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Nel 1947 era opinione comune che l'atomo fosse costituito da protoni e neutroni (i cosiddetti nucleoni) legati l'un l'altro nel nucleo da forze nucleari (fig. 1, Germania 1979 YT867). La teoria delle forze nucleari era stata proposta già nel 1935 da Hideki Yukawa (fig. 2, Giappone 1985 YT1553) e prediceva l'esistenza di mesoni (particelle aventi una massa intermedia tra quella del protone e quella dell'elettrone).
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Nel 1947 avvennero scoperte cosi importanti che la fisica delle particelle divenne una branca a sé stante della fisica.
La prima scoperta fu che uno dei pioni (mesoni pi), che era stato riconosciuto da Yukawa come particella responsabile del processo di scambio, governava le forze nucleari. Una seconda consistette nelle osservazioni delle particelle strane V°. Alcune di loro, aventi masse assai maggiore della massa di un nucleone, che poteva decadere in un nucleone e un pione, denominato originariamente come V° e più tardi chiamato iperone L, sono strettamente correlate a questo articolo.
La maggior parte dei dati concernenti le nuove particelle furono ottenute dall'osservazione dei raggi cosmici. Speciali pellicole fotografiche, inventate per questo scopo e chiamate emulsioni nucleari, furono trasportate nella stratosfera ed esposte ai raggi cosmici primari. Dopo lo sviluppo fotografico, le emulsioni furono scandite mediante un microscopio ottico (fig. 3, DDR 1965 YT832) e le tracce prodotte dalle particelle elettricamente cariche, furono analizzate e interpretate.
La città inglese di Bristol era a quei tempi il maggior centro di studio della fisica delle particelle elementari. Qui lavorava Cecil Powell che aveva sviluppato la tecnica delle emulsioni nucleari. La scoperta del pione e il premio Nobel per la Fisica nel 1950 "per lo sviluppo del suo metodo fotografico di studio dei processi nucleari e le sue scoperte riguardanti i mesoni, ottenute con questo metodo" coronarono gli sforzi di Powell.
Nel 1952, Marian Danysz tornò all'Università di Varsavia dopo un lungo soggiorno di studio a Bristol. Era ben determinato a crearvi un gruppo di ricerca sulle particelle elementari. Presto propose a Jerzy Pniewski, la cui amicizia era iniziata al tempo del loro soggiorno in Inghilterra, di congiungersi al gruppo. Nel 1950, Pniewski ritornò in Polonia da Liverpool dove si era occupato di spettroscopia beta.
Alla fine del 1952, mentre esaminavano un'emulsione nucleare al microscopio (emulsione che aveva portato con sé da Bristol), Danysz osservò un caso sorprendente di due stelle (tracce radiali che escono dallo stesso punto di un'emulsione, a forma di stella) connesse da una traccia spessa. L'analisi dettagliata, eseguita da entrambi i fisici, permise di interpretare l'evento come un ipernucleo (un nucleo che contiene almeno un iperone in aggiunta ai nucleoni), in particolare costituito da un iperone L e da nucleoni.
Le Poste Polacche hanno commemorato l'evento nel maggio del 1993 con una cartolina postale (fig. 4, dis. Maciej Jedrysik, tiratura 200.000 interi, valore facciale 1500 zl, prezzo 2000 zl).
L'evento osservato da Danysz è rappresentato sul francobollo (senza alcuni dettagli rispetto all'emulsione originale).
Una singola particella di origine cosmica, elettricamente carica, con energia di 30 GeV penetra nell'emulsione dall'alto approssimativamente con un angolo di 15° rispetto alla verticale (traccia p). Interagisce con nucleo di bromuro o di argento, creando la stella superiore. Essa è costituita da undici tracce radiali: nove di esse appartenenti a particelle alfa, undici a singole particelle elettricamente cariche (protoni, deutoni o tritoni) e l'ultima, che esce nel centro della stella inferiore, attribuita ad un ipernucleo.
La carica dell'ipernucleo è all'incirca 5 è la sua energia cinetica iniziale e grosso modo 60 MeV. Muovendosi nell'emulsione, l'ipernucleo riduce la sua velocità e, finalmente quasi allo stato di riposo, percorso la distanza di 90 millesimi di millimetro in circa tre milionesimi di milionesimo di secondo, produce la stella inferiore, vicino alla indicazione di valore del francobollo.
Questa stella a sua volta ha quattro tracce: due provengono da protoni, deutoni, tritoni o particelle alfa, o da pioni, protoni, deutoni o tritoni è l'ultima infine è la particella di rinculo. L'energia totale rilasciata nella stella inferiore è di circa 140 MeV.
Sulla sinistra della cartolina, sono raffigurati i proff. Marian Danysz, che fuma la pipa, e Jerzy Pniewski in conversazione; il testo dice: "Il 40^ anniversario della scoperta dell'ipermateria".
Pochi anni prima, nel 1989, l'annullo (fig. 5) disegnato sulla base della prima osservazione dell'ipernucleo, fu impiegato durante le 20^ Olimpiadi Internazionali di fisica dall'Ufficio Postale n.64 di Varsavia.
Subito dopo la prima osservazione, molti casi di rivelazione di ipernuclei furono annunciati e l'elenco degli ipernuclei osservati dal 1955 è stato riportato dalla principale rivista italiana di fisica (il Nuovo Cimento Suppl. del 1956 - NdT). Questi nuovi risultati ispirarono le seguenti domande: quali sono i principi fondamentali dietro la creazione e la disintegrazione di iperoni e mesoni pesanti? Perché l'iperone L si lega con un nucleone? La brillante risposta fu data con l'aiuto di un nuovo numero quantico, chiamato stranezza , introdotto da M.Gell-Mann e K.Nishijima. Più tardi, nel 1969, Gell-Mann fu insignito con il premio Nobel per la fisica "per il suo contributo e le sue scoperte concernenti la classificazione delle particele elementari e le loro interazioni."
Il primo ipernucleo doppio fu scoperto nel 1962 ancora a Varsavia in un'emulsione irraggiata da un fascio di mesoni K- (o kaoni) al CERN di Ginevra (fig. 6, Svizzera 1966 YT767). Un successivo caso di iperone doppio fu osservato al Brookhaven National Laboratory nel 1966. La prosecuzione di questa ricerca di un nuovo ipernucleo doppio purtroppo falli.
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March 11, 2002