Laboratori Nazionali di Frascati, 10 novembre 1974. Squilla il telefono, a rispondere è Giorgio Salvini. "Abbiamo individuato una nuova risonanza. E' estremamente stretta e si trova a 3,1 GeV." La voce era quella di Sau Lan Wu, collaboratrice di Samuel Ting ai Laboratori di Brookhaven negli Stati Uniti. A Salvini si gelò il sangue. Andò di corsa nella sala di sperimentazione e, dopo essersi consultato con Ferdinando Amman, il capo dei macchinisti, prese la decisione: "Dobbiamo rischiare. Portiamo ADONE oltre la sua energia massima, fino a 3,1 GeV". Fu così che, anche a Frascati, si individuò il limpido segnale di una nuova particella, chiamata J/Ψ, che di lì a poco avrebbe rivoluzionato la fisica delle particelle. Purtroppo però, i primi a varcare la soglia della "rivoluzione di novembre" non furono i fisici italiani, ma quelli che lavoravano negli Stati Uniti. Samuel Ting e Burton Richter vennero premiati con il Nobel per la fisica nel 1976. Agli scienziati italiani non spettò nessun riconoscimento. Eppure, proprio a Frascati inizia questa storia. Era il marzo del 1960 quando Bruno Touschek espose la sua geniale idea: l'esplorazione della fisica delle alte energie tramite gli urti fra elettroni e positroni, "particelle civili", che da lì in poi avrebbero per lungo tempo soppiantato quella confusionaria "teppa adronica" composta dai protoni. Dall'idea di Touschek nacque prima un prototipo, AdA, il primo Anello di Accumulazione materia-antimateria. Successivamente nacque ADONE, l'acceleratore che, con 3 GeV nel centro di massa, detenne per qualche anno il primato di energia fra gli acceleratori. ADONE era nato per andare a caccia di risonanze strette, ovvero, di nuove particelle con un'elevata massa ma estremamente difficili da individuare. Di queste particelle, nello spettro di energie esplorabile da ADONE, non v'era traccia. Ma la J/Ψ non era affatto lontana. Per scovarla, sarebbero bastati pochi passi oltre la soglia massima di Adone. Questa tesi è frutto di un vasto lavoro di ricerca storica. L'autore, Giorgio Sestili, ha potuto attingere ai tanti documenti conservati negli archivi di Bruno Touschek, Edoardo Amaldi e Marcello Conversi. Il risultato è un meticoloso lavoro di ricostruzione di un periodo, quello dai primi anni '60 fino a metà degli anni '70 del novecento, particolarmente importante per la fisica italiana ed internazionale. In questa tesi vengono pubblicati documenti inediti, che aiutano a far luce sulle tante vicende, non solo di carattere scientifico, ma anche sociali e politiche (il Caso Ippolito del 1963-64 ed il blocco delle attività dei Laboratori INFN del 1969 ne sono due esempi) che hanno profondamente segnato quegli anni. Il tutto scritto con uno stile narrativo che rende la lettura scorrevole e piacevole, a tratti avvincente. Una lettura adatta sia ai più esperti, sia agli interessati e curiosi di un pezzo importante della storia della fisica italiana.

1. ADONE
Storia dell’anello di accumulazione per elettroni e positroni
Facoltà di Scienze
Matematiche,
Fisiche e Naturali
Corso di Laurea
Specialistica in Fisica
Candidato:
Giorgio Sestili
Relatore:
Giovanni Battimelli

2. 14/05/2014 2
Cronologia
 mar. 1960: seminario di Bruno
Touschek e inizio progettazione di ADA
 ott. 1960: inizio progettazione di
ADONE
 1961: prime particelle accumulate in
ADA
1962: trasferimento di ADA ad Orsay
 1963: scoperta «effetto Touschek»
 1964: Felice Ippolito viene arrestato
 1967: primi fasci iniettati in ADONE
 1968: soluzione problemi di
instabilità dei fasci
 mag.–sett. 1969: sciopero dei
lavoratori e blocco totale dei Laboratori
di Frascati
 dic. 1969: inizio sperimentazione
con ADONE
 1970–1972: scoperta produzione
multiadronica
 1974: Scoperta della J/Ψ a Stanford
e Brookhaven
“Nel 1965, un gruppetto di "ex" AdA che si accinge a sperimentare su
Adone e intanto spreme il sincrotrone, sogna di andare a caccia di
risonanze strette, senza immaginare che Adone non le vedrà per soli 50
miserabili MeV. Nove anni dopo, le vedranno altri.” C. Bernardini

3. 14/05/2014 3
Le fonti d’archivio
Bruno Touschek
(Vienna 1921 – Innsbruck 1978)
Edoardo Amaldi
(Carpaneto Piacentino 1908 – Roma 1989)
Marcello Conversi
(Tivoli 1917 – Roma 1988)

4. 14/05/2014 4
L’idea di Bruno Touschek
“La teppa adronica urla, e si capisce poco. Qui invece abbiamo a che fare
con particelle che parlano civilmente.” B. Touschek
ADA 160 GeV 400 MeV
ADONE 9 TeV 3 GeV
MEs 2 Es 2

5. 14/05/2014 5
L’idea di Bruno Touschek
Schema di AdA.
Disegno originale di Bruno
Touschek.
Fonte: Archivio Touschek
Nel disegno, S è l'anello, T1 e T2 due
targhette montate nella ciambella del
sincrotrone, γ1 e γ2 i due raggi γ. C1 e C2
sono le "targhe convertitrici", C1 produce
positroni e C2 elettroni. RF è l'impianto a
radiofrequenza.
"Ah, ma perché non fare elettrone-positrone, sicuramente è più interessante perché elettrone e
positrone si possono annichilire. Ma poi è anche più pratico, perché elettrone e positrone
possono girare in uno stesso anello e non hanno bisogno di due anelli.” B. Touschek

6. 14/05/2014 6
L’idea di Bruno Touschek
“Depositiamo una grande quantità di energia nel vuoto e il vuoto ci dirà
su quali frequenze preferisce vibrare.” B. Touschek
 Verifica dell’elettrodinamica quantistica
 Produzione di adroni nello stato finale
 Produzione di mesoni vettoriali
 Ricerca di nuove risonanze
La “Bibbia”
N. Cabibbo & R. Gatto,
Electron-Positron Colliding Beam Experiments,
Phys. Rev. 124, 5, 1961.
Immagine tratta da un seminario di G. Salvini del maggio 1974

7. 14/05/2014 7
ADA (Anello di Accumulazione)
“Avevamo accumulato 80 elettroni (o positroni). Alle 7 della mattina dopo ricevetti la
seguente telefonata: «Ce ne sono ancora 18, posso ammazzarli?»” B. Touschek
Parametri ADA:
d = 160 cm
Ec.m. = 400 MeV
m = 8,5 x 103 Kg

8. 14/05/2014 8
ADONE – Le tappe di costruzione
 gen. 1961: parte il gruppo Progetto Adone
(Pres. F. Amman) e la Commissione Esperienze
Adone (Pres. B. Touschek)
 mar. 1961: E. Amaldi (Pres. INFN) invia una
prima richiesta di adesioni al Programma Adone
alle varie sezioni INFN
 ott. 1961: presentata la prima “Proposta per
la realizzazione di Adone”
 1 gen. 1962: approvazione formale da parte
dell’INFN (all’epoca CNEN)
 gen. 1962: proposta per dotare i Lab. Naz. di
Frascati di un Linac
 lug. 1963: firma del contratto con la Varian
per la fornitura del Linac
ott. 1963: dal CERN arrivano risultati sulla
possibile esistenza del W fra 0,8 e 1,8 GeV. La
CEA discute l’ipotesi di aumentare l’energia di
Adone fino a 2 GeV.
 fine 1964: viene ordinato il magnete
 1965: installazione del Linac
 feb. 1966: “Congressino” di Frascati e
presentazione esperienze
 1967-1968: primi fasci iniettati in Adone e
soluzione problemi di instabilità dei fasci
 dic. 1969: inizio sperimentazione

9. 14/05/2014 9
Il caso Ippolito
"Fu un duro colpo, perché per noi fisici Ippolito significava la guerra alla
burocrazia. Una guerra che, come è noto, fu persa.” C. Bernardini
“I petrolieri desiderosi di smistare barili e costruire
nuovi impianti di raffinazione, avevano tutto l'interesse
che l'Italia non sviluppasse una politica nucleare
alternativa al petrolio.”
F. Ippolito Felice Ippolito (Napoli 1915 – Roma 1997) agli arresti nel 1964
Giuseppe Saragat (Torino 1898 – Roma 1988)

10. 14/05/2014 10
Esperimenti di prima generazione
 Esperimento γγ (Frascati e Roma):
studio dettagliato di processi con particelle
neutre nello stato finale.
 Esperimento µπ (Frascati, Padova e
Roma): esame della produzione di coppie
di muoni, pioni e mesoni K.
 Esperimento “bosone” (Frascati,
Napoli, Pavia e Roma): studio di stati finali
di particelle cariche (con il massimo angolo
solido).
 Esperimento BCF (Bologna, CERN,
Frascati): misura dei fattori di forma di
pioni e mesoni K e ricerca di leptoni
pesanti.
 Le previsioni della QED nei processi
puramente elettromagnetici furono
confermate fino alle massime energie
esplorate
 Vennero individuati nuovi mesoni
vettori oltre ai tre già noti ρ, ω, φ.
 Venne fissato un limite inferiore alla
massa di nuovi leptoni con un altissimo
livello di confidenza. Il leptone pesante
τ, a 1784 MeV, sarà scoperto nel 1975
all’anello SPEAR di Stanford.

11.  


 

i
ic eN
ee
adroniee
2
3
2
3
)(
)(
R 2


"The early results had a great impact on me and on
others in the high-energy physics community, for the
cross sections for multiple hadron production were
much larger than expected." B. Richter
La produzione multiadronica
N. Cabibbo, G. Parisi, M. Testa, A.
Verganelakis, Deep Inelastic Scattering and the
Nature of Partons, Lettere al Nuovo Cimento, 4,
1970.
14/05/2014 11
Contatori a
scintillazione
Contatori
Cerenkov
Assorbitori
di ferro
Assorbitori
di piombo

12. 14/05/2014 12
Esperimenti di seconda generazione
 Magnete Esperienze Adone (MEA):
apparato dotato di camere a scintilla
immerse in un campo magnetico, in grado
di discriminare la carica delle particelle e
misurarne la quantità di moto. Realizzato
dai gruppi di Frascati, Napoli, Padova e
Roma.
 Esperimento γγ2 (Frascati, Roma):
ripeteva la struttura di γγ ma disponeva di
un maggiore angolo solido.
 Esperimento “barione-
antibarione” (Frascati, Napoli, Pisa,
ISS): studio della sezione d’urto alla soglia
energetica dei processi con barioni e
antibarioni nello stato finale.

13. 14/05/2014 13
La (mancata) scoperta della J/Ψ
Prime misure della sezione d'urto e del rapporto R effettuate a SLAC con
step di 200 MeV, in funzione del quadrato dell'energia nel centro di massa.
“At that time we had not expected narrow structures and thus we decide to measure the
cross section in steps of 100 MeV in beam energy.” G. Goldhaber
 1973: entra in funzione SPEAR (6 GeV)
a Stanford.
 Luglio ‘74: B. Richter presenta i primi
risultati alla Conferenza di Londra.
Anomalia fra 3,1 e 4 GeV.
 Ottobre ‘74: Si decide di procedere con
nuove misure intorno a 3,1 GeV.
Confermata l’anomalia.
 4 Nov. ‘74: Richter propone di
“spazzolare” la regione intorno a 3,1 GeV
con intervalli di soli 10 MeV.
 11 Nov. ‘74: annunciata la scoperta
della particella J (S. Ting) – Ψ (B. Richter)

14. 14/05/2014 14
La (mancata) scoperta della J/Ψ
“When I came to SLAC that aftenoon, we were scanning in small energy steps of 10 MeV across
the 3,1 GeV region [...] and the most amazing thing happened before my eyes." G. Goldhaber
“Ci telefonò Ting da Brookhaven. A quel punto abbiamo tirato Adone
per il collo, fino a 3,1 GeV, e subito l'abbiamo vista. Salvini era quello
più turbato di tutti.” C. Bernardini

15. 14/05/2014 15
La (mancata) scoperta della J/Ψ
“I cannot help remembering that night when we found it.
We had lived for more than two years with a rhythm (an
agony) of a few hadronic events per hour, signaled at
random from the dry hit and lightning of our spark
chambers. But shortly after, when we reached 3100 MeV,
it was an orgy of lights and hits, which left us astonished
and with an unjust feeling of injustice." G. Salvini

16. 14/05/2014 16
Il quarto quark: il charm
Meccanismo “GIM”
S. L. Glashow, J. Iliopoulos, and L. Maiani,
Weak Interactions with Lepton-Hadron Symmetry, Phys.
Rev. D2, 1285 (1970)
Mesone J/Ψ
quark-antiquark charm
m = 3,0969GeV/c2
vita media = 7,2·10-21s
c.e. = 0e
spin = 1
“Il meccanismo GIM fu un atto di coraggio, perché richiese addirittura la teorizzazione dell’esistenza di una
nuova particella, fino ad allora mai pensata od osservata.”
Paris Sphicas, segretario EPS, in occasione del Premio 2011 per la Fisica delle particelle e delle alte energie
“La possibile esistenza della J/Ψ era stata più volte discussa all'interno
dei Laboratori, ma non fu seriamente cercata” N. Cabibbo

17. 14/05/2014 17
Dallo “zoo” al Modello Standard
 fine ‘60: modello a partoni (SLAC)
1970: meccanismo “GIM”
 1972: produzione multiadronica
 1973: correnti neutre (CERN)
 1974: Mesone J/Ψ e quark charm
 1975: leptone carico τ
 1977: quark bottom
“All’inizio non era preso sul serio, a causa del suo aspetto
un po’ raffazzonato. Ma contro le aspettative, tutte le sue
predizioni sono state confermate.” C. Rovelli

18. 14/05/2014 18
Epilogo
Lettera di B. Touschek a P. Forman, 18 ott. 1976
Nel 1976 il Premio Nobel per la
fisica viene assegnato a Burton
Richter e Samuel Ting per la
scoperta della J/Ψ
"L'abbandono del progetto per la costruzione del Super-Adone
fu una gravissima perdita per i laboratori: pensiamo a quanto
gli amici di Cornell hanno fatto con una macchina che era
essenzialmente quello che il Super Adone avrebbe dovuto
essere. E un'altra perdita fu la dispersione del patrimonio di
talenti che andarono a fertilizzare altre parti." N. Cabibbo
"The fact that fat Richter gets the Nobel prize for a discovery
which not he but Ting has made and with the help of a machine
which not he, but I, has invented, may explain the poison which
flows through this letter. Add to the conclusion that not those who
have ideas, but those who administer them (with the help of an
efficient machine) get recognition and you will understand my
state of mind."

19. 14/05/2014 19
Epilogo
"E' stato dopo che Touschek aveva rotto il ghiaccio con il suo piccolo
AdA, e dopo con Adone, che i fisici hanno mostrato interesse per
questo principio. Oggi esso costituisce una delle vie principali per lo
studio delle particelle elementari." R. Wideröe
"Have you heard of the C.E.R.N. project: 100 BeV electrons and
positrons. A tunnel of about 50 Km! Don't know whether to feel
guilty or elated." Touschek a Forman, 3/5/1977

20. 14/05/2014 20
Epilogo
Il 26 aprile 1993, Giorgio Salvini spegne l’ultimo
fascio circolante in Adone
ADONE
Storia dell’anello di accumulazione per
elettroni e positroni
Candidato:
Giorgio Sestili
Relatore:
Giovanni Battimelli
Un ringraziamento particolare va al Prof. Carlo
Bernardini, per gli utili consigli e per la
piacevole intervista concessami.
Roma, 25 marzo 2014