Feynman finisce la tesi nel maggio del 1942 e nel mese successivo riceve il titolo di Ph.D. Ma l’anno in cui ha lavorato alla tesi non è stato un periodo di tranquillità: oltre a lottare con il problema della quantizzazione dell’elettrodinamica, Dick ha dovuto confrontarsi, da un lato, con il fatto che Arline si è gravemente ammalata e, dall’altro, con il coinvolgimento degli scienziati americani nella guerra contro il nazismo.
La guerra privata di Dick contro la malattia di Arline comincia quando a questa viene diagnosticata una patologia del sistema linfatico. Nonostante la forte opposizione dei suoi familiari, Dick sposa la persona che ama il 29 Giugno del 1942. Tre anni dopo, il 16 giugno del 1945, Arline morirà.
“ Nonostante la forte opposizione dei suoi familiari, Dick sposa la persona che ama il 29 Giugno del 1942
Accanto alla sua vicenda privata, irrompe nella vita di Dick la Storia, con l’entrata in guerra degli Stati Uniti nel Dicembre del 1941. Robert R. Wilson, un fisico arrivato di recente a Princeton, è implicato nella ricerca finalizzata alla costruzione della bomba atomica, un progetto segreto del governo americano che diventerà noto come “Progetto Manhattan”, e convince Feynman a entrare nel suo gruppo di lavoro. Così inizia, per Feynman, il coinvolgimento nel progetto nucleare americano, che lo terrà occupato per circa tre anni e lo porterà a trasferirsi di lì a breve, il 28 marzo del 1943, a Los Alamos.
Negli anni dedicati al progetto nucleare americano Feynman si trova a frequentare i grandi scienziati del momento (tra i quali Oppenheimer, Lawrence, Compton, Bethe, von Neumann, Bohr, Fermi e Bruno Rossi) e si distingue per le eccezionali capacità di fisico teorico. Dick si occuperà in particolare della parte di calcoli della divisione teorica, introducendo a Los Alamos i computers a schede perforate. È l’inizio di un interesse per i calcolatori che lo accompagnerà per tutta la vita. Insieme a molti degli scienziati di Los Alamos condivide l’entusiasmo per il buon risultato del Trinity Test, la prima esplosione atomica della storia, avvenuta il 16 luglio del 1945 in via sperimentale in una zona desertica a poco meno di un centinaio di miglia da Alamogordo. Ma le bombe esplose in Giappone il 6 e il 9 agosto del 1945 saranno per lui, come per molte altre persone coinvolte nel progetto, un duro colpo.
Finita la guerra, l’attività a Los Alamos e negli altri luoghi del Progetto Manhattan non si ferma. I laboratori per la ricerca nel campo dell’energia atomica diventano permanenti; dal governo americano vengono stanziati ingenti finanziamenti nel settore. L’esperienza della ricerca nucleare negli anni della guerra, con una concentrazione di uomini e mezzi mai vista prima e con risultati come le bombe di Hiroshima e Nagasaki, ha cambiato, insieme, l’immagine pubblica della scienza e le modalità di organizzazione della ricerca, segnando la nascita della cosiddetta big science. Nel laboratorio di Los Alamos avviene presto un ricambio delle persone: Oppenheimer rassegna le dimissioni come direttore e, tra il novembre del 1945 e il febbraio del 1946, quasi tutti i capi delle “divisioni” lasciano il laboratorio. Feynman è uno dei primi ad andarsene nell’ottobre del 1945. Ha accettato il posto di professore alla Cornell University, nella cittadina di Ithaca (stato di New York).
Alla Cornell Feynman insegna con passione e, dopo un’iniziale crisi, completa la sua versione della QED in cinque lavori, scritti e pubblicati tra il 1947 e il 1949. L’elaborazione moderna della QED viene realizzata, nello stesso volgere di anni, indipendente da Schwinger, Tomonaga e Feynman (che per questo vinceranno insieme il premio Nobel per la Fisica nel 1965). Mentre tuttavia le formulazioni dei primi due seguono vie tradizionali alla quantizzazione, quella di Feynman utilizza l’approccio “spazio temporale globale” degli integrali di cammino e sarà alla base dei famosi diagrammi di Feynman. Questi diagrammi, che rappresentano visivamente le interazioni tra le varie particelle, semplificano enormemente i calcoli e sono ancora oggi uno strumento fondamentale in fisica teorica. L’equivalenza dei diversi approcci alla QED è opera di Freeman Dyson, che svolge un ruolo cruciale nella definitiva formulazione della teoria.
“ Tra il 1953 e il 1958 Feynman concentra le sue ricerche soprattutto su questioni all’epoca ancora irrisolte della “fisica della materia condensata”
A partire dall’anno accademico 1950-51 Feynman si sposta al California Institute of Technology(Caltech), dove sarà professore di fisica teorica per il resto della sua vita. Caltech è per Feynman un ambiente molto più stimolante rispetto alla Cornell, che è un’università soprattutto di tipo umanistico; inoltre Los Angeles offre molto di più della piccola cittadina di Ithaca.
Tra l’agosto del 1951 e il giugno del 1952 Dick trascorre un anno sabbatico al Centro Brasiliano per la ricerca in fisica (CBPF) di Rio de Janeiro. Nel periodo trascorso a Rio, Feynman fa diverse cose: porta avanti il suo lavoro di ricerca, insegna agli studenti di fisica dell’università di Rio, ma frequenta anche la spiaggia, i bar e le hostess della Pan American che scendono all’albergo dove alloggia; partecipa anche a una scuola di samba, diventa un discreto suonatore di frigideira (un particolare strumento a percussione). Feynman amerà molto, nei suoi libri aneddotici, indulgere nel ricordo delle attività collaterali e colorite che arricchiscono il suo periodo brasiliano e in genere tutte le fasi della sua vita, volutamente alimentando il mito di Feynman “playboy scienziato”.
È a Rio che Feynman inizia sistematicamente le sue indagini sulle forze nucleari. Se la QED ha risolto il problema della descrizione quantistica delle interazioni elettromagnetiche, all’inizio degli anni ‘50 una soddisfacente teoria quantistica delle altre tre forme d’interazione della materia – la forza che tiene legati i componenti del nucleo (interazione forte), la forza “debole” responsabile dei decadimenti radioattivi, e l’interazione gravitazionale – è ancora tutta da costruire. In tutti questi campi Feynman darà, tra gli anni ‘50 e ‘60, contributi importanti.
Il 28 giugno 1952, rientrato a Caltech, Feynman si sposa per la seconda volta con Mary Louise (“Mary Lou”) Bell, dalla quale divorzierà nell’estate del 1956.
A Caltech, tra il 1953 e il 1958, Feynman concentra le sue ricerche soprattutto su questioni all’epoca ancora irrisolte della “fisica della materia condensata”, cioè la fisica relativa agli stati di aggregazione di un grande numero di atomi o molecole (ambito in cui, quindi, hanno particolare importanza i risultati della meccanica statistica). Dei numerosi articoli che pubblica in quel periodo, una decina riguardano la fisica dell’elio liquido, e in particolare il fenomeno della superfluidità – cioè il fatto, scoperto sperimentalmente nel 1911, che l’elio liquido fluisca senza resistenza attraverso tubicini sottili quando è raffreddato fino a una temperatura di 2,19 gradi Kelvin. Nei suoi lavori sull’argomento, a differenza degli approcci precedenti alla teoria della superfluidità che sono di carattere prevalentemente fenomenologico – i nomi di riferimento sono Fritz London, Lazlo Tisza e Lev Landau –, Feynman persegue l’obiettivo di ricavare la teoria “da principi primi”, cioè “studiando il comportamento, secondo le leggi della meccanica quantistica, di atomi di elio fortemente interagenti”. Tale “punto di vista atomico” gli consente di applicare anche al caso dell’elio liquido il suo approccio degli integrali di cammino alla meccanica quantistica.
Lo studio della superfluidità porta naturalmente Feynman a occuparsi anche di superconduttività, il fenomeno per cui, in alcuni metalli, l’elettricità fluisce senza resistenza a basse temperature. Anche in questo caso, Feynman è soprattutto motivato dal desiderio di provare l’efficacia del suo metodo degli integrali di cammino in campi diversi.
Negli anni ‘50, anche se spende molto tempo su problemi di fisica “non fondamentale”, Feynman non perde certo l’interesse per la fisica dei costituenti ultimi della materia e delle loro interazioni. Si occupa infatti di almeno altre due questioni. Innanzi tutto, in modo piuttosto pionieristico, affronta il problema – ancora oggi aperto – della quantizzazione della gravità: una sintesi tra la relatività generale di Einstein, che è una teoria non quantistica della gravitazione, e i principi fondamentali della meccanica quantistica. In secondo luogo, negli anni 1956-57, lavora alla teoria delle interazioni deboli, aprendo la strada, in quegli stessi anni percorsa indipendentemente da Gell-Mann, Marshak e Sudarshan, al cosiddetto Modello Standard delle particelle, nel quale vengono oggi inquadrate in modo unitario le teorie d’interazione elettromagnetica, debole e forte.
Nel settembre del 1958, mentre si trova a Ginevra in occasione della conferenza delle Nazioni Unite “Atoms for Peace”, Feynman incontra l’inglese Gweneth Howard che nel settembre del 1960 diventerà la sua terza (e ultima) moglie. Con la presenza di Gweneth, la vita di Feynman prende una piega molto più regolare. Nel 1962 nasce il primo figlio Carl, e nel 1968 verrà presa in adozione Michelle.
