Schwarz, Melvin

Melvin Schwarz nasce il 2 novembre  del 1932

Biografia della rubrica “Vita da genio” a cura di Chiara Oppedisano

Schwarz Melvin copertinaMelvin Schwarz, Mel per amici e colleghi, aveva una visione particolarmente acuta e la capacità di osare e proporre nuovi approcci sperimentali. Riuscì per la prima volta a produrre un fascio di neutrini in laboratorio, dimostrando che esisteva un secondo tipo di neutrino oltre a quello fino a quel momento conosciuto, il neutrino elettronico.

Partiamo dall’inizio: era il 2 Novembre del 1932 quando a New York, nel Bronx, in una famiglia di immigrati ebrei nasce Melvin Schwartz. Siamo nel periodo al culmine della Grande Depressione, e i suoi genitori lavorano sodo per garantire stabilità economica alla famiglia. Eppure riescono ad instillare nel giovanissimo Melvin due qualità che lui stesso riconoscerà come fondanti per la sua vita personale e professionale: l’ottimismo, e l’importanza di usare l’intelligenza per il miglioramento ed il progresso dell’umanità.
A 12 anni entra alla scuola pubblica Bronx High School of Science, sui cui banchi in quegli anni studiarono ben 4 futuri premi Nobel per la fisica (Melvin SChwartz, Lee Cooper, Sheldon Glashow e Steven Weinberg). La scuola offriva un ambiente molto stimolante ed è proprio qui che Melvin si appassiona alla scienza e si diploma nel 1953.
Nel Novembre dello stesso anno sposa Marilyn, una ragazza conosciuta durante un campo estivo quando aveva 16 anni; la coppia avrà 3 figli: David, Diana e Betty. Sempre nello stesso anno Melvin inizia a frequentare la Columbia Graduate School of Arts and Sciences, dove si trova a lavorare con I.I. Rabi (Nobel nel 1944), T.D. Lee (Nobel nel 1957), L. Lederman e J. Steinberger (con questi ultimi condivise il premio Nobel nel 1988). Melvin si dottorò in fisica nel 1958, Jack Steinberger era il suo relatore, lavorando principalmente ai National Laboratories di Brookhaven, Long Island. Nel 1958 fu assunto come assistente alla Columbia University, fu promosso nel 1960 a professore associato e divenne professore ordinario nel 1963.
A metà degli anni ’50 Gell-Mann aveva introdotto un nuovo numero quantico per le particelle, la stranezza, che indica il contenuto di quark strani di una particella e Donald Glaser aveva appena ideato la camera a bolle per la rivelazione delle particelle. Jack Steinberger, decise di sfruttare entrambe le novità e insieme ad un gruppo di collaboratori, tra cui Melvin, progettò il primo esperimento con camera a bolle che realizzarono a Brookhaven dal 1956, e con il quale scoprirono il barione Σ0 (sigma0), una particella formata dai 3 quark: up, down e strange.


Schwarz Melvin foto1fig.1 Gli anni alla Columbia. Da sinistra a destra: Jack Steinberger, Konstantin Goulianos, Jean-Marc Gaillard, Nathan Mistry, Gordon Danby, Warner Hayes, Leon Lederman e Melvin Schwartz.


Durante una delle usuali pause caffè di metà pomeriggio alla Columbia, Melvin, in risposta ad una domanda di Lee sulla scarsa possibilità di osservare neutrini, se ne uscì con l’idea di produrre in laboratorio un fascio di neutrini di alta energia.
Il neutrino, particella elementare di massa piccolissima e carica elettrica nulla è una delle particelle più comuni nel nostro Universo, ma anche una tra le più sfuggenti e difficili da rivelare perché interagisce con la materia solo tramite l’interazione debole. L’esistenza del neutrino, postulata da Pauli nel 1930, venne verificata solo nel 1956 con un esperimento condotto nelle vicinanze di un reattore nucleare, dove molti anti-neutrini vengono prodotti nei decadimenti radioattivi dei frammenti di fissione. L’unico modo per rivelare neutrini utilizzato a quel tempo si basava infatti sull’osservazione del decadimento di particelle instabili in processi con decadimenti beta (beta- con emissione di un elettrone e un anti-neutrino, o beta+ con emissione di un positrone e un neutrino).
Melvin Schwarz ebbe l’intuitiva idea, stravolgente nella sua semplicità, di produrre un fascio di neutrini di alta energia in laboratorio facendo collidere un fascio di protoni accelerati contro un bersaglio, producendo così pioni carichi che in breve tempo (2.6x10-8 s) sarebbero decaduti in muoni e (anti-)neutrini. Un rivelatore per neutrini si sarebbe potuto posizionare all’interno di un opportuno schermo che aveva lo scopo di fermare i pioni rimanenti e i muoni, filtrando dunque soltanto i neutrini.
Schwarz scrisse la sua idea nel Febbraio del 1960 in un articolo pubblicato su una delle più rinomate riviste scientifiche internazionali, Physical Review Letters. Nel Maggio dello stesso anno Melvin insieme ai colleghi Leon Lederman, Jean-Marc Gaillard e Jack Steinberger sottomise la proposta ai laboratori di Brookhaven. L’esperimento fu realizzato all’acceleratore Alternating Gradient Synchrotron (AGS), utilizzando un rivelatore di nuova concezione, la spark chamber, che fu appositamente costruita da Melvin.

Schwarz Melvin foto2fig.2  Melvin Schwartz davanti alla camera a spark da lui costruita per l’esperimento che gli valse il premio Nobel nel 1988.

Le tracce prodotte nel rivelatore erano prevalentemente muoni, e questa fu l’evidenza sperimentale che esisteva un secondo tipo di neutrini, oltre a quelli rivelati per la prima volta nel 1956 al reattore, i neutrini muonici:

π+ → μ++ νμ     π- → μ- + (anti)νμ

Nel 2000 fu annunciata l’esistenza di un terzo tipo di neutrini, quelli associati alla produzione di leptoni tau. La scoperta del neutrino muonico valse a Schwartz, Lederman e Steinberger il premio Nobel nel 1988.

Schwarz Melvin foto3

fig.3 Leon Lederman, Jack Steinberger e Melvin Schwartz ritratti al CERN nel 1988, anno in cui fu loro assegnato il premio Nobel.

Dopo qualche anno alla Columbia, Melvin reputò che un cambiamento potesse giovare alla sua attività e nel 1966 si spostò in California alla Stanford University dove era appena stato messo in funzione un acceleratore lineare. In questo periodo effettuò diversi esperimenti sia al laboratorio SLAC che a Brookhaven. In uno di questi, da lui ideato e proposto, un fascio di elettroni di alta energia veniva fatto incidere su un grosso blocco di ferro seguito da un assorbitore che fermava sia tutte le particelle adroniche (composte da quark) che le elettromagnetiche (muoni, elettroni, fotoni). Un rivelatore posto dietro l’assorbitore avrebbe dovuto rivelare particelle nuove. In effetti l’esperimento registrò due eventi “strani” che molto probabilmente erano reazioni indotte da neutrini, scoperte poi 3 anni dopo al CERN di Ginevra.
Negli anni crebbe la sua frustrazione per il supporto inadeguato che sentiva di ricevere a SLAC che si andò a sommare alla crescente burocrazia nella ricerca in fisica delle alte energie (comitati scientifici a cui sottoporre i progetti per l’approvazione, collaborazioni sempre più numerose ed esperimenti sempre più grandi e complessi). Melvin dichiarò che “quello non era più il suo stile” e decise di cambiare panorama.

Nel 1970 fondò la Digital Pathways, compagnia privata dedita alla sicurezza informatica. La ragione principale per la quale Melvin fondò la compagnia era quella di cercare di assicurarsi dei finanziamenti indipendenti per poter fare gli esperimenti che avrebbe voluto, evitando tutta le procedure di approvazione e richiesta fondi ai laboratori che tanto gli stavano strette. Uno dei suoi studenti a Stanford era un certo Steve Jobs, con cui Mel aveva stabilito un buon rapporto di amicizia. Jobs e il suo amico e co-fondatore di Apple, Wozniak avevano problemi ad acquistare alcune parti dai fornitori e Mel glieli acquistò attraverso la Digital Pathways. Durante una cena in un ristorante di Palo Alto, Jobs e Wozniac mostrarono a Melvin il prototipo di un computer, proponendogli di investire sul progetto. Schwarz declinò dicendo che i personal computer non sarebbero andati molto lontani e che “Apple” era un pessimo nome per cercare di avere successo… evidentemente la sua visione su questioni tecnologiche non era pari a quella che aveva su quelle scientifiche. Steve e Melvin rimasero comunque amici.

Alla fine degli anni ’80 gli fu chiesto di tornare a Brookhaven, dove stava prendendo forma il progetto del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), nel 1991 Melvin accettò. Tornò a Brookhaven in qualità di Direttore Associato per le alte energie e la fisica nucleare e con la sua esperienza e la sua visione contribuí a modellare il programma di ricerca del nuovo collider che ha portato, tra le altre cose, allo studio dello stato della materia in cui i quark e i gluoni sono liberi, il “Quark-Gluon Plasma”. Nel 1994 tornò alla Columbia per insegnare, ricoprendo la cattedra intitolata a Isaac Rabi. Nel 2000 si ritirò a vita privata. Morí il 28 Agosto del 2006.

Nel 1972 aveva pubblicato un libro di fisica dal titolo “Principi di elettrodinamica” che aveva un inizio poetico e suggestivo: “La teoria elettromagnetica è bella! Quando la si guarda dal punto di vista relativistico dove i campi elettrico e magnetico sono davvero aspetti differenti della stessa quantità fisica, che esibisce una struttura esteticamente piacevole”. Melvin Schwartz, uno scienziato capace di vedere la bellezza e la semplicità nelle leggi della fisica!

[1] I.I. Rabi, http://scienzapertutti.infn.it/rubriche/biografie/2453-isidor-isaac-rabi

[2] D. Glaser, http://scienzapertutti.infn.it/rubriche/biografie/2502-glaser-donald-arthur

[3] neutrino, http://scienzapertutti.infn.it/percorsi-divulgativi-list/4-lincredibile-neutrino   http://scienzapertutti.infn.it/percorsi-divulgativi-list/699-breve-storia-del-neutrino

[4] QGP, http://scienzapertutti.infn.it/il-plasma-di-quark-e-gluoni-l-universo-in-laboratorio

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