Condominio microscopico

Uno dei modi di vedere la struttura esterna dell'atomo è quella di un grande condominio, per cui ogni piano è occupato da un certo numero di inquilini. Se prendiamo un piano come un livello energetico, e come inquilini gli elettroni, esiste una regola condominiale che impone che ogni orbitale sia occupato al massimo da due elettroni. Questa regola è il principio di esclusione di Pauli.

Tutti insieme appassionatamente

La meccanica quantistica era in giro da un ventennio circa quando il fisico indiano Satyendra Nath Bose iniziò a interessarsi di uno dei modelli fondamentali della meccanica quantistica, quello della luce di Albert Einstein. Nel suo annus mirabilis, il 1905, Einstein aveva visto uscire l'articolo che gli valse il Premio Nobel per la fisica nel 1921 sulla spiegazione dell'effetto fotoelettrico. In quell'articolo il fisico teorico suggeriva che la luce fosse suddivisa in piccoli pacchetti, che successivamente sarebbero stati chiamati fotoni. Una ventina di anni più tardi Bose, durante una lezione presso l'università di Dhaka, presentò ai suoi studenti il problema della catastrofe dell'ultravioletto con l'intenzione di mostrare come la teoria dell'epoca non fosse adeguata per spiegare i fenomeni sperimentali osservati in laboratorio.

La scoperta del neutrino

Strettamente legata alla scoperta del neutrone è quella della particella più elusiva dell’universo: il neutrino.
La sua storia inizia nel 1896 quando Henri Becquerel e indipendentemente da lui Marie e Pierre Curie scoprirono la radioattività rispettivamente nell'uranio il primo e nei nuovi elementi del polonio e del radio i secondi. Le radiazioni, a loro volta, seguendo la classificazione proposta da Ernest Rutherford nel 1899, potevano essere in funzione del loro potere di penetrazione: si partiva dai raggi alpha ($\alpha$), che potevano essere fermati da sottili fogli di alluminio, per passare poi ai raggi beta ($\beta$), che riuscivano a penetrare svariati millimetri di alluminio, fino ai raggi gamma ($\gamma$), scoperti da Paul Villard nel 1900, i più penetranti di tutti e così chiamati sempre da Rutherford nel 1903. Inoltre nel 1901 sempre Rutherford insieme con Frederick Soddy mostrò che i raggi $\alpha$ e $\beta$ erano legati a un qualche processo di trasmutazione degli atomi: il sogno degli alchimisti sembrava ormai alla portata dei fisici.
Di queste tre radiazioni, quella che si rivelò particolarmente problematica fu la radiazione $\beta$. Due esperimenti, quello di Lise Meitner e Otto Hahn nel 1911 e quello di Jean Danysz nel 1913, mostrarono che le particelle $\beta$ possedevano uno spettro continuo. Tale risultato venne confermato nel 1914 da James Chadwick, portando alla luce anche una terribile notizia: la prima violazione della conservazione dell'energia.

L'effetto Pauli

Ovvero quello che i teorici sono in grado di combinare agli sperimentali, anche senza essere presenti di persona personalmente!

E' noto che i fisici teorici non sanno maneggiare le apparecchiature sperimentali: appena le toccano queste vanno in pezzi. Pauli era un fisico teorico talmente bravo che, di solito, appena lui varcava semplicemente la soglia di un laboratorio si rompeva qualcosa. Una volta, nel laboratorio del Professor Franck, a Gottinga, accadde un fatto misterioso che a prima vista non sembrava connesso con la presenza di Pauli. Nel primo pomeriggio, senza causa apparente, un complicato apparecchio per lo studio dei fenomeni atomici si sfasciò. Franck ne scrisse divertito a Pauli, al suo indirizzo di Zurigo e, dopo qualche tempo, ricevette la risposta in una busta con francobollo danese. Pauli scriveva che era andato a trovare Bohr e che nel momento dell'incidente nel laboratorio di Frank il suo treno faceva una sosta di pochi minuti nella stazione di Gottinga. Potrete credere o no a questa storia, ma vi sono molte altre osservazioni che confermano la realtà dell'Effetto Pauli.

(da Trent'anni che sconvolsero la fisica di George Gamow, trad. Laura Felici)