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Bruno Rossi, i raggi cosmici e l’invenzione del circuito di coincidenza

Il 13 aprile del 1905 nasceva a Venezia Bruno Benedetto Rossi, una vera e propria autorità della fisica e dell’astrofisica del XX secolo, noto principalmente per i suoi pioneristici studi sui raggi cosmici.

Dopo aver frequentato il liceo classico, si iscrisse all’Università di Padova per poi passare a Bologna dove si laureò nel 1927 sotto la guida del noto fisico sperimentale Quirino Majorana, zio del poi celebre Ettore. In quel periodo arrivò anche Rita Brunetti, assistente per diversi anni a Firenze, che per sopperire alla mancanza di strumentazione dell’Università di Ferrara aveva trasferito la ricerca sperimentale a Bologna. Brunetti esercitò una grande influenza su Rossi e fu lei stessa a presentarlo al gruppo di Arcetri.

Rossi arrivò a Firenze nel marzo del 1928, neanche ventitreenne, per rivestire il ruolo di assistente di Antonio Garbasso che lì aveva fondato l’Istituto di Fisica. Il gruppo di Arcetri, che tante somiglianze aveva col gruppo di Fermi a Roma oltre che un continuo contatto visto la presenza a Firenze di Persico, era composto, tra gli altri, da Enrico Persico, Giuseppe Occhialini, Gilberto Bernardini, Daria Bocciarelli e Giulio Racah.

Qui gli interessi di ricerca non apparvero subito chiari per Rossi, ma nel 1929 Walther Bothe e Werner Kolhörster eseguirono un esperimento sulla natura della radiazione extraterrestre. I due provarono che la radiazione cosmica aveva un potere penetrante di gran lunga superiore a quello dei raggi gamma prodotti dal decadimento radioattivo nei nuclei atomici; per la realizzazione dell’esperimento fu essenziale l’impiego dei contatori Geiger- Müller (strumenti basati sul potere ionizzante delle particelle cariche che permettevano la loro rilevazione tramite circuiti elettronico). Questo risultato apparì come “un lampo di luce che rivela l’esistenza di un mondo inaspettato, pieno di misteri e che nessuno aveva ancora iniziato ad esplorare”. Si aprì un acceso dibattuto dunque sulla natura dei raggi cosmici: erano onde elettromagnetiche dotate di elevate energie o erano corpuscoli, come sosteneva Robert Millikan?

Nel giro di qualche settimana Rossi, che aveva trovato di fronte a sé “un campo d’indagine ricco di mistero e di promesse”, inventò uno strumento che sarebbe diventato di cruciale importanza sia per lo studio dei raggi cosmici che per le indagini in fisica nucleare, il circuito di coincidenza. Il circuito, composto da triodi e contatore Geiger- Müller, permetteva la registrazione automatica di impulsi coincidenti fra diversi contatori con tempi di risoluzione più accurati di quelli di Bothe e fu utilizzato da Rossi per evidenziare lo straordinario potere di penetrazione delle particelle della radiazione cosmica attraverso strati di piombo di oltre un metro; in oltre scoprì anche che la radiazione cosmica produce nella materia gruppi di particelle che diventeranno noti col nome di “sciami di raggi cosmici”.

I primi risultati di Rossi iniziarono a girare nel mondo scientifico, portando l’apprezzamento di numerosi fisici, tra cui quello di Enrico Fermi che lo invitò a tenete il discorso introduttivo alla Conferenza Internazionale sulla Fisica Nucleare tenuta a Roma nell’ottobre del 1931.

Nel 1932 arrivò secondo in graduatoria al concorso per un totale di tre cattedre dove, secondo le parole di Fermi, la terna vincente era di compromesso e non brillava per eccessiva logica. Questo commento fu smosso, probabilmente, per la mancata assegnazione di un posto a Emilio Segré (che vinse il concorso nel 1935 andando a Palermo) e lo stesso Fermi in una lettera disse che per far rientrare tra i vincitori almeno Bruno Rossi aveva dovuto sostenere una lunga lotta con la commissione, di cui lui stesso faceva parte, che sembrava guardare più all’anzianità del candidato che ai meriti scientifici.

Rossi approdò a Padova, dove divenne ordinario nel 1936. Nel 1938 con la promulgazione delle leggi razziali, essendo lui e sua moglie, Nora Lombroso, entrambi ebrei dovettero abbandonare l’Italia. Lo stesso Rossi disse:

“Non ero più cittadino del mio Paese e in Italia la mia attività di insegnante e di scienziato era terminata”.

Il modo in cui Bruno e sua moglie lasciarono l’Italia è piuttosto articolato, visto che i loro documenti non erano regolari ma, sempre con le parole di Rossi, “in Italia, come potei constatare una volta in più si trova sempre qualcosa che, in caso di bisogno è pronto ad aiutare ed è capace di farlo”. Così l’allora vicepresidente dell’Accademia d’Italia, Giancarlo Vallauri, lo aiutò ad ottenere nuovi documenti accompagnati da una piccola somma in denaro.

La prima tappa di Rossi fu a Copenaghen, dove Bruno e sua moglie furono ospiti di Niels Bohr. Dopo due mesi di permanenza in Danimarca arrivò in Inghilterra. Qui Patrick Blackett (futuro Nobel per la fisia nel 1948), che nel 1931 aveva collaborato con Occhialini studiando proprio i raggi cosmici, mise in moto la macchina burocratica inglese per cercare di far lavorare Rossi nei Physical Laboratories dell’Università di Manchester. In merito disse:

“Sarà di grande importanza per la ricerca sui raggi cosmici di questo Paese se al Professor Rossi verrà data una posizione di lavoro. Sarei estremamente lieto se fosse possibile far rimanere qui in modo permanente il Professor Rossi, ma potrebbe risultare difficile.”

In più si aggiunse anche la parola di Bohr:

“Gran parte dei problemi che sono al momento assiduamente investigati nei laboratori di diversi Paesi scaturiscono direttamente dai risultati e della indagini del Professor Rossi”.

Dopo un anno, Rossi arrivò negli Stati Uniti ottenendo una posizione di ricercatore all’Università di Chicago ma dopo un solo anno si trasferì, su raccomandazione di Hans Bethe, alla Cornell University dove realizzerà un altro fondamentale strumento, il convertitore tempo-ampiezza (TAC, Time-to-Amplitude Converter).

Nel 1943 venne reclutato da Hans Bethe a Los Alamos per sviluppare il progetto della bomba atomica, accettando solamente dopo una lunga riflessione. Ricordò quel periodo dicendo:

“I giorni che seguirono a questo invito furono tra i più duri della mia vita. Potevo facilmente immaginare quello che si stava facendo a Los Alamos e rifuggivo dall’idea di partecipare allo sviluppo di un ordigno così spaventoso come sarebbe stata la bomba atomica. D’altra parte ero terribilmente preoccupato, così come molti altri, dal pericolo che in Germania, dove era stata scoperta la fissione, si fosse vicini a realizzare la bomba. Essendomi rassegnato al fatto che né accettando né rifiutando la richiesta di Los Alamos potevo sottrarmi a una pesante responsabilità, vidi che la scelta non poteva essere basata che sulla necessità di combattere l’immediato pericolo. Ricordo chiaramente con che animo decisi di andare a Los Alamos. Speravo che il nostro lavoro avrebbe dimostrato l’impossibilità di fare la bomba, ma avevo anche concluso che se, viceversa, la cosa fosse risultata possibile, occorreva evitare ad ogni costo che Hitler avesse la bomba prima di noi.”

Al termine della guerrà si trasferì al prestigioso Massachussets Institute of Technology (MIT) dove si affermò come una delle maggiori autorità internazionali nel campo della fisica dei raggi cosmici e della ricerca astronomica e spaziale.

Nel 1974 ritornò in Italia, precisamente a Palermo, dove gli fu affidata la cattedra di fisica generale all’Università di Palermo. Morì il 21 novembre nel 1993.