Museo della Fisica di Errico Fermi

Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi

Bonito Francesco, Bove Matteo, Iandolo Sara, Melillo Chiara

indice

FERMIONI E BOSONI

IL MUSEO

IL DECADIMENTO BETA

I RAGAZZI DI VIA PANISPERNA

IL NOBEL

ENRICO FERMI

GLI ANNI DI CHICAGO

L'ATOMO

IL PRIMO CONGRESSO INTERNAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

UN MUSEO PER ENRICO FERMI

Nel 1937, l’Istituto di Fisica fu trasferito nella nuova Città Universitaria de La Sapienza, dove si trova ancora tutt’oggi. La palazzina di via Panisperna fu adibita ad altre funzioni, passando nel tempo da centro internazionale della scienza ad archivio della Polizia di Stato, per poi essere inglobata nel compendio del Ministero dell’Interno. Nel 1999 fu approvata all’unanimità dal Parlamento italiano l’istituzione del Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi. Solo alla fine del 2019, dopo lunghi anni di ristrutturazione, è avvenuta la consegna ufficiale della nuova sede.

Tutto ebbe inizio nel lontano 1881. Proprio in quest’ anno venne inaugurato il Regio Istituto di Fisica sotto la guida del fisico goriziano Pietro Blaserna, primo Direttore dell’Istituto e professore di Fisica sperimentale. Blaserna fu uno dei protagonisti della riorganizzazione della cultura scientifica e della ricerca del Paese dopo l’unità d’Italia.

I Ragazzi di via Panisperna

I "Ragazzi di Via Panisperna" è il nome attribuito a un gruppo di giovani fisici italiani che collaborarono insieme ad Enrico Fermi per scoprire le proprietà dei neutroni lenti. Il gruppo di ricerca fu così soprannominato perché il loro lavoro si svolgeva nell’Istituto di Fisica dell’Università di Roma sito in Via Panisperna. Ecco i componenti principali del gruppo e i loro nomignoli:

PAPA

- Enrico Fermi: Leader del gruppo, Fermi è noto per la sua fondamentale teoria del decadimento beta. - Franco Rasetti: Compagno di studi di Fermi all'università di Pisa, Rasetti si dedicò alla spettroscopia e compì studi sull'effetto Raman nei gas. - Emilio Segrè: Laureato a Roma nel 1928, Segrè collaborò con Fermi sulla radioattività indotta e sui neutroni lenti. - Edoardo Amaldi: Anche lui laureato a Roma, Amaldi si trasferì a Lipsia per studiare la diffrazione a raggi X. - Bruno Pontecorvo: Entrò nel gruppo nel 1934 e collaborò con Fermi sulle ricerche di radioattività indotta e sui neutroni lenti. -Ettore Majorana: Le sue opere più importanti hanno riguardato la fisica nucleare e la meccanica quantistica relativistica. La sua improvvisa e misteriosa scomparsa, avvenuta nella primavera del 1938, suscitò numerose speculazioni

Cardinal Vicario

Basilisco

Abate

Cucciolo

Grande Inquisitore

Enrico Fermi

Nato a Roma il 29 settembre 1901, Fermi ha mostrato un interesse precoce per la fisica e la matematica. Dopo aver terminato il liceo con un anno di anticipo, si iscrisse alla Scuola Normale Superiore di Pisa, dove si laureò nel 1922

Nel 1927, Fermi è stato nominato professore di fisica teorica all’Università di Roma, dove ha guidato un gruppo di giovani fisici noto come "I Ragazzi di Via Panisperna". Durante il suo periodo a Roma, Fermi ha formulato la teoria del decadimento beta e ha condotto ricerche innovative sulla fisica nucleare

Dopo aver ricevuto il premio Nobel, lascia l’Italia a causa delle leggi razziali fasciste, Fermi si trasferì negli Stati Uniti, dove ha progettato e costruito il primo reattore nucleare a fissione, producendo la prima reazione nucleare a catena controllata2. Ha anche lavorato come direttore tecnico del Progetto Manhattan, che ha portato alla realizzazione della bomba atomica

Modello atomico di Bohr -nucleo costituito da protoni e neutroni -elettroni si dispongono su orbite differenti a seconda della loro energia

Tavola Periodica degli elementi -ideata nel 1869 dal chimico russo Mendeleev -costituita da gruppi e periodi

-sulla tavola periodica gli elementi sono collocati seguendo l'ordine di riempimento dei livelli energetici

L' atomo

Oggi -dimensioni: 10^-12 m -particelle da cui è costituito: elettroni, protoni e neutroni -carica elettrica neutra

Storia -dal greco átomos, indivisibile -2500 anni fa da Leucippo e Democrito, filosofia atomista

Numero atomico (Z) = protoni presenti nel nucleoNumero di massa (A) = protoni e neutroni presenti nel nucleo Isotopi = atomi che hanno uguale numero atomico ma diverso numero di massa Radioisotopi = isotopi instabili, radioattivi, i cui nuclei emettono radiazioni per trasformandosi in nuclei più stabili

IL PRIMO CONGRESSO INTERNAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

contesto storico - 1920-1930 fisica nucleare campo di ricerca quasi completamente nuovo in Italia, - primi lavori in questo campo sono stati svolti da Ettore Majorana ed Enrico Fermi Il primo congresso Internazionale di Fisica Nucleare, denominato "Nuclei ed Elettroni", organizzato dalla Fondazione Volta, si tenne nell'Istituto di Fisica della Regia Università di Roma dall'11 al 18 ottobre 1931

Il congresso ha avuto un influenza positiva sul recente campo della Fisica Nucleare: pochi anni più tardi vennero scoperti il neutrone e il positrone e furono elaborate la teoria nucleare di Heisenberg-Majorana e la teoria del decadimento beta da parte di Enrico Fermi

questioni affrontate:- Meccanica Quantistica, strumento della comprensione dei fenomeni nucleari - studio delle trasmutazioni artificiali degli elementi (ricerca inaugurata nel 1919 da Rutherford) Partecipanti: Su una cinquantina di partecipanti erano presenti sette Premi Nobel più molti futuri vincitori (tra essi Niels Bohr, Marie Curie, Werner Heisenberg)

FERMIONI E BOSONI

STORIA- 1926 pubblicazione della teoria sul comportamento dei fermioni di Fermi - Paul Dirac studiò lo stesso problema in autonomia ed escogitò un metodo leggermente diverso arrivando tuttavia alle medesime conclusioni - Dall'accordo tra i due ci si riferisce alla scoperta con il nome di statistica di Fermi-Dirac

TEORIA Le particelle elementari si dividono in due grandi famiglie a seconda del valore dello spin: - particelle con valore di spin semi-intero (es. 1/2, 3/2, 5/2 e così via), descritte dalla statistica Fermi-Dirac e denominate fermioni. Obbediscono al Principio di Esclusione di Pauli, costituiscono tutta la materia conosciuta e sono responsabili della massa rilevabile in natura - particelle con spin intero (0, 1, 2, 3...) che seguono la statistica di Bose-Einstein e si chiamano bosoni (in onore del fisico indiano Bose che formulò ed inviò i suoi risultati ad Einstein). I bosoni non seguono il Principio di Esclusione: a basse temperature tendono ad ammassarsi formando un condensato di Bose-Einstein

Le differenze tra bosoni e fermioni emergono a temperature vicine allo zero assoluto:- i fermioni precipitano nei livelli energetici più bassi - i bosoni si condensano nel livello fondamentale A temperature elevate, le due statistiche tendono entrambe alla stessa: la statistica di Maxwell-Boltzmann

RADIAZIONI NATURALI

• I raggi γ (gamma): non sono deflessi in quanto si tratta di fotoni privi di carica elettrica. • I raggi α (alpha): essendo costituiti da nuclei di elio (2 protoni e 2 neutroni), vengono deviati. • I raggi β (beta): composti da elettroni, vengono deviati in direzione opposta ai precedenti e con un raggio di curvatura più accentuato, perché hanno una massa inferiore ai raggi α.

raggi gamma

DECADIMENTO BETA

Fermi si occupò del decadimento β, processo che genera i raggi β, in quanto presentava alcune di differenze teoriche:

1. gli elettroni emessi in seguito al decadimento avevano un’energia che poteva assumere qualsiasi valore tra zero ed un certo massimo, anziché un valore discreto

2. Alcuni fisici, come Bohr, affermarono che la legge della conservazione dell’energia non valesse più.

Genially

NEUTRINI(1956)

La radioattività indotta da particelle

Bombardando alcuni elementi leggeri della tavola periodica con particelle α (cioè nuclei di elio, composti da due protoni e due neutroni), compresero che si potevano creare nuovi elementi radioattivi, così da scoprire la radiattività artificiale

Citando le parole della moglie, si può comprendere l'origine della scoperta: “Studiando il comportamento dell’alluminio bombardato con particelle alfa veloci, essi notarono che [...] entro pochi minuti emetteva a sua volta particelle (positroni) comportandosi come una sostanza radioattiva. “ (riportato dalla moglie)

Decadimento

Il fisico scoprì l'esistenza di due tipi di decadiemento β:

Beta -

Beta +

• Protone
• Neutrone
• Antineutrino

• Prositrone
• Neutrone
• Neutrino

Fermi, inviò le sue scoperte alla rivista nature, ma la redaziona la respinse

Il sole e Decadimento

Il decadimento β gioca un ruolo fondamentale nelle reazioni termonucleari che avvengono nelle stelle. La differenza di massa tra i nuclei prima e dopo la reazione si manifesta come rilascio di energia. Il decadimento β, che nel caso del Sole è una reazione di fusione tra due protoni (cioè due nuclei di idrogeno).

In media il protone deve aspettare 10 miliardi di anni prima di fondersi in deuterio. Ne deriva che le stelle trascorrono la stragrande maggioranza della loro vita, ossia circa il 90%, in una fase di stabilità che prende il nome di sequenza principale.

Il problema dell'uso di particelle

Su elementi più pesanti le particelle alfa non producevano alcun effetto. La carica positiva ne limita l’efficacia come proiettili nucleari per ragioni di doppia natura:

l’attrazione esercitata su di essi dagli elettroni, che circondano tutti i nuclei, le rallenta così rapidamente che ben presto esse si fermano del tutto. Hanno dunque una probabilità assai scarsa di incontrare un nucleo sul loro breve cammino.

se un incontro avviene effettivamente, il protone si allontana, in quanto il nucleo e la particella sono di carica uguale

Le particelle alfa non possono essere utilizzate con atomi più pesanti perché la carica positiva nel nucleo di atomo più pesanti è maggiore e quindi la forza repulsiva è maggiore.

La radioattività indotta da NEUTRoNI

A questo punto, utilizzò i neutroni invece delle particelle α per indurre radioattività, ossia rendere i nuclei instabili e provocare il decadimento.

stella di neutroni

i neutroni lenti sulla radioattività

Pontecorvo e Amaldi notarono che bombardando gli elementi sui tavoli di legno invece che sui tavoli di marmo, osservavano un aumento inaspettato della radioattività.

Quest'esperienza portò Fermi a comprendere che i neutroni rallentati avevano maggiore probabilità di essere assorbiti dal nucleo e dunque di provocare il decadimento β.

La cerimonia del Nobel sucita scandalo poiché Fermi si presenta a Stoccolma con un frac, e non con l'uniforme dell'Accademia d'Italia. Inoltre stringe la mano al re senza fare il saluto fascista. Subito dopo questo riconoscimento Fermi si imbarca verso gli Stati Uniti, subito prima della promulgazione delle leggi razziali in Italia.

IL NOBEL

Nel 1938 Fermi vince il premio Nobel per la fisica per la scoperta di atomi più pesanti dell'Uranio.

LA LETTERA A ROOSEVELT

Il 12 luglio 1939 Szilárd pensò di chiedere ad Albert Einstein, il fisico più autorevole e famoso del mondo di firmare una lettera con l’obiettivo di informare il governo del pericolo della bomba atomica. Rimaneva il problema di trovare qualcuno che potesse fare da intermediario con il governo americano. Nacque così l’idea di rivolgersi a Sachs, che era uno dei consiglieri non ufficiali, ma estremamente influenti, di Roosevelt. Il piano era che Sachs avrebbe dovuto consegnare al presidente una lettera firmata da Einstein.

GLI ANNI DELLA GUERRA

A partire dal 1943, sorsero negli USA tre “città segrete”, costruite dalle fondamenta, tra cui Los Alamos (New Mexico), soprannominata Sito Y. Tutto ebbe inizio nel momento in cui Oppenheimer giunse alla conclusione che gli sforzi finora compiuti dai vari paesi per risolvere il problema atomico dovevano essere centrati in una sola località, al fine di evitare ricerche superflue e confusione. Quando, nel luglio del 1943, Robert Oppenheimer venne nominato direttore del laboratorio di Los Alamos, il suo primo compito consistette nel viaggiare per gli Stati Uniti per convincere altri a venire con lui nel nuovo laboratorio. Durante questi viaggi, egli dovette combattere i pregiudizi nei confronti del progetto dell’uranio. Probabilmente molte delle persone a cui si rivolse dettero il loro assenso soprattutto perché 60 sapevano che sarebbe stato il celebre Oppenheimer a dirigere il laboratorio.

Terminato il conflitto, Fermi accettò la cattedra di Fisica presso l’Università di Chicago e contribuì alla fondazione dell’Istituto di studi nucleari di Chicago. Il Progetto Manhattan fu sostituito dalla Commissione per l'energia atomica (AEC) il 1º gennaio 1947; così, Fermi entrò a far parte del Comitato consultivo generale, presieduto da Oppenheimer, divenendo consulente per il governo statunitense, senza tuttavia favorire un uso dell’energia nucleare a scopi bellici. In quegli anni, inoltre, si concentrò sulla fisica delle particelle.

grazie per l'attenzione

bibliograFIA

Siti consultati:

museum.cref.it/

https://www.focus.it/

https://www.treccani.it/

wikipedia.org