Momenti di Storia della Fisica Nucleare e delle Particelle Elementari in Italia dalle origini agli anni 1970: fonti, temi e contesto internazionale coordinatore.

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1 Momenti di Storia della Fisica Nucleare e delle Particelle Elementari in Italia dalle origini agli anni 1970: fonti, temi e contesto internazionale coordinatore G. Battimelli (Roma1)

2 Componenti del gruppo di ricerca Roma 1 Giovanni BATTIMELLI (prof. associato, Dipartimento di fisica, Università Sapienza) Michelangelo DE MARIA (prof. ordinario di Storia della fisica, Dipartimento di fisica, Università Sapienza) Luisa BONOLIS (dottorato di ricerca, Università di Bari) Genova Nadia ROBOTTI (prof. ordinario di Storia della fisica, Dipartimento di fisica, Università di Genova) Giorgio DILLON (prof. associato di Fisica teorica, Dipartimento di fisica, Università di Genova) Matteo LEONE (dottorato di ricerca, Università di Bari, ex assegnista, insegnante di scuola media superiore) Milano Pasquale TUCCI (prof. ordinario di Storia della fisica, Dipartimento di fisica, Università di Milano) Leonardo GARIBOLDI (ricercatore, Dipartimento di fisica, Università di Genova)

3 Linee generali e obiettivo del programma di ricerca Il progetto è finalizzato alla ricostruzione di alcune fasi significative dello sviluppo della fisica nucleare e delle particelle elementari in Italia, inserite nel contesto internazionale delle ricerche in quel periodo, e costituisce la naturale evoluzione di una linea di ricerca che stiamo conducendo da tempo con risultati interessanti, e per la quale si è già ottenuto il finanziamento Prin 2005. Lo sviluppo in Italia della Fisica nucleare e delle particelle elementari, dalle sue origini (intorno alla fine degli anni Venti) fino agli anni Settanta, ha iniziato ad essere indagato sistematicamente e in modo articolato e approfondito solo in anni relativamente recenti. I ricercatori coinvolti nel presente progetto hanno già dato contributi significativi in questa direzione. Lo stato dell'arte e il punto di partenza del progetto di ricerca proposto è costituito dunque in buona parte dall'insieme dei risultati più recenti, ottenuti precedentemente dai proponenti. Questi risultati sono documentati dalle liste di pubblicazioni allegate. Si tratta, come è evidente, di un panorama frammentario, di cui alcuni elementi sono già sufficientemente chiariti mentre altri rimangono largamente inesplorati. L’intenzione è quella di completare alcuni dettagli del quadro, laddove questo risulta già delineato, e di contribuire a colmare alcune delle lacune più vistose. Un'osservazione di carattere generale va fatta sullo stato delle fonti disponibili. A rendere possibile parte delle ricerche in progetto concorre largamente la circostanza che, grazie all'attività di sensibilizzazione, recupero e catalogazione da noi svolta negli anni passati, sono oggi disponibili e aperte ai ricercatori numerose fonti primarie (sia carte personali di protagonisti di rilievo, sia archivi istituzionali) che non esistevano o non erano accessibili fino a tempi molto recenti. I fondi archivistici disponibili e di cui si intende far uso sono indicati nella descrizione del programma di ricerca. Nel seguito sono indicati sommariamente lo stato della storiografia e le fonti disponibili per quanto riguarda i punti specifici che si intende affrontare nel corso del progetto, e successivamente gli obiettivi di ricerca che ci si propone di realizzare nel prossimo anno.

4 Stato attuale della ricerca sulla storia della fisica nucleare e delle particelle elementari in Italia 1. - Su Orso Mario Corbino, ispiratore delle ricerche di fisica nucleare in Italia e in particolare a Roma, non esistono ancora al momento studi approfonditi. E' già stata effettuata una prima ricognizione e raccolta del materiale reperibile nei numerosi archivi in cui la sua poliedrica attività ha lasciato tracce documentarie, in assenza del suo archivio personale che è andato disperso. - I contributi scientifici di Enrico Fermi hanno costituito l'oggetto di buona parte dell'attività di ricerca dell’ultimo decennio, soprattutto per quanto riguarda i suoi primi studi sulla statistica, sull'elettrodinamica quantistica e sulla struttura iperfine, la scoperta della radioattività indotta da neutroni e la sua connessione con la teoria del decadimento beta. Per ovvie ragioni, questo è l’argomento su cui la letteratura è più abbondante, sia per quanto riguarda le memorie dei collaboratori di Fermi, sia per la produzione di ricerca storiografica. - A parte alcune memorie scritte da colleghi, in occasione di eventi celebrativi, non esistono ancora studi sistematici sui contributi scientifici dati da Gian Carlo Wick (successore di Fermi sulla cattedra di fisica teorica di Roma (1940-45)) Base di partenza fondamentale per questo punto del progetto sarà l'archivio personale di Wick, custodito presso la Biblioteca della Scuola Normale Superiore di Pisa, di cui è già stata curata, nell'ambito del Prin 2005, la catalogazione ragionata dell'epistolario a cura di alcuni partecipanti al progetto. - La figura di Ettore Majorana è stata di recente oggetto di un rinnovato e marcato interesse, dopo i primi lavori di Edoardo Amaldi. Tra gli aspetti che sono stati sino ad ora affrontati segnaliamo: l'influenza esercitata da Majorana sui lavori teorici di Fermi, quali il cosiddetto modello statistico dell'atomo "di Thomas-Fermi"; i rapporti scientifici intercorsi tra Fermi e Majorana; il contenuto del corso di Fisica Teorica tenuto da Majorana a Napoli nel 1938; la collaborazione scientifica di Majorana con lo zio Quirino Majorana.

5 - Stato attuale della ricerca sulla storia della fisica nucleare e delle particelle elementari in Italia 2. - Quasi del tutto inesistente fino a tempi molto recenti, la documentazione relativa a Franco Rasetti si è arricchita nel 2008 della pubblicazione di due estese biografie. - E’ in fase di raccolta il materiale per la ricostruzione storica degli studi di fisica teorica delle particelle elementari di Giovanni Gentile Jr. Le sue carte personali sono recentemente state acquisite dall’archivio del dipartimento di fisica di Roma Sapienza. - Non esistono studi specifici sui contributi scientifici dati da Rita Brunetti alla fisica nucleare e alla fisica dei raggi cosmici nel periodo 1936-1942 (presso l’Università di Pavia). - Esiste ormai una consistente letteratura sui contributi di Bruno Rossi alla fisica dei raggi cosmici degli anni ‘30; invece, ancora quasi del tutto inesplorata dalla storiografia è la sua attività negli USA connessa allo sviluppo dell’astronomia a raggi X. Un’indagine preliminare è stata condotta sulle carte di Rossi depositate presso il M.I.T. a Boston. - Alcuni risultati sulla figura di Giuseppe Occhialini sono stati ottenuti solo in tempi recenti, grazie all’acquisizione del suo archivio personale custodito a Milano, e riguardano soprattutto il suo periodo italiano, dopo il ritorno dal Cavendish Laboratory, e la sua attività presso il Centre de Physique Nucléaire di Bruxelles. - Negli ultimi anni si sono incominciati a studiare gli sviluppi promossi da Giovanni Polvani nel settore dei raggi cosmici. In particolare si è iniziato a prendere in considerazione le ricerche condotte con la camera a nebbia, focalizzandosi in questa prima fase su aspetti di storia della strumentazione scientifica, e quelle realizzate con sistemi di contatori in coincidenza. Inoltre, è in fase di raccolta il materiale per la ricostruzione delle linee di ricerca in fisica portate avanti dal gruppo di Polvani a partire dal suo arrivo a Milano.

6 Stato attuale della ricerca sulla storia della fisica nucleare e delle particelle elementari in Italia 3. - Un primo studio sugli sviluppi della fisica nucleare a Roma tra il 1939 e il 1945 è stato già realizzato partendo dalle memorie di E. Amaldi sulle vicende della fisica italiana durante la seconda guerra mondiale e dal materiale presente nel suo archivio. - Per quanto riguarda la nascita di alcune istituzioni scientifiche e laboratori negli anni del Dopoguerra, il quadro generale di riferimento è già disponibile ed è stato ricostruito nella storia dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e nei lavori storiografici sulle istituzioni legate allo sviluppo del nucleare civile. Di fondamentale importanza per queste ricerche è stato e continua ad essere l’archivio di Edoardo Amaldi depositato a Roma, insieme a quelli di Marcello Conversi, Carlo Salvetti, Mario Ageno, Claudio Villi. Molto critica è invece per questo aspetto la situazione degli archivi istituzionali. - Sulle collaborazioni internazionali sui raggi cosmici dei primi anni ‘50 sono state svolte varie ricerche ed esiste ormai una consistente letteratura. Collegata a questa tematica, è stata studiata in particolare la vicenda della collaborazione tra Roma e Berkeley per la ricerca dell’antiprotone in emulsioni nucleari. Il ritrovamento recente di documentazione e strumenti originali fornisce materiale per un ulteriore approfondimento dei risultati gà ottenuti. - La nascita degli anelli di accumulazione a Frascati, oltre ad essere stata in varie occasioni ricostruita da alcuni dei protagonisti, è stata più recentemente oggetto di ricerche condotte grazie all’utilizzo di materiale inedito proveniente dall’archivio di Bruno Touschek a Roma - Un primo consistente risultato delle ricerche sulle origini della fisica spaziale in Italia è stato da poco pubblicato. La storia della space science e dei suoi sviluppi in Italia si intreccia fortemente, specialmente nelle fasi iniziali, con le vicende della fisica dei raggi cosmici e della astronomia a raggi X e trova dunque una sua naturale collocazione in questo programma di ricerca.

7 Linee di ricerca e obiettivi realisticamente proponibili entro un anno 1. - Completamento della prima fase del lavoro su Orso Mario Corbino (raccolta e pubblicazione della corrispondenza). In prospettiva, è prevista la pubblicazione di una estesa biografia, lavoro che richiederà verosimilmente tempi ancora piuttosto lunghi, dato lo stato frammentario delle fonti disponibili e la vastità dei fronti di attività del personaggio. La pubblicazione della corrispondenza, la cui raccolta è in fase di completamento, appare tuttavia un obiettivo concretamente raggiungibile a breve, e costituisce un primo passo necessario in vista del risultato finale. (RO1) - Analisi delle ricerche condotte da Franco Rasetti a Pasadena (1929) sulle proprietà del nucleo di azoto attraverso la spettroscopia Raman, e loro impatto sulla fisica nucleare. Oltre ai lavori originali di Rasetti e alla (scarsa) documentazione reperibile sulla sua attività, si farà uso dell’archivio della Reale Accademia d’Italia, recentemente reso disponibile agli studiosi, che contiene interessante materiale relativo alla organizzazione del primo Congresso Internazionale di Fisica Nucleare, tenutosi a Roma nel 1931. (RO1) - Studio dei contributi fondamentali di Bruno Rossi alla nascente fisica dei raggi cosmici, a partire dalle sue prime esperienze a Firenze con la tecnica dei contatori in coincidenza (1930). Un obiettivo del programma sarà anche quello di approfondire le sue successive attività di ricerca presso l'Istituto di Padova (1932-38) e di ricostruire quelle portate avanti dopo l’emigrazione negli Stati Uniti presso il MIT (1946-70), evidenziandone i legami con la nascente ricerca spaziale. (RO1) - Le ricerche teoriche in fisica nucleare realizzate in Italia tra il 1931 e il 1945 da Gian Carlo Wick (successore sulla cattedra di fisica teorica di Enrico Fermi fino al 1945), e loro impatto sulla fisica internazionale. Si analizzeranno in particolare l'estensione della teoria del decadimento beta all'emissione di positroni e alla cattura di elettroni K da parte del nucleo, la formulazione della teoria del momento magnetico anomalo del protone e della teoria del rallentamento di neutroni. Direttamente collegata a questa linea di ricerca è la successiva. (GE)

8 Linee di ricerca e obiettivi realisticamente proponibili entro un anno 2. - Ricostruzione delle indagini svolte a Roma da Amaldi, Wick, Ageno, Trabacchi, ecc., sulla fissione (1939-41) e successivamente spostate sullo studio dello scattering neutrone-protone e neutrone-deutone (1941-45). Gli studi sulla fissione dell’Uranio 238 sono stati oggetto di scambio di corrispondenza di Amaldi e Wick con Niels Bohr. Per chiarire l’importanza di questi studi sull’Uranio 238 si intende consultare, oltre che l’Archivio Amaldi a Roma, l’Archivio Bohr a Copenaghen e l’Archivio Wick alla Scuola Normale di Pisa.I risultati ottenuti inizialmente (1941-1942) sullo studio della sezione d’urto differenziale n-p venivano comunicati in anteprima da Wick a Sommerfeld, Clusius e Heisenberg durante un viaggio compiuto alla fine del giugno 1942 a Monaco, Lipsia e Berlino. Particolarmente significativi sembrano essere i nuovi contributi dati da Wick al problema della diffusione e l’assorbimento dei neutroni lenti nel periodo 1940-45, che vennero utilizzati da Werner Heisenberg per il progetto nucleare tedesco. Traccia importantissima, e sino ad ora inesplorata di questi contributi, si ha nella ricca corrispondenza tra Wick e Heisenberg conservata presso l’Archivio Wick a Pisa, a Torino (presso un fondo privato), e a Monaco nell’Archivio Heisenberg e al Deutsches Museum. (GE) - Analisi delle ricerche, prima tramite la tecnica dei contatori in coincidenza e successivamente mediante le emulsioni fotografiche (con relativa microscopia), condotte da Giuseppe Occhialini a Firenze (1931, 1934-37), Cambridge (1931- 34), San Paolo del Brasile (1937-44), Bristol (1944-47), Bruxelles (1948-49), Genova (1950-51) e Milano (dal 1952 in poi). Allo stato attuale manca un’analisi soddisfacente delle origini della camera a nebbia controllata, nonché delle ricadute che le competenze acquisite da Occhialini a Cambridge ebbero sulle linee di ricerca aperte, successivamente al suo rientro in Italia, a Firenze, dove divenne assistente, e a Genova, dove il padre Raffaele Augusto, professore di Fisica Sperimentale presso l’Ateneo genovese, cercò di attrezzare un laboratorio per lo studio dei raggi cosmici. Da una ricognizione preliminare della corrispondenza di Occhialini (conservata presso l’Archivio Occhialini-Dilworth, Università di Milano), del carteggio tra Occhialini e il padre (custodita sempre presso l’Osservatorio di Arcetri) e della documentazione presso l’Archivio Centrale dello Stato, sembra possibile poter ricostruire le varie fasi della sua collaborazione con Blackett, nonché l’impatto avuto da Occhialini sulle linee di ricerca a Firenze e Genova. (GE-MI)

9 Linee di ricerca e obiettivi realisticamente proponibili entro un anno 3. - Ricostruzione della figura scientifica di Rita Brunetti, nel periodo all'Università di Pavia (1936-42), con particolare riferimento all'acquisto di un acceleratore di particelle Cockroft-Walton, e ai lavori in fisica dei raggi cosmici. Nel 1936, Brunetti era stata chiamata a ricoprire la cattedra di Fisica Sperimentale presso l’Università di Pavia, dove collaborò con Zaira Ollano allo studio dei processi nucleari dovuti alla penetrazione dei raggi cosmici nelle emulsioni fotografiche (1941-42). Al fine di comprendere le motivazioni scientifiche e i risultati di tale collaborazione è previsto l'utilizzo della documentazione custodita presso l’Archivio Centrale dello Stato a Roma e l’Archivio Storico dell’Università di Pavia. (GE) - Lo sviluppo dell'uso dei contatori e delle camere a nebbia, a bassa e alta quota, per lo studio del muone, degli sciami di raggi cosmici e dei mesoni strani, in Italia nei decenni '30-'50, con particolare riferimento al ruolo di Giovanni Polvani e della scuola di fisica cosmica da lui fondata (Giuseppe Cocconi, Carlo Succi, Guido Tagliaferri, ecc). Le fonti rilevanti sono gli archivi personali dei fisici citati, conservati a Milano insieme alle carte di Occhialini e della Dilworth. (MI) - La collaborazione Roma-Berkeley nella ricerca dell’antiprotone in emulsioni nucleari esposte al Bevatron (1955-1956). Il lavoro di ricerca è già stato sostanzialmente effettuato, ma l’apertura quest’anno degli archivi della fondazione Nobel relativi al premio per la fisica del 1959, assegnato a Segrè e Chamberlain per la scoperta dell’antiprotone, dovrebbe permettere di aggiungere elementi interessanti alla ricostruzione complessiva della vicenda. (RO1) - Completamento dello studio dei primi sviluppi della ricerca spaziale italiana come evoluzione delle attivita' nel settore dei raggi cosmici. Il progetto San Marco e la nascita dell’astronomia a raggi X. (RO1)

10 Impegni scientifico-organizzativi previsti per il 2010 Symposia della 4th International Conference of the European Society for the History of Science (Barcelona, 18-20 November 2010) “Nuclear Physics after WWII” Coordinatore: Leonardo Gariboldi “Internationalism of Physics during the 1920s and 1930s: Formation of a European Research Net and its Impact in the Development and Dissemination of the European Scientific Culture” Coordinatori: Luisa Bonolis e Matteo Leone Impegno finanziario Il solo impegno finanziario di un qualche rilievo per una ricerca di questo tipo è quello richiesto per le missioni necessarie a effettuare ricerche presso archivi (anche all’estero: archivi Nobel a Stoccolma, archivio Heisenberg e Deutsches Museum a Monaco, archivio Bohr a Copenhagen), nonché per la partecipazione a convegni (vedi i symposia sopra menzionati, a cui è previsto che presentino relazioni anche altri di noi, oltre ai coordinatori). Per un progetto più ampio di questo, e con più larga partecipazione, era stata fatta richiesta di finanziamento per il PRIN 2008; il progetto ha ricevuto una valutazione di 55/60 e non è stato ammesso al finanziamento. Attualmente, per le nostre ricerche disponiamo di risorse attinte localmente presso le rispettive sedi universitarie (modeste nel caso di Roma e Milano, pressoché estinte nel caso di Genova).

11 Pubblicazioni più recenti connesse con i temi del programma di ricerca presentato: Battimelli G. (2009), Edoardo Amaldi, a cento anni dalla nascita, in F. Ferroni (ed.), The legacy of Edoardo Amaldi in science and society, Società Italiana di Fisica, Bologna, pp. 259-271; Bonolis L. (2009), First hints of electromagnetic showers in Bruno Rossi’s notebooks, in Da Archimede a Majorana: la fisica nel suo divenire. Atti del XXVI Congresso nazionale di storia della fisica e dell'astronomia, Guaraldi, Roma, pp. 339-350; Guerra F., Robotti N. (2009), Enrico Fermi's discovery of neutron-induced artificial radioactivity: the influence of his theory of beta decay, Physics in Perspective, vol. 11, p. 1-26; Battimelli, G. (2008) Amaldi, Edoardo in C. Gillispie (ed.), Complete Dictionary of Scientific Biography, Vol. 19, Cengage Learning, New York, pp. 59-64; Battimelli G. (2008), Circulation of Ideas and Migration of Scientists. Hints from the Early Times of Nuclear Physics, in R. Scazzieri, R. Simili (eds.), The Migration of Ideas, Science History Publications, Sagamore Beach, pp. 195-201; De Maria M., Orlando L. (2008), Italy in space. In search of a strategy 1957-1975, Beauchesne, Paris (parte del History Project dell’ESA, che ha ricevuto dalla Académie Internationale d’Histoire des Sciences la Medaglia Alexandre Koyré 2009); Gariboldi L. (2008), To work or not to work in war research? The case of the Italian physicist G.P.S. Occhialini during WWII, in Scientific Research in World War II. What scientists did in the war, Routledge, New York, pp. 31-43; Guerra F., Robotti N. (2008), Ettore Majorana. Aspects of his Scientific and Academic Activity,: Scuola Normale Superiore, Pisa (ha ricevuto il Premio per la Storia della Fisica 2008 della Società Italiana di Fisica);

12 Guerra F., Robotti N. (2008), Ettore Majorana's Forgotten Publication on the Thomas-Fermi Model, Physics in Perspective, vol. 10, p. 56-76; Leone M., Robotti N. (2008), P.M.S. Blackett, G. Occhialini and the invention of the counter-controlled cloud chamber (1931-32), European Journal of Physics, vol. 29, p. 177-189; Battimelli G., Maltese G. (2007), Fermi in America: i suoi contatti con la fisica italiana e con Edoardo Amaldi alla fine della guerra, in C. Bernardini, G. Salvini (a cura di), La crisi energetica nel mondo e in Italia. Da Enrico Fermi ed Edoardo Amaldi a oggi, Dedalo, Bari, pp. 101-126; Battimelli G. (2007), Alcuni aspetti dello sviluppo della fisica italiana nel secondo dopoguerra, Giornale di storia contemporanea Anno X n. 2, pp. 10-41; Gariboldi L. (2007), Giuseppe Paolo Stanislao Occhialini (1907-1993), Quaderni di storia della fisica 14, pp. 95-118; Gariboldi L., Tucci P. (2007), The Scientific Legacy of Beppo Occhialini, Il Nuovo Saggiatore 23, pp. 23-31; Gariboldi L. (2006), Occhialini’s scientific production between the two english periods, in The Scientific Legacy of Beppo Occhialini, Società Italiana di Fisica, Bologna, pp. 71-78; Gariboldi L., Tucci P. (2006), Giuseppe Paolo Stanislao Occhialini (1907-1993). A short biography, in The Scientific Legacy of Beppo Occhialini, Società Italiana di Fisica, Bologna, pp. xi-xxxviii; Gariboldi L. (2006), Studying Cosmic Ray Physics in Milan: The Four Cloud Chambers (1938-1960), in East and West. The Common European Heritage, Krakow, pp. 167-170; Guerra F., Leone M., Robotti N. (2006), Enrico Fermi’s Discovery of Neutron-Induced Artificial Radioactivity: Neutrons and Neutron Sources, Physics in Perspective, vol. 8, p. 255-281;

13 Bonolis L. (2005), Bruno Pontecorvo, from slow neutrons to oscillating neutrinos, American Journal of Physics 73, pp. 487-499; Bonolis L. (2005), Bruno Touschek vs Machine Builders. AdA, the first matter-antimatter collider, La Rivista del Nuovo Cimento 11, pp. 1-60; Leone M., Mastroianni A., Robotti N. (2005), Bruno Rossi and the entrance of the Geiger-Muller counter in Italian Physics, Physis, vol. 42, 453-480; Acocella G., Guerra F., Robotti N. (2004), Enrico Fermi's discovery of neutron induced artificial radioactivity: the recovery of his first laboratory notebook, Physics in Perspective, vol. 6, p. 29-41; Bonolis L. (2004), From the Rise of the Group Concept to the Stormy Onset of Group Theory in the New Quantum Mechanics. A saga of the invariant characterization of physical objects, events and theories, La Rivista del Nuovo Cimento 27 (4-5), pp. 1-110; Leone M., Robotti N. (2004), A note on the Wilson cloud chamber, European Journal of Physics, vol. 25, p.781-791; Battimelli G. (2003), Funds and Failures: the Political Economy of Fermi’s Group, in Proceedings of the International Conference “Enrico Fermi and the Universe of Physics” (Rome, September 29-October 2, 2001), ENEA, Roma, pp. 169-184; Battimelli G. (2003), L’eredità di Fermi. Storia fotografica dal 1927 al 1959 dagli archivi di Edoardo Amaldi, Editori Riuniti, Roma; Battimelli G., De Maria M., Paoloni G. (2001), L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Storia di una comunità di ricerca, Laterza, Roma-Bari;