La famiglia di Majorana con Ettore al centro, dietro al tavolino

Molti dei grandi enigmi della fisica nucleare sono ancora aperti nel 1929, quando Majorana si laurea. Il suo contributo alla loro soluzione passa dalla frequentazione dell’istituto di via Panisperna, dove trascorre il suo tempo principalmente in biblioteca sui testi di Heisenberg, Pauli, Dirac, Weyl, Wigner, con una particolare sintonia per l’approccio di Dirac, ma anche affascinato dalle applicazioni di Weyl e Wigner della teoria dei gruppi di trasformazione (delle simmetrie) alla fisica. I suoi giudizi sugli scienziati viventi, anche di primo piano, saranno sempre severi (non è un caso che a via Panisperna venisse per questo soprannominato “il grande inquisitore”), ma non per presunzione o orgoglio ma in realtà come manifestazione di uno spirito perennemente insoddisfatto e tormentato (e infatti severi sono i giudizi anche sulla sua attività).

Gli anni che vanno dal 1928 al 1932, sono anni nei quali Majorana pubblica ben 8 dei suoi dieci lavori (un undicesimo sarà pubblicato postumo). La sua produzione complessiva evidenzia la sua capacità di dare contributi fondamentali in settori diversi della ricerca fisica in tempi veramente brevi. Come sottolinea Amaldi, un esame dei lavori “rivela una profonda conoscenza dei dati sperimentali, anche nei più minuti dettagli, una disinvoltura allora non comune nello sfruttare le proprietà di simmetria degli stati dei sistemi fisici per semplificare i problemi o per scegliere la più opportuna approssimazione per arrivare a risultati quantitativi”. Quattro di questi 8 lavori riguardano la spettroscopia atomica, e cioè la descrizione teorica di una serie di evidenze sperimentali ancora non completamente chiarite sull’assorbimento ed emissione di luce da parte degli atomi. Altri due trattano alcune questioni attinenti al legame chimico: è tramite questi che Majorana acquista piena confidenza con la teoria quantistica del legame chimico introdotta tra il 1925 e il 1930 da Heitler e London basata su forze che derivano dallo scambio di elettroni più esterni dell’atomo. Proprio queste conoscenze saranno poi la base per passare dagli atomi e le molecole alle forze nucleari. Il settimo lavoro riguarda problemi di fisica atomica e molecolare in presenza di campi magnetici rapidamente variabili, un problema affrontato poco prima da Darwin (1928) e Landé (1929). L’ottavo articolo, “teoria relativistica di particelle a spin arbitrario”, è diverso dai primi sette. È il suo primo lavoro su particelle elementari e non su aggregati di particelle come sono atomi e molecole. L’obiettivo di Majorana era quello di eliminare alcune difficoltà della teoria di Dirac dell’elettrone e positrone, ma alcune conseguenze dell’approccio di Majorana appaiono allora per certi versi insoddisfacenti. Eppure i risultati contenuti nell’articolo, legati prima di tutto alla teoria dei gruppi, saranno indipendentemente riscoperti da Wigner e, carsicamente, ricompariranno negli anni 1960 e ancora in alcune idee delle moderne teorie di stringa. Sia chiaro Majorana non è un antesignano di queste teorie, quello che si vuole sottolineare è che sviluppi formali apparentemente senza sbocco in una certa fase della fisica possono rivelarsi nuovamente utili in fasi diverse, aprendo prospettive inattese.

Nel frattempo, tra il 1930 e il 1931, la ricerca nell’ambito della meccanica quantistica si va progressivamente spostando dagli atomi e molecole ai nuclei atomici. Fino a quel momento il nucleo atomico era pensato come formato da protoni e elettroni: le particelle alfa della radioattività erano concepite come formate da quattro protoni e due elettroni, i beta erano elettroni del nucleo che in particolari circostanze venivano emessi. Questo modello aveva molti problemi sui quali i migliori fisici dell’epoca stavano lavorando. Per cercare di risolverli, Pauli aveva proposto, già a dicembre del 1930, di considerare tra i costituenti del nucleo una nuova particella neutra, di massa piccola (almeno mille volte più piccola di quella del protone): la chiama “neutrone”, ma di lì a poco sarà ribattezzata da Fermi e la sua scuola col nome di “neutrino”, il nome con cui è indicata ancora oggi. Proprio con l’intento di confrontarsi con le nuove frontiere della fisica del nucleo, Corbino e Fermi organizzano a Roma quello che può essere considerato il primo congresso di fisica nucleare al quale partecipano i maggiori scienziati dell’epoca (basti pensare a nomi come Bohr, Debye, Millikan, Marie Curie, Sommerfeld, Pauli, Bothe, Perrin, Eherenfest, Lise Meitner, oltre alla scuola di Roma e Bruno Rossi, Persico). Majorana è sempre defilato, ma prende parte ai lavori e conosce vari scienziati che incontrerà anche in seguito (come Ehrenfest). È chiaro che l’intento di Fermi e Corbino è quello di riorientare la ricerca a Roma passando dalla spettroscopia atomica, ormai tutto sommato abbastanza consolidata, alla nuova fisica nucleare.

L’anno successivo, 1932, la scoperta del neutrone da parte di Chadwick apre definitivamente la strada alla comprensione del nucleo atomico. Majorana si era già interessato di fisica nucleare nella sua tesi di laurea ed è quindi ben attrezzato ad affrontare il problema. Come ricorda Amaldi già a marzo del 1932, prima di Pasqua, Majorana stava cimentandosi con una teoria del nucleo atomico fatto di protoni e neutroni tenuti insieme da particolari forze di scambio (in analogia parziale con quanto avviene per gli elettroni nei legami molecolari). Ne aveva parlato con gli amici dell’Istituto. Fermi aveva giudicato veramente interessante l’abbozzo di Majorana, consigliandogli di pubblicare i suoi risultati anche se in forma parziale. Majorana non ne volle sapere, giudicando incompleto il suo lavoro. E anche quando Fermi gli chiese il permesso di comunicare i suoi risultati a un congresso a cui era stato invitato, Majorana si oppose veementemente. L’avversione di Majorana a pubblicare, o comunque a rendere noti, i suoi risultati faceva parte del suo atteggiamente generale, legato sempre alla sua autocritica severa e alla sua tormentata insoddisfazione. Come racconta Amaldi, spesso arrivava fumando la sua immancabile sigaretta Macedonia e durante le discussioni di problemi di fisica suoi o del gruppo tirava fuori il pacchetto di sigarette sul quale aveva annotato formule e risultati, ne copiava una parte sulla lavagna, poi finita l’ultima sigaretta, accortocciava il pacchetto, lo buttava nel cestino e se ne andava. Intanto apparivano articoli che proponevano i primi provvisori modelli di nucleo con protoni e neutroni, come quelli di Iwanenko e Heisenberg. Fermi riuscì allora a convincere Majorana ad andare a Lipsia da Heisenberg con una borsa Cnr. (2/continua)

Giulio Peruzzi

Parte 3: Il genio di Majorana non è scomparso