Ritratti: Walther Bothe

Tra le figure che hanno contribuito allo sviluppo della meccanica quantistica nei primi trent'anni del XX secolo è presente anche un fisico nucleare tedesco: Walther Wilhelm Georg Bothe.
Il suo contributo, di tipo sperimentale, alla fisica delle particelle è decisamente di tutto rispetto: allievo di personalità come Max Planck e Hans Geiger, Bothe, di ritorno dalla prima guerra mondiale dove si era arruolato volontario, ideò il metodo delle coincidenze, applicandolo allo studio di reazioni nucleari, effetto Compton, raggi cosmici, dualità onda-particella, ottenendo per questo il Premio Nobel per la fisica nel 1954. Quell'anno condivise l'importante riconoscimento con uno dei tanti allievi di Niels Bohr, il fisico teorico tedesco Max Born.
Tra l'altro i due fisici ebbero alcuni problemi durante il regime nazista, ma mentre Born, di origini ebree, fu costretto a emigrare in Gran Bretagna, Bothe fu "solo" costretto dal mivomento Deutsche Physik ad abbandonare il posto di direttore dell'istituto di fisica e radiologia dell'università di Heidelberg. A quel punto il fisico sperimentale era pronto ad abbandonare la natia Germania, ma per non perdere l'ennesimo talento gli venne offerto il posto di direttore dell'Istituto di fisica all'interno dell'Istituto Kaiser Wilhelm per la ricerca medica sempre ad Heidelberg. E fu qui che Bothe costruì il primo ciclotrone tedesco.
In particolare ad ostacolare Bothe furono Philipp Lenard, di cui Bothe sarebbe dovuto essere il successore, e Johannes Stark, che ne criticavano l'accettazione delle nuove teorie in voga, quella della relatività di Albert Einstein e quella in divenire della meccanica quantistica di Born e Planck. Ad ogni modo, nonostante queste forti opposizioni Bothe fece parte dell'Uranium Club (Uranverein), il progetto nucleare bellico della Germania naziasta sin dalla sua partenza nel 1939.
Non dovrebbe stupire la partecipazione di Bothe al programma: nonostante la Gestapo abbia aperto un'inchiesta sul fisico nucleare, Bothe era di fatto un patriota tedesco, come dimostra la sua precedente partecipazione alla prima guerra mondiale, quindi era inevitabile che, nonostante le divergenze di vedute con il nazismo, accettasse di collaborare a un progetto decisamente ambizioso come il programma nucleare tedesco.

La scoperta del neutrone

La storia dei modelli atomici risale sin dai tempi di Democrito, ma entra nella scienza moderna solo grazie al modello a panettone di Joseph John Thomson. Il passo successivo venne compiuto da Hans Geiger e Ernest Marsden che nel 1909 verificarono l'idea di Thomson e nel 1911 da Ernest Rutherford, che interpretò i risultati ottenuti suggerendo che l'atomo fosse costituito da un nucleo positivo centrale e da una nuvola di elettroni che vi ruotava intorno. Inoltre il nucleo, sempre secondo Rutherford, non era costituito solo da cariche positive.
Per poter completare il quadro sul nucleo fu necessario aspettare il 1930 quando Walther Bothe e Herberth Becker⁽¹⁾ realizzarono la prima osservazione del neutrone: i due fisici sperimentali bombardando una targhetta di berillio con particelle $\alpha$ (ovvero un nucleo di elio) prodotte dal decadimento del polonio. Come effetto di tale bombardamento osservarono l'emissione di una radiazione molto penetrante proveniente dal berillio colpito. L'idea dei due ricercatori tedeschi era che il berillio emettesse una sorta di radiazione $\gamma$ (fotoni) con un coefficiente di assorbimento di 0,3 cm^-1(2) e una penetrazione all'interno del materiale di circa 20 cm⁽³⁾. L'energia di questi fotoni era supposta estremamente grande.
Il passo successivo fu fatto da H.C. Webster⁽⁴⁾, che riprodusse i risultati di Bothe e Becker, proponendo quattro distinte interpretazioni: