RICORDO
DI ETTORE MAJORANA
di
Edoardo Amaldi
tratto
dal "Giornale
di Fisica" vol. 9, p. 300 (Bologna 1968) - S.I.F.
Società Italiana di Fisica
Ettore Majorana - olio su tela (dittico) cm.
50x85 (particolare) di Cristiano Ceroni
La
giovinezza
Ettore
Majorana nacque a Catania il 5 agosto 1906 da una nota famiglia di
professionisti di quella città. Il padre ingegner Fabio Massimo (nato a
Catania nel 1875, morto a Roma nel 1934), era fratello minore di Quirino
Majorana (1871-1957), noto professore di fisica sperimentale dell'Università
di Bologna. L'ingegner Fabio Massimo era stato per molti anni direttore
dell'azienda telefonica di Catania; trasferitosi a Roma, era stato nominato
nel 1928 capodivisione e, qualche anno dopo, ispettore generale del ministero
delle Comunicazioni. Dal suo matrimonio con la signora Dorina Corso (nata a
Catania nel 1876, morta a Roma nel 1965), anch'essa di famiglia catanese,
erano nati cinque figli: Rosina, sposata più tardi con Werner Schultze;
Salvatore, dottore in legge e studioso di filosofia; Luciano, ingegnere civile
specializzato in costruzioni aeronautiche, ma che poi si dedicò alla
progettazione e costruzione di strumenti per l'astronomia ottica; Ettore; e,
quinta e ultima, Maria, musicista ed insegnante di pianoforte.
Dopo
avere fatto le prime classi delle scuole elementari in casa, Ettore entrò
come interno all'Istituto Massimo di Roma, ove completò le elementari e ove
seguì il ginnasio che superò in quattro anni, avendo saltato il quinto.
Quando nel 1921 la sua famiglia si trasferì a Roma, egli seguitò a
frequentare come esterno la prima e la seconda liceo classico dell'Istituto
Massimo, ma passò, per il terzo anno, al liceo statale Torquato Tasso ove,
nella sessione estiva del 1923, conseguì la maturità con voti elevati.
Nell'autunno
dello stesso anno Ettore si iscrisse al biennio di studi di Ingegneria
dell'Università di Roma e prese a frequentare le lezioni e le esercitazioni,
regolarmente superando gli esami con voti molto elevati.
Fra
i suoi compagni di corso c'era suo fratello Luciano, con cui passava anche
buona parte delle ore dedicate allo svago e ai comuni amici; c'erano anche
Emilio Segrè, oggi professore di fisica all'Università di Berkeley in
California, ed Enrico Volterra, oggi professore di scienza delle costruzioni
all'Università di Houston nel Texsas.
Finito
il biennio di Ingegneria, questo gruppo di giovani, tutti molto brillanti,
cominciò a frequentare la Scuola di applicazione per gli ingegneri di Roma.
Ettore seguitò a riportare voti elevati in tutti gli esami, salvo una
bocciatura in idraulica.
Come
al biennio così anche alla Scuola di Ingegneria Majorana faceva da consulente
a tutti i suoi compagni per la risoluzione dei problemi più difficili: in
particolare se si trattava di problemi matematici.
Nel
periodo in cui frequentava la Scuola di Ingegneria, Majorana, al pari di
alcuni suoi compagni di corso, aveva cominciato a mostrarsi molto critico
verso il modo in cui venivano impartiti alcuni degli insegnamenti; egli
riteneva che ci si soffermasse troppo nella descrizione di particolari
inessenziali, mentre non veniva dato abbastanza rilievo alla sintesi generale,
caratteristica di un solido inquadramento scientifico. Questa sua radicata
convinzione era alla base di frequenti, vivaci e talvolta aspre discussioni
che aveva con alcuni professori.
All'inizio
del secondo anno della Scuola di Ingegneria (quarto dall'inizio degli studi
universitari) Emilio Segrè decise di seguire la sua vecchia inclinazione e
passò agli studi di fisica. Tale decisione era maturata in lui durante
l'estate 1927, periodo in cui aveva conosciuto Franco Rasetti, allora
assistente all'Istituto di Fisica dell'Università di Firenze. Attraverso
Rasetti, Segrè aveva conosciuto anche Enrico Fermi allora ventiseienne e da
poco nominato (novembre 1926) professore straordinario alla cattedra di Fisica
teorica dell'Università di Roma.
La
creazione di questa nuova cattedra era dovuta all'opera di O.M. Corbino,
professore di Fisica sperimentale e direttore dell'Istituto di Fisica
dell'Università di Roma, il quale, avendo giustamente valutato le eccezionali
capacità di Enrico Fermi, aveva iniziato tutta una serie di azioni per creare
in Roma una scuola di fisica moderna.
Io
stesso, che nel giugno 1927 ero alla fine del secondo biennio per gli studi di
ingegneria, avevo deciso di passare agli studi di fisica in seguito
all'appello che Corbino aveva rivolto durante una lezione, dicendo
esplicitamente che, nella situazione di fermento di idee che esisteva ormai in
tutta Europa nel campo della fisica e con la nomina di Fermi a professore a
Roma, si apriva, a suo giudizio, un periodo del tutto eccezionale per i
giovani che avessero già cominciato a dare prova di essere sufficientemente
dotati e che si sentissero disposti ad intraprendere uno sforzo non comune di
studio e di lavoro teorico e sperimentale.
Nell'autunno
1927 e all'inizio dell'inverno 1927-28 Emilio Segrè, nel nuovo ambiente
fisico che si era formato da pochi mesi attorno a Fermi, parlava
frequentemente delle eccezionali qualità di Ettore Majorana, e,
contemporaneamente, cercava di convincere Ettore Majorana a seguire il suo
esempio, facendogli notare come gli studi di fisica fossero assai più consoni
di quelli di ingegneria alle sue aspirazioni scientifiche ed alle sue
capacità speculative. il passaggio a Fisica ebbe luogo al principio del 1928
dopo un colloquio con Fermi, i cui dettagli possono servire assai bene a
tratteggiare alcuni aspetti del carattere di Ettore Majorana.
Egli
venne all'Istituto di via Panisperna e fu accompagnato da Segrè nello studio
di Fermi ove si trovava anche Rasetti. Fu in quell'occasione che io lo vidi
per la prima volta. Di lontano appariva smilzo, con un'andatura timida e quasi
incerta; da vicino si notavano i capelli nerissimi, la carnagione scura, gli
occhi vivacissimi e scintillanti: nell'insieme l'aspetto di un saraceno.
Fermi
lavorava allora al modello statistico [dell'atomo] che prese in seguito il
nome di Thomas-Fermi. Il discorso con Majorana cadde subito sulle ricerche in
corso all'Istituto e Fermi espose rapidamente le linee generali del modello,
mostrò a Majorana gli estratti dei suoi recenti lavori sull'argomento e, in
particolare, la tabella in cui erano raccolti i valori numerici del cosiddetto
potenziale universale di Fermi. Majorana ascoltò con interesse e, dopo aver
chiesto qualche chiarimento, se ne andò senza manifestare i suoi pensieri e
le sue intenzioni. Il giorno dopo, nella tarda mattinata, si presentò di
nuovo all'Istituto, entrò diretto nello studio di Fermi e gli chiese, senza
alcun preambolo, di vedere la tabella che gli era stata posto sotto gli occhi
per pochi istanti il giorno prima. Avutala in mano, estrasse dalla tasca un
fogliolino su cui era scritta un'analoga tabella da lui calcolata a casa nelle
ultime ventiquattro ore. Confrontò le due tabelle e, constatato che erano in
pieno accordo fra loro, disse che la tabella di Fermi andava bene e, uscito
dallo studio, se ne andò dall'Istituto. Dopo qualche giorno passò a Fisica e
cominciò a frequentare regolarmente l'Istituto.
I
suoi studi universitari di fisica
Passato
a Fisica, Ettore Majorana aveva in breve tempo impressionato tutti per vivezza
di ingegno, profondità di comprensione ed estensione di studi che lo
rendevano molto superiore a tutti i suoi nuovi compagni. Il suo spirito
critico era poi eccezionalmente penetrante ed inesorabile, tanto che lo
avevamo soprannominato il "Grande Inquisitore"; nello stesso quadro
scherzoso chiamavamo Fermi il "Papa", Rasetti il "Cardinale
Vicario", e così via.
La
sua capacità di calcolo era poi strabiliante. Non solo faceva completamente a
memoria calcoli numerici complessi, ma eseguiva a memoria, in venti o trenta
secondi, anche il calcolo letterale di integrali definiti sufficientemente
complicati da richiedere per un abile matematico un notevole numero di
passaggi: eseguiva anche la sostituzione dei limiti letterali e numerici e
dava direttamente i risultati finali.
Nel
1928, durante i mesi di maggio e giugno, ossia nel periodo di preparazione e
di svolgimento degli esami universitari, avevamo preso l'abitudine di trovarci
prima di cena, tra le sette e le otto di sera, alla Casina delle Rose di Villa
Borghese. Oltre ad Ettore Majorana, Giovanni Gentile jr., Emilio Segrè ed io
dell'Istituto di Fisica, venivano Luciano Majorana, Giovanni Enriques,
Giovanni Ferro-Luzzi, Gastone Piqué, tutti studenti di ingegneria dello
stesso anno di Ettore. Sorseggiando una bibita o mangiando un gelato, si
discuteva della preparazione degli esami o degli ultimi esami sostenuti,
qualcuno di noi fisici raccontava qualche risultato di fisica atomica che
aveva appreso recentemente, il più delle volte da Fermi, o qualcuno degli
studenti di ingegneria discuteva delle proprietà del campo elettromagnetico o
di qualche sua applicazione o diceva male del professore di idraulica che era
la loro bestia nera. Si parlava anche di letteratura: Ettore conosceva e
apprezzava in generale i classici e prediligeva Shakespeare e Pirandello. Si
parlava anche di questioni di cultura varia, nelle quali Ettore era sempre
ferratissimo, un poco di politica, ma soprattutto della spedizione Nobile al
Polo Nord che aveva luogo proprio in quell'epoca (marzo-maggio 1928) e che
aveva dato origine alle ben note complesse vicende umane.
L'abitudine
di andare alla Casina delle Rose fu da noi ripresa, sia pure con assai minore
regolarità, nei mesi di maggio e giugno dell'anno dopo, fino a quando
giungemmo alla laurea.
Ettore
Majorana, Gabriello Giannini (che nel seguito si affermò come costruttore e
industriale elettronico negli Stati Uniti) ed io ci laureammo lo stesso
giorno, il 6 luglio 1929; Ettore presentava una tesi sulla meccanica dei
nuclei radioattivi, di cui fu relatore Fermi, ed ebbe 110/110 e lode. La
lettura di questa tesi, anche a distanza di quasi quarant'anni, colpisce per
la chiarezza dell'impostazione e l'approfondimento dei problemi relativi alla
struttura dei nuclei e alla teoria del loro decadimento alfa.
Dopo
la laurea Ettore continuò a frequentare l'Istituto dove passava più o meno
regolarmente un paio di ore al mattino, e qualche ora nel pomeriggio. queste
ore venivano trascorse in biblioteca ove studiava soprattutto i lavori di
Dirac, Heisenberg, Pauli, Weyl e Wigner.
A
quell'epoca i suoi giudizi su scienziati viventi, anche di primo piano, erano
quasi sempre oltremodo severi, tanto da fare sorgere il sospetto di una
presunzione e di un orgoglio eccezionali; ma tale severità si attenuava o,
addirittura, scompariva nel caso dei suoi amici, mentre altrettanto severi
erano i giudizi che egli faceva intendere implicitamente su se stesso e che
manifestava esplicitamente nel suo lavoro. Le persone a lui vicine avevano
così finito con il comprendere che tanta severità non era altro che la
manifestazione di uno spirito insoddisfatto e tormentato. Sotto un apparente
isolamento dal prossimo, non solo di fatto ma anche di sentimenti, si
nascondeva una sensibilità vivissima che lo portava a stringere solo
raramente rapporti di amicizia; ma allora questi erano dotati della
profondità caratteristica della sua regione di origine.
Il
12 novembre 1932 egli conseguì la libera docenza in fisica teorica:
presentava solo cinque lavori, ma la commissione composta da Enrico Fermi,
Antonino Lo Surdo ed Enrico Persico fu unanime nel riconoscere nel candidato
"una completa padronanza della fisica teorica".
La
sua attività nel campo della fisica atomica e molecolare e l'evoluzione dei
suoi interessi verso la fisica dei nuclei
Dal
punto di vista della produzione scientifica, quegli anni rappresentano la
prima delle due fasi della troppo breve attività di ricerca di Ettore
Majorana, tutta raccolta in nove lavori e un articolo di alta divulgazione. La
prima fase comprende sei lavori che si riferiscono tutti a problemi di fisica
atomica e molecolare; la seconda fase ne comprende tre soli che riguardano
problemi di fisica del nucleo o proprietà dei corpuscoli elementari.
I
lavori appartenenti alla prima fase possono essere ulteriormente divisi in tre
gruppi. Il primo è costituito da tre lavori che riguardano problemi di
spettroscopia atomica; il secondo gruppo comprende due lavori che trattano
alcune questioni relative al legame chimico. Il terzo gruppo, infine, consiste
in un solo lavoro il quale verte sul problema del ribaltamento dello spin (spin-flip)
non adiabatico in un fascio di atomi polarizzati. Tutti questi lavori
colpiscono per la loro alta classe: essi rivelano una profonda conoscenza dei
dati sperimentali anche nei più minuti dettagli, una disinvoltura non comune,
soprattutto a quell'epoca, nello sfruttare le proprietà di simmetria degli
stati per semplificare i problemi o per la scelta della più opportuna
approssimazione per risolvere quantitativamente i singoli problemi, qualità
quest'ultima che senza dubbio derivava, almeno in parte, dalle sue eccezionali
doti di calcolatore.
In
particolare i lavori n. 2 e n. 4 diedero l'occasione a Majorana di
impadronirsi della teoria quantistica del legame chimico, circostanza questa
che doveva risultare di grande importanza per la sua futura attività di
ricerca. La sua conoscenza approfondita del meccanismo di scambio degli
elettroni di valenza, che è alla base della teoria quantistica del legame
chimico omeopolare, costituirà infatti più tardi il punto di partenza per
l'ipotesi che le forze nucleari siano forze di scambio.
Il
lavoro n. 6 sul ribaltamento dello spin in un campo magnetico variabile è un
classico della trattazione di questi problemi e come tale viene correntemente
citato: i suoi risultati hanno costituito successivamente il principio su cui
è basata la realizzazione sperimentale del metodo usato per ribaltare lo spin
dei neutroni con un campo a radiofrequenza, metodo impiegato sia nell'analisi
di fasci di neutroni polarizzati, sia in tutti gli spettrometri a neutroni
polarizzati usati nello studio delle strutture magnetiche.
L'interesse
di Majorana per la fisica nucleare, che già si era manifestato nella sua tesi
di laurea, si ravvivò fortemente con l'apparire dei classici lavori che
dovevano portare alla scoperta del neutrone, all'inizio del 1932. In realtà
questo suo rinnovato interesse rientrava nel nuovo orientamento generale di
tutto l'Istituto di via Panisperna, ove già da qualche anno si parlava
dell'opportunità di abbandonare, sia pure gradualmente, la fisica atomica,
campo in cui tutti avevano lavorato per vari anni, e di far convergere il
principale sforzo di ricerca su problemi di fisica nucleare.
Verso
la fine di gennaio 1932 cominciarono ad arrivare i fascicoli dei "Comptes
Rendus" contenenti le classiche note di F. Joliot e I. Curie sulla
radiazione penetrante scoperta da Bothe e Becker. Nella prima di tali note
veniva mostrato che la radiazione penetrante, emessa dal berillio sotto
l'azione delle particelle alfa emesse dal polonio, poteva trasferire ai
protoni, presenti in straterelli di vari materiali idrogenati (come l'acqua o
il cellofan), energie cinetiche di circa cinque milioni di elettronvolt. Per
interpretare tali osservazioni, i Joliot-Curie avevano in un primo tempo
avanzato l'ipotesi che si trattasse di un fenomeno analogo all'effetto Compton
[...]. Subito dopo, però, avevano suggerito che l'effetto osservato fosse
dovuto a un nuovo tipo di interazione tra raggi gamma e protoni, diversa da
quella che interviene nell'effetto Compton.
Quando
Ettore lesse queste note, disse, scuotendo la testa: "non hanno capito
niente: probabilmente si tratta di protoni di rinculo prodotti da una
particella neutra pesante". Pochi giorni dopo giunse a Roma il fascicolo
di "Nature" contenente la lettera all'editore presentata da J.
Chadwick il 17 febbraio 1932 e in cui veniva dimostrata l'esistenza del
neutrone sulla base di una classica serie di esperienze [...].
Subito
dopo la scoperta di Chadwick, vari autori compresero che i neutroni dovevano
essere uno dei costituenti dei nuclei e cominciarono a proporre vari modelli
in cui entravano a far parte particelle alfa, elettroni e neutroni. Il primo a
pubblicare che il nucleo è costituito soltanto di protoni e neutroni è stato
probabilmente D.D. Ivanenko [...]. Ma è certo che, prima di Pasqua di quello
stesso anno, Ettore Majorana aveva cercato di fare la teoria dei nuclei
leggeri ammettendo che i protoni e i neutroni (o "protoni neutri"
come egli diceva allora) ne fossero i soli costituenti e che i primi
interagissero con i secondi con forze di scambio delle sole coordinate
spaziali (e non degli spin), se si voleva far sì che il sistema saturato
rispetto all'energia di legame fosse la particella alfa e non il deutone.
Aveva
parlato di questo abbozzo di teoria agli amici dell'Istituto e Fermi, che ne
aveva subito riconosciuto l'interesse, gli aveva consigliato di pubblicare al
più presto i suoi risultati, anche se parziali. Ma Ettore non ne volle sapere
perchè giudicava il suo lavoro incompleto. Allora Fermi, che era stato
invitato a partecipare alla conferenza di fisica che doveva avere luogo nel
luglio di quell'anno a Parigi, nel quadro più ampio della Quinta conferenza
internazionale sull'elettricità, e che aveva scelto come argomento da
trattare le proprietà del nucleo atomico, chiese a Majorana l'autorizzazione
ad accennare alle sue idee sulle forze nucleari. Majorana rispose a Fermi che
gli proibiva di parlarne o che, se ne voleva proprio parlare, facesse pure ma,
in quel caso, dicesse che si trattava di idee di un noto professore di
elettrotecnica, il quale fra l'altro doveva essere presente alla conferenza di
Parigi, e che egli, Majorana, considerava come un esempio vivente di come non
si dovesse fare la ricerca scientifica.
Fu
così che il 7 luglio Fermi tenne a Parigi il suo rapporto su "Lo stato
attuale della fisica del nucleo atomico" senza accennare a quel tipo di
forze che in seguito furono denominate "forze di Majorana" e che in
sostanza erano già state concepite, sia pure in forma rozza, vari mesi prima.
Nel
fascicolo della "Zeitschrift fur Physik" datata 19 luglio 1932
apparve il primo lavoro di Heisenberg sulle forze "di scambio alla
Heisenberg", ossia forze che coinvolgono lo scambio delle coordinate sia
spaziali che di spin. Questo lavoro suscitò molta impressione nel mondo
scientifico: era il primo tentativo di una teoria del nucleo che, per quanto
incompleta e imperfetta, permetteva di superare alcune delle difficoltà di
principio che fino ad allora erano sembrate insormontabili. Nell'Istituto di
fisica dell'Università di Roma tutti erano oltremodo interessati e pieni di
ammirazione per i risultati di Heisenberg, ma al tempo stesso dispiaciuti che
Majorana non avesse non dico pubblicato, ma neanche voluto che Fermi parlasse
delle sue idee in un congresso internazionale...
Fermi
si adoperò nuovamente perchè Majorana pubblicasse qualche cosa, ma ogni suo
sforzo e ogni sforzo di noi, suoi amici e colleghi, fu vano. Ettore rispondeva
che Heisenberg aveva ormai detto tutto quello che si poteva dire e che, anzi,
aveva detto probabilmente anche troppo. Alla fine però Fermi riuscì a
convincerlo ad andare all'estero, prima a Lipsia e poi a Copenaghen, e gli
fece assegnare dal Consiglio Nazionale delle ricerche una sovvenzione per tale
viaggio che ebbe inizio alla fine di gennaio del 1933 e durò fra sei e sette
mesi.
L'avversione
a pubblicare o comunque a rendere noti i suoi risultati che appare da questo
episodio faceva parte di un suo atteggiamento generale. Talvolta, nel corso di
una conversazione con qualche collega, diceva quasi incidentalmente di avere
fatto durante la sera precedente il calcolo o la teoria di un fenomeno non
chiaro che in quei giorni aveva colpito l'attenzione sua o di qualcuno di noi.
Nella discussione che seguiva, sempre molto laconica da parte sua, Ettore a un
certo punto tirava fuori dalla tasca il pacchetto delle sigarette Macedonia
(era un fumatore accanito) sul quale erano scritte, in una calligrafia minuta
ma ordinata, le formule principali della sua teoria o una tabella di risultati
numerici. Copiava sulla lavagna parte dei risultati, quel tanto che era
necessario per chiarire il problema, e poi, finita la discussione e fumata
l'ultima sigaretta, accartocciava il pacchetto e lo buttava nel cestino.
Edoardo
Amaldi
continua...
