martedì, 26 Gennaio, 2021

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Paul Dirac, il silente padre dell’antimateria

Il Novecento ci ha regalato le menti più brillanti della fisica teorica. Una di queste era Paul Dirac

Una delle personalità più brillanti del secolo scorso fu senza dubbio quella Di Paul Dirac. Famoso a livello internazionale per la formulazione dell’equazione di Dirac, egli fu anche un brillante matematico teorico.

Nascita e istruzione

Dirac nasce nel 1902 a Bristol, nel Regno Unito, da una famiglia di origine svizzera. La severità dei genitori contribuì a renderlo fin da bambino persona dedita allo studio, in particolare della matematica e della fisica. Le straordinarie doti di Dirac vennero fuori subito, tanto che il padre lo convinse a iscriversi all’univeristà locale e a conseguire la laurea in ingegneria elettrica nel 1921, a soli diciannove anni.

Il passaggio alle scienze fondamentali

Sebbene avesse completato a pieni voti la laurea in ingegneria, la sua vera passione era la matematica e la fisica delle particelle, così decise di proseguire gli studi teorici. Nel 1926 ottenne il dottorato di ricerca (PhD) presso l’Univeristà di Cambridge. In questi anni, si dedicò allo studio della teoria dei quanti, cercando di fondere i concetti di relatività e meccanica quantistica. Proprio nel 1926 sviluppò una formalizzazione della meccanica quantistica basata sull’algebra non commutativa di operatori.

L’equazione di Dirac

Nell’ambito di tale teoria, nel 1928, formulò l’importante equazione di Dirac, nota erroneamente ai giorni nostri come “equazione dell’amore”. In realtà, essa descrive il moto delle particelle a spin semintero, come elettroni e protoni. Le soluzioni dell’equazione, che dal punto di vista matematico è un sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali, sono tali che saltino fuori energie negative. Dirac spiegò questo introducendo il famoso concetto di “mare di Dirac“, ovvero ipotizzò che particelle quali l’elettrone si muovessero formando delle vere e proprie lacune, che avrebbero dunque avuto energia negativa.

Fu così che Dirac predisse l’esistenza di una particella “gemella” dell’elettrone, il positrone. Gli esperimenti di Carl Anderson, nel 1932, confermarono proprio l’esistenza del positrone, che ha stessa massa dell’elettrone, ma carica opposta.

Equazione di Dirac
Equazione di Dirac

La consacrazione di Paul Dirac

Nel 1933 Paul Dirac ricevette il premio Nobel per la fisica insieme al fisico austriaco Erwin Schrödinger, “per la scoperta di nuove, fruttuose forme della teoria atomica“. Sebbene il suo lavoro di ricerca fosse vastissimo, l’equazione di Dirac, da sola, valeva senza dubbio il premio Nobel. Infatti, tale equazione è considerata la pietra miliare della meccanica quantistica relativistica, di cui Dirac è a tutti gli effetti il padre. Grazie alla sua predizione sull’esistenza delle antiparticelle, egli è altresì considerato il padre dell’antimateria.

I contributi matematici

Il fisico introdusse anche due importanti concetti matematici. Il primo è quello del delta di Dirac, distribuzione che vale zero su tutti i numeri reali meno lo zero, e tale che il suo integrale fra meno e più infinito sia 1. È un concetto fondamentale per l’analisi delle equazioni differenziali ordinarie e a derivate parziali.

Il secondo è la notazione braket, formalismo che consente di descrivere in maniera immediate e semplice gli stati quantici, ovvero i modelli matematici di un sistema fisico quantistico.

Ulteriori lavori e trasferimento negli USA

Negli anni successivi al premio Nobel, lo scienziato si dedicò allo studio dell’elettrodinamica quantistica insieme a Richard Feynman, cercando le equazioni che meglio descrivevano tale disciplina. Crebbe altresì il suo interesse per la cosmologia e per le coincidenze cosmologiche. Alla fine degli anni ’60 fu criticato e rinnegato dall’allora establishment di Cambridge, suscitando le ire della moglie, Manci, che decise di trasferirsi per sempre negli USA. Una personalità come quella di Dirac non fece fatica a trovare sistemazione, infatti l’Università della Florida gli offrì la cattedra di fisica teorica.

Dirac e Feynman
A sinistra Paul Dirac (Premio Nobel per la Fisica nel 1933) con Richard Feynman (Premio Nobel per la Fisica nel 1965)

L’eredità di Paul Dirac

Il grande fisico brittannico morì a Tallahassee nel 1984, a 82 anni. Egli fu il più brillante fisico teorico britannico e probabilmente uno dei più grandi scienziati del ventesimo secolo. Le sue intuizioni contribuirono a spiegare concetti rimasti fino ad allora oscuri, e sono d’ispirazione ancora oggi per tutti coloro che vogliono intreprendere l’impervio cammino nel mondo della fisica e della matematica. Persona schiva e poco loquace, Dirac dedicò una vita intera alla ricerca teorica, aiutato dalla sua mente geniale, apprezzando oltre ogni misura la bellezza della fisica e della matematica.

Vale la pena vivere se puoi contribuire in piccola parte all’inesorabile macchina del progresso.

Paul Dirac

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Andrea Wronahttps://sciencecue.it
Salentino di origine, con diploma di liceo classico e laurea triennale in Ingegneria Informatica e Automatica presso l'Università Sapienza di Roma. Appassionato di matematica, fisica e letteratura greco-latina, amo informarmi sulle nuove scoperte, contemplare la bellezza di luoghi inediti e farmi sorprendere dalle altre culture e tradizioni.