Il premio Nobel Hannes Alfvén è stato uno dei pionieri della fisica del plasma. Il suo contributo è stato fondamentale in numerose aree della fisica ed anche al di fuori.
Il 30 maggio del 1908 nasceva a Norrköping, in Svezia, il fisico Hannes Olof Gösta Alfvén, uno dei pionieri della fisica del plasma. Nel 1970 anche premio Nobel per la Fisica con la seguente motivazione: “per il suoi contributi e le fondamentali scoperte nel campo della magnetoidrodinamica, con feconde applicazioni in diverse aree della fisica del plasma“.
Molte persone credono ancora, forse inconsciamente, all’universo eliocentrico. Ogni giornale sulla faccia della Terra ha una sezione dedicata all’astrologia mentre pochissimi dedicano anche solo poche righe all’astronomia.
Hannes Alfvén
Il termine plasma, in fisica, indica un gas ionizzato che nel complesso è elettricamente neutro. Ovvero un sistema costituito da ioni positivi e negativi con uguali concentrazioni. Quasi tutti i corpi celesti (esclusi i pianeti, che si sono solidificati raffreddandosi) sono costituiti da materia allo stato di plasma. Il Sole, come le altre stelle, è formato da materia (prevalentemente idrogeno e elio) allo stato di plasma.
Il piccolo Hannes crebbe in un ambiente che favorì il suo sviluppo intellettuale. La madre Anna-Clara Romanus era una delle prime donne medico in Svezia e lo zio Hugo Alfvén, un noto compositore e direttore d’orchestra.
Due esperienze in particolare furono significative nell’infanzia di Hannes Alfvén. La prima fu la lettura di un libro divulgativo sull’astronomia di Camille Flammarion e la seconda fu la partecipazione ad un gruppo scolastico che svolgeva attività radioamatoriali, come la costruzione di un ricevitore radio. Fu in queste occasioni che Alfvén mostrò il suo precoce talento per l’elettronica.
Il suo primo articolo scientifico, riguardante i raggi cosmici, venne pubblicato sulla rivista “Nature” nel 1933, quando Hannes Alfvén era ancora studente. Nel 1934 conseguì il dottorato in fisica teoria e sperimentale all’Università di Uppsala.
Studiando le macchie solari e il ciclo dell’attività solare, Alfvén scoprì un nuovo tipo di onde, oggi note come onde di Alfvén. E inaugurò un nuovo campo di ricerca: la magnetoidrodinamica, ovvero la disciplina che studia la dinamica dei fluidi elettricamente conduttori. Fino ad allora l’elettromagnetismo e la dinamica dei fluidi erano campi separati della fisica.
Hannes Alfvén comprese che il moto di un fluido conduttore (come il plasma solare) all’interno di un campo magnetico è in grado di generare correnti elettriche. E queste, a loro volta, possono generare un campo magnetico (o modificarne uno già presente), cui corrisponde una forza in grado di influenzare lo stato di moto del fluido.
Alfvén presentò questi risultati in un articolo pubblicato su “Nature” nel 1942. Tuttavia la sua scoperta non venne accettata immediatamente dalla comunità scientifica. Anche per via del fatto che, per una conferma sperimentale dell’esistenza delle onde di Alfvén in un plasma, si dovette attendere quasi vent’anni.
Lo stesso Alfvén raccontò di aver ricevuto diverse lettere da parte di colleghi che definivano il suo articolo e le onde in esso predette un “nonsense“. Le cose cambiarono nel 1948, quando Alfvén tenne una conferenza a Chicago alla quale era presente Enrico Fermi. Questi annuì dicendo: “Ma certo che queste onde possono esistere!“. Racconta Alfvén che, per via del prestigio di Enrico Fermi, il giorno seguente tutti i fisici annuivano dicendo: “Ma certo!“.
Oggi le onde di Alfvén sono un fenomeno ben conosciuto, sia in ambito spaziale sia in laboratorio. Possono infatti essere osservate nel Sole, nell’atmosfera solare, nello spazio interplanetario e nella magnetosfera della Terra e di altri pianeti.
Tuttavia l’importanza dell’articolo del 1942 non risiede soltanto nella scoperta di un nuovo tipo di onde ma soprattutto nell’aver aperto le porte ad un nuovo campo di ricerca, la magnetoidrodinamica o MHD, uno degli strumenti fondamentali della fisica del plasma.
La conoscenza di questo stato della materia è di grande importanza in astrofisica e cosmologia. Ma anche in ambito industriale e sanitario. I plasmi vengono infatti utilizzati per la lavorazione di materiali delicati come i circuiti integrati, in alcune metodologie di sterilizzazione e nelle tecnologie per il trattamento dei rifiuti pericolosi. Oltre che nelle famose lampade al plasma di moda negli anni ottanta.
Altri importanti contributi di Alfvén riguardano la fisica della magnetosfera. Ovvero la zona circostante un corpo celeste, ad esempio la Terra, sede del campo magnetico da esso generato. Tra i fenomeni da lui studiati troviamo le aurore polari e le tempeste magnetiche.
Al di fuori della fisica, Alfvén si interessò di temi fondamentali riguardanti il destino dell’umanità, come l’ambiente, la sovrappopolazione e il disarmo nucleare.
Nel 1935 sposò Kerstin Maria Erikson, che sarà la sua compagna per tutta la vita. Nel 1969 la coppia collaborò per la realizzazione di un libro divulgativo intitolato “Living on the Third Planet” (“Vivere sul terzo pianeta”). In questo libro gli autori affrontano diversi temi tuttora di attualità, quali il rapporto tra l’uomo e l’ambiente, la coscienza sociale degli scienziati e l’esistenza di altre forme di vita nell’universo. Hannes e Kerstin ebbero cinque figli, tra cui la scrittrice Inger Alfvén.
Hannes Alfvén ha continuato ad occuparsi di fisica fino ad oltre ottant’anni. E’ morto a Djursholm, in Svezia, il 2 aprile del 1995. Il suo lascito scientifico è ancora fecondo. E, se oggi conosciamo un po’ meglio la nostra stella, lo dobbiamo all’elettricista cosmico.
Bibliografia:
James Anderson, Question on Space, Time and Beyond, InKstall, 2015; Carl-Gunne Fälthammar, Plasma Physics from Laboraty to Cosmos – The Life and Achievements of Hannes Alfvén, IEEE Transactions on Plasma Science, 1997; David Talbott, The Plasma Universe of Hannes Alfvén, Society for Scientific Exploration, 2011.
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