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Arthur Compton

1892, Wooster
1962, Berkeley
Flavia Grossi

   

Fisico e vincitore di un Premio Nobel, Arthur Holly Compton è ricordato per i suoi studi sui raggi X, i raggi cosmici e per la scoperta dell’Effetto Compton che gli valse la prestigiosa onorificenza internazionale per la fisica nel 1927. Uomo di scienza, seppe affiancare lo studio e la ricerca ad una vita di fede che lo sostenne in diverse circostanze della sua vita e che lo interpellò nel suo lavoro di scienziato. Non a caso, quando lavorò al progetto Manhattan, il programma volto ad ottenere plutonio per scopi bellici, la sua fede e la sua etica lo indussero a porsi in posizione di forte dubbio circa la legittimità del progetto. Da questa esperienza ne nacque il libro Atomic Quest: A Personal Narrative by Arthur Holly Compton, in cui racconta il progetto e le sue perplessitàCompton fu inoltre autore di numerose opere scientifiche e di pubblicazioni quali: Radiazioni secondarie prodotte da raggi X (1922), Raggi X ed elettroni (1926, seconda edizione 1928), X-Rays in Theory and Experiment (con SK Allison, 1935, una versione riveduta di Raggi X ed elettroni), La libertà dell'uomo (1935, terza edizione 1939), On Going to College (con altri, 1940) e Human Meaning of Science (1940).  Oltre al grande contributo al sapere scientifico, Compton fu attento anche alle questioni etiche e religiose della sua vita. Oltre al già citato Atomic Quest: A Personal Narrative by Arthur Holly Compton, anche in altre occasioni non mancò di testimoniare la sua fede e di interrogarla. Nel 1938, nel saggio The Natural Sciences scrisse: «Da dove viene poi il nostro mondo? Sebbene la scienza non offra una risposta a questa domanda, può indicare che un mondo intelligibile in cui creature intelligenti sembrino ragionevolmente implicare un'intelligenza che lavora nel mondo, possa essere una base sulla quale la maggior parte degli uomini di scienza costruisce il proprio approccio alla religione. Ciò implica che se il nostro Dio è il Dio della natura, dobbiamo riconoscere le leggi della natura come una descrizione del modo in cui Dio lavora e si trova una base per una teologia»[1]. Riflessioni sull’uomo, la scienza e la religione si trovano anche nell’opera The Freedom of Man[2]. Il saggio fu prodotto all’interno delle John Calvin MacNair Lectures, in cui spiegò il significato e l’impatto che la scienza e la tecnica possono avere per la vita e il pensiero dell’uomo. Fu infatti convinto che scienza e religione debbano cooperare nel miglioramento del progresso umano. Un’ulteriore testimonianza delle sue idee si può riscontrare nella lecture: A modern concept of God che tenne all’interno delle Garvin Lectures intitolate Man’s Destiny in Eternety[3], in cui parlò di Dio e dell’intelligenza del progetto divino presentandolo dalla prospettiva dell’uomo di scienza. Tra le onorificenze ricevute, oltre al Premio Nobel, si ricordano la Medaglia d'oro di Rumford della American Academy of Arts and Sciences (1927); la Medaglia d'oro della Società radiologica del Nord America (1928); la Hughes Medal della Royal Society (1940) e la Franklin Medal, Franklin Institute (1940). Fu inoltre presidente dell'American Physical Society (1934), dell'American Association of Scientific Workers (1939-1940) e dell'American Association for the Advancement of Science (1942). Compton nacque a Wooster in Ohio, il 10 settembre 1892. Figlio di Elias Compton, professore di filosofia e decano del College of Wooster da cui ereditò la sua profonda fede religiosa, ottenne il PhD a Princeton nel 1916, mentre suo fratello divenne preside del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dopo il dottorato cominciò ad insegnare all’università del Minnesota che poi lasciò per lavorare presso alcune aziende ed enti quali General Electric e Signal Corpos degli Stati Uniti per il quale inventò una lampada ai vapori di sodio. Passò quindi un anno a Cambridge (UK), conducendo ricerche sotto la guida di Ernest Rutherford. Quando ritornò, divenne direttore del Dipartimento di Fisica della Washington University a St. Louis. Nel 1923 passò all’Università di Chicago, dove rimase per 22 anni, fino al suo ritorno a St. Louis dove, dal 1953 al 1961 è stato professore di Storia naturale fino a diventare poi Rettore della Washington University. Nei suoi primi giorni a Princeton, Compton escogitò un metodo per dimostrare la rotazione della Terra, ma presto iniziò i suoi studi nel campo dei raggi X. Sviluppò una teoria dell'intensità del riflesso dei raggi X dai cristalli come mezzo per studiare la disposizione degli elettroni e degli atomi e nel 1918 iniziò uno studio sulla dispersione dei raggi X. Ciò portò, nel 1922, alla sua scoperta dell'aumento della lunghezza d'onda dei raggi X dovuta alla diffusione (scattering) della radiazione incidente da parte di elettroni liberi, il che implica che i quanti diffusi hanno meno energia dei quanti del fascio originale. Questo effetto, oggi noto come effetto Compton, che illustra chiaramente il concetto di particella della radiazione elettromagnetica (fotone), fu successivamente dimostrato da C. T. R. Wilson. Per questa scoperta, Compton è stato insignito del Premio Nobel per la fisica per il 1927, che condivise con C. T. R. Wilson che ricevette il Premio per la sua scoperta del metodo della camera a nebbia. Sempre a Compton si deve la scoperta, insieme a C.F. Hagenow, del fenomeno della riflessione totale dei raggi X e della loro completa polarizzazione, che portò a una determinazione più accurata del numero di elettroni in un atomo. Fu anche il primo (con R. L. Doan) che ottenne spettri a raggi X da reticoli regolati, che offre un metodo diretto per misurare la lunghezza d'onda dei raggi X. Confrontando questi spettri con quelli ottenuti usando un cristallo, si può determinare il valore assoluto dello spazio reticolo del cristallo. Il numero di Avogadro trovato combinando il valore sopra con la densità dei cristalli misurata, ha portato a un più preciso valore della carica elettronica (carica elementare). Questo risultato ha richiesto la revisione del valore precedentemente trovato da Millikan con il metodo della goccia di olio da 4.774 a 4.803 x 10-10 e.s.u. (rivelando che erano stati commessi errori sistematici nella misurazione della viscosità dell'aria, una quantità che entra nel metodo della goccia di olio). Durante gli anni 1930-1940, Compton guidò uno studio mondiale sulle variazioni geografiche dell'intensità dei raggi cosmici, confermando così pienamente le osservazioni fatte nel 1927 da J. Clay di Amsterdam sull'influenza della latitudine sull'intensità del raggio cosmico. Poteva, tuttavia, mostrare che l'intensità era correlata alla latitudine geomagnetica piuttosto che geografica. Ciò ha dato origine a studi approfonditi sull'interazione del campo magnetico terrestre con il flusso isotropico in arrivo di particelle cariche primarie. 

   

Bibliografia

G. DRAGONI, S. BERGIA, G. GOTTARDI (a cura di), Babbage, Charles, in Dizionario biografico degli scienziati e dei tecnici, Zanichelli, Bologna 1999, pp. 345-346
A. H. COMPTON, The Human Meaning of Science, in The John Calvin McNair Lectures, Chapel Hill: University of North Carolina Press, 1940
A. H. COMPTON (and Others), Man’s Destiny in Eternity, in The Garvin Lectures, The Beacon Press, Boston 1949
A. H. COMPTON, Atomic Quest: A Personal Narrative by Arthur Holly Compton, Oxford University Press, Oxford 1956.
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1927/compton-b...

Note

[1] Arthur Holly Compton, “The Natural Sciences,” in On Going to College: A Symposium (New York: Oxford University Press, 1938), 141–68, on 159. For a similar passage of comparable eloquence, see Compton, The Freedom of Man (New Haven, CT: Yale University Press, 1935), 118–9.
[2] Arthur Holly Compton, The Human Meaning of Science, (The John Calvin McNair Lectures.) Chapel Hill: University of North Carolina Press, 1940. xii+88 pages.
[3] Arthur Holly Compton, Man’s Destiny in Eternity. The Garvin Lectures, The Beacon Press, Boston 1949, pp. 238