Bruno Benedetto Rossi nasce il 13 aprile 1905

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

Bruno Benedetto Rossi, unì passione e ingegno a modestia e umanità. Quando era professore al MIT e già riconosciuto come uno dei più grandi astrofisici del suo tempo, in un'intervista rilasciata alla NASA la sua prima risposta fu «Non so se sarò in grado di rispondere a tutte le vostre domande». Trascorse l’intera vita investigando i misteri del cosmo, lasciando un’eredità incommensurabile in termini di scoperte, idee e apparati sperimentali che ancora utilizziamo nei laboratori sperimentali.

Bruno nacque a Venezia il 13 aprile 1905. Si laureò in fisica all’Università di Bologna nel 1927 e si spostò poi a Firenze come assistente alla cattedra di fisica sperimentale, dove iniziò a collaborare con fisici del calibro di Gilberto Bernardini, Giulio Racah, Giuseppe Occhialini con i quali costruí un solido rapporto di amicizia oltre che di stima reciproca.

Nel 1912 Franz Hess aveva provato l’esistenza di una sorgente di radiazioni provenienti dallo spazio, chiamati da Millikan “raggi cosmici”. Millikan, come molti altri fisici, era convinto che si trattasse di radiazione (ovvero fotoni) di altissima energia. Ma nel 1929 Bothe e Kohlhörster dimostrarono che la radiazione cosmica era in grado di attraversare l’atmosfera e penetrare attraverso uno schermo d’oro spesso 4,1 centimetri. Si trattava quindi, secondo le loro misure, di particelle cariche con alto potere penetrante. Si aprì a quel punto un vivo dibattito sull’origine e sulla composizione dei raggi cosmici. Bruno si appassionò alla questione e solo qualche settimana dopo la scoperta di Bothe e Kohlhörster pubblicò il disegno di un circuito che basava il conteggio delle particelle provenienti dai raggi cosmici sulla coincidenza tra diversi contatori di Geiger-Müller. La sua idea diverrà uno degli elementi base dei calcolatori elettronici ed è ancora oggi una tecnica ampiamente utilizzata negli esperimenti di fisica nucleare e subnucleare. L’approccio di Bruno mise ulteriormente in evidenza il grande potere penetrante delle particelle presenti nella radiazione cosmica, che era in grado di attraversare spessori di piombo di oltre 1 metro e permise di scoprire che la radiazione cosmica incidente su un blocco di materia produce una cascata, o “sciame”, di particelle. Nell’estate del 1930 Bruno ottenne una borsa di studio per andare in Germania a lavorare con Bothe. Nel 1931 presentò i risultati sperimentali che aveva ottenuto al primo Congresso internazionale di fisica nucleare tenutosi a Roma. Fu proprio a questo congresso che le due scuole di pensiero sui raggi comici si contrapposero: da una parte Rossi e Compton sostenevano la natura corpuscolare della radiazione primaria proveniente dal cosmo, dall’altra Millikan continuava a sostenerne la natura di radiazione. Insomma, onda e particella sembravano due interpretazioni inconciliabili.

Figura 1. Foto dei partecipanti al primo Congresso internazionale di fisica nucleare di Roma. Bruno Rossi é in prima fila, il terzo da destra che parla con Bothe. Alla sua destra, semi-nascosta, Lise Meitner. Sono presenti nella foto anche Marconi (al centro), Millikan, Compton, Debye, Fermi, Rasetti, Majorana e Marie Curie.

 Figura 2. Rossi, Millikan e Compton.

Figura 3. Bruno e Enrico Fermi in una pausa del primo Congresso internazionale di fisica nucleare di Roma.

Bruno decise di tentare di risolvere la questione sperimentalmente: se la radiazione fosse stata composta da particelle cariche, allora il campo magnetico terrestre avrebbe deviato le particelle in maniera differente a seconda della latitudine, ovvero della distanza dai poli, e del meridiano magnetico. Rossi aveva calcolato che l’asimmetria avrebbe dovuto essere maggiore in vicinanza dei poli. La verifica sperimentale di questo piccolo effetto era però molto difficile da misurare e infatti nel 1933 Bruno pubblicò un articolo con Enrico Fermi nel quale gli scienziati sostenevano che l’asimmetria non poteva essere osservata a Firenze a causa dell’assorbimento atmosferico, della grande latitudine e del basso livello sul mare. Propose dunque una spedizione in prossimità dell’equatore magnetico in un posto con un rilevante dislivello sul mare. Nel 1933 ottenne i finanziamenti dal Consiglio Nazionale delle Ricerche per una spedizione in Eritrea, durante la quale misurò una significativa riduzione della radiazione cosmica durante il viaggio in nave da Spalato a Massaua, ovvero avvicinandosi all’equatore magnetico, come aveva previsto. Purtroppo il tempo necessario a reperire i fondi era stato troppo lungo e nel frattempo Compton e altri gruppi sperimentali avevano già misurato l’effetto. Ciononostante, la spedizione offrì comunque diversi spunti a Rossi che ebbe modo di osservare degli effetti non ancora noti della radiazione, come, per esempio, il fatto che nell’atmosfera si potessero sviluppare sciami di particelle molto estesi. La conferma di questa ipotesi rese possibili diversi studi sulla parte dello spettro di radiazione cosmica a energie elevate.

Figura 4. Bruno in laboratorio ad Arcetri.

Figura 5. Una pausa pranzo tra colleghi ad Arcetri.

Nel frattempo Bruno era stato chiamato a Padova a ricoprire la cattedra di fisica sperimentale all'università di Padova, dove continuò le sue ricerche sui raggi cosmici, un settore di ricerca che a Padova non esisteva. La parentesi a Padova si chiuderà in maniera molto amara nel 1938, quando Bruno sarà invitato a lasciare l’Università. La sua delusione fu grande, soprattutto perché Bruno si scontrò con l’indifferenza dei suoi colleghi. Quando lasciò l’istituto andò solo il portiere a salutarlo… in seguito non volle mai ricordare la sua esperienza a Padova. E quando nel 1987 vi sarebbe tornatoper il cinquantennale dell’Istituto di Fisica, alla cui fondazione aveva fortemente contribuito, non avrebbe rimesso piede in istituto.

Nel 1938 sposò Nora Lombroso, nipote del famoso antropologo Cesare. Alla fine di quell’anno fu costretto a espatriare. Si recò a Copenhagen, dove lo accolse l’amico e illustre collega Niels Bohr. Nel 1939 Compton lo invitò a una conferenza sui raggi cosmici all’Università di Chicago. Per risolvere uno degli argomenti più controversi discussi alla conferenza, l’instabilità della particella allora chiamata “mesotrone”  adesso nota come muone, Rossi propose a Compton una verifica sperimentale da effettuarsi in alta quota. Compton accettó con entusiasmo e nel giro di un mese Bruno mise a punto l’apparecchiatura sperimentale necessaria: contatori Geiger-Müller e circa una tonnellata di piombo e grafite, da trasportare sulla cima del monte Evans, in Colorado. Partì con una manciata di collaboratori e un pullman sul quale avevano caricato gli apparati sperimentali. Presero dati dalla base della montagna fino alla sua sommità, a oltre 4000 metri, dimostrando che l’intensità dei mesotroni diminuiva più rapidamente in aria che in un quantitativo equivalente di grafite, e trovando così la prima prova sperimentale dell’instabilità di una particella fondamentale!    

Nel 1940 accettò un posto alla Cornell University offertogli da Bethe. Qui Bruno misurò per la prima volta la vita media del mesotrone a riposo, inventando per questa misura sperimentale un altro apparato destinato a lasciare un segno indelebile nella fisica sperimentale: un convertitore tempo-ampiezza, in grado di misurare con precisione il tempo di arrivo dei segnali elettrici. Utilizzando questo strumento misurò che un mesotrone decadeva in media dopo 2,15 milionesimi di secondo.

Nel luglio del 1946 fu invitato da Bethe ad unirsi ai fisici di Los alamos. Bruno fu colto da grande incertezza: immaginava quale fosse il fine ultimo delle ricerche di Los Alamos e non si sentiva di partecipare alla realizzazione di un ordigno bellico, d’altro canto sapeva bene quale pericolo il mondo corresse sotto la minaccia nazista. Finí per rassegnarsi al fatto che non avrebbe potuto in ogni caso sottrarsi alla responsabilità. A Los Alamos fu integrato nel gruppo “P6” che si occupava dei rivelatori di radiazione. Dopo l’esplosione del 16 luglio 1945 del primo ordigno nucleare nel deserto di Alamogordo, Bruno sentì schiacciante il peso delle possibili conseguenze della loro scoperta. Auspicava che la bomba sarebbe stata usata solo come atto dimostrativo. Purtroppo non fu così.

Alla fine della guerra accettò una posizione al MIT di Boston, dove formò un gruppo di ricerca sui raggi cosmici. Negli anni ’50 iniziò la sperimentazione agli acceleratori di particelle e, quasi contemporaneamente, si  iniziarono a perfezionare le tecniche di volo spaziale. Dei due sviluppi Bruno scelse il secondo, quello più affine al suo amato campo di ricerca e studiò negli anni successivi il vento solare e le sorgenti di raggi X extra-solari. Nel 1958, quando la Academy of Science creò il consiglio per la scienza spaziale,  fu nominato membro del consiglio con il compito di occuparsi proprio di questi due ambiti di ricerca. Ottenne importanti risultati in entrambi i campi. In particolare, con uno dei primi esperimenti a bordo di un satellite, nel 1961 dimostrò l’esistenza di un "vento di plasma" proveniente dal Sole e nel 1962, insieme al premio Nobel Riccardo Giaconi e altri collaboratori, individuò la prima sorgente di raggi X esterna al sistema solare.

Figura 6. Bruno che esamina un satellite per lo studio della radiazione X. 

Scrisse nella sua autobiografia: «I momenti più entusiasmanti sono quelli in cui un mio esperimento ha dato un risultato incompatibile con le previsioni: una prova di quanto la ricchezza della natura superi l’immaginazione dell’uomo».

Morì a Cambridge il 21 novembre 1993, per un attacco cardiaco. Per sua espressa volontà le sue ceneri riposano a San Miniato al Monte, a pochi passi dalle colline di Arcetri, dove aveva mosso i primi passi nella ricerca prima di divenire uno dei più brillanti astrofisici del XX secolo.

Fonti delle immagini

Ritratto in copertina: Massachusetts Institute of Technology, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons, al link https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bruno_B_Rossi.jpg

Figura 1: Biblioteca Romana dell'Archivio Capitolino, 29211

Figura 2: Amaldi Archives, Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma

Figura 3: Dipartimento di Fsiica e Astronomia dell'Unviersità degli Stdui di Padova

Figure 4, 5: riprodotte da B. Rossi, Momenti nella vita di uno scienziato, Zanichelli, Bologna 1987

Figura 6: NASA