Arthur Holly Compton

Il padre Elias Compton, pastore presbiteriano, era professore di filosofia e Preside del College di Wooster che Arthur frequentò fino alla laurea nel 1913. Di profonda fede, anche Arthur voleva intraprendere una carriera religiosa, ma il padre lo consigliò di dedicarsi alla scienza dicendogli che "Your work in this field may become a more valuable Christian service than if you were to enter the ministry or become a missionary".

Anche il fratello maggiore Karl Taylor divenne un noto fisico e in seguito fu Presidente del MIT, mentre il fratello minore, Wilson, fu un diplomatico e Presidente della Washington State University.

Proseguì gli studi alla Princeton University, seguendo il fratello Karl, dove conseguì il M.A.nel 1914 e il Ph.D. nel 1916.

Già dai primi anni di studio aveva ideato un elegante metodo per dimostrare la rotazione terrestre, ma ben presto i suoi interessi si rivolsero ai raggi X, che erano anche il campo di lavoro del fratello, e nella tesi di dottorato studiò la distribuzione angolare dei raggi riflessi da cristalli, come mezzo di indagine sulla disposizione degli atomi.

Dopo il dottorato sposò una compagna di studi a Wooster, Betty McCloskey, che sarà una intelligente e competente compagna per tutta la vita.

Passò un anno come assistente all’Università del Minnesota dove studiò il magnetismo, intuendo l’esistenza dello spin dell’elettrone. Cercò poi un lavoro, meglio retribuito, nell’industria e fu assunto come ricercatore alla Westinghouse di Pittsburgh, seguendo la strada percorsa da molti altri fisici siccome i laboratori delle industrie (più tardi lavorò anche alla General Electric allo sviluppo delle lampade fluorescenti) in quegli anni erano in rapida crescita, molto maggiore dei laboratori accademici.

Nel 1919 ottenne una borsa di studio del National Research Council e si recò a Cambridge al Cavendish Laboratory che in quegli anni era però più attrezzato per studi sulla radioattività e quindi si dedicò più ai raggi γ che ai raggi X.

Qui confermò studi precedenti suoi e di altri che mostravano strane variazioni della lunghezza d’onda in funzione dell’angolo di diffusione.

Nel 1920 ebbe una cattedra come Professore di fisica e Direttore del Dipartimento di fisica alla Washington University di St. Louis e qui con grande abilità sperimentale e pazienza determinò definitivamente la variazione della lunghezza d’onda dei raggi X in funzione dell’angolo di diffusione, quello che ora è chiamato “effetto Compton”.

Nel 1922, dopo vari tentativi di interpretazione del fenomeno in modo classico, riuscì a spiegarlo usando la meccanica quantistica e la relatività e presentò i suoi risultati al convegno dell’American Physical Society suscitando interesse, ma anche una forte opposizione. In seguito sarà uno dei capisaldi della nuova fisica quantistica.

Nel 1923 si trasferì all’Università di Chicago, succedendo nella cattedra di Millikan, e si dimostrò un ottimo insegnante, molto apprezzato e seguito da numerosi studenti coi quali collaborò a molti lavori sui raggi X, ma anche sui raggi cosmici.

I suoi risultati sull’effetto Compton furono poi confermati da C.T.R. Wilson, usando la camera a nebbia, e da Compton e A. W. Simon col metodo delle coincidenze e indipendentemente in Germania da Rothe e Geiger.

Per questo gli fu assegnato il Premio Nobel del 1927 insieme a C.T.R. Wilson (per lo sviluppo della camera a nebbia).

Inoltre con C.F. Hagenow studiò la riflessione totale dei raggi X e la polarizzazione, che portò ad una migliore determinazione del numero di elettroni in un atomo. Con R. L. Doan ottenne spettri di raggi X da reticoli graduati determinando così direttamente la loro lunghezza d’onda. Tali spettri, confrontati con quelli ottenuti da cristalli permisero di determinare le distanze interatomiche nei cristalli e, conoscendo la densità e il numero di Avogadro, una misura più accurata della carica dell’elettrone, dopo quella di Millikan con le goccioline d’olio.

Negli anni trenta guidò uno studio su scala mondiale della variazione di intensità dei raggi cosmici con la latitudine, legandola alle variazioni del campo geomagnetico e iniziando così gli studi dell’interazione del campo magnetico terrestre con i raggi cosmici primari.

Durante la guerra, con Vannevar Bush e Ernest Lawrence, si adoperò per rivitalizzare il programma atomico americano, allora in una fase stagnante. Fu messo a capo del Comitato S-1, che investigava le proprietà e l’arricchimento dell’uranio, e nel 1942 nominò Oppenheimer come capo della sezione teorica. Quando il Comitato fu affidato all’esercito, nell’estate del 1942, diventò il “Progetto Manhattan”.

Dopo l’attacco giapponese a Pearl Harbor ottenne il sostegno per intense ricerche sul plutonio all’Università di Chicago, destinate a fabbricare una bomba atomica. Il nome di copertura del suo laboratorio era “Metallurgical Laboratory” (“MetLab”) dove lavoravano Fermi e Szilard che vi realizzarono la prima reazione nucleare a catena controllata.

Non partecipò ai lavori di Los Alamos, ma si occupò del reattore di Hanford che produsse il plutonio per la bomba di Nagasaki. Ebbe un ruolo anche nella decisione del governo di usare la bomba atomica e un resoconto personale della vicenda si trova nel suo libro: Atomic Quest – a Personal Narrative (Oxford U. P.,1956).

Nel 1946 tornò a St. Louis come Rettore della Washington University, non si dedicò più alla ricerca, ma solamente all’amministrazione. Immatricolò numerosi studenti veterani di guerra e grazie alle sue conoscenze ingaggiò anche molti rinomati ricercatori, ma ebbe anche molte critiche per aver rallentato la piena integrazione razziale e si dimise nel 1953, rimanendo come professore emerito sino al pensionamento nel 1961.

Scrisse numerosi lavori scientifici e alcuni trattati soprattutto sui raggi X, ma anche sue personali riflessioni come “The Freedom of Man” (1935), “On Going to College” (1940), e “Human Meaning of Science” (1940).

Oltre al Nobel ebbe numerosi riconoscimenti come le medaglie Rumford (1927, AAAS), Hughes (1940, Royal Society) e Franklin (1940). Fu presidente dell’American Physical Society nel 1934, dell’American Association of Scientific Workers(1939-1940), e dell’American Association for the Advancement of Science (AAAS) nel 1942.

Fu per tutta la vita profondamente religioso esplorando spesso i rapporti tra fede e scienza, sia in connessione ai fondamenti della meccanica quantistica, sia in relazione ai problemi morali dell’uso militare dell’energia atomica. I suoi passatempi preferiti erano l’astronomia, la musica, la fotografia e il tennis.

Il figlio maggiore Arthur Allen presta servizio al Ministero degli esteri americano e il minore John Joseph è stato professore emerito di filosofia alla Vanderbilt University di Nashville.