Enrico Fermi
Dal gennaio 1925 all’autunno 1926 Enrico Fermi fu professore incaricato presso l’Università di Firenze. In quel periodo, l’allora giovane scienziato, già segnava con la sua creatività ad ampio spettro, teorica e sperimentale, l’affascinante sviluppo scientifico e tecnologico della sua epoca.
Novant’anni fa viveva e lavorava sul colle di Arcetri, gli stessi dolci clivi dove Galileo aveva passato gli ultimi anni della sua vita. Lì aveva ritrovato l’amico e collega di studi pisani Franco Rasetti che avrebbe poi parlato di una «incursione di Fermi nel campo dell’esperimento».
Si trattava dell’invenzione, nel laboratorio di Arcetri, di una «metodica sconosciuta» per lo studio degli atomi con metodi di radiofrequenze «che saranno poi ampiamente utilizzati».
Lo sviluppo di questi metodi consente oggi di misurare campi magnetici debolissimi e mira a rivelare quelli prodotti dall’attività cerebrale. Il lavoro più importante del periodo fiorentino, è magistralmente rilevante dal punto di vista scientifico, fu però quello sulla statistica quantistica constatata all’interno di un gas di atomi. Uno dei contributi più rappresentativi all’evoluzione della fisica teorica. Grazie a questa ricerca, svolta dall’eminente fisico romano, riusciamo oggi a comprendere il comportamento dei vari costituenti della materia, elettroni, protoni, neutroni, quarks… Infatti questi “mattoni” fondamentali dell’Universo appartengano alla grande “famiglia dei fermioni” (appunto da Enrico Fermi N.d.R.).
Oggi quella statistica, comunicata il 7 febbraio 1926 con una nota all’Accademia dei Lincei e presentata dal socio Antonio Garbasso, allora professore di fisica sperimentale e sindaco di Firenze, assume un ruolo fondamentale in svariati campi, dai solidi ai superfluidi, agli atomi, alla fisica nucleare, alle particelle elementari, all’astrofisica. Erano i momenti, nella storia della fisica, in cui la meccanica quantistica stimolava un dibattito serrato, solo l’anno prima infatti la statistica di Bose-Einstein aveva spiegato il comportamento dei bosoni, l’altra “famiglia” di cui ad esempio fanno parte i fotoni, particelle di luce.
L’impatto su tutta la storia della scienza e della tecnologia, e l’incipit dato alla successiva ricerca nell’ambito delle scienze fisico-naturali, scaturiti dalla collina di Arcetri, furono di tale portata che la stessa Accademia dei Lincei programma di organizzare nel 2016 un convegno internazionale che coprirà più di una frontiera della fisica contemporanea legata al lavoro svolto da Fermi 90 anni fa.
Se ci trovassimo a visitare la Basilica di Santa Croce a Firenze, non lontano dalla tomba di Galileo, troveremmo una targa che ricorda come Enrico Fermi «offrì al mondo nuove forze ed energie» con l’aggiunta del dantesco «… ma misi me per l’alto mare aperto…». Tuttavia sarebbe riduttivo ricondurre la ricerca fermiana, svoltasi nel periodo fiorentino, al solo sviluppo della Fisica della Materia. Infatti gli studi che lo scienziato ha svolto in questo periodo, hanno anche segnato la partenza del rivoluzionario progresso tecnologico che portò, nel recente passato, alla produzione di energia fotovoltaica, tema oggi centrale nel dibattito della sostenibilità globale. Quello che fu chiamato «livello di Fermi», frutto del lavoro del 1926, è fondamentale oggi, per capire i meccanismi microscopici che fanno funzionare i transistors, che portano all’emissione di luce da parte degli efficientissimi Light Emitting Diodes (LED) e che sono anche alla base dell’efficienza delle celle fotovoltaiche. Gli ultimi sviluppi poi, si estendono alla chimica e riguardano dispositivi flessibili e trasparenti basati su materiali organici.
Ma facciamo un passo indietro, al momento della scoperta, per ricordare come il subconscio possa giocare un ruolo cruciale nella creatività scientifica: ne parla Laura Fermi (moglie di Enrico) nel suo “Atomi in Famiglia”. Da tempo Fermi cercava di descrivere il comportamento statistico di un gas di atomi a bassissime temperature prossime allo zero assoluto. Non era lontano dalla soluzione, ma era come se gli mancasse un tassello. Ad Arcetri, insieme a Rasetti, passava ore disteso sull’erba con in mano lunghi tubi di vetro dotati all’estremità di lacci per catturare gechi, pare da usare per spaventare le ragazze nella sala mensa. Fu appunto quel vagare libero della mente “distratta” in attesa della cattura dei piccoli rettili, che accese in Fermi la scintilla: egli aveva capito come associare il suo problema di fisica statistica al principio di esclusione che Wolfgang Pauli aveva appena introdotto per spiegare il comportamento degli elettroni. Laura Fermi quindi, nel suo libro, osserva come i problemi scientifici raramente si sviluppino isolati e che spesso le soluzioni (trovate dall’umana intuizione) sono interconnesse tra loro.
Ci sarebbero voluti più di settant’anni perché i fisici sperimentali riuscissero a produrre quelle temperature bassissime, vicine allo zero assoluto, idonee a dimostrare empiricamente quanto intuito dalla potente immaginazione scientifica di Enrico Fermi. Una delle prime realizzazioni dell’atomico «Mare di Fermi» è avvenuta proprio nel laboratorio LENS sulla collina di Arcetri, proprio mentre i Gechi brulicavano nei prati tutt’intorno, ma questa è un’altra storia.