Bruno Touschek:
vita di un grande scienziato
David Alesini e Andrea Ghigo
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Laboratori Nazionali di Frascati
BRUNO TOUSCHEK
Touschek nacque a Vienna nel 1921 da un ufficiale dell’esercito Austriaco e madre ebrea
Il padre dovette lasciare l’esercito nel 1932 all’età di 31 anni quando il potere fu preso dai filo fascisti.
Nel ’36 fu ricostituito il partito nazional socialista con una recrudescenza dell’antisemitismo e nel ’37 Touschek dovette lasciare la scuola per l’entrata in vigore delle leggi razziali a causa del suo
“sangue misto”
Continuò a frequentare i compagni di scuola che lo tennero al corrente degli avvenimenti e gli suggerirono di andare a sostenere gli esami finali in un’altra scuola dove non conoscessero la sua situazione: così fece e passò gli esami con ottimi voti.
UNIVERSITÀ IN ITALIA
Nel 1938 venne a Roma a passare le vacanze di fine anno scolastico come era tradizione della borghesia dell’epoca. Allo stesso periodo risale
l’annessione dell’Austria alla Germania di Hitler.
Anche se Mussolini era favorevole al governo di Hitler, l’atteggiamento verso gli ebrei era più “morbido” e Bruno trovò più prudente iscriversi ai primi due anni di Ingegneria dell’Università di Roma invece di tornare a Vienna. In Facoltà seguì i corsi di Analisi Matematica tenuti da Francesco Severi
Nello stesso tempo chiese il visto per andare in Gran Bretagna a studiare chimica a Manchester.
Gli fu detto che poteva ottenere il visto attraverso una organizzazione di Quaccheri che aveva sede a Vienna. Tornò, quindi, in Austria. Nel settembre del ’39 scoppiò la seconda guerra mondiale e gli fu impossibile partire per la Gran Bretagna.
UNIVERSITÀ IN GERMANIA
Touschek rimase a Vienna e frequentò
i corsi di fisica e matematica cercando
di “non dare nell’occhio” ma nel Giugno
del ’40 gli fu comunicato che non
poteva più frequenare l’università
per ragioni razziali.
Nel frattempo studiando un libro di fisica atomica di Sommerfeld (un famosissimo professore di Monaco), trovò piccoli errori e, consigliato dal suo professore di matematica Hlawka, scrisse a Sommerfeld il quale lo ringraziò e gli fece revisionare un altro importante trattato. Gli consigliò, inoltre, di andare all’Università di Amburgo, dove non lo conosceva nessuno, da un famoso chimico-fisico: Harteck.
Touschek visse ad Amburgo facendo più lavori in parallelo (per mantenersi) e cambiando casa continuamente per non farsi individuare.
TOUSCHEK STUDENTE-LAVORATORE
Lavorò presso un ditta, affiliata della Philips, che sviluppava i Klystron, (tubi che producono potenza elettromagnetica a radiofrequenza) utilizzati nelle telecomunicazioni.
All’Università seguiva i corsi senza registrarsi e in particolare quelli del Prof. Lenz, che lo ospitò a lungo in casa sua, e di Jensen (premio Nobel).
Lavorò anche presso la Lowenradio (poi Opta) dove fu impegnato nello sviluppo di particolari tubi catodici compatti. Lì venne a sapere della proposta di Rolf Wideroe (uno dei padri fondatori degli acceleratori di particelle) di costruire un betatrone.
Dopo aver letto la trattazione della parte teorica riguardante la stabilità delle orbite descritte dalle particelle,
Touschek trovò degli errori, scrisse aWIDEROE
Wideroe che subito lo chiamò a partecipare al progetto.
LA PRIGIONIA
Bruno Touschek spesso andava alla Camera di Commercio di Amburgo dove poteva leggere i giornali stranieri. Fu notato per queste ripetute visite e all’inizio del ’45 la Gestapo la arrestò in base alle leggi razziali.
Rolf Wideroe andava a trovarlo spesso in prigione portandogli cibo, i suoi cari libri e soprattutto le sigarette. Durante le visite parlavano di scienza e del progetto del betatrone.
In prigione Touschek concepì la teoria del “radiation damping”, per la quale la luce emessa dagli elettroni curvati da un campo magnetico contribuisce a stabilizzare gli elettroni circolanti nell’acceleratore stesso.
A Marzo del ’45 arrivò l’ordine di trasferire i prigionieri da Amburgo al campo di concentramento Kiel. Nonostante la febbre alta che in quel momento aveva fu costretto a lasciare la prigione. Mentre marciava portando con sè un pesante pacco con i suoi libri, Touschek svenne, Un ufficiale delle SS prese la pistola e gli sparò alla testa. Lo colpì vicino all’orecchio sinistro. La ferita non era grave ma uscì molto sangue e pensando che fosse morto lo lasciarono lì svenuto.
LA LIBERAZIONE
Passò un gruppo di civili e mentre discutevano se l’uomo abbandonato sulla strada fosse morto o meno, Touschek si riprese e chiese di telefonare. Gli indicarono un edificio, che si rivelò essere un ospedale, dove lo curarono. Purtroppo il direttore chiamò la polizia e lo arrestarono di nuovo portandolo nel carcere di Altona. Nei suoi racconti di prigionia (ad Amaldi) Touschek descrisse questo secondo carcere come “antico” con guardie “gentili” nei confronti dei prigionieri.
Liberato dagli Inglesi riprese a lavorare al betatrone che nel frattempo era stato trasferito a Wrist vicino al confine Danese.
All’inizio del ’46 frequentò la prestigiosa Universita’ di Gottinga dove incontrò molti illustri fisici del tempo e si laureò.
GLASGOW
Nel Febbraio del 1947 Touschek partì per Glasgow dove era in costruzione un acceleratore di particelle di alta energia (per l’epoca): un sincrotrone di 350 MeV.
Lavorò sugli aspetti teorici dell’acceleratore e ottenne il diploma PhD (il nostro dottorato di ricerca) con una tesi sulla produzione di mesoni (particella di energia intermedia fra elettrone e protone) tramite gli elettroni.
Scrisse molti articoli teorici sui modelli nucleari, sulla produzione di pioni nell’urto protone-protone, sulla densita’ dei livelli di energia dei nuclei, ma soprattutto sul formalismo dell’elettrodinamica quantistica che riteneva una teoria tanto elegante che si potesse estendere alle interazioni
deboli precorrendo la teoria unificatrice elettro-debole.
BRUNO TOUSCHEK A ROMA
Nel Dicembre del 1952 Touschek tornò
a Roma, ospite della zia Ada, per
incontrare Bruno Ferretti, professore di
Fisica teorica del quale aveva letto gli
articoli scientifici.
Edoardo Amaldi, che era un vero
“talent scout”, si ricordo’ del brillante
giovane teorico Austriaco che era
stato a Roma nel 1938, gli offri’ un
posto all’Università di Roma e
Touschek accettò.
All’inizio lavorò con Radicati, Morpurgo e Cini su problemi fondamentali e le interazioni deboli. Dai racconti di Ferretti ad Amaldi risultava anche che Touschek aveva avuto l’idea, poi sviluppata da Weimberg e Salam, che si potessero unificare la teorie elettromagnetica e debole.
BRUNO TOUSCHEK LA MOTO E LE VIGNETTE
Con la moto che Touschek chiamava Josephin e che
riteneva in grado di portarlo a casa senza pericolo anche
quando aveva bevuto con gli amici, una notte ebbe un
incidente.
Andò a sbattere contro una macchina e picchiò la testa.
Quando lo portarono all’ospedale si arrabbiò moltissimo con
il primario. Mandarono a chiamare Valentino Braitemberg,
giovane psichiatra (divenuto poi il direttore del Max Plank
Institute di Gottinga), che parlava tedesco e gli fece evitare
una denuncia dicendo che era il trauma e non l’alcool che
aveva provocato la sfuriata. Da allora divennero grandissimi
amici!
Touschek non
perdeva
occasione con i
suoi disegni di
ironizzare sui
comportamenti
dei colleghi e
studenti
dell’Università.
TOUSCHEK E I LABORATORI DI FRASCATI
• Per capire il legame di Bruno Touschek con Il nostro territorio ed il
contributo importantissimo dato alla fisica degli acceleratori di particelle è
bene decrivere la nascita dei laboratori di Frascati
Discussione sul verso dei campi magnetici e del moto delle particelle
in un acceleratore
FISICA NUCLEARE IN ITALIA: ANTEFATTO
L’idea di proseguire il filone di studi sulla fisica atomica aperto da Enrico Fermi e dai ”ragazzi di via Panisperna” negli anni ‘20 era sempre stato forte.
Purtroppo prima la guerra poi le ristrettezze economiche legate al dopo-guerra rallentarono il progetto di costruire acceleratori di particelle di alta energia come si cominciava, invece, a fare in America. Ma il fermento di quella scuola che ormai era stata creata ed enumerava fra i migliori fisici nucleari e delle particelle del mondo non era arrestabile.
Nel 1948 fu creato sul Cervino un laboratorio per l’osservazione dei raggi cosmici nell’attesa di “farseli in casa con gli acceleratori”, come diceva Gilberto Bernardini, e alla Testa Grigia a 3500 m di altezza si incontrarono fisici di tutte le universita’ italiane istituendo forti legami personali e professionali che risultarono fondamentali per la crescita dell’INFN
COME SI DECISE LA COSTRUZIONE DEL
SINCROTRONE A FRASCATI
La richiesta di Amaldi e Gilberto Bernardini di costruire un acceleratore in Italia arrivò fino a De Gasperi, tramite Leone Cattani Ministro dei Lavori Pubblici, ma la finanza pubblica aveva altre priorità in quel periodo di ricostruzione.
Il prof. Francesco Giordani allora contatto’ l’onorevole Pietro Campilli, Ministro dell’Industria, che si rivelò fortemente interessato alle iniziative di studio sul nucleare.
Amaldi, Giordani e Campilli concordarono di istituire il Comitato Nazionale per la Ricerche Nucleari CNRN per Decreto del Presidente del Consiglio e finanziato dall’IRI e dal Ministero dell’Industria.
Si decise la costruzione di un Sincrotrone di energia compresa fra i 500 ed I 1000 MeV.
PERCHÈ FRASCATI?
Si contendevano la realizzazione del Laboratorio Milano, Roma e Pisa
Ma quando gli industriali milanesi capirono che il sincrotrone non era una macchina per ricerca sull’energia preferirono gli studi sulla realizzazione di un reattore nucleare (realizzato poi ad Ispra).
Il Ministro Campilli, illustre frascatano, convinse l’amico senatore Pietro Micara sindaco di Frascati a regalare un terreno dal curioso nome di Macchia dello Sterparo.
La costruzione del Sincrotrone e dell’inesistente centro di ricerca fu affidata a Giorgio Salvini
RICERCATORI A ROMA
Pisa 1955: Ricercatori in partenza per Roma. Nel 1955 la sezione
acceleratore dell'INFN di Pisa inizia il trasferimento a Roma per la
costruzione del sincrotrone. In seguito alla decisione di costruire il
sincrotrone a Frascati, la sezione acceleratore diventera' i “Laboratori
Nazionali di Frascati dell'INFN”.
L’AREA DEI LABORATORI
Il problema della mancanza d’acqua fu risolto scavando un pozzo
di 160 m “Assurdamente profondo fin quasi agli antipodi” (Touschek)
L’ELETTROSINCROTRONE DI FRASCATI
L’elettrosincrotrone è stato il primo acceleratore ad alta energia
realizzato in Italia. Fu approvato nel 1953 e la sua costruzione iniziò
nel 1957. Dopo appena due anni l’acceleratore era operativo.
NASCITA DEI MODERNI COLLIDER
La geniale idea di Bruno Touschek (1960) fu quella di
utilizzare come particelle collidenti, particelle ed
antiparticelle che, nella loro annichilazione, avrebbero
rilasciato tutta la loro energia per creare nuove particelle.
Inoltre i prodotti delle collisioni sarebbero stati
relativamente “semplici” rispetto a quelli prodotti dalla
collisione contro un bersaglio complesso.
Anello di
Rivelatore Accumulazion e
AdA (Anello di Accumulazione) 1960-1965
AdA e’ costituito da un
magnete a
focheggiamento
debole in grado di far
circolare particelle
(e+/e-) con una energia
di 250 MeV.
Registrazione dei primi elettroni accumulati in AdA. La vita media era 21 sec, il numero medio 2.3.
I PRIMI RICERCATORI AD
ADA
Fisici Teorici
Fisici Sperimentali
Giorgio
Ghigo
Carlo Bernardini Gianfranco Corazza
DA ADA A DANE:
LA STORIA DEI MODERNI ACCELERATORI INIZIA A FRASCATI
ADONE 1967-1993
DANE
(1996-)
ADA
COLLISORI
MATERIA- ANTIMATERIA
Sono qui elencati gli
acceleratori di particelle che
hanno utilizzato l’idea di
Touschek di far collidere
particelle e antiparticelle.
Da questi collisori sono stati
effettuati tutti gli esperimenti
piu’ importanti in fisica delle
particelle elementari
IN BREVE: COME SI ACCELERANO LE PARTICELLE
p momentum
v velocity
q charge
dp
q E v B
dt
LINEARI CIRCOLARI
APPLICAZIONI MEDICHE
PET: diagnostica oncologica
1) Produzione di radioisotopi: protoni da 7-100 MeV accelerati con ciclotroni o linac
2) Radioterapia con raggi X o elettroni
Foglio metallico per la
produzione di raggi x LINAC
Sistema di collimazione
APPLICAZIONI MEDICHE: ADROTERAPIA
Terapia antitumorale basata sull’irraggaimento con protoni e ioni pesanti.
E’ più efficace e più localizzata (risonanza di Bragg) rispetto a quella basata su elettroni o raggi X
Centri in funzione: CNAO a Pavia, PSI a Zurigo, Loma Linda in California, Giappone,…
Courtesy M. Pullia
TOUSCHEK PROFESSORE
Bruno partecipò allo studio dell’evoluzione di AdA che essendo l’acceleratore di energia più alta al mondo (di allora), fu chiamato
ADONE.
Già per AdA aveva studiato la perdita di particelle per urto all’interno del pacchetto di elettroni e positroni, detto effetto Touschek.
Studiò la teoria della stabilità del fascio e la dinamica delle traiettorie delle particelle.
Quando si entrò nella fase realizzativa ingegneristica, non essendo particolarmente interessato a piani di costruzione, ingegnerizzazioni etc. tornò allo studio teorico e all’insegnamento.
Fu un docente stimato soprattutto dagli studenti in quanto era disponibile con loro quanto intollerante con i difetti dei colleghi.
Non perse mai occasione di ironizzare sulle procedure inutili e sui comportamenti negativi sia dei docenti che degli studenti attraverso disegni che faceva durante le riunioni troppo lunghe
BRUNO TOUSCHEK E LA SUA EREDITÀ SCIENTIFICA
Bruno Touschek lavorò su argomenti di fisica teorica fondamentale quali
meccanica statistica, termodinamica e la reversibilità del mondo
microscopico.
Morì nel 1978 a 57 anni lasciando un’eredità scientifica enorme attraverso i suoi studi e l’influenza che aveva avuto sui suoi allievi.
Unfortunately Bruno
Touschek did not live
enough to see that
essentially all high
energy physics comes
from colliders... (C.
Bernardini)
Touschek è il nome del vostro Liceo: siatene orgogliosi!