Vite di persone di scienza: Leon Lederman
di Paolo Di Sia
Il 3 ottobre 2018 a Rexburg nello stato americano dell’Idaho, all’età di 96 anni ci ha lasciati il fisico statunitense Leon Max Lederman, vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1988, assieme a Melvin Schwartz e Jack Steinberger “per il metodo del fascio di neutrini e la dimostrazione della struttura doppia dei leptoni attraverso la scoperta del neutrino muonico”.
Egli aveva ricevuto nel 1982 anche il premio Wolf per la fisica, assieme a Martin Lewis Perl, per le loro ricerche sui quark e leptoni. Tra i suoi successi ricordiamo anche le scoperte del neutrino muonico nel 1962 e del quark bottom (nello stato legato del mesone ipsilon) nel 1977, scoperte che hanno contribuito alla sua affermazione tra i più importanti fisici delle particelle.
Lederman è nato il 15 luglio 1922 a New York da genitori ebrei emigrati dalla Russia ed è cresciuto in un’epoca in cui gli scienziati ebrei fuggivano dalla guerra imminente in Europa per rifugiarsi negli Stati Uniti. Egli venne subito attratto dal grande entusiasmo che circondava la rivoluzione della fisica del XX secolo, di cui molti scienziati erano parte.
Conseguì la laurea in chimica al City College di New York nel 1943. Dopo tre anni di servizio militare americano in Europa, ottenne il dottorato in fisica alla Columbia University di New York nel 1951. Lì ha trascorso trent’anni insegnando e conducendo ricerche sperimentali come membro di facoltà.
Dal suo mentore alla Columbia University, Isidor Isaac Rabi, altro fisico insignito del premio Nobel per la fisica nel 1944 “per il suo metodo della risonanza per la registrazione delle proprietà magnetiche dei nuclei atomici”, Lederman imparò a distinguere tra “osservare” (attraverso cui si ottiene un accenno di qualcosa di nuovo) e “misurare” (si tratta di fare uno sforzo più preciso e mirato). Egli divenne un maestro dell’osservazione e della misura, che assieme alla sua creatività gli permisero di escogitare esperimenti unici e di avere la tenacia di seguirli in dettaglio.
Lederman ha svolto il suo lavoro più famoso (che 26 anni dopo gli avrebbe fruttato il premio Nobel) nel 1962, al Brookhaven National Laboratory di Long Island, New York, con due suoi colleghi della Columbia University, Jack Steinberger e Mel Schwartz. In un esperimento attualmente chiamato di “beam dump” (ossia facendo collidere particelle ad altissima velocità su un blocco di assorbimento), essi puntarono un potente fascio di protoni su un bersaglio, producendo una grande quantità di ogni tipo di particelle conosciute, per poi esaminare se fosse emerso qualcosa di interessante. E infatti fu così; trovarono il neutrino muonico, della seconda famiglia di neutrini. Sono stati confermati ad oggi tre diversi tipi di neutrino: il neutrino elettronico νe, relativo all’elettrone, il neutrino muonico νμ, relativo al muone, e il neutrino tauonico ντ, relativo al tauone. Le tre particelle a cui sono associati sono i leptoni del “Modello Standard”, che è la teoria fisica descrivente tre delle quattro forze fondamentali note, ossia la forza nucleare forte, la nucleare debole e l’elettromagnetica, con tutte le particelle elementari ad esse collegate.
Lederman ha condotto esperimenti su acceleratori ad alta energia in tutto il mondo e ha contribuito alla fondazione del Fermi National Accelerator Laboratory da 200 miliardi di elettronvolt (chiamato Fermilab) a Batavia, Illinois. Ha realizzato la prima grande scoperta del Fermilab, il quark bottom, nel 1977; in un delicato esperimento ha cercato particelle assai rare facendo collidere un intenso fascio di protoni su un bersaglio, rintracciando un segnale proveniente da una coppia di quark bottom-antibottom. Il segnale venne chiamato “ipsilon”, considerando che la forma delle traiettorie delle particelle di decadimento assomigliava alla lettera greca Y, particella oggi annoverata come mesone upsilon o ipsilon (ϒ).
Lederman è stato il secondo direttore del Fermilab dal 1979 al 1989. Ha guidato il progetto e le prime operazioni del Tevatron Collider (1983-2011), il collider protone-antiprotone più potente del mondo per quasi tre decenni. Dal 1982 ha sostenuto il progetto dell’acceleratore più ambizioso di sempre: il Super Collider Superconduttore (Superconducting Super Collider). Nel 1993, con la costruzione già in corso, il suo progetto venne però accantonato per carenza di fondi.
Molti fisici che avevano sperato nella realizzazione di quel progetto diressero le loro aspettative sul Large Hadron Collider, l’acceleratore di particelle da 6 miliardi di dollari costruito al CERN di Ginevra, in Svizzera. Qui è stato scoperto il bosone di Higgs, a cui è stato dato il nome popolare di “particella (di) Dio”, nome tratto dal libro di divulgazione scientifica del 1993 che Lederman scrisse insieme a Dick Teresi dal titolo: “The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?”.
Le scoperte di Lederman hanno gettato le basi per la fisica delle particelle di oggi:
– la sua scoperta del neutrino muonico ha stabilito che c’era più di un tipo di neutrino;
– la sua osservazione del decadimento del muone, ha abbattuto una teoria sulla simmetria in una delle forze fondamentali;
– la sua scoperta del mesone “kaone neutro” ha aiutato a capire uno dei grandi misteri della fisica;
– la sua scoperta dei quark bottom, particelle subatomiche che formano neutroni e protoni, ha portato a scoprire la terza famiglia di quark.
Lederman è stato anche molto attento all’aspetto educativo.
a) Come direttore del Fermilab, ha introdotto il “Saturday Morning Physics”, un ciclo di lezioni di fisica di dieci settimane per studenti delle scuole superiori, che è ancora popolare dopo più di 30 anni dalla sua nascita.
b) Ha iniziato il “Friends of Fermilab” (gli amici del Fermilab), uno sforzo di sensibilizzazione alle tematiche della fisica per la scuola, iniziato e cresciuto nel Centro Scientifico Lederman del Fermilab.
c) Ha fondato l'”Illinois Mathematics and Science Academy”, una scuola superiore residenziale, sostenuta dallo stato.
d) Ha sostenuto il curriculum di scienze della scuola superiore chiamato “Physics First” (Fisica per prima), che insegna la fisica fondamentale prima della chimica e della biologia.
La sua eredità scientifica continua oggi con gli sforzi continui per esplorare ed ampliare le conoscenze relative alle particelle che ha scoperto e per rivelare fenomeni nuovi. Tra esse il neutrino è ancora una delle meno conosciute; la sua massa estremamente piccola e le sue strane interazioni rimangono ancora enigmi da risolvere. Accanto agli enormi rilevatori di neutrini in tutto il mondo, il Fermilab sta conducendo un ambizioso sforzo globale per studiare i neutrini muonici, per capire come oscillano da un sapore all’altro.
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: www.paolodisia.com
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