Come la possibilità scientifica e una piccola fortuna hanno aiutato Usher nell'era nucleare

Il grande pubblico può vedere l'impresa scientifica come razionale e metodica, andando avanti in modo ordinato e coeso. Ma la scienza si muove a singhiozzo, a volte in avanti e a volte all'indietro, a volte metodicamente e talvolta per caso. Lo straordinario ruolo che il caso e l'incidente svolgono nella scoperta scientifica può essere visto nella straordinaria carriera di Enrico Fermi, uno dei più grandi fisici del XX secolo. Fermi è noto principalmente per il suo lavoro sulla fisica dei neutroni, sulla fissione nucleare e sugli esperimenti che hanno portato alla prima bomba atomica.

Nell'ottobre 1934, Fermi stava guidando una piccola squadra a Roma per creare elementi radioattivi bombardando vari elementi con neutroni, le particelle neutre pesanti che si trovavano nel nucleo della maggior parte degli atomi. In tal modo ha diviso l'atomo di uranio. Ma per una serie di ragioni, dovute principalmente ai limiti della radiochimica della sua squadra, al momento non lo sapeva. Tuttavia, i suoi colleghi hanno notato che bombardare un elemento mentre era seduto su un tavolo di legno, sorprendentemente, rendeva quell'elemento più radioattivo di quando era seduto su un tavolo di marmo. Non era un risultato che avevano anticipato, e forse non l'avrebbero notato, ma per la loro curiosità e poteri di osservazione.

In cerca di una spiegazione, hanno portato il fenomeno a Fermi. Fermi ci pensò e concluse che i nuclei più leggeri di idrogeno e carbonio nella tavola di legno agivano per rallentare i neutroni, dando ai neutroni più tempo da trascorrere all'interno del nucleo atomico e danneggiarlo, da cui l'aumento della radioattività. Ha condotto un esperimento di conferma con un blocco di paraffina tra la fonte di neutroni e il bersaglio: la paraffina ha molto idrogeno e carbonio, quindi è l'ideale per questi scopi.

È impossibile sopravvalutare l'importanza di questa scoperta accidentale. Il lavoro che Fermi successivamente portò a sfruttare questa rivelazione, culminata nello sviluppo della prima reazione a catena nucleare il 2 dicembre 1942 a Chicago, era interamente basato sull'effetto del "lento neutrone". I mattoni di grafite che formavano la struttura del primo mucchio atomico servivano da moderatore per rallentare i neutroni emessi dalle lumache di uranio incorporate in tutto il mucchio, aumentando la probabilità di fissione. Non solo tutti i reattori nucleari si basano su questo effetto; fu un aspetto essenziale della ricerca sulla fissione che portò, inesorabilmente, allo sviluppo di armi nucleari.

L'ultimo uomo che sapeva tutto: la vita e i tempi di Enrico Fermi, padre dell'era nucleare

Nel 1942, una squadra dell'Università di Chicago realizzò ciò che nessuno aveva prima: una reazione a catena nucleare. In prima linea in questa svolta, Enrico Fermi. A cavallo delle epoche della fisica classica e della meccanica quantistica, ugualmente a suo agio con la teoria e l'esperimento, Fermi fu davvero l'ultimo uomo a sapere tutto, almeno sulla fisica. Ma era anche una figura complessa che faceva parte sia del Partito fascista italiano che del Progetto Manhattan, e un padre e un marito tutt'altro che ideali che rimasero comunque uno dei più grandi mentori della storia. Basato su nuovo materiale d'archivio e interviste esclusive, The Last Man Who Kww Everything mette a nudo la vita enigmatica di un colosso della fisica del XX secolo. Acquistare

La scienza di Fermi è stata guidata per caso in altri modi. In primo luogo, vi fu il semplice incidente della sua nascita nel 1901, che lo portò alla maturità intellettuale negli anni '20, in un momento in cui venivano affrontati profondi problemi di teoria quantistica. Il grande storico britannico CP Snow scrisse una volta di Fermi: “Se Fermi fosse nato qualche anno prima, si potrebbe benissimo immaginare di scoprire il nucleo atomico di Rutherford e quindi sviluppare la teoria di Bohr sull'atomo di idrogeno. Se questo suona come un'iperbole, è probabile che qualsiasi cosa su Fermi suoni come un'iperbole. "

Naturalmente, essendo nato nel 1901, era troppo tardi per contribuire a quei primi anni di fisica nucleare. Tuttavia, è nato giusto in tempo per contribuire ad alcuni dei più importanti sviluppi della teoria quantistica. I Fermis di oggi, nella misura in cui esistono, ora lavorano in team di migliaia di fisici sperimentali e teorici al CERN, dove si verifica la fisica delle particelle all'avanguardia ma dove le possibilità di conseguimento individuale sono fortemente limitate.

In secondo luogo, c'è il suo incontro accidentale all'età di 13 anni con un collega di suo padre, un uomo di nome Adolfo Amidei, che ha capito che Fermi era un bambino prodigio e si è preso la responsabilità di dare all'adolescente un'istruzione universitaria in matematica e fisica - la base su cui Fermi costruì la sua carriera.

Terzo, c'è l'incidente del suo matrimonio con una donna che amava così tanto Roma che si rifiutò di trasferirsi negli Stati Uniti nel 1930, quando Fermi lo voleva per la prima volta. Se avesse lasciato Roma nei primi anni '30, chissà se avrebbe fatto il suo lento lavoro ai neutroni o scoperto la fissione?

A dire il vero, non sapeva di aver diviso l'atomo di uranio nei suoi esperimenti del 1934 fino al 1939, quando gli scienziati tedeschi annunciarono che replicando il lavoro di Fermi del 1934 conclusero che stava creando la fissione dell'uranio. Sicuramente il fatto che abbia usato una schermatura al piombo su ogni elemento che ha bombardato, il che ha nascosto il fatto che l'uranio emette un forte impulso elettromagnetico quando il suo nucleo è diviso, è un evento storico casuale. Se avesse saputo che stava dividendo l'atomo di uranio, l'Italia avrebbe potuto sviluppare armi nucleari molto prima dell'inizio della seconda guerra mondiale, con conseguenze totalmente imprevedibili.

C'è anche il suo arrivo alla Columbia University nel 1939, forse l'incidente più storico di tutti. Alla Columbia incontrò il fisico ungherese Leo Szilard, che ebbe l'idea di una reazione a catena nucleare molto prima che l'atomo di uranio fosse stato diviso, e che spinse Fermi negli esperimenti che portarono alla prima reazione a catena nucleare controllata e sostenuta al mondo. Se Fermi avesse scelto di andare all'Università del Michigan ad Ann Arbor (dove aveva amici) invece della Columbia, non avrebbe incontrato Szilard. William Lanouette, il biografo di Szilard, ritiene che se i due uomini non si fossero incontrati a New York nel gennaio del 1939, la storia della bomba atomica sarebbe stata sicuramente diversa e un successo tempestivo molto meno certo. Szilard ebbe l'idea della reazione a catena; Fermi era la persona più esperta al mondo su come i neutroni attraversano la materia. Quindi l'incidente che li ha collocati nello stesso posto allo stesso tempo è stato il perno su cui si è rivolto il Progetto Manhattan.

Sorprendente come questi eventi casuali e incidenti nella carriera di Fermi, la storia della scienza abbonda di loro. La scoperta del cisplatino farmaco chemioterapico, la scoperta della radioattività, la scoperta delle radiazioni cosmiche di fondo e persino la scoperta del Viagra, sono state tutte fatte per caso. Emblematico di questo ruolo fuori misura che la casualità ha avuto nella scienza è la scoperta della penicillina di Alexander Fleming. Il professore di batteriologia ha preparato una serie di capsule di Petri con colonie batteriche prima di andare in vacanza dal suo laboratorio al St. Mary's Hospital di Londra nel settembre 1928. Di ritorno dalle vacanze, ha riesaminato i preparati e, con sua sorpresa, ha notato che la muffa ne aveva infestato uno di loro. Esaminando ulteriormente il piatto, osservò che immediatamente attorno alla colonia di muffe non crescevano batteri. Incuriosito, iniziò una serie di esperimenti e decise che lo stampo secerneva una sostanza che uccideva i batteri. Sono stati necessari molti lunghi anni di ulteriore lavoro, ma il risultato - il primo importante antibiotico - ha cambiato completamente e per sempre la pratica della medicina, salvando innumerevoli vite lungo la strada.

Le scoperte accidentali sono, ovviamente, l'eccezione, non la regola. La maggior parte degli scienziati trascorre la propria carriera esplorando metodicamente domande interessanti nei rispettivi campi e se sono fortunati si aggiungeranno alla somma delle conoscenze mentre lo fanno. E alcune delle loro scoperte saranno senza dubbio grandiose. Le scoperte di Einstein non furono quasi casuali, sebbene aiutasse il fatto che fosse nato nel momento in cui si trovava, non un millennio prima.

David N. Schwartz è l'autore di L'ultimo uomo che sapeva tutto: la vita e i tempi di Enrico Fermi, padre dell'era nucleare . Suo padre, Melvin Schwartz, ha condiviso il Premio Nobel per la fisica del 1988 per la scoperta del neutrino muonico.