Minimalia: istantanee da una camera a bolle

La settimana scorsa, su twitter, ho diffuso alcune immagini, foto scattate dalle pagine dal volume Letture da Le Scienze: Fisica delle particelle (un indice del volume), che raccoglieva alcuni articoli usciti sulla rivista italiana (e quindi anche su Scientific American). Poiché ognuna di quelle immagini fa inevitabilmente parte della storia della fisica, mi sembra sensato proporle raccolte insieme in un unico post molto più semplicemente raggiungibile di tanti piccoli... cinguettii.

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Rappresentazione di atomi, che poi mi sembra una bella immagine da usare e riusare per raccontare visivamente al meglio la struttura atomica, andando oltre l'atomo di Bohr. Provateci. Funziona. Soprattutto quando vedete lo stupore sui loro occhi quando gli dite: "L'atomo non funziona come un piccolo sistema solare"...

Immagine estratta dall'edizione italiana di:
Weisskopf, V. (1968). The Three Spectroscopies Scientific American, 218 (5), 15-29 DOI: 10.1038/scientificamerican0568-15

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Interazione dei neutrini con la materia dalla camera a bolle dell'Argonne National Laboratory. I neutrini, proposti teoricamente all'inizio degli anni trenta da Pauli e Fermi, vennero scoperti successivamente nel 1956. A proposito della teoria di Fermi c'è una curiosità: l'articolo venne originariamente proposto a Nature, che lo rigettò, pentendosi poi della decisione. Il lavoro uscì quindi in italiano, su Ricerca scientifica, e in tedesco, su Zeitschrift fur Physics, ma, secondo en.wiki, Nature tornò successivamente sui suoi passi, sembrerebbe il 16 gennaio del 1939. Cercando, però, l'unico articolo pertinente alla materia e vicino a quella data è Reactions Produced by Neutrons in Heavy Elements del 16 novembre 1940. D'altra parte è presente, sempre di Fermi, negli archivi della rivista anche Radioactivity Induced by Neutron Bombardment, che però è uscito lo stesso anno, il 1934, dell'articolo originale di Fermi, di cui è, ad ogni modo, disponibile una traduzione completa ad opera di Fred Wilson per l'American Journal of Physics del dicembre 1968 (pdf).

Immagine estratta dall'edizione italiana di:
Barish, B. (1973). Experiments with Neutrino Beams Scientific American, 229 (2), 30-38 DOI: 10.1038/scientificamerican0873-30

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Produzione e decadimento di mesoni in camera a bolle. Queste due immagini, insieme con quella precedente e con quella successiva, è molto utile per raccontare gli aspetti artigianali di un lavoro altamente specializzato come quello del fisico sperimentale delle particelle elementari. Le immagini, infatti, mostrano foto di interazioni avvenute all'interno di camere a bolle. Queste erano delle vasche riempite con un liquido, usualmente idrogeno liquido, al cui interno venivano fatti passare i fasci di particelle. Queste ultime, essendo cariche, interagivano con il mezzo ionizzandolo e generando al suo interno delle bolle. Grazie a queste bolle e alle caratteristiche delle strisce generate, gli sperimentali erano in grado di capire quali particelle passavano e ricostruire anche il tipo di interazioni avvenute, scoprendo anche le prove che mostravano la correttezza o meno dei modelli matematici proposti dai teorici. Più o meno viene fatto ancora oggi, questo lavoro, ma con mezzi decisamente più sofisticati di 50 anni fa. E quando provate a raccontare anche questo aspetto del lavoro del fisico, spesso riuscite ancora una volta a generare meraviglia. Almeno un po'. Anche in questo caso, provare per credere.

Immagini estratte dall'edizione italiana di:
Weisskopf, V. (1968). The Three Spectroscopies Scientific American, 218 (5), 15-29 DOI: 10.1038/scientificamerican0568-15
Treiman, S. (1959). The Weak Interactions Scientific American, 200 (3), 72-84 DOI: 10.1038/scientificamerican0359-72

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Corrente neutra nella camera a bolle delle Gargamelle. Quest'anno ricorrono i trenta anni dal Nobel per la Fisica a Carlo Rubbia e Simon van der Meer per la scoperta dei bosoni dell'interazione debole, i $W^{\pm}$ e $Z^0$. E' in un certo senso un premio anomalo all'interno di un esperimento abbastanza grande, però il contributo dei due fisici è preminente e netto all'interno della collaborazione, qualcosa che oggi, con i numeri raggiunti dalle collaborazioni del CERN, è abbastanza impensabile. Direi che potrebbe essere l'ultimo Nobel assegnato nell'ambito sperimentale delle particelle elementari, almeno fino a che non si deciderà di premiare direttamente le collaborazioni (ATLAS e CMS in primis, direi). Ad ogni modo, mi verrebbe quasi da scrivere (e lo sto per scrivere) che l'immagine qua sopra è letteralmente valsa almeno un premio Nobel (vedi sotto).

Immagine estratta dall'edizione italiana di:
Cline D.B., Mann A.K. & Rubbia C. (1974). The Detection of Neutral Weak Currents, Scientific American, 231 (6) 108-119. DOI: 10.1038/scientificamerican1274-108

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Il confinamento dei quark. Sheldon Lee Glashow ha vinto il Nobel per la Fisica nel 1979, insieme ad Abdus Salam e Steven Weinberg, per il loro contributo alla teoria sull'unificazione delle interazioni debole ed elettromagnetica delle particelle elementari, inclusa, tra le altre, la predizione della corrente neutra debole.
Il confinamento dei quark è invece un fenomeno che impedisce di osservare i quark fuori dal nucleo atomico o comunque isolati. I quark vennero introdotti nel 1963 da Murray Gell-Mann e George Zweig e solo dopo la loro scoperta sperimentale indiretta ci si rese conto che i quark soffrivano di questo piccolo problema, che a tutt'oggi non è ancora matematicamente chiaro, tanto da essere collegato con uno dei problemi del millennio, quello relativo al modello di Yang e Mills.

Immagine estratta dall'edizione italiana di:
Glashow, S. (1975). Quarks with Color and Flavor Scientific American, 233 (4), 38-50 DOI: 10.1038/scientificamerican1075-38
Un paio di approfondimenti riguardo il confinamento:
Nambu, Y. (1976). The Confinement of Quarks Scientific American, 235 (5), 48-61 DOI: 10.1038/scientificamerican1176-48
Johnson, K. (1979). The Bag Model of Quark Confinement Scientific American, 241 (1), 112-121 DOI: 10.1038/scientificamerican0779-112