di loro si addensano le nubi annunciate da notizie sconvolgenti provenienti dalla Germania. Fermi è colpito da tali leggi negli affetti più cari: sua moglie Laura è ebrea. Senza farne parola con nessuno (ma avendolo certamente capito la famiglia amica, gli Amaldi), Fermi si recò a ritirare il Nobel per non ritornare in Italia: accettò una cattedra alla Columbia University. Segrè, che si trovava negli USA per motivi di studio, seppe di essere stato licenziato e non ritornò in Italia accettando una cattedra a Berkeley (nel 1940 scoprirà l'elemento "astato"; nel 1955 scoprirà l'antiprotone e nel 1959 sarà Nobel per la fisica). Rasetti nel frattempo si era recato in Canada, mentre Pontecorvo, dalla Francia, era passato in URSS(**). Nel 1939 a Roma era restato il solo Amaldi (egli aveva provato a chiedere una qualche sistemazione negli USA ma, da una parte, tutto era saturo dalla gran mole di scienziati che si recavano in quel Paese e, dall'altra, la moglie di Edoardo, Ginestra spingeva per restare in Italia e non abbandonare un campo che in definitiva era stato arato e seminato così bene). Da questo punto le strade di ognuno si dividono e solo casualmente qualcuna di esse si incrocerà in imprese scientifico-militari negli USA. Ora io seguirò la strada di Fermi, rimandando ad altro lavoro per seguire, da questo punto, le meritorie imprese di Edoardo Amaldi.

            Altri grandi italiani che lasciarono l'Italia a seguito delle leggi razziali o anche solo perché antifascisti, vanno almeno ricordati: i matematici Fano, Fubini e Beniamino Segre, il fisico Leo Pincherle, la neurobiologa Rita Levi Montalcini (premio Nobel nel 1986), il virologo Salvador E. Luria (premio Nobel nel 1969), l'economista Modigliani (premio Nobel 1985), il musicista Toscanini, ... e tanti, tanti altri.

            Ci si rende conto del danno che ha subito l'Italia?

FERMI NEGLI USA: ALCUNI ELEMENTI DI FISICA DELLA REAZIONE A CATENA

            Tra il 1938 ed il 1945 Fermi lavora freneticamente negli USA con la amicizia, stima e collaborazione di svariati scienziati europei profughi come lui: Szilard, von Neumann, Wigner e Teller, ungheresi; Bohr, danese; Frisch, austriaco; ...

            Nel 1939 Fermi ipotizzò la possibilità di realizzare "la reazione a catena". Tento, anche qui per sommi capi, una spiegazione del fenomeno.

            L'uranio che si trova in natura è in grandissima parte l'isotopo 238. Solo lo 0,7% di tale uranio è l'isotopo 235 (vi sono poi altri isotopi ma sono così rari che tanto vale non tenerne conto). Disponendo di una sorgente di neutroni per bombardare tale uranio ciò che accade è che qualche nucleo di uranio si spacca in due pezzi ma la gran parte dei neutroni è assorbita dal resto dei nuclei formando transuranici con tutto il processo che si ferma qui. Iniziamo con l'osservare che dalla rottura di un nucleo di uranio si generano oltre ai due pezzi principali di cui dicevo, anche 2 o 3 neutroni (in media 2,3). Questi neutroni sono veloci e solo qualcuno di essi riesce a rompere qualche altro nucleo. Per aumentare il numero dei nuclei di uranio che si rompono, con il conseguente aumento del numero dei neutroni prodotti, occorre procedere in due possibili modi. O si usa l'uranio naturale (il 238) e si rallentano tutti i neutroni che attivano i processi di rottura utilizzando una sostanza idrogenata efficientissima (come l'acqua pesante, che è la normale acqua in cui l'idrogeno è sostituito dall'isotopo deuterio: su questa strada si è mosso il Canada) oppure si deve disporre di più nuclei  di uranio "disposti" a farsi rompere. Il 238 non gode di una tale proprietà, per rompersi necessita di neutroni lenti. Invece il 235 si rompe con neutroni di qualsiasi energia (veloci o lenti che siano). Ma nell'uranio naturale la percentuale di uranio 235 è piccolissima. Occorre allora "arricchire" tale percentuale per portarla almeno al 3,5% (usi pacifici, in centrali nucleari) o al 7% (usi militari, in bombe atomiche). I due processi, la fabbricazione dell'acqua pesante o l'arricchimento della percentuale di uranio 235 in 238 (più semplicemente (arricchimento) sono processi sofisticatissimi richiedenti tecnologie avanzatissime ed in gran parte segrete per motivi economico-industriali e, soprattutto, militari. La strada che fu scelta dagli USA fu quella dell'arricchimento dell'uranio. Disponendo quindi di uranio arricchito, bombardandolo con neutroni di qualunque energia (meglio comunque se lenti), tali neutroni incontrano sempre un nucleo da rompere (quello dell'uranio 235); da tale rottura fuoriescono i 2,3 neutroni che incontreranno altri nuclei di uranio 235 da rompere in un processo che interessa rapidissimamente l'intera massa dell'uranio a disposizione. A questo punto occorre ricordare una cosa già detta quando ho parlato dell'equivalenza massa energia, scoperta da Einstein. Ad ogni rottura di un nucleo di uranio corrisponde l'emissione di una grande quantità di energia (la massa dei pezzi separati è diversa da quella del nucleo originale, ed ad ogni variazione di massa si accompagna una enorme emissione di energia). Se queste rotture si producono con continuità si produce energia con continuità. Il modo di raccoglierla è, in linea di principio, attraverso lo scambio del calore prodotto con dell'acqua che produce vapore ad altissima pressione ed alta temperatura, vapore che va su una turbina per ulteriori trasformazioni energetiche. Nel caso di uso militare. I nuclei interessati al processo devono essere di più e la massa deve essere adeguata in modo che il processo di rottura sia così rapido da diventare immediatamente esplosivo. Naturalmente quanto detto è estremamente semplificato. I processi ed i problemi a latere sono enormi. Voglio indicarne uno solo. Mentre sta funzionando un reattore producendo energia con le rotture dei nuclei dell'uranio 235, cosa accade dell'uranio 238 ? Va via via diventando Nettunio che poi rapidamente diventa Plutonio. Il Nettunio ha vita effimera e quindi non lo prendiamo in considerazione. Ma il plutonio è un materiale prezioso per i suoi usi civili o militari che siano. Il fatto è che è incrostato con quei pezzi di uranio 235 che si sono rotti ed ora sono solo scorie ad alta radioattività. Ma non si può buttare il tutto (e dove poi?). Occorre recuperare il plutonio. Con nuovi processi sofisticati (lavaggi con acidi, stoccaggi in apposite piscine, ...) si separa il plutonio dalle scorie. Il plutonio è prezioso perché ha le stesse proprietà nucleari dell'uranio 235: per rompere i suoi nuclei vanno bene neutroni di qualunque energia. Quindi questo plutonio può essere usato direttamente di nuovo in altri impianti nucleari, ma di altro tipo, più critici (è la tecnologia francese dei reattori così detti "veloci") perché operanti a più elevate temperature e pressioni e necessitando di raffreddamenti importanti che non sono realizzabili con la normale acqua ma sono fattibili, ad esempio, con sodio liquido. Per uso militare il plutonio è poi una vera "gioia": con soli 5 kg di tale sostanza si può costruire una bomba tipo Hiroshim

            L'idea di Fermi era che dalla rottura di un nucleo di uranio dovevano venir fuori anche dei neutroni . Accadeva ciò ? E, se sì, con quale energia ? Tutto questo è vitale saperlo per capire se una reazione a catena possa sostenersi. Se no, cosa fare per arrivare al risultato che ci si propone? Che materiali usare per rallentare i neutroni? Quali di essi hanno più efficienza? Come controllare il processo? Come realizzare i contenitori? Che geometria utilizzare ? Quali materiali sono più adatti a determinate temperature ? Insomma , data una idea per passare alla sua realizzabilità si apre una montagna di problemi che non si risolvono solo con carta e penna ma che richiedono uno sforzo pauroso di moltissimi cervelli, una collaudatissima ed avanzatissima tecnologia, una quantità di denaro impressionante. Ritorno qui a quel commento che facevo all'inizio: anche se Fermi & C fossero restati in Italia, non avrebbero mai potuto realizzare una impresa di questo tipo.

LA GUERRA FINO A PEARL HARBOR

            Si inserisce a questo punto la vicenda della guerra che Hitler scatena proprio a partire dal 1939. Le ultime comunicazioni scientifiche pubblicate (prima del silenzio bellico) parlavano di due scienziati tedeschi, Hahn e Strassman, che avevano realizzato dei processi di fissione nucleare. Hitler si andava impadronendo rapidamente di gran parte dell'Europa. Cosa ne era delle ricerche nucleari in Germania? Solo degli scienziati, tecnici ad alto livello dei problemi in gioco, potevano intravedere cosa sarebbe potuto accadere con una tecnologia nucleare in mano a quel Paese.

            Poco tempo dopo i risultati di Hahn e Strassmann, Lise Meitner e Otto Frisch, scienziati ebrei profughi in Svezia e Danimarca, confermarono i risultati dei due scienziati tedeschi. Frisch parlò subito della cosa a Bohr che stava per recarsi negli USA. L'energia che si liberava era proprio quella prevista da Einstein e la fissione poteva diventare micidiale se dalla rottura dei nuclei di uranio si fossero liberati neutroni sufficienti (più di 2). Questa cosa fu confermata dai lavori di Joliot e Curie. Nel 1939 Fermi e Szilard confermarono la presenza dei neutroni nella fissione dell'uranio. Simultaneamente la stessa cosa era verificata da Frisch a Copenaghen. Sempre nel 1939 fu Bohr che informò gli scienziati americani di ciò che accadeva in Germania. Intanto, dalla Francia, Joliot confermò che i neutroni che si liberavano dalla fissione erano più che sufficienti per produrre altre fissioni.

            Nel febbraio del 1939 Bohr e Wheeler avevano verificato che solo l'uranio 235 si sarebbe fissionato bombardandolo con neutroni. Ciò significava due cose: 1) una eventuale bomba costruita con uranio 235 avrebbe avuto grosse probabilità di esplodere; 2) date le difficoltà di separare l'uranio 235 (cosa che con due metodi diversi riuscirono a fare i due fisici americani Lawrence ed Oppenheimer) solo un grosso complesso industriale sarebbe riuscito nell'impresa.

            L'insieme di queste notizie fece crescere l'allarme tra gli scienziati, soprattutto profughi. Nell'aprile Fermi parlò della cosa ai comandi della Marina USA, ma non accadde nulla. A lugli Szilard e Wigner si recarono da Einstein (che dal 1933 lavorava a Princeton) per chiedergli di usare la sua amicizia con la Regina Madre del Belgio affinché fosse bloccato il commercio di uranio tra il Congo Belga e la Germania. In breve tempo Szilard capì che era un'altra era la strada da seguire. Si recò di nuovo da Einstein con Teller e questa volta gli chiese di scrivere una lettera direttamente al Presidente Roosvelt. La lettera fu scritta il 2 agosto del 1939 quando già la Cecoslovacchia era caduta in mano nazista. Essa fu consegnata in persona a Roosvelt dall'economista Sachs l'11 ottobre dl 1939,quando anche la Polonia  era stata occupata. Il Presidente istituì un comitato consultivo per l'uranio; ancora nel marzo del 1940 tale comitato non aveva praticamente fatto nulla. Szilard e Sachs fecero di nuovo pressione su Einstein perché scrivesse una seconda lettera, cosa che fece il 7 marzo del 1940. Einstein fu invitato a far parte del comitato, ma rifiutò sottolineando però la necessità di agire in fretta.

            Nel maggio 1940 Hitler invase Olanda e Belgio. Nel giugno vi fu la resa della Francia. Mentre la Gran Bretagna resisteva, nel giugno del 1940 Hitler iniziò l'invasione dell'URSS.

            In Gran Bretagna, agli inizi del 1940, Frisch e Peierls (profugo dalla Germania) calcolarono in circa il 7% la percentuale di uranio 235 che sarebbe stata necessaria all'esplosione di un ordigno nucleare. Essa era relativamente piccola e quindi si affrettarono ad informare il governo britannico dei pericoli di realizzabilità di un ordigno da parte tedesca. La Gran Bretagna ebbe una certa influenza sugli USA ed il 6 dicembre del 1941 si decise di impegnare ogni sforzo nella realizzazione di una bomba che utilizzasse la fissione nucleare. Esattamente il giorno dopo il Giappone attaccò la base americana di Pearl Harbor: anche gli USA furono coinvolti direttamente nella guerra.

L'ACCELERAZIONE DELLE VICENDE POLITICO-SCIENTIFICHE

            Alla fine del 1941 non era stata ancora separata né una quantità apprezzabile di uranio 235 né di plutonio. Si conoscevano già bene le proprietà fondamentali delle sostanze che avrebbero giocato un ruolo fondamentale. Si sapeva con una certa precisione quale sarebbe dovuta essere la massa critica. Non era mai stata realizzata una reazione a catena.

            Nell'ambito di un primo approccio al processo "bomba", il fisico statunitense A. Compton fu messo a capo del progetto "reazione a catena". Nel gruppo di Compton c'era Fermi ed il lavoro si svolgeva a Chicago.. È da notare che, dall'attacco giapponese a Pearl Harbor, essendo il Giappone alleato dell'Italia, ogni italiano era ritenuto negli USA un potenziale nemico. Furono costruiti dei campi di concentramento (niente di drammatico!) in cui moltissimi italiani furono raccolti. Il fatto che Fermi, come altri, fosse venuto negli USA per sua scelta, per la indiscutibile non condivisione della politica del Fascismo, faceva di lui un nemico-amico. A Berkeley, Lawrence tentava la separazione dell'uranio 235 con metodi elettromagnetici. Sempre a Berkeley Oppenheimer (con Teller, Bethe, Serber) tentava di progettare la "bomba" nell'ipotesi che si fossero realizzati i materiali che sarebbero stati teoricamente indispensabili. Ancora a Berkeley, Segrè (con Chamberlain e Wiegand) collaborava sia con Lawrence che con Oppenheimer (siamo, a questo punto, nell'estate del 1942).

            Il 17 settembre del 1942 nacque ufficialmente il "PROGETTO MANHATTAN" e la sua direzione fu affidata al generale Groves (con il generale Farrel ed il colonnello Nichols come collaboratori). Groves riuscì a fondere interessi militari con necessità scientifiche attraverso la "mediazione" e l'intervento della grande industria. Gli impianti industriali iniziarono a fornire uranio arricchito e grafite purissima (Dupont) per la costruzione del primo impianto (centrale) nucleare del mondo: la "pila atomica". Essa fu realizzata nell'unico grande ambiente disponibile, quello esistente sotto le gradinate dello stadio di football di Chicago. Il capo del progetto era Fermi e la centrale funzionava con uranio naturale, utilizzando come rallentatore di neutroni (moderatore)  blocchi di grafite purissima. Lo scopo della "pila" non era la produzione di energia, ma la produzione di quel prodotto "secondario" che è il Plutonio. Questo materiale sarebbe servito per la "bomba". Il giorno della sua entrata in funzione fu il 2 dicembre del 1942.

            Ciò che ormai si sapeva era che la bomba sarebbe stata costituita da due pezzi di plutonio, ciascuno dei quali non possedente la massa critica. Ad un dato istante i due pezzi venivano posti a stretto contatto in modo che la massa diventasse critica producendo l'esplosione. Ma, come realizzare il tutto? Come farlo in assoluta segretezza? Nel luglio del 1943 si scelse un piccolo villaggio, Los Alamos, nel deserto del Nuovo Messico per costruire gli impianti necessari alla realizzazione dell'intero progetto. La direzione scientifica fu affidata ad Oppenheimer.

            Il programma di Los Alamos, messo a punto da Rabi, Allison, Lewis e Fermi richiedeva calcoli delle proprietà esplosive dell'uranio 235, del plutonio,  dell'idruro di uranio, delle forme geometriche più efficaci per la massa critica e della riflessione dei neutroni sulle pareti del contenitore per diverse combinazioni e possibilità costruttive della bomba. Il lavoro fu subito suddiviso tra teorici e sperimentali.

            I fisici teorici dovevano perfezionare la teoria della diffusione dei neutroni nella bomba per determinare la distribuzione di energia dei neutroni di fissione e la dipendenza delle sezioni d'urto da queste energie, tutto ciò al fine di studiare l'idrodinamica dell'esplosione nucleare e gli effetti di grandi quantitativi di radiazioni liberate oltre ad analizzare i problemi connessi con il tempo di assemblaggio delle due masse subcritiche, la detonazione e la predetonazione.

            I fisici sperimentali dovevano osservare il numero medio di neutroni che si originavano dalla fissione dell'uranio 235 e del plutonio, l'intervallo di energia dei neutroni, le sezioni d'urto di fissione per l'uranio 235 ed il plutonio, la differenza di tempo tra l'inizio della fissione e l'emissione di neutroni, la diffusione dei neutroni e le sezioni d'urto di cattura. Per realizzare tutto ciò vennero realizzate in tempi record delle macchine impressionanti (per l'epoca): quattro acceleratori di particelle ed un reattore nucleare (del tipo ad acqua bollente) che lo stesso Fermi mise a punto nel Canyon di Los Alamos nel 1943 (si noti che a Los Alamos Fermi ritrovò Segrè e Bruno Rossi).

            I programmi di chimica e metallurgia erano focalizzati sulla purificazione dell'uranio 235 e del plutonio, la preparazione di materiali per esperimenti nucleari, un "iniziatore" neutronico per la bomba e la riduzione di uranio e plutonio a metalli.

            Fu una commissione, diretta  da Lewis, ad ampliare questo programma con l'introduzione di questioni di artiglieria.

            I laboratori erano suddivisi in varie divisioni: fisica teorica, fisica sperimentale, chimica e metallurgia, ...., divisione F (nata nell'agosto del 1944, all'arrivo stabile di Fermi a Los Alamos, giusto un mese dopo aver ottenuto la cittadinanza americana. Nonostante tutto ciò che aveva fatto, di lui ancora non ci si fidava) che era l'abbreviazione di divisione Fermi (con cui collaborava il matematico J. von Neuman) il cui compito era di "consigliare tutti i bisognosi" (fino all'agosto del 1944 Fermi aveva lavorato al progetto Manhattan ma non stabile a Los Alamos, proprio per il suo ruolo di nemico-amico. I suoi lavori precedenti erano stati realizzati a Chicago, Oak Ridge, Hanford). Si dovettero superare enormi difficoltà sia scientifiche, sia teoriche che sperimentali, sia tecnologiche ma, nel corso di due anni, nel luglio del 1945, tutto era pronto per il grande esperimento.

            È interessante un cenno allo spirito burlesco che, nonostante la situazione, manteneva Fermi, irritato dalle smanie antispionistiche che braccavano tutto e tutti. Più volte fu udito affermare di aver ricevuto una busta con l'avvertenza di "Bruciare prima di leggere" ed altre di aver raccontato di aver udito alcuni ufficiali sostenere: "È stato un errore mettere tutti questi scienziati a conoscenza della faccenda; se il generale Groves fosse l'unico a sapere della bomba atomica, avremmo potuto essere più tranquilli". Usava poi scrivere al suo giovane amico Feynman, che ricambiava, con falsi codici. La cosa mandava fuori di senno il controspionaggio perché nessuno avrebbe potuto decifrare un codice inesistente.

            Nel frattempo ....

            - Hitler era morto (aprile 1945);

            - la Germania era occupata (maggio 1945);

            - i supposti progressi tedeschi sulla strada della "bomba" erano inesistenti (in un

              laboratorio scavato sotto una montagna fu trovato Heisenberg a lavorare in

              modo che, rispetto a quanto fino ad ora accennato, poteva ritenersi artigianale

             (in Germania sembra non si fosse data eccessiva importanza all'energia nucleare

             preferendo la strada della missilistica con ingenti finanziamenti per le V1 e V2

             di von Braun);

            - il Giappone resisteva ma, a partire dall'aprile, in Svizzera, rappresentanti

              giapponesi avevano iniziato sondaggi per  conoscere le condizioni USA per

              la resa (in luglio lo stesso capo di stato maggiore, Mikado, tentò l'inizio di

              negoziati;

            - l'URSS aveva vinto ed in brevissimo tempo avrebbe potuto dilagare in tutta

              Europa; nel frattempo stava attaccando il Giappone da Ovest nei territori della