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Quella volta in cui Enrico Fermi aprì gli occhi a Freeman Dyson

Un racconto di Storie Scientifiche per il Centro Ricerche Enrico Fermi.

Nel 1953 Fermi era a capo della squadra che aveva costruito il ciclotrone, un tipo di acceleratore di particelle, di Chicago e stava indagando le forze che tenevano uniti i nuclei atomici (la cosiddetta forza forte). Negli anni era riuscito a effettuare delle misurazioni accurate sullo scattering mesoni-protoni, fornendo le prime importanti prove sulla natura delle forze forti.

Freeman Dyson era, a quel tempo, professore associato alla Cornell University e guidava un piccolo gruppo di dottorandi. Il loro obiettivo era calcolare lo scattering mesone-protone in modo tale da poter confrontare i loro risultati teorici con le misurazioni fatte da Fermi. Nel biennio 48-49 avevano già fatto calcoli simili per processi atomici usando la teoria dell’elettrodinamica quantistica (dove lo stesso Dyson e Feynman diedero importanti contributi) trovando quello che tutti i teorici avrebbero voluto trovare: i dati sperimentali e teorici coincidevano!

Decisero dunque di riprovare le stesse tecniche di calcolo per esplorare le interazioni forti. Nella primavera del 1953, “dopo sforzi eroici”, erano riusciti a tracciare grafici teorici di questi scattering usando una particolare teoria delle forze forti, conosciuta come “teoria del mesone pseudoscalare” e notarono che i risultati teorici concordavano abbastanza bene con quelli misurati da Fermi. Dyson chiese un appuntamento e arrivò a Chicago.

Una volta arrivato nell’ufficio, Fermi guardò a malapena i grafici e dirottò la conversazione chiedendo come stesse il suo interlocutore, sua moglie il loro figlio appena nato. Poi emise il suo giudizio con una pacatezza quasi unica:

“Ci sono due modi per fare calcoli in fisica teorica. Il primo, che è il modo che preferisco, è di avere un’immagina fisica chiara del processo che si sta calcolando. L’altro è di avvalersi di un formalismo matematico preciso e autoconsistente. Lei non hai nessuno dei due.”

Dyson azzardò una piccola protesta, dicendo che i loro dati erano molto vicini a quelli sperimentali. Fermi domandò allora quanti parametri arbitrari avessero utilizzato per fare i calcoli. Quando Dyson rispose che erano quattro, Fermi replicò dicendo:

“Ricordo che il mio amico John Von Neumann era solito dire: con quattro parametri posso fare in modo che i dati descrivano un elefante, e con cinque gli posso far muovere la proboscide”.

Dyson tornò a casa, forse un po’ triste, ma comunque grato a Fermi. Successivamente disse:

“Ripensandoci dopo cinquant’anni possiamo vedere chiaramente che Fermi aveva ragione. La scoperta che ha dato un senso alle forze forti è stata il quark. I mesoni e protoni sono entrambi composti da quark e prima che Murray Gell-Mann li scoprisse, nessuna teoria delle forze forti poteva essere adeguata. Fermi non sapeva nulla dei quark e morì prima che fossero scoperti, ma in qualche modo sapeva che qualcosa di essenziale mancava nelle teorie dei mesoni degli anni Cinquanta. La sua intuizione fisica gli disse che la teoria del mesone pseudoscalare non poteva essere corretta. E fu proprio la sua intuizione, e non qualche discrepanza fra teoria ed esperimenti, che ha salvato me e i miei studenti dal rimaner bloccati in un vicolo cieco”.