Weisskopf Institute ad Erice
Victor Frederick Weisskopf (1908-2002), a cui è intitolato l’ex Ciclope di Erice, fu un fisico austriaco naturalizzato statunitense. Dopo la laurea all’università di Göttingen fu studente del famoso fisico Niels Bohr a Copenhagen.
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Weisskopf in fuga dai nazisti
Nel 1937 fuggì dai nazisti e si rifugiò negli Usa. Anche lui fece parte del progetto Manhattan a Los Alamos.
Ma dopo la guerra entrò a far parte della Federazione degli Scienziati Atomici che metteva in guardia dai danni della guerra nucleare.
Dal 1961 al 1965 Weisskopf fu direttore generale del CERN, l’organizzazione europea per la ricerca nucleare.
Gli studi di Weisskopf hanno contribuito allo sviluppo dell’elettrodinamica quantistica.
John Stewart Bell
A John Stewart Bell (1928-1990), fisico nordirlandese conosciuto soprattutto per l’omonimo teorema, uno dei più importanti della fisica quantistica, è dedicata un’aula del Ciclope.
Anche Bell lavorò al CERN, tra l’altro.
Qui lavorò quasi esclusivamente sulla fisica delle particelle dal punto di vista teorico, e sull’acceleratore di particelle, in ambito sperimentale. Ma trovò anche il tempo per dedicarsi alle basi della teoria quantistica.
Il principio del realismo locale
Le verifiche sperimentali avevano dimostrato che nella meccanica quantistica i principi utilizzati nella fisica classica per spiegare i fenomeni non sono validi.
Era rimasto intaccato solo il principio del realismo locale. Esso è in realtà l’insieme di due principi, realismo e località.
Secondo il principio di realismo una misurazione rivela una proprietà preesistente nella realtà fisica. Secondo quello di località, tra due eventi lontani ci può essere un rapporto di causa-effetto solo se sono connessi da una catena causale di eventi che si propaga con una velocità minore o uguale alla velocità della luce, che rappresenta un limite fisico assoluto per tutti i corpi e tutti i processi.
Violazione del realismo locale
Ma nel 1964 John Stewart Bell, mentre lavorava al CERN, dimostrò che le leggi fondamentali della meccanica quantistica portano a una violazione del realismo locale.
Già negli anni trenta, con la formulazione del famoso paradosso Einstein-Podolski-Rosen, lo stesso Einstein aveva dimostrato l’entanglement, che permette a due particelle, venute in contatto una volta, una sorta di comunicazione istantanea anche se sono separate da una distanza notevole.
L’entanglement
Se infatti si effettua una misurazione su una delle due particelle, il suo stato quantistico “collassa” istantaneamente su un dato valore, e fa collassare istantaneamente anche lo stato della particella entangled, qualunque sia la sua distanza dalla prima. In quel caso, è come se l’informazione sullo stato quantistico di una particella fosse stato comunicato all’altra con una velocità superiore a quella della luce.
Teorema di Bell
Il Teorema di Bell ci mostra fondamentalmente che le misurazioni eseguite su due particelle saranno sempre correlate, indipendentemente dalla distanza che le separa.
Immaginiamo di avere un sistema con due particelle molto vicine che ruotano in direzioni opposte: si descrive comunemente questa situazione dicendo che lo spin di una particella è up (verso l’alto) e quello dell’altra è down (verso il basso). Misurando gli spin delle particelle dopo che queste sono state notevolmente allontanate, scopriremo che sono rimasti uno up e l’altro down.
Se modifichiamo l’orientamento di una particella in modo che, invece di ruotare verso l’alto intorno a un asse verticale, ruoti a sinistra intorno a un asse orizzontale, scopriamo che anche l’altra particella ruota intorno a un asse orizzontale, ma nella direzione opposta.
Quindi le particelle che hanno interagito una volta continuano in un certo senso a far parte di un unico sistema, che risponde come un’unità a ulteriori interazioni.
O la teoria di Einstein che esclude la possibilità di comunicazioni più veloci della luce è da considerarsi errata, oppure le particelle subatomiche sono connesse non-localmente.
Fantastico, vero?
Virtualmente ogni cosa che vediamo, tocchiamo e sentiamo è costituita da un insieme di particelle che fin dai tempi del Big Bang hanno interagito con altre particelle.
Richard Dalitz
Il fisico australiano Richard Dalitz (1925-2006), a cui è dedicata la seconda aula al Victor Weisskopf Institute, ha compiuto anche lui studi importanti sulle particelle elementari.
Decadimento particellare
Nel 1951 Dalitz dimostrò che il mesone pi, o pione, una particella elettricamente neutra che trasporta la forza che lega il nucleo atomico, può decadere in un fotone e una coppia elettrone-positrone (la cosiddetta coppia Dalitz).
In fisica delle particelle, il decadimento particellare è un processo spontaneo mediante il quale una particella stabile o instabile si trasforma in altre particelle subatomiche. Se i prodotti di decadimento sono instabili, decadranno a loro volta.
Particelle tau e theta
All’inizio degli anni ’50 c’erano due particelle chiamate tau e theta, entrambe scoperte nei raggi cosmici e che sembravano essere identiche sotto ogni aspetto: studi accurati avevano dimostrato che le masse, le cariche e gli spin dei due mesoni erano uguali. Tuttavia esse avevano diverse modalità di decadimento, mediate dalla debole interazione: tau decadeva in tre pioni, mentre theta si trasformava in due.
Diagramma di Dialitz
Con l’osservazione del decadimento di queste particelle, Dalitz nel 1954 sviluppò un diagramma bidimensionale sul quale era possibile mappare i risultati del decadimento.
Curiosamente questo diagramma sembrava mostrare che theta e tau erano la stessa particella, violando la teoria della parità. Cioè?
La legge sulla conservazione della parità fu formulata nei primi anni ’30 dal fisico ungherese Eugene P. Wigner.
In fisica, per parità si intende la proprietà di un fenomeno di ripetersi immutato dopo un’inversione delle coordinate spaziali. Dalla meccanica classica si pensava che tutte le forze fondamentali conservassero la parità.
Si supponeva che, quando un sistema isolato di particelle fondamentali interagiva, la parità complessiva rimanesse la stessa o fosse conservata.
Questa conservazione della parità implicava che, per le interazioni fisiche fondamentali, è impossibile distinguere tra destra e sinistra e in senso orario e antiorario.
Si pensava cioè che le leggi della fisica fossero indifferenti alla riflessione speculare.
Ma Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang in seguito hanno dimostrato che in realtà non c’erano prove disponibili che le interazioni deboli conservassero la parità.
Altri fisici in seguito usarono il diagramma di Dalitz per dimostrare che in realtà la parità non vale per le forze deboli.
Comunque i grafici di Dalitz hanno avuto un ruolo centrale nella scoperta di nuove particelle negli attuali esperimenti di fisica delle alte energie, inclusa la ricerca del bosone di Higgs.
Inoltre Dalitz ha partecipato alla ricerca pionieristica dei quark sin dai primi anni ’60, e all’identificazione del quark top.
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