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PROGETTO MANHATTAN. Capitolo 1 - parte seconda

27 Novembre 2006 di Marco Di Marco

La fisica del nucleo: l’Italia non sta a guardare

Riprendiamo il discorso sul progetto Manhattan, dando uno sguardo alla situazione della fisica nucleare in Italia e nel mondo che condusse alla realizzazione della prima pila atomica.
Il 21 settembre del 1929 il senatore Corbino pronunciò, in un profetico discorso, le seguenti parole:
“[…] La sola possibilità di nuove grandi scoperte in fisica risiede perciò nella eventualità che si riesca a modificare il nucleo all’interno dell’atomo. E questo sarà il compito veramente degno della fisica futura.”. Subito dopo proseguiva:
“ […] In questi fenomeni di fisica nucleare, di cui non occorre mettere in rilievo l’incalcolabile portata, si realizzerebbe la trasformazione della materia in energia e viceversa in ragione di 25 milioni di Kilowattora per ogni grammo di materia trasformata […]”.
In tutto il mondo scientifico già moltissimi gruppi di scienziati avevano preso a dedicarsi alla fisica del nucleo: era giunto il momento di sostituire i Curie ed i Rutherford, e tra i candidati l’Italia avrebbe schierato alcuni tra i maggiori fisici di sempre. Nel 1932 Joliot e Irène Curie dichiararono che nel corso di bombardamenti con particelle α (γ) su paraffina si riscontrava emissione di protoni. In Italia si narra che Ettore Majorana, parlando della cosa, avesse detto ai suoi colleghi: “Che cretini! Hanno scoperto il protone neutro e non se ne accorgono.”.
Ad ogni modo molti sospettarono subito che non fosse possibile parlare di protoni: in particolare un collaboratore del sempre verde Rutherford, James Chadwick, iniziò a lavorare alla questione, bombardando con particelle Alfa il Berillio-9 e scoprendo la particella che oggi è nota come neutrone. Oltre alle conseguenze su tutte le teorie del nucleo, che prima si supponeva composto solo da elettroni e protoni, il neutrone spianò definitivamente la strada a molti degli esperimenti che condussero alla realizzazione di ordigni o di centrali per l’uso civile dell’energia nucleare.
Quella di Joliot e Irène Curie (la figlia di Marie) è una vicenda scientificamente curiosa: essi non solo si erano fatto sfuggire il neutrone, ma di lì a poco non sarebbero riusciti a riconoscere neanche il positrone, poi scoperto da Anderson al Caltech nello stesso anno del neutrone. Anche per loro, comunque, sarebbe arrivata la giusta riconoscenza: dopo queste due mancate scoperte ricevettero nel 1934 il premio nobel per la scoperta, importantissima anch’essa, della radioattività artificiale.
Ma veniamo alla situazione italiana: come detto, Corbino aveva intuito il potere della fisica del nucleo, e l’occasione migliore per valorizzare la fisica italiana aveva un nome ed un cognome: Enrico Fermi. Poco più che ventenne, questi era praticamente uno dei maggiori esperti di relatività e meccanica quantistica del nostro Paese, al punto che i suoi professori, alla scuola Normale di Pisa, spesso lo cercavano per chiedere consigli su questa o quest’altra questione, sebbene egli fosse ancora uno studente. Appena dopo la laurea, Fermi conobbe personalmente Corbino, il quale gli fece ottenere diverse borse di studio che consentirono al fisico italiano di studiare e viaggiare per tutta Europa e di conoscere colleghi del calibro di Born, Heisenberg, Pauli (tutti futuri premi nobel).
Già nel 1926 si era reso noto a tutto il mondo scientifico, grazie ad un suo brillante lavoro sulla statistica delle particelle di spin semintero (poi chiamate fermioni in suo onore) che completava il quadro già elaborato da Bose ed Einstein per le particelle a spin intero.
Corbino istituì, nello stesso anno, la prima cattedra di fisica teorica in Italia, a Roma, per consentire a Fermi di insegnare e di creare un gruppo di fisici che potesse ottenere risultati importanti. Questo gruppo, passato alla storia col nome di “ragazzi di via Panisperna”, era costituito da Segré, Rasetti, Amaldi, Majorana, Fermi, Pontecorvo e dal chimico Oscar D’Agostino.
Fermi, venuto a conoscenza della teoria quantistica dei campi di Dirac, la semplificò ed ampliò dando così una spiegazione compiuta, e ancora valida, al decadimento Beta, giungendo ad ipotizzare una nuova interazione fondamentale, la forza debole.
Ma parlando di Progetto Manhattan, la scoperta più significativa di Fermi riguarda il neonato neutrone: fu lui, difatti, ad intuire che i neutroni sono molto più efficaci come proiettili per bombardare i nuclei e provocare fissioni: non possedendo carica elettrica ed essendo molto massivi, potevano superare agevolmente la barriera coulombiana dovuta ai protoni presenti nel nucleo.
In seguito fu ancora Fermi a scoprire che i neutroni diventavano più efficaci se rallentati e intuì che li si poteva rallentare utilizzando determinati tipi di materiali. Quest’ultima pensata, brevettata sotto consiglio di Corbino, varrà a Fermi il nobel per la fisica e sarà determinante per la costruzione dei primi reattori nucleari. Alla fine del 1934, a Roma, i ragazzi di via Panisperna bombardarono l’uranio, ma credettero, erroneamente, che i prodotti fossero due nuovi elementi transuranici di numero atomico 93, mentre in realtà avevano assistito alla prima fissione nucleare dell’uranio.
La verità su questo fenomeno fu poi rivelata, in Germania, da Frisch e Meitner, nel 1938.
La fisica europea, tuttavia, vedeva addensarsi le nubi del nazi-fascismo, e presto i ragazzi di via Panisperna si sarebbero sciolti, seguendo ciascuno la propria strada da un capo all’altro del mondo.
Sul rapporto tra Fermi e il fascismo molto si è detto e scritto, ma non ci addentreremo in queste discussioni; diremo qui che appena dopo aver ritirato il premio Nobel, Fermi e sua moglie (che era ebrea) fuggirono negli Stati Uniti, dove naturalmente vennero accolti a braccia aperte.
Già nel 1939 si scoprì che una fissione indotta dai neutroni produce ulteriori neutroni, e si iniziò a paventare l’ipotesi che fosse possibile generare, con le particelle prodotte, ulteriori fissioni, in un processo che poteva produrre energia in grandi quantità o provocare esplosioni di enorme portata. Fermi prese a dedicarsi a questo tipo di esperimenti, e nell’autunno del 1942 realizzò, sotto lo stadio della Chicago University, la prima pila atomica: per poter generare una reazione a catena era necessario rallentare i neutroni con della grafite. Nel macchinario venivano poi inserite ed estratte (a mani nude!) barre di cadmio, materiale che assorbe neutroni, allo scopo di attivare o disattivare la produzione di energia.
Da questo punto, la storia della fisica si intreccia con quella dell’umanità , mostrando due facce della della scienza: le enormi potenzialità dell’utilizzo civile di energia nucleare da un lato e l’agghiacciante e sprovveduto utilizzo bellico del nucleo atomico dall’altro.

Terminata questa doverosa introduzione, parleremo finalmente e diffusamente, nel secondo capitolo, della nascita del progetto Manhattan e delle vicende che ruotano intorno alle due bombe di Hiroshima e Nagasaki.



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