di Paolo Di Sia

Arno Penzias, fisico tedesco naturalizzato statunitense, vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1978 per la scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde assieme a Robert Wilson, ci ha lasciati l’anno scorso all’età di 90 anni. La sua scoperta ha cambiato in modo forte la comprensione scientifica dell’universo.

Nel 1964 Penzias e Wilson avevano rilevato un particolare bagliore a radiofrequenza proveniente dal cielo, che è rimasto poi noto come “radiazione cosmica di fondo”.

Questa osservazione ha portato nel tempo alla conferma del “modello del Big Bang” e inaugurato una nuova era relativa alla cosiddetta “cosmologia di precisione”.

La coppia ha continuato a rilevare onde radio nella gamma di lunghezze d’onda del millimetro, permettendo di identificare molecole come il monossido di carbonio (CO) e il deuterio nelle nubi interstellari di gas e polvere, facendo luce sulle origini di stelle e galassie.

Penzias nacque nel 1933 a Monaco di Baviera, in Germania, da genitori ebrei di origine polacca. Nel 1938 la famiglia fu arrestata dai nazisti e deportata in Polonia; per loro fortuna, il treno su cui si trovavano rientrò poiché la Polonia aveva smesso di accettare ebrei. Nel 1939 Arno e suo fratello Günther furono portati in Inghilterra da un gruppo britannico di soccorso per bambini e l’intera famiglia si trasferì poi a New York nel 1940.

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L'origine dell'universo

Un segnale che ha cambiato la visione del mondo

di Arno Penzias

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Un segnale che ha cambiato la visione del mondo

di Arno Penzias

Dopo aver frequentato la Brooklyn Technical High School, Penzias entrò al City College di New York nel 1951, laureandosi in fisica nel 1954. Dopo due anni trascorsi nell’Army Signal Corps lavorando sui radar, conseguì un dottorato di ricerca in fisica alla Columbia University, sotto la guida di Charles Townes, inventore del maser. Nel 1961 entrò a far parte del Dipartimento di Ricerca dei Bell Laboratories a Holmdel, nel New Jersey.

A quel tempo i Bell Laboratories stavano conducendo esperimenti di telecomunicazione nello spazio utilizzando i satelliti Echo, palloni in mylar di 30 metri di diametro che riflettevano segnali a microonde da un punto all’altro della terra. Un’antenna particolare fu costruita su Crawford Hill per misurare questi fasci di microonde, e Penzias e Wilson la usarono per studiare le emissioni della Via Lattea.

Nel 1964 scoprirono un campo uniforme di radiazione in eccesso proveniente da tutto il cielo, anche dove la Via Lattea era debole. Si trattava di un bagno di radiazione con una temperatura di circa 3 gradi Kelvin. Si scoprì poi che questo segnale proveniva dall’universo primordiale, quando aveva 380000 anni.

Verso la metà del XX secolo, l’idea che l’universo potesse essere in espansione diventò oggetto di accesi dibattiti scientifici a livello mondiale. L’astronomo britannico Fred Hoyle coniò il termine “Big Bang” per la teoria della nascita ed evoluzione dell’universo, e tale termine è rimasto in uso fino ad oggi. Nel 1948 gli astrofisici George Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman argomentarono che l’universo doveva essere stato molto più piccolo, più denso e più caldo in un lontano passato; l’espansione del Big Bang avrebbe allungato la lunghezza d’onda di questa firma termica di un fattore dell’ordine di 1000, in modo tale che i fotoni emessi nell’universo primordiale avrebbero raggiunto la terra con una lunghezza d’onda di circa 1 millimetro. Alpher e Herman predissero che questo segnale si sarebbe dovuto rilevare, con una temperatura dell’ordine di alcuni gradi Kelvin.

Intorno al 1960 il gruppo di astrofisica di Robert Dicke alla Princeton University nel New Jersey iniziò a cercare il segnale a microonde previsto; Penzias e Wilson contattarono il gruppo di Dicke e, nel 1965, l’Astrophysical Journal pubblicò due articoli, uno del gruppo di Dicke e uno di Penzias e Wilson. Le mappe recenti più dettagliate del fondo cosmico a microonde, realizzate con telescopi spaziali, ci forniscono oggi un’immagine sempre più accurata dell’universo neonato.

Successivamente Penzias e Wilson utilizzarono un’antenna più grande a Kitt Peak, in Arizona, per cercare molecole interstellari. Nel 1970, insieme a Keith Jefferts, annunciarono la scoperta della riga di emissione di 2,6 millimetri di CO nella regione della nebulosa di Orione; il CO e le altre molecole scoperte dal gruppo sono diventate i principali traccianti delle nubi molecolari interstellari e della formazione stellare. Durante gli anni ’80 Penzias continuò a cercare isotopi rari di elementi comuni presenti nelle molecole interstellari.

Penzias è stato direttore del “Radio Physics Research Laboratory” dal 1976 al 1979; ricoprì la carica di vicepresidente della ricerca presso gli “AT&T Bell Laboratories” dal 1981 al 1995 e di direttore scientifico dal 1995 al 1998. Si trasferì in California nel 1995 come direttore scientifico della società spin-off dei Bell Laboratories “Lucent Technologies”. Dopo il pensionamento all’età di 65 anni, entrò a far parte di “New Enterprise Associates”, una società di venture capital della Silicon Valley, dove offrì consulenza ad aziende emergenti nei settori dell’informatica e delle fonti energetiche alternative.

Considerando la sua giovane esperienza di vita negativa di oppressione, si espresse in modo determinato contro l’ “Iniziativa di Difesa Strategica” del presidente Ronald Reagan e ritenne troppo rischioso inviare esseri umani nello spazio, pur essendo un fervente sostenitore della scienza spaziale. Anche in tarda età ha mantenuto un grande interesse per le interazioni tra tecnologia e società, e numerose persone e organizzazioni hanno beneficiato dei suoi consigli.

Articolo di Paolo Di Sia (Università di Padova, Italy – Università di Verona, Italy – Libera Università di Bolzano, Italy)

Paolo Di Sia

Paolo Di Sia è attualmente professore aggiunto presso l’università degli studi di Padova e l’università degli studi di Bolzano. Ha conseguito una laurea (bachelor) in metafisica, una laurea (master) in fisica teorica, un dottorato di ricerca in fisica teorica applicata alle nano-bio-tecnologie e un dottorato di ricerca in matematica “honoris causa”. Si interessa del rapporto tra filosofia e scienza, di fisica alla scala di Planck, di nanofisica classica e quantistico-relativistica, di nano-neuroscienza, di fisica transdisciplinare e di divulgazione scientifica. È autore di 276 lavori distribuiti tra riviste nazionali e internazionali, capitoli di libri, libri, interventi accademici su web scientifici, pubblicazioni accademiche interne, lavori in stampa. È reviewer di vari international journals, membro di molte società scientifiche internazionali e international advisory/editorial boards, gli sono stati attribuiti vari riconoscimenti internazionali. 

Paolo Di Sia
Università di Padova (Italy) & Libera Università di Bolzano (Italy)
E-mail: paolo.disia@libero.it
Webpage: https://paolo-di-sia.weebly.com/

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Un segnale che ha cambiato la visione del mondo

di Arno Penzias

"Essere stato insignito del Premio Nobel è stato importante perché, fra gli altri aspetti, è stata per me l'occasione per incontrare molte persone interessanti. Ma ha avuto anche altri effetti e, tra questi, che la gente parla con me, ma in realtà vuole parlare con un Premio Nobel." Con questa riflessione, Arno Penzias, che ha diretto per 15 anni i Laboratori Bell, lavorando a progetti pionieristici, tra i quali le comunicazioni satellitari e le fibre ottiche, ed è stato vincitore della massima onorificenza cui uno scienziato possa aspirare, inizia il racconto della sua storia. Figlio di profughi tedeschi, partendo da quel Premio Nobel, guadagnato per la scoperta della radiazione cosmica di fondo, Penzias ha esplorato campi diversi ed è ora un brillante consulente di aziende innovative della Silicon Valley. Una storia esemplare che ci insegna a perseguire i nostri obiettivi....