Forse non tutti sanno che a Forme di Massa d’Albe (AQ), a otto chilometri da Avezzano, è sepolto uno degli scienziati italiani più autorevoli del XX secolo che ha dato “luce” all’esistenza dei Raggi Cosmici invisibili e fino allora sconosciuti: ll Prof. Domenico Leone Pacini.
I Raggi Cosmici sono particelle e nuclei atomici di alta energia che, muovendosi quasi alla velocità della luce, colpiscono la Terra da ogni direzione. Come dice il nome stesso, provengono dal Cosmo, cioè dallo spazio che ci circonda. La loro origine è sia galattica che extragalattica.
Domenico Pacini fu il fisico e meteorologo anticipatore dello studio sperimentale che ha portato alla scoperta dei raggi cosmici attraverso lo studio della radioattività. Per diversi motivi Pacini fu dimenticato e il fisico austriaco Victor Franz Hess, naturalizzato statunitense, è celebrato come lo scopritore dei raggi cosmici, seppur gli studi di Pacini furono precedenti rispetto a quelli condotti da Hess.
Due anni dopo la morte di Pacini (1932), Hess ottenne il premio Nobel per la fisica nonché il merito della scoperta dei raggi cosmici in virtù dei suoi sperimenti condotti in alta quota, nonostante fosse stato Domenico Pacini a compiere i primi studi nei fondali marini.
A riportare alla luce l’autorità scientifica di Domenico Pacini, attraverso le sue pubblicazioni, tra altri è stato il Prof. Alessandro De Angelis ordinario di Fisica all’Università di Udine e al Politecnico di Lisbona e collaboratore degli Istituti Nazionali di Fisica Nucleare e di Astrofisica, responsabile nazionale e vicepresidente del telescopio MAGIC alle isole Canarie, membro fondatore del telescopio spaziale Fermi della NASA. Negli anni ’90 è stato membro dello staff del CERN di Ginevra.
Il Prof. De Angelis è uno studioso della fisica fondamentale ed è autore di oltre 500 pubblicazioni tra le quali una decina sulle prestigiose riviste Science e Nature. Una delle sue pubblicazioni è la seguente: “Domenico Pacini, the forgotten pioneer of the discovery of cosmic rays” (Alessandro De Angelis, Nicola Giglietto, Sebastiano Stramaglia).
Il Prof. De Angelis, con il supporto dell’università di Bari è riuscito a ricostruire i percorsi di Domenico Pacini esposti anche nel suo libro: L’Enigma Dei Raggi Cosmici – Editore Springer Verlag, 2011, un testo divulgativo adatto sia a neofiti che appassionati che riporta importanti informazioni storiche quasi introvabili, oltre a trascrizioni originali degli scritti di Domenico Pacini nel Nuovo Cimento e della storica pubblicazione di Victor Hess sullo Physicalische Zeitschrift del 1912.
Sette anni fa, il 4 giugno 2011 a Forme di Massa d’Albe, grazie alla Proloco delle Forme, è stata celebrata una giornata di approfondimento e studio con tutti gli onori per questo grande scienziato eclissato dal tempo. Tra i relatori il Prof. De Angelis e il Prof. Paolo Spinelli dell’Università di Bari, il Prof. Cesare Bacci della Terza Università di Roma, il Prof. Piero Spillantini dell’Università di Firenze, Il Prof. Sergio Petrera dell’Università degli Studi di L’Aquila e il Dott. Aurelio Grillo dei Laboratori del Gran Sasso. È stata istituita nello stesso cerimoniale una borsa di studio per gli studenti del liceo scientifico di Avezzano.
Nello stesso anno, a Pechino, al “Congresso Mondiale di Fisica”, tenutosi il 15 e il 16 Agosto, in una sezione è stato ricordato, come illustre scienziato pioniere dello studio dei raggi cosmici, Domenico Pacini.
Nel 2012, anno della celebrazione del centenario della scoperta dei raggi cosmici, Alessia Mattacchioni della U.O. Fisica Sanitaria AUSL RMH – Albano (RM) e Mario Reggio Curatore del Museo virtuale AIFM, hanno elaborato un articolo dal titolo “Alle Origini dell’avventura dei raggi cosmici. Breve ricordo di uno scienziato dimenticato e della tecnologia a sua disposizione”, allo scopo di restituire la giusta collocazione nella memoria storica ad un personaggio insigne della fisica italiana quale è stato Domenico Pacini.
La settimana scientifica 2018 organizzata dal liceo Scientifico “Vitruvio Pollione” di Avezzano ha fatto riemergere nuovamente la figura dello scienziato dimenticato e molti visitatori, ignari, hanno potuto fare questa “scoperta” visitando le aule del Liceo sorpresi e stupiti nell’apprendere che a Forme di Massa D’Albe è vissuto ed è sepolto una delle menti più acute dell’ancor vicino secolo scorso. Sono stati riprodotti dagli allievi del Vitruvio gli esperimenti attestanti gli studi e le verità del Pacini attraverso la cosiddetta Camera a Nebbia, che riesce a rendere visibile l’invisibile.
Ma chi era Domenico Leone Pacini?
Esattamente 140 anni fa, Domenico Leone Pacini nasceva a Marino, in provincia di Roma, il 20 Febbraio 1878, da Filippo Pacini e da Giovanna Annunziata Mecheri.
Il padre Filippo, originario di Scanzano di Foligno, sottufficiale dell’esercito pontificio, nel 1870 fu fatto prigioniero e inviato al carcere di Peschiera, si laureò in seguito in filosofia, presso l’Università Pontificia. Nel 1885, per ragioni di salute della moglie, si trasferì a Roma ed in seguito a Forme di Massa d’Albe, dove era amministratore delle tenute dei Conti Pace. Domenico Pacini, allora, aveva soli 7 anni e con i genitori e le tre sorelle visse a Forme di Massa D’Albe sino all’età degli studi superiori che frequentò a Roma presso la sezione fisico-matematica dell’Istituto Leonardo da Vinci.
Nel 1902 Si laureò in Fisica alla Facoltà di Scienze dell’Università di Roma, dove per tre anni fu l’assistente del noto Prof. Pietro Blaserna, fondatore della Società Italiana di Fisica, di cui fu il primo presidente, e dell’Istituto per la Meteorologia e la Geodinamica, oggi chiamato Istituto Nazionale di Geofisica. Il giovane Pacini si dedicò alle ricerche sulla conducibilità elettrica nei mezzi gassosi sotto la supervisione del Pof. Alfonso Sella. In questi tre anni, altresì, approfondì gli studi sulla ionizzazione dell’aria e perfezionò sia gli strumenti di misura che le tecniche.
Nei primi anni del 1900 era nota l’esistenza della radioattività naturale sulla terra, ed i ricercatori cominciarono a chiedersi da dove potesse avere origine. Una delle ipotesi più accreditate era quella che potesse essere irradiata dalla crosta terrestre.
Pacini studiando la ionizzazione dell’aria riuscì a dimostrare che parte della radioattività presente sulla superficie terrestre abbia in realtà una origine che non è propria del pianeta Terra, essendo dovuta ai cosiddetti raggi cosmici, che sappiamo oggi essere principalmente protoni e nuclei di elio accelerati da sorgenti astrofisiche.
Nel 1907 Pacini iniziò ad intraprendere lo studio sperimentale attraverso una serie di misure sistematiche della concentrazione di alcuni ioni presenti nell’aria a Roma, nella campagna romana e in varie località montane dell’Appennino abruzzese ed emiliano. Da Castelfranco Veneto al Monte Velino, il Prof. Pacini applicò una nuova tecnica per distinguere i diversi agenti ionizzanti e, grazie a una lunga serie di osservazioni, si convinse che, in disaccordo rispetto al punto di vista dominante all’epoca, una parte non trascurabile della radiazione penetrante misurata sulla superficie della Terra fosse indipendente dall’emissione da parte del suolo. Questi primi studi sistematici furono utilizzati come riferimento da numerosi scienziati dell’epoca ed in particolare da Marie Curie nel suo trattato sulla radioattività.
Il Prof. Blaserna introdusse Pacini all’Accademia dei Lincei, dandogli modo di presentare e pubblicare la sua teoria sull’origine della radiazione (Sulle radiazioni penetranti, in Rendiconti della r. Accademia nazionale dei Lincei, classe di scienze fisiche, matematiche e naturali, XVIII [1909], pp. 123-129).
In seguito a successive misure, sulla terraferma e in mare, Pacini raggiunse ulteriori evidenze circostanziali dell’esistenza di una radiazione di origine extraterrestre – La radiazione penetrante sul mare, in Annali del Regio Ufficio centrale di meteorologia, XXXII [1910], pt. I, pp. 1-17; La radiation pénétrante sur la mer, in Le radium,VIII [1911], pp. 307-312).
Altre misure sperimentali furono condotte nella profondità delle acque del Mar Ligure, antistanti l’Accademia Navale di Livorno. Per poter condurre i suoi studi fu messa a sua disposizione, dalla stessa Accademia, una nave della Regia Marina Militare Italiana, il cacciator pediniere «Fulmine».
L’esperimento decisivo fu compiuto nel giugno 1911. A 300 metri dalla costa ligure, Pacini misurò diverse volte la ionizzazione specifica dell’aria sulla superficie dell’acqua e le stesse prove le replicò a 3 metri di profondità, riscontrando che la radioattività in profondità corrispondeva ad un valore circa cinque volte minore della radioattività determinata in superficie. Per avvalorare ancor più tali risultati, quattro mesi dopo, condusse lo stesso esperimento nelle acque del lago di Bracciano ottenendo dei risultati in linea con i precedenti. Dall’interpretazione dei dati ottenuti fu stimato che circa un quinto della radiazione proveniente dall’alto era assorbita dallo strato superficiale dell’acqua; l’interpretazione dei risultati da parte del Prof. Pacini risulta corretta allo stato delle conoscenze attuali.
Oltre che per il risultati sperimentali Pacini detiene un posto di grande rilievo nella storia della fisica poiché introdusse per la prima volta la tecnica di misurazione della radiazione sotto uno strato di acqua usato come schermo, tecnica usata anche nei moderni esperimenti di astrofisica e delle alte energie.
Il Prof. Pacini pubblicò i suoi risultati definitivi nel febbraio 1912 (La radiazione penetrante alla superficie ed in seno alle acque, in Nuovo Cimento, VI [1912], 3, pp. 93-100), concludendo l’articolo con l’affermazione di aver dimostrato come «esista nell’atmosfera una sensibile causa ionizzante, con radiazioni penetranti, indipendente dall’azione diretta delle sostanze radioattive del terreno».
La Nota di Domenico Pacini è un documento prezioso e rappresenta un punto di svolta negli studi sull’origine di quello che era considerato un misterioso fenomeno, ha segnato l’inizio della tecnica subacquea per gli studi dei raggi cosmici, tecnica che continua ad essere impiegata ancora oggi.
Nel 1910 Theodore Wulf aveva misurato la ionizzazione in cima alla Torre Eiffel trovando un valore superiore a quanto ci si sarebbe dovuto aspettare se l’effetto fosse stato da attribuire soltanto alla radiazione emessa dal suolo. Altri scienziati montarono i loro strumenti su palloni per registrare la ionizzazione a livelli ancora superiori, ma i risultati non furono conclusivi a causa della strumentazione inadeguata. Per oltre un decennio, esperimenti condotti da fisici di vari Paesi europei portarono a risultati contraddittori. Utilizzando strumenti in grado di sopportare gli sbalzi di temperatura e pressione caratteristici delle quote elevate, il fisico austriaco Victor Hess organizzò tra il 1910 e il 1913 una decina di spedizioni in pallone trovando che inizialmente la ionizzazione diminuiva con l’altitudine, ma poi iniziava ad aumentare rapidamente. All’altezza di varie miglia, la ionizzazione risultava molto maggiore di quella presente sulla superficie terrestre. Un esperimento decisivo fu effettuato da Hess il 7 agosto del 1912. Il pallone volò per due ore e mezza, superando la quota di 5.000 metri: a quelle altitudini la ionizzazione risultò doppia rispetto ai valori misurati a terra. Hess fu quindi in grado di trarre la seguente conclusione: “I risultati delle mie osservazioni si spiegano meglio assumendo che una radiazione di alto potere ionizzante entri dall’alto nella nostra atmosfera”. Voli successivi effettuati dal tedesco Werner Kolhörster confermarono che la radiazione penetrante a 9 chilometri di altezza era 10 volte superiore a quella a terra e che la sua capacità di essere assorbita da schermi metallici risultava di gran lunga inferiore rispetto a quella dei raggi gamma di origine naturale, i più penetranti conosciuti all’epoca.
Seppure insignito soltanto nel 1936 del premio Nobel per la Fisica, Victor Hess è universalmente considerato lo scopritore della radiazione extraterrestre, che lui stesso aveva inizialmente denominato Höhenstrahlung, radiazione dall’alto, e che successivamente il fisico americano Robert Millikan aveva felicemente ribattezzato raggi cosmici.
Hess pubblicò in lingua tedesca il suo risultato nel settembre 1912 nella rivista scientifica Physikalische Zeitschrift (Über Beobachtungen der durchdringenden Strahlung bei sieben Freiballonfahrten, XIII, pp. 1084-1091), citando i primi lavori di Pacini ma non l’ultimo e definitivo.
Pacini si sentì vittima di una ingiustizia consapevole che Hess fosse a conoscenza dell’articolo del febbraio 1912 apparso nel Nuovo Cimento e l’avesse volutamente omesso dai riferimenti bibliografici.
Nel luglio 1913 Pacini ottenne la libera docenza in Fisica Sperimentale, su proposta di una commissione presieduta da Vito Volterra. Fu professore incaricato a Roma dal 1915 al 1919 per il corso di Scienze Naturali.
Il Prof. Pacini, che aveva raggiunto le sue importanti conclusioni un anno prima di Hess, in una lettera del 6 marzo 1920 lo contattò per far notare il suo rammarico per la mancanza di citazioni riguardo i risultati degli esperimenti italiani.
Lettera di Domenico Pacini a Hess:
“…ho potuto vedere alcune Sue pubblicazioni sui fenomeni elettro-atmosferici da Lei Spedite al direttore del R. Ufficio Centrale di Meteorologia e Geodinamica (…) Mentre devo farle in proposito i miei complimenti per la chiarezza con cui espone in forma semplice lo stato della importante questione, mi duole che non siano stati citati affatto i lavori italiani su questo argomento, lavori a cui spetta senza dubbio la priorità, per quanto si riferisce alla previsione delle importantissime conclusioni a cui sono successivamente pervenuti il Gockel, Ella stessa, signor Hess, ed il Kolhörster; e tanto più me ne duole, in quanto, nelle mie pubblicazioni, io non ho mai dimenticato parlare e citare chi di dovere…“.
La risposta di Hess fu immediata e cortese:
“Caro professore, la sua importante lettera datata 6 marzo è stata per me particolarmente preziosa perché mi ha dato l’opportunità di ristabilire i nostri legami che, purtroppo, sono stati interrotti durante la guerra. (…) Il mio breve saggio ‘Die Frage der durchdring. Strahlung ausserterrestrischen Ursprunges‘ è una relazione ad una conferenza pubblica, e non ha quindi alcuna pretesa di completezza. Dal momento che riporta le misure del primo pallone, non ho fornito una spiegazione approfondita delle sue misure di mare, che mi sono ben note. Quindi la prego di scusarmi per la mia scortese omissione, che era veramente lontana dai miei scopi […]“.
Intanto per nel 1936 il Premio Nobel per la scoperta dei raggi cosmici fu assegnato a Victor Franz Hess e a Carl David Anderson.
Pacini fu ancora professore incaricato a Roma dal 1924 al 1925 per il corso di Fisica Terrestre. Nel 1926 partecipò a un concorso a cattedra in Fisica Sperimentale presso l’Università di Bari e fu classificato al terzo posto. A seguito della rinuncia dei primi due candidati, optò per il ruolo di professore straordinario a Bari dal 1928, dimettendosi pertanto dall’ Ufficio Centrale di Meteorologia e Geodinamica in cui, nel 1927, era stato promosso a geofisico principale.
A Bari fu incaricato dell’istituzione degli studi di fisica della facoltà di Medicina e della riorganizzazione dell’Istituto di Fisica, che diresse. Insegnò Fisica Generale per Scienze della Vita e Mineralogia. I suoi interessi di ricerca si volsero principalmente ai processi di diffusione della luce nell’atmosfera e allo studio della formazione di aerosol.
Nel 1932 Guglielmo Marconi lo nominò membro del Comitato per l’Astronomia, La Matematica applicata e la Fisica in seno al consiglio Nazionale delle ricerche.
Nel 1933 organizzò insieme a Quirino Majorana (zio di Ettore Majorana, professore di Fisica sperimentale a Roma, al Politecnico di Torino e a Bologna) il Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica.
L’accettazione delle conclusioni di Pacini e Hess da parte della comunità scientifica fu, in ogni caso, contrastata a lungo e solo nel 1936 il premio Nobel per la scoperta dei raggi cosmici fu assegnato a Hess, dopo che sia gli esperimenti subacquei sia quelli in quota erano stati riprodotti con successo dall’americano Robert Millikan e da altri scienziati, e dopo che con grande risonanza nel mondo scientifico le prime particelle di antimateria erano state scoperte nella radiazione cosmica.
Pacini non era candidabile al Nobel in quanto morto da due anni, ma il suo contributo scientifico fu riconosciuto nella relazione della Reale Accademia delle Scienze di Svezia, presentata da Erik Hulthén, che motivò l’assegnazione del premio; lo stesso Hess riconobbe correttamente il contributo di Pacini in una monografia sugli effetti dei raggi cosmici pubblicata in tarda età.
Domenico Pacini morì di polmonite a Roma il 23 maggio 1934, soltanto un anno dopo la morte della propria mamma, e dopo poco più di mese dal suo matrimonio con Pierina Rangoni da Bologna il 7 aprile del 1934. Non lasciò figli. Fu sepolto al cimitero del Verano a Roma, nel 1988 la salma fu poi traslata al cimitero delle Forme, dove è ancora custodita, accanto alla propria madre. Nelle vicinanze delle Forme è ancora stabile parte della discendenza delle sorelle di Pacini, Ada ed Augusta.
Il Prof. Domenico Leone Pacini è tornato e riposa a Forme di Massa D’Albe dove i suoi occhi di bambino si sono lasciati sorprendere dallo stupore e dalla sua innata curiosità per i fenomeni naturali, dove la sua mente si è orientata verso gli studi di fisica, dove ha cominciato ad affermare la propria personalità, il suo trasporto e la dedizione allo studio dell’invisibile.
Possiamo essere onorati che la Marsica custodisca un grande scienziato che ha lanciato le basi per ulteriori grandi scoperte che stanno portando l’uomo a comprendere e a colonizzare gli spazi siderali del cosmo. Dal suo primo esperimento ad oggi i raggi cosmici sono stati intensamente studiati. Dal 1920 al 1950, fino all’affermazione delle macchine acceleratici di particelle, i raggi cosmici furono di estrema importanza per la fisica delle alte energie poichè rappresentano una sorgente naturale di urti di altissima energia con i nuclei dell’atmosfera in cui vengono prodotte nuove particelle, sconosciute in quegli anni. Lo studio dei raggi cosmici portò infatti alla scoperta del positrone e del muone, quest’ultimo ad opera dei fisici italiani Conversi, Pancini e Piccioni. Dalle misure condotte su palloni aerostatici a grande altitudine o dai satelliti sappiamo che la grandissima maggioranza dei Raggi Cosmici è costituita da protoni (circa 90%). Esistono inoltre nuclei atomici (ovvero atomi privi dei loro elettroni) di svariati elementi, da quelli più leggeri come l’elio (circa 9%) fino ai più pesanti (circa 1%) come il ferro e addirittura l’uranio. Sia i protoni che i nuclei sono carichi positivamente, quindi la quasi totalità dei raggi cosmici ha carica positiva. Essi contengono, però, anche una piccola percentuale di elettroni, positroni, fotoni e altre particelle subatomiche. Gli esperimenti del Prof. Domenico Pacini costituiscono, inoltre, i primi studi sulle particelle eseguiti in ambiente sotterraneo antesignani di quelli svolti attualmente nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
References:
- B. Rizzo, D. P. (1878-1934)
- Carlson – A. De Angelis, Nationalism and internationalism in science: the case of the discovery of cosmic rays,in European physical journal H, vol. 2011, pp. 309-329
- De Angelis, L’Enigma Dei Raggi Cosmici -Editore: Springer Verlag, 2011
- lngs.infn.it