Arno Allan Penzias

Nato da Justine Eisenreich e da Karl, una famiglia ebrea di commercianti di pellame, nel 1939 a sei anni, insieme al fratello minore, fu messo in un treno per l’Inghilterra per scampare alle leggi razziali. La madre e il padre li raggiunsero poco dopo e insieme si trasferirono in America a New York.

Qui i genitori trovarono lavoro prima come custodi di un palazzo, poi il padre entrò alla falegnameria del Metropolitan Museum of Art, mentre i fratelli frequentarono le scuole.

Nel 1946 ottenne la cittadinanza americana e nel 1951 si diplomò alla Brooklyn Technical High School.

Intenzionato a studiare Chimica si iscrisse al City College di New York, una istituzione comunale che dava la possibilità di istruzione anche ai cittadini meno abbienti, ma al primo anno passò da Ingegneria Chimica a Fisica e si laureò nel 1954, il migliore del suo anno.

Dopo la laurea passò due anni di servizio militare come addetto ai radar e questo gli dava la possibilità di avere un contratto da assistente ricercatore alla Columbia University presso il Radiation Laboratory di Rabi, Kusch e Townes, che si occupava di microonde.

Dopo il matrimonio nel 1956 si iscrisse al corso di dottorato alla Columbia dove condusse il lavoro di tesi con Charles Townes, l’inventore del maser, sulla costruzione di un amplificatore maser per un esperimento di radioastronomia a sua scelta. Lui scelse la ricerca dell’idrogeno in cluster di galassie, conseguendo il  Ph.D. nel 1962.

Già prima della tesi aveva cercato un impiego temporaneo ai Bell Laboratories nel New Jersey, che avevano le attrezzature ideali per il suo lavoro, e gli fu invece offerto un impiego fisso che mantenne per 37 anni.

La grande antenna che intendeva usare per la radioastronomia era però usata per il satellite ECHO e quindi cercò qualcosa da fare con una più piccola antenna fissa, tentando di rivelare l’emissione della molecola di OH interstellare, mai misurata.

Nonostante la molecola sia stata per la prima volta rivelata da un altro gruppo di ricerca, il lavoro non fu inutile, perché i calcoli per la stima dei livelli eccitati della molecola, secondo il formalismo di George Field, contenevano la temperatura di radiazione dello spazio alla lunghezza d’onda di 18 cm. Lui usò 2 K, dai dati di Gerhard Hertzberg per i livelli di eccitazione di CN interstellare, e da due misure fatte ai Bell Labs, mentre Field usava un valore inferiore. Dimenticò la cosa fino a che nel 1966 Field gli fece notare che quello era stato il suo primo ‘incontro’ con la radiazione primordiale.

Nel frattempo la grande antenna a corno da 20 piedi doveva essere tenuta come riserva per il satellite TELSTAR, lanciato nel 1962, che aveva la stazione principale di ricezione a Andover nel Maine, ma si temeva che i partner europei nel progetto non avessero pronta la loro stazione al momento del lancio.

L’antenna, tarata per la lunghezza d’onda di 7 cm per TELSTAR, non fu utilizzata perché gli europei furono pronti in tempo, così fu disponibile un maser a bassissimo rumore per la radioastronomia. Oltre a quel colpo di fortuna, un altro radioastronomo, Robert Wilson, arrivò dal Caltech in cerca di impiego e fu assunto. I due iniziarono a lavorare insieme nel 1963.

Misero a punto un’elettronica che fosse di qualità comparabile all’antenna e al maser e, per calibrarla e provarla, iniziarono una serie di osservazioni radio molto sensibili in zone della Galassia già esplorate da Wilson al Caltech con una attrezzatura molto meno sensibile. Per ottenere grande sensibilità  dovettero eliminare ogni causa di interferenza esterna di origine terrestre (trasmissioni radio, radar ecc.) e dal ricevitore stesso raffreddandolo circa a 4 K. Quando elaborarono i dati, sottraendo quello che era dovuto a sorgenti note, trovarono un persistente rumore di fondo, senza nessuna causa apparente, di intensità molto maggiore di quanto avessero ipotizzato, stabile giorno e notte e non dipendente dalla direzione dell’antenna e certamente non proveniente dalla Terra, dal Sole o dalla Galassia. Dopo avere accuratamente esaminato l’antenna, rimuovendo anche due piccioni che avevano fatto il nido nell’antenna e i loro escrementi, il rumore di fondo rimaneva. Senza alcun dubbio era di origine extragalattica, ma nessuna fonte nota poteva emettere un segnale isotropo e costante a circa 3 K.

Nello stesso periodo Robert H. Dicke, Jim Peebles e David Wilkinson, astrofisici  a Princeton, stavano preparando un esperimento per cercare una radiazione a microonde di fondo cosmico. Già George Gamow,  Alpher e lo stesso Dicke avevano ipotizzato che il Big Bang avesse diffuso oltre alla materia che ha poi formato le galassie anche una radiazione cercando di calcolarne la temperatura attuale, ma stimandola molto maggiore.

Quando un amico, Bernard F. Burke, del MIT, riferì di queste idee a Penzias, lui contattò Robert Dicke a Princeton, informandolo delle loro osservazioni che avevano tutte le caratteristiche di questa radiazione di fondo ed invitandolo ai Bell Labs.

Dicke, Peebles, Wilkinson interpretarono questa radiazione come un residuo del Big Bang e decisero di annunciare il risultato con due distinte pubblicazioni inviate all’Astrophysical Journal Letters, una teorica di Dicke e collaboratori e una con i dati sperimentali firmata da Penzias e Wilson col titolo "A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s" (Astrophysical Journal, vol. 142, 1965, pp. 419–421), entrambe attribuivano il segnale alla radiazione cosmica di fondo (Cosmic Microwave Background radiation, nota come CMB).

Per questa scoperta, che ha aperto un campo di studio ancora molto attuale per comprendere le caratteristiche di questa radiazione, dai progetti COBE a PLANCK, nel 1978 Penzias e Wilson ricevettero il Premio Nobel, insieme a Pyotr Kapitsa per una ricerca completamente diversa.

Dopo la scoperta Penzias si recò al Dipartimento di Studi Astrofisici di Princeton come professore ospite e curò molte tesi di dottorato in radioastronomia a suo dire imparando più dagli studenti di quanto potesse insegnare.

L’attrezzatura del Bell Lab diventava però sempre più inadeguata, nascevano nuovi radiotelescopi più grandi e moderni quindi si dedicò, sempre insieme a Wilson, a costruire un ricevitore a lunghezza d’onda minore, dell’ordine del mm, collocato al radiotelescopio di Kitt Peak in Arizona dove scoprirono e studiarono molte molecole interstellari, aprendo un nuovo campo di ricerca.

Si dedicò in particolare alla ricerca intensiva del deuterio (che venne per questo chiamato ‘la balena bianca di Arno’) nella Galassia, che avrebbe confermato l’origine del Big Bang per la loro CMB. 

Nel 1972 divenne direttore del Radio Physics Research Department ai Bell Labs, al ritiro di A.B. Crawford che lo aveva fondato e costruito l’antenna che avevano usato, a capo di 60 scienziati e ingegneri, pur continuando la ricerca nel campo delle onde millimetriche con un radiotelescopio controllato da un mini-computer, allora una rarità.

Nel 1979 le sue responsabilità manageriali crebbero con la nomina a Direttore della Divisione di Scienza delle Comunicazioni, sempre al Bell.

Quando nel 1981, in base alla legge antitrust i Bell Labs vennero incorporati da AT&T, assunse il ruolo di Vice Presidente del settore ricerca, e dovette riadattare tutta la ricerca alle mutate situazioni aziendali, alla nuova elettronica e ai nuovi scenari della Information Technology.

La sua attività di ricerca in radioastronomia dovette però praticamente terminare per dedicarsi a riflessioni sulla nuova tecnologia e società pubblicate in un libro Ideas and Information (1989), che ebbe traduzioni in varie lingue e un buon successo. A sorpresa negli anni novanta, avvicinandosi il pensionamento, lasciò il suo incarico per rivolgere la sua attenzione al fermento di nuove società che nascevano nella Silicon Valley per mettere la sua esperienza manageriale a loro disposizione, e alla fine divenne partner di una società di capitali, la New Enterprise Associates (NEA), la maggiore del mondo con 18 miliardi di dollari di investimenti nel campo delle comunicazioni, della Information Technology e della produzione di energia.