ALCUNE TRA LE PRINCIPALI SCOPERTE CHE HANNO RIGUARDATO LA “FISICA” TRA LA FINE DEL 1800 E LA PRIMA META' DEL 1900

ANNO	CHI? CHE COSA?	PUNTI CHIAVE
1880	Thomas EDISON brevetta la lampada ad incandescenza con filamento in carbonio.	La lampada ad incandescenza e' una fonte luminosa artificiale. La luce viene prodotta dal riscaldamento di un filamento attraversato da corrente elettrica.
1896	Henry BECQUEREL ed i coniugi Pierre e Marie CURIE scoprono la radioattivita' naturale.	Radioattivita': fenomeno secondo il quale alcuni nuclei atomici non stabili, emettendo particelle, si trasformano in altri nuclei di energia inferiore. Becquerel ed i coniugi Curie scoprirono che determinati minerali, contenenti uranio e radio, impressionavano lastre fotografiche poste nelle loro vicinanze. Grazie a questa proprieta', l'uranio, il radio ed il polonio furono denominati “elementi attivi” ed il fenomeno di emissione di particelle fu chiamato “radioattivita'”.
1897	Joseph John THOMSON scopre l'elettrone. Guglielmo MARCONI inventa il radiotelegrafo.	Elettrone: particella presente in tutti gli atomi costituenti la materia. Radiotelegrafo: sistema di comunicazione a distanza senza fili, capace di trasmettere e di ricevere dati per mezzo di onde radio.
1899	Joseph John THOMSON propone il modello atomico a panettone, con gli elettroni distribuiti all'interno di una sfera piena carica positivamente.	Modello atomico di THOMSON: Modello a panettone.
1900	Max PLANCK formula la TEORIA DEI QUANTI.	L'energia della radiazione emessa o assorbita da un corpo nero non viene emessa e assorbita con continuita', ma in quantita' discrete dette QUANTI.
1903	William David COOLIDGE introduce l'uso del filamento di tungsteno nella lampada ad incandescenza.	La produzione di luce avviene per irraggiamento di fotoni, prodotto dal surriscaldamento del filamento metallico di tungsteno quando questo e' attraversato da corrente elettrica.
1905	Albert EINSTEIN, riprendendo le idee di Planck, propone il quanto di luce (fotone) e, considerandolo una particella, interpreta l'EFFETTO FOTOELETTRICO. Albert EINSTEIN formula la Teoria della Relativita' ristretta (o speciale).	Teoria Quantistica proposta da EINSTEIN: la radiazione elettromagnetica e' costituita da un insieme di particelle (i fotoni) di energia E = hʋ. La Teoria della Relativita' ristretta (o speciale) si basa sui seguenti postulati: Principio di Relativita': “tutte le leggi della Fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali, ossia in moto rettilineo uniforme uno rispetto all'altro”. Invarianza della velocita' della luce: “la velocita' di propagazione della luce nel vuoto e' costante, indipendentemente dal moto del sistema di riferimento in cui essa viene misurata”. Effetti della Relativita' ristretta: La dilatazione dei tempi: in un dato sistema di riferimento, l'intervallo di tempo misurato tra due eventi che si verificano in uno stesso punto e' detto *tempo proprio. In un altro sistema di riferimento, nel quale gli eventi si verificano in punti diversi, l'intervallo di tempo tra gli eventi risulta essere sempre piu' lungo del tempo proprio. Questo risultato e' noto come “dilatazione dei tempi”. La contrazione delle lunghezze: la lunghezza di un corpo, misurata nel sistema di riferimento in cui il corpo e' fermo, e' chiamata* **lunghezza propria del corpo. In un sistema di riferimento rispetto al quale il corpo si muove, la lunghezza misurata e' minore della sua lunghezza propria. Questo fenomeno e' detto “contrazione delle lunghezze”.**
1910 - 1912	Robert Andrews MILLIKAN determina, con notevole precisione, la carica dell'elettrone.	Il valore della carica dell'elettrone e': 1,601x10^-19Coulomb.
1911	Ernest RUTHERFORD propone un modello atomico con gli elettroni che ruotano attorno ad un nucleo nel quale e' concentrata tutta la carica positiva.	Modello atomico di RUTHERFORD: secondo il modello di Rutherford la carica positiva di un atomo e quasi tutta la sua massa sono concentrate nel minuscolo nucleo che e' circondato dagli elettroni carichi negativamente. Il nucleo di un atomo e' costituito sia da particelle chiamate protoni di carica +e, responsabili della carica positiva del nucleo, sia da particelle prive di carica elettrica, dette neutroni. Il numero di protoni nel nucleo, definito numero atomico Z, cambia da un elemento chimico all'altro. La carica complessiva di un nucleo di numero atomico Z e' +Ze. Un atomo per essere neutro deve possedere un numero Z di protoni uguale a quello degli elettroni. L'atomo di RUTHERFORD e' instabile: ogni particella carica, se accelerata, irradia onde elettromagnetiche e, cosi' facendo, perde energia. Pertanto, un elettrone che ruota attorno al nucleo finirebbe molto presto contro un protone e l'atomo rimarrebbe in vita solo una frazione di secondo.
1913	Niels BOHR applica le idee di Einstein relative alla quantizzazione dell'energia e, con successo, costruisce una teoria sulla struttura atomica, basata sui concetti quantistici.	Modello atomico di BOHR: le orbite degli elettroni sono quantizzate. In un atomo gli elettroni possono trovarsi solo in determinati livelli energetici detti “stati quantici”. Quando gli elettroni di un atomo sono in uno stato quantico non si ha emissione di energia. Viene emesso un "quanto" di energia solo quando un elettrone passa da un livello di energia maggiore ad un livello di energia minore; la differenza tra le energie dei due stati quantici e' proprio pari al quanto emesso: E_sup- E_inf= hʋ. Quando l'atomo e' colpito da radiazione di una certa frequenza, l'assorbimento di un quanto di energia permette il passaggio di un elettrone da un livello energetico inferiore ad uno superiore.
1916	Albert EINSTEIN espone la Teoria della Relativita' generale.	La Teoria della Relativita' generale riguarda i sistemi di riferimento accelerati e la gravitazione. Essa si basa su due principi: Principio di Relativita' generale: “tutte le leggi della Fisica devono potersi esprimere mediante equazioni matematiche valide in qualunque sistema di coordinate”. Ossia: “le leggi della Fisica devono risultare covarianti rispetto a qualunque situazione”. Dunque, tutte la leggi della Fisica devono essere formulate in modo da non dover dipendere dal luogo in cui vengono applicate e dal moto dell'osservatore. Principio di equivalenza: “un campo gravitazionale omogeneo e' del tutto equivalente ad un sistema di riferimento uniformemente accelerato”. Con la Teoria della Relativita' generale lo spazio ed il tempo assoluti della teoria newtoniana vengono sostituiti con una entita' a quattro dimensioni detta “spazio-tempo” (tre dimensioni spaziali + una dimensione temporale). Il tempo e lo spazio, oltre a non essere piu' assoluti, sono intrinsecamente connessi. Aspetti della Relativita' generale: Moto in presenza di gravita': Einstein interpreta la gravitazione come il moto inerziale delle masse all'interno di uno spazio-tempo incurvato. Einstein deduce che la deflessione di un raggio di luce sia dovuta al campo gravitazionale solare.
1923	Arthur COMPTON scopre la natura quantica dei raggi X e conferma che: il fotone e' una particella, la cui quantita' di moto e' p = E/c con E = hʋ.	Urto fotone-elettrone I risultati sperimentali ottenuti da COMPTON dimostrano che: Un fotone che urta contro un elettrone immobile gli trasferisce energia e quantita' di moto, cambiando direzione dopo l'urto. Il raggio diffuso ha sempre una lunghezza d'onda maggiore (e quindi una frequenza minore) del raggio incidente.
1924	Louis de BROGLIE postula le proprieta' ondulatorie della materia.	Gli elettroni, pensati di solito come particelle, presentano anche proprieta' ondulatorie tipiche dei fenomeni di interferenza e diffrazione. La lunghezza d'onda associata all'ONDA DI MATERIA e': λ = h/p
1925	Wolfgang PAULI formula il PRINCIPIO DI ESCLUSIONE per gli elettroni in un atomo.	Lo stato di ciascun elettrone in un atomo e' definito da quattro numeri quantici: n, l, m_led m_s. Il Principio di esclusione di Pauli afferma che: in un atomo, due elettroni che hanno la stessa serie di numeri quantici n, l ed m_l non possono avere lo stesso numero quantico di spin m_s, quindi i due elettroni devono avere spin opposto.
1926	Erwin SCHRÖDINGER sviluppa la MECCANICA ONDULATORIA. Max BORN da' un'interpretazione in termini probabilistici della Meccanica ondulatoria. Gilbert Newton LEWIS propone il nome "fotone" per il quanto di luce.	SCHRÖDINGER sostituisce al concetto di traiettoria precisa di una particella quello di funzione d'onda, cioe' una funzione matematica capace di descrivere il comportamento di un corpuscolo materiale considerandolo un'onda. Modello atomico di SCHRÖDINGER: l'elettrone e' descritto da un'onda che rappresenta quella regione di spazio con la piu' alta probabilita' di essere occupata dall'elettrone.
1927	Werner HEISENBERG formula il PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE.	Principio di indeterminazione: “Non e' possibile determinare simultaneamente con precisione la posizione e la quantita' di moto di una particella”. Maggiore e' l'accuratezza nel determinare la posizione della particella, minore sara' la precisione con la quale puo' essere accertata la sua velocita', e viceversa. L'espressione matematica del principio di indeterminazione e': Δx·Δp ≥ h/4π Lo stesso principio di indeterminazione si applica all'energia ed al tempo: “in un tempo molto breve l'energia non e' definita”; la relativa espressione matematica e': ΔE·Δt ≥ ћ/2
1928	Paul DIRAC formula la Meccanica Quantistica Relativistica ed arriva a teorizzare l'antimateria.	Meccanica Quantistica Relativistica - teoria capace di: conciliare i principi della Meccanica Quantistica con quelli della Relativita' ristretta; descrivere il comportamento dell'elettrone dal punto di vista relativistico. Dirac introduce un'equazione consistente con la Relativita'. Si tratta di un'equazione che ha la stessa forma in ogni sistema di riferimento, rimanendo invariata nelle trasformazioni di spazio e tempo richieste dalla Teoria della Relativita'. Tale equazione e' in grado di spiegare il comportamento degli elettroni ad ogni velocita', fino alla velocita' della luce. Antimateria: la teoria formulata da Dirac prevede per ogni particella, dotata di carica elettrica, l'esistenza di un'altra particella dotata di massa identica e carica opposta.
1930	La Meccanica Quantistica e la Relativita' Ristretta sono ben consolidate. Esistono solo tre particelle fondamentali: “elettroni, protoni e fotoni”.	Elettrone: il valore della carica elettrica e' di -1,602×10^-19Coulomb. La massa a riposo vale 9,1093826(16)×10^-31kg. Protone: il valore della carica elettrica e' pari a 1,602×10^-19Coulomb, uguale a quello dell'elettrone ma di segno opposto. La massa a riposo e' circa 1836 volte superiore a quella dell'elettrone e vale 1,6726231×10^-27kg. Fotone: dal punto di vista particellare, un fotone ha massa nulla e non trasporta alcuna carica elettrica. Dal punto di vista ondulatorio, un fotone ha una sua frequenza di vibrazione ʋ ed una sua lunghezza d'onda λ. Il prodotto tra la frequenza ʋ e la lunghezza d'onda λ e' pari alla velocita' di propagazione della luce: λʋ = c. Nel vuoto, i fotoni si propagano sempre alla velocita' della luce c = 3×10⁸ m/s. I fotoni trasportano un'energia E proporzionale alla frequenza ʋ: E = hʋ con “h” costante di Planck.
1931	Paul DIRAC afferma che le particelle con carica elettrica positiva, richieste dalla sua equazione, sono nuovi oggetti: “i positroni”.	I positroni sono esattamente come gli elettroni, ma hanno carica positiva. Il positrone e' il primo esempio di antiparticella.
1932	James CHADWICK scopre il neutrone.	Il neutrone e' una particella priva di carica elettrica ed, insieme al protone, e' la particella fondamentale di ogni nucleo atomico. La sua massa, uguale a quella del protone, e' pari a 1,67·10^-27kg.
1933	Ettore MAJORANA elabora una teoria relativa ai nuclei atomici e fornisce un fondamentale contributo alla nascita della Fisica teorica nucleare.	La teoria elaborata da MAJORANA e' basata su "forze di scambio tra protoni e neutroni”, le quali assicurano stabilita' al nucleo atomico. Tali forze sono dette “forze di Majorana”.
1934	Frédéric JOLIOT e Irène CURIE scoprono la radioattivita' artificiale provocata dal bombardamento di atomi di alluminio con particelle alfa. Enrico FERMI scopre la radioattivita' indotta dal bombardamento con neutroni.	Radioattivita' artificiale provocata dal bombardamento di atomi di alluminio con particelle alfa. Reazione nucleare: ²⁷₁₃Al + ⁴₂α → ³⁰₁₅P + ¹₀n ³⁰₁₅P → ³⁰₁₄Si + e⁺ Radioattivita' indotta dal bombardamento con neutroni. Di seguito e' riportato cio' che accade quando il fluoro viene bombardato con neutroni: ¹⁹₉F + n¹→ ¹⁶₇N + ⁴₂α ¹⁶₇N → ¹⁶₈O + β^-
1938	Un gruppo di scienziati tedeschi scopre la possibilita' di scindere gli atomi di uranio bombardandoli con neutroni. Viene scoperta la fissione nucleare.	Fissione nucleare: si ha quando un nucleo di un atomo pesante (per esempio ²³⁵U o ²³⁹Pu) si scinde in due nuclei piu' piccoli di massa confrontabile. Questa trasformazione puo' avvenire spontaneamente, oppure puo' essere stimolata bombardando un nucleo pesante con neutroni.
1940	Hans Albrecht BETHE scopre le reazioni di fusione all'interno del Sole.	Fusione nucleare: nelle reazioni di fusione nucleare due nuclei atomici leggeri si fondono dando luogo ad un nucleo atomico piu' pesante.
1941	Christian MOLLER e Abraham PAIS introducono il termine "nucleone" per indicare genericamente sia i protoni che i neutroni.
1942	Viene messo in funzione a Chicago il primo reattore nucleare.
1945	Avviene la prima esplosione della bomba a fissione.
1947-1950	Il brasiliano Cesare LATTES, l'inglese Cecil Frank POWELL e Giuseppe OCCHIALINI scoprono, a Bristol (Inghilterra), la particella denominata “pione”.	Pione: particella instabile detta anche mesone π. La sua esistenza fu predetta dal fisico giapponese Yukawa nel 1935, per spiegare la forza di legame nucleare. Il pione puo' presentarsi in tre stati elettrici, indicati rispettivamente con: π⁺ (carica positiva), π⁰(carica neutra), π^-(carica negativa). I pioni carichi decadono con un tempo di vita media di circa 20 ns, formando muoni e neutrini muonici; piu' raramente decadono in un positrone o in un elettrone. I pioni neutri decadono con un tempo di vita molto piu' breve di quello dei pioni carichi, circa 8 ordini di grandezza inferiore. I pioni hanno spin nullo, massa pari a circa 270 volte quella dell'elettrone e risultano composti di quark di prima generazione. Un pione π⁺ puo' combinarsi con un pione π⁻ e formare un atomo detto pionio. I pioni carichi sono stati osservati per la prima volta nel 1947 nella radiazione cosmica, mentre i primi pioni neutri sono stati rilevati nel 1950. I pioni possono essere prodotti anche artificialmente in esperimenti di scattering di nucleoni ad alta energia (almeno 300 MeV).
1955	Emilio SEGRÉ, con il suo gruppo di Berkeley, dimostra l'esistenza dell' “antiprotone” (la prima antiparticella pesante). Gli scienziati, per dimostrare l'esistenza dell'antiprotone, bombardarono un bersaglio di rame con protoni di 6 GeV.	L'esistenza dell'antiprotone fu proposta inizialmente da Paul DIRAC, durante il suo discorso fatto in occasione della consegna del Premio Nobel per la Fisica, nel 1933. Il premio fu attribuito a Dirac proprio perche' egli, nei suoi studi, aveva previsto l'esistenza dell'antimateria. L'antiprotone, il cui simbolo e' p̄, (pronunciato p-bar), e' l'antiparticella del protone; esso possiede massa e spin uguali a quelli del protone, ma carica elettrica uguale ed opposta. Gli antiprotoni sono intrinsecamente stabili ma, in natura, hanno vita breve, in quanto ogni collisione con un protone causa l'annichilazione di entrambe le particelle con rilascio di energia. L'annichilazione protone-antiprotone produce pioni.