I raggi cosmici ed un Nobel mancato

Debye, Anderson ed Hess in attesa di ricevere

il Nobel il 10 Dicembre 1936 (Nobelprize.org)

La vicenda di Domenico Pacini, della scoperta dei raggi cosmici e del Nobel mancato si arricchisce di nuovi, inediti, particolari. Alessandro De Angelis, questa volta in collaborazione con Per Carlson, che è stato presidente della classe di fisica della Reale Accademia Svedese delle Scienze dal 1998 al 2003, in un documentato articolo pubblicato su arXiv ripercorre tutta la storia della scoperta dei raggi cosmici sin dalle pionieristiche misure dei primissimi anni del ‘900. Alla fine dell’800, con la scoperta della radioattività spontanea da parte di Becquerel e del decadimento radioattivo del Polonio e del Radio da parte di Marie e Pierre Curie, si sapeva già che la radiazione emessa da sostanze radioattive era in grado di scaricare gli elettroscopi. Le misure della velocità di scarica spontanea compiute da Wilson [C.T.R. Wilson, On the Ionisation of Atmospheric Air, Proc. Roy. Soc. of London 68 (1901) 151] ed Elster e Geitel [J. Elster and H.F. Geitel, Ann. d. Phys. 2 (1900) 425], che affinarono la tecnica di isolamento degli elettroscopi per migliorarne la sensibilità, rivelarono la presenza di agenti ionizzanti nell'ambiente esterno. L'interpretazione generale, alla fine del primo decennio del 1900 e dopo molti altri esperimenti, era che tale radiazione fosse sostanzialmente di origine terrestre. Tale convinzione venne subito messa in dubbio da Pacini, fisico italiano che all'epoca lavorava presso l'ufficio centrale di Meteorologia e Geodinamica (successivamente professore di Fisica sperimentale presso l'Università di Bari) il quale, confrontando i risultati di una serie di importanti esperimenti svolti sulla superficie terrestre e del mare a bordo del cacciatorpediniere “Fulmine” e poi sviluppando una nuova tecnica per misure sottomarine, arrivò alla conclusione che “esista nell' atmosfera una sensibile causa ionizzante, con radiazioni penetranti, indipendente dall'azione diretta delle sostanze radioattive del terreno”. La Nota che ha per titolo “La radiazione penetrante alla superficie ed in seno alle acque” [D. Pacini, Nuovo Cim. VI/3 (1912) 93, qui tradotta e commentata dallo stesso De Angelis] è un documento prezioso e rappresenta un punto di svolta negli studi sull'origine di questo misterioso fenomeno.

A Victor Franz Hess, fisico austriaco, gli studi sulla natura di questa radiazione, risultato degli esperimenti svolti a bordo di un pallone aerostatico, valsero nel 1936 il Nobel per la Fisica (condiviso con Carl David Anderson per la scoperta del positrone). La prima ascensione è del 28 agosto 1911 ma la più importante campagna di misure, i cui risultati sono riportati in un famoso articolo del 1913 [V. Hess, Phys. Zeit. 14 (1913) 612], risale al periodo compreso tra aprile ed agosto 1912. L'aumento della ionizzazione con l'altitudine rivelava l'origine extraterrestre della radiazione e l'assenza di variazioni tra giorno e notte di questa ipotetica “radiazione penetrante” escludeva il Sole come sorgente diretta. Era stata definitivamente scoperta la Höhenstrahlung (Höhen è altezza e strahlung, radiazione), i “raggi cosmici”, come li avrebbe chiamati in seguito Millikan.

Pacini, che aveva raggiunto le sue importanti conclusioni un anno prima di Hess, ne conosceva il lavoro fin dall'epoca dei suoi esperimenti sottomarini e, in una lettera datata 6 marzo 1920, lo contattò per lamentarsi della mancanza di attenzione (e di citazioni) verso gli esperimenti italiani. La prima guerra mondiale aveva interrotto le comunicazioni anche tra gli scienziati e molte cose andavano rimesse nel giusto verso: “...I had the opportunity to study some of your papers about electrical-atmospherical phenomena that you submitted to the Principal Director of the Central Bureau of Meteorology and Geodynamics (…) While I have to congratulate you on the clarity in which this important matter is explained, I have to remark, unfortunately, that the Italian measurements and observations, which take priority as far as the conclusions that you, Gockel and Kolhörster draw, are missing; and I am so sorry about this, because in my own publications I never forgot to mention and cite anyone...”. La risposta di Hess fu immediata, del 17 marzo, e cortese: “Dear Mr. Professor, your very valuable letter dated March 6 was to me particularly precious because it gave me the opportunity to re-establish our links that unfortunately were severed during the war. (…) My short paper “Die Frage der durchdring. Strahlung ausserterrestrischen Ursprunges” is a report of a public conference, and therefore has no claim of completeness. Since it reported the first balloon measurements, I did not provide an in-depth explanation of your sea measurements, which are well known to me. Therefore please excuse me for my unkind omission, that was truly far from my aim [...]” (Le comunicazioni tra Hess e Pacini avvenivano in tedesco e in italiano, la traduzione in Inglese è di De Angelis).
 Malgrado il lavoro di Pacini non venga frequentemente riportato nelle ricostruzioni storiche della vicenda che portò alla scoperta dei raggi cosmici, esso venne comunque citato correttamente nella relazione, preparata da E. Hultén e sottoposta al Comitato per il Nobel nel giugno del 1936, che venne poi inclusa come appendice al “Committee's Proposal”. Qui Hulten nota - e cita – la conclusione di Gockel (che già nel 1909 aveva provato l’ebbrezza del volo) secondo il quale i risultati delle sue misurazioni con il pallone aerostatico, in accordo con le misure di Pacini, mostravano che una parte non trascurabile della radiazione era indipendente dalla azione diretta di sostanze presenti nella crosta della Terra.

De Angelis e Carlson sottolineano come l'enorme lavoro dietro la scoperta dei raggi cosmici, una pietra miliare nel campo della scienza, venne svolto in un periodo caratterizzato non solo dalla mancanza di comunicazione (Pacini, ad esempio, pubblicava in Italiano ed Hess in Tedesco) ma anche dalla presenza di un forte nazionalismo post-bellico. Le normali relazioni scientifiche tra i paesi europei ripresero più o meno nel 1926, otto anni dopo la fine del conflitto mondiale, proprio nel momento in cui l'origine extraterrestre della “radiazione penetrante” veniva definitivamente accettata. La cerimonia della consegna del Premio Nobel a Stoccolma divenne la celebrazione dell'internazionalismo scientifico ma, purtroppo, Pacini non venne mai nominato, morendo due anni prima della consegna del riconoscimento a Victor Franz Hess.

Domenico Pacini; translated, & commented by Alessandro De Angelis (2010). Penetrating Radiation at the Surface of and in Water Nuovo Cimento VI/3 93 (1912) arXiv: 1002.1810v1

Per Carlson, & Alessandro De Angelis (2010). Nationalism and internationalism in science: the case of the discovery of cosmic rays To be published in European Physical Journal H arXiv: 1012.5068v1