Oggi voglio parlarvi di uno degli esperimenti storici e significativi della fisica delle particelle (e tutto italiano): l’esperimento di Conversi, Pancini e Piccioni, condotto nel 1947 presso l’Università di Roma. Questo esperimento ha avuto un impatto duraturo sulla nostra comprensione del muone e della sua interazione con la materia.

Ma un po’ di storia prima di tutto: il muone è una particella subatomica simile all’elettrone, ma con una massa circa 200 volte maggiore. Fu scoperto nel 1936 da Carl D. Anderson e Seth Neddermeyer, che lo identificarono come un nuovo tipo di particella durante gli esperimenti con i raggi cosmici. Tuttavia, la sua natura e le sue proprietà erano ancora poco comprese: c’era ancora molta confusione.

Prima della guerra, Yukawa aveva proposto l’esistenza di una particella mediatrice della forza nucleare, il mesone pi, che avrebbe dovuto essere responsabile dell’interazione tra i nucleoni. Mesone significa “che si trova nel mezzo”, tra le particelle leggere come gli elettroni e quelle pesanti come i nucleoni.

Yukawa aveva previsto che il mesone pi (allora chiamato mesotrone) dovesse avere una massa di circa 100 MeV, semplicemente utilizzando il principio di indeterminazione di Heisenberg, e ponendo come il tempo di interazione tra i nucleoni alla distanza di un nucleone (1fm alla velocità della luce). Questo porta a una massa del mesone pi di circa 100 MeV, che era molto più alta della massa dell’elettrone 500 keV.

Ma allora il muone, che veniva osservato nei raggi cosmici, era considerato un candidato per il mesone pi, poiché aveva una massa di circa 105 MeV. Tuttavia, nonostante le sue proprietà simili a quelle dell’elettrone, c’era un dettaglio importante che non quadrava, e che venne scoperto da Conversi, Pancini e Piccioni: il muone non interagiva con i nuclei atomici come ci si aspettava per il mesone pi, che essendo una particella mediatrice della forza nucleare, avrebbe dovuto interagire con i nucleoni in modo significativo.

Conversi, Pancini e Piccioni osservarono che il muone non interagiva con i nuclei atomici come previsto, ma piuttosto veniva assorbito dai nuclei senza causare alcuna reazione nucleare. Questo portò alla conclusione che il muone non era il mesone pi, ma una particella diversa con proprietà uniche.

Questo risultato fu fondamentale per la comprensione della fisica delle particelle e portò alla scoperta di altre particelle, come il mesone pi stesso, che fu successivamente identificato come una particella diversa con una massa di circa 140 MeV.

Per altri dettagli sull’esperimento, vi consiglio questo link: https://www.aif.it/fisico/lesperimento-conversi-pancini-piccioni/ che riporta anche delle difficoltà incontrate durante la guerra.