In Ricordo di Rudolf Mössbauer (1929-2011)
Rudolf Mössbauer nato a Monaco di Baviera il 31 Gennaio 1929, si laurea in fisica con Heinz Maier-Leibnitz al Technische Universität München (TUM) nel 1955. La scelta fu per la fisica nonostante fosse un eccellente pianista. Andò poi al Max Planck Institute for Medical Research a Heidelberg, ma poiché questo istituto non faceva parte di un’Università tornò da Heinz Maier-Leibnitz e si addottorò con lui nel 1958 a Monaco dove rimase come ricercatore.
Nel 1960 fu invitato al California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena dove divenne Full Professor e qui ricevette il premio Nobel. Nel 1964 ritornò al TUM dove rimase come Full Professor fino al 1997 quando divenne Professore Emerito.
Dal 1972 al 1977 fu Direttore del Centro Internazionale di Ricerca Laue-Langevin (ILL), istituto di ricerca scientifica con sede a Grenoble (Francia).
Dal 1997 al 2000 fu nel Comitato Scientifico dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Ricevette molte onorificenze e fu membro di molte Accademie tra cui l’Accademia Pontificia delle Scienze e l’Accademia Nazionale delle Scienze.
Il contributo di Mössbauer alla fisica ha avuto un’importanza storica riconosciuta nel 1961 con l’assegnazione del Premio Nobel in Fisica per la scoperta dell’effetto che da lui prende il nome, avvenuta nel 1958, durante il suo lavoro di PhD. L’“Effetto Mössbauer” consiste nell’assorbimento risonante, da parte di nuclei atomici di radiazione γ emessa senza rinculo da nuclei della stessa specie legati in solidi. Tale fenomeno è alla base di una tecnica di spettroscopia γ ad alta risoluzione, la spettroscopia gamma risonante o spettroscopia Mössbauer.
L’emissione di radiazione avviene quando un nucleo atomico subisce una transizione energetica tra due livelli nucleari e passa a uno stato finale di energia inferiore a quello iniziale. Per la conservazione della quantità di moto, il nucleo emittente rincula nella direzione opposta a quella della radiazione. Mössbauer scoprì che, in opportune condizioni, era possibile avere emissione di radiazione gamma senza rinculo del nucleo emittente. Questo è possibile, per es., quando il nucleo è fortemente legato in un reticolo cristallino. In queste condizioni, infatti, l’energia del rinculo viene trasmessa a tutto il reticolo e può risultare inferiore all’energia minima necessaria per provocare eccitazioni vibrazionali, con la conseguenza che la radiazione viene emessa senza perdere energia. L’assorbimento risonante diviene allora un fenomeno osservabile ed è possibile studiare direttamente i livelli nucleari.
Il campo d’applicazione del metodo d’assorbimento risonante è piuttosto vasto ed è stato usato per dare risposte a molti interessanti interrogativi scientifici. Le principali applicazioni si riferiscono alla fisica dello stato solido, alla chimica pura e applicata, alla fisica nucleare, all’analisi di minerali, ai sistemi biologici compresa la fisica medica. Da ricordare un primo originale esperimento effettuato nel 1960 da R. Pound e G. Rebka usando questa spettroscopia: la verifica dello spostamento gravitazionale delle righe spettrali verso il rosso, quando la sorgente si trova a potenziale gravitazionale inferiore del rivelatore.
In Italia nel 1963 ricercatori di tre differenti laboratori a Milano CISE, Parma Università e ISPRA iniziarono ad occuparsi di spettroscopia Mössbauer, ma solo a Parma si proseguì e fu istituito il primo Gruppo Italiano di Spettroscopia Mössbauer.
Già nel 1959, poco dopo la scoperta di Mössbauer, W. M. Visscher ipotizzò un effetto simile, emissione e assorbimento senza rinculo, di neutrini emessi per cattura elettronica in nuclei immersi in un reticolo cristallino. Il fenomeno delle oscillazioni di questi “neutrini Mössbauer” avrebbe caratteristiche uniche, data l’energia molto bassa dei neutrini, 18,6 keV, e l’estremamente piccola larghezza della sua distribuzione.
A partire dal 1980 l’interesse scientifico di Mössbauer si rivolse allo studio delle proprietà dei neutrini. Partecipò ad un esperimento sulla ricerca delle oscillazioni degli antineutrini elettronici al reattore di potenza di Gösgen in Svizzera e all’esperimento GALLEX presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN. Questo difficile esperimento, rivelando per la prima volta i neutrini elettronici dal Sole a basse energie, dimostrò che “l’enigma dei neutrini solari” era dovuto non al Sole ma a proprietà al di fuori del modello standard del neutrino. Fu questo un contributo fondamentale alla scoperta delle oscillazioni dei neutrini.
In questo contesto, a partire dal 2005, Raju Raghavan, anche lui da poco scomparso (20 ottobre 2011), studiò un possibile esperimento nel quale l’elettrone del decadimento beta del trizio rimane legato all’atomo risultante di 3He e successivamente, un elettrone atomico e l’antineutrino elettronico, vengono assorbiti in maniera risonante da un 3He. I nuclei di 3H e 3He sono immersi in un reticolo (idruri metallici). L’effetto farebbe crescere la sezione d’urto di dodici ordini di grandezza rispetto ad un processo non risonante, rendendo possibile lo studio di proprietà del neutrino con rivelatori di massa ridotta (dell’ordine del chilogrammo).
L'attività scientifica di Mössbauer è stata alla base della formazione di vari studenti. Infatti Rudolf Mössbauer fu un eccellente maestro. Impartì numerosi corsi di fisica fra cui: Neutrino Physics, Neutrino Oscillations, The Unification of the Electromagnetic and Weak Interaction e The Interaction of Photons and Neutrons with Matter.
Mössbauer nel 1979 partecipò come relatore generale al Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica ad Ancona presentando il 6 ottobre, con grande successo, la relazione generale: “Resonant scattering of gamma- radiation”. Anche in quell’occasione dimostrò nei riguardi di tutte le persone con le quali si incontrò e discusse una naturale cordialità.
Ci piace ricordarlo come “Un fisico che ha rivitalizzato la scienza tedesca con la creazione di un nuovo tipo di spettroscopia” (Fritz Parak, Nature 2011).
Ida Ortalli e Simonetta Croci
Università di Parma