Robert Hofstadter

Figlio di Louis, un negoziante di tabacchi, e di Henrietta Koenigsberg, entrambi di origini tedesche, frequentò le scuole pubbliche per entrare poi al City College di New York. Qui mostrò doti eccezionali in matematica e fisica e in particolare fu incoraggiato da Irving Lowen e Mark Zemansky. Ottenne il B.S. con lode nel 1935, a 20 anni, ed ebbe il Premio Kenyon per la matematica e fisica oltre ad una borsa di studio della General Electric Co. per proseguire il dottorato alla Princeton University.

Una delle clausole richiedeva di iniziare un lavoro di ricerca sin dal primo anno e quindi intraprese una serie di ricerche sperimentali prima con la camera a nebbia di Wilson, poi sugli spettri infrarossi di molecole organiche, poi su di un nuovo tipo di spettrometro di massa e questo gli tolse tempo per frequentare i corsi e per approfondire la meccanica quantistica sotto la guida di Eugene Wigner.

Nel secondo anno divenne prima assistente di E.U. Condon (che stava scrivendo il suo testo The Theory of Atomic Spectra) e pensò di dedicarsi alla fisica teorica, poi però si unì al gruppo sperimentale di R. B. Barnes.

Poco dopo sia Condon che Barnes lasciarono Princeton per cui continuò il suo lavoro senza supervisori ottenendo il Dottorato nel 1938 con una tesi di spettroscopia che contribuì a chiarire la natura del legame idrogeno e fu citata in nota da Linus Pauling (Nobel per la Chimica nel 1954) nel suo trattato The Nature of the Chemical Bond, 1939.

Aveva nel frattempo conosciuto Frederick Seitz, che era stato allievo di Wigner e visitava spesso Princeton, che lo invitò al General Electric Laboratory per studiare le proprietà della willemite, un composto fluorescente usato per schermi televisivi. Al ritorno a Princeton, completò questi studi sulla fotoconduzione di tali cristalli, formandosi una conoscenza di base sullo stato solido che sarà cruciale per i futuri lavori sui contatori a scintillazione ed altri rivelatori.

Nel 1939 Seitz lo invitò all’Università della Pennsylvania, ma invece di dedicarsi allo stato solido si unì al gruppo di fisica nucleare di Luois Ridenour che costruiva un acceleratore Van de Graaf. Non fu un periodo fecondo per la sua attività di ricerca, ma strinse una profonda amicizia con Leonard Schiff, il collega con cui lavorerà maggiormente in seguito sulla struttura nucleare.

Con l’entrata in guerra degli Stati Uniti nel 1941 fece domanda di entrare al National Bureau of Standard di Washington per ricerche belliche, proseguite poi alla Norden Co., sui radar.

Oltre alla fisica era appassionato di musica jazz e per questo comune interesse conobbe Nancy Givan, la sua vicina di casa di Filadelfia, che sposò nel 1942.

Nel 1946 tornò all’Università di Princeton come professore assistente e iniziò ricerche sulla rivelazione di raggi gamma, da usarsi al ciclotrone di Princeton, sviluppando un contatore a scintillazione a ioduro di sodio attivato con Tallio (NaI(Tl)) più efficiente di quelli in uso, che brevettò nel 1948.

Nel 1950, insieme a Jack McIntyre, usò questo rivelatore per ricerche di spettroscopia gamma che attirarono l’attenzione di fisici di Stanford, per cui ricevette l’offerta di un posto di professore associato, rifiutato da Princeton. Accettò e si trasferì in California, dove ritrovava Leonard Schiff, nel frattempo diventato Direttore del Dipartimento di Fisica.

Durante il viaggio in auto con la moglie, attraverso gli Stati Uniti, si fermarono da Eugene Freenberg a St. Louis e, discutendo sul futuro programma di ricerche, questi gli suggerì di provare la diffusione di elettroni da nuclei, come già si era fatto con gli atomi.

Nei primi anni a Stanford, insieme a Jack McIntyre che lo aveva seguito, applicò i suoi scintillatori allo studio di raggi X, neutroni, particelle alfa e muoni.

In quegli anni si stavano sviluppando gli acceleratori lineari per elettroni di Stanford (il Mark III da 180 MeV, portato a 400 MeV nel 1953) per studiare la struttura del nucleo e Hofstadter si rese conto che occorreva uno spettrometro magnetico per focalizzare e separare gli elettroni diffusi. Costruito tale strumento, i suoi esperimenti stabilirono soprattutto che il protone non era puntiforme, ma aveva un raggio (di circa 7 × 10 ^–16 m).

Aumentando l’energia dell’acceleratore a 600 MeV, nel 1955 studiò la struttura di vari nuclei e dei nucleoni con maggiori dettagli e nel 1960, quando si raggiunse 1 GeV, costruì un nuovo spettrometro (di 200 tonnellate).

Suggerì anche di costruire un nuovo acceleratore lineare più potente e fece parte del gruppo di lavoro dello SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) che progettò l’acceleratore da due miglia che raggiunse nel 1967 l’energia di 20 GeV, sotto la direzione di Wolfgang Panofsky.

Nel 1961 gli venne conferito il Premio Nobel per his pioneering studies of electron scattering in atomic nuclei and for his thereby achieved discoveries concerning the structure of the nucleons.

Quel periodo fu il più fecondo nella sua vita scientifica, il suo gruppo aveva il monopolio della fisica della struttura nucleare, dimostrando che piccoli gruppi potevano fare ottima fisica delle particelle elementari e che non erano necessarie enormi collaborazioni e mezzi, come quelle attuali.

Più tardi ammise però che la via verso la “big science” era ormai tracciata e che il clima scientifico di quegli anni ’50 difficilmente si sarebbe potuto ripetere.

Più tardi l’acceleratore lineare (LINAC) di SLAC, aumentando l’energia, iniziò lo studio delle collisioni profondamente inelastiche di elettroni, e fornì le prime evidenze sperimentali dell’esistenza di particelle puntiformi costituenti i nucleoni (quarks).

Per questo nel 1990 Friedman, Kendall e Taylor ricevettero il Premio Nobel e Hofstadter poté gioire, ricevendo la notizia poche settimane prima della morte, per gli sviluppi che la sua idea iniziale aveva avuto.

Si occupò anche di politica della ricerca, difendendo sempre le prerogative delle Università rispetto alle sempre più crescenti esigenze, anche di finanziamenti, dei centri di ricerca delle agenzie governative (come era lo SLAC). Si battè anche contro la legge, poi approvata, che obbligava gli scienziati dipendenti ad intestare i brevetti industriali ottenuti alle Università d’appartenenza, ritenendolo lesivo dei diritti dei singoli.

Riteneva anche che gli scienziati dei centri di ricerca non dovessero mantenere la cattedra di Professore, perchè in tale modo distraevano studenti dalle Università convogliandoli nei centri stessi. Perse tale battaglia, anche per l’opposizione di Wolfgang Panowsky e Sidney Drell, direttori di SLAC, che altrimenti avrebbero dovuto dimettersi da Stanford.

Anche per questo nell’ultimo periodo della sua attività si allontanò da SLAC e dalla ricerca in fisica delle alte energie dedicandosi allo sviluppo di più efficienti scintillatori a cristallo (TASC, Total Absorption Shower Cascade) da usarsi anche in ricerche astrofisiche e mediche.

Uno di questi, la “palla di cristallo” (Crystal Ball), di 42 pollici di diametro, fu usato all’anello di accumulazione per elettroni e positroni SPEAR di Stanford per rivelare il decadimento dello “charmonio”.

Un altro suo rivelatore fu usato nell’esperimento EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment telescope), un progetto della NASA di astronomia a raggi gamma, sul satellite Compton Gamma Ray Observatory lanciato nel 1991 pochi mesi dopo la sua morte.

Si interessò molto alle applicazioni di tecniche usate nella fisica delle alte energie alla medicina in collaborazione con Barrie Hughes e Edward Rubentein alla Stanford Medical School, in particolare sviluppò una tecnica di angiografia non invasiva usando radiazione di sincrotrone. Per i suoi contributi alla scienza medica fu eletto all’Institute of Medicine nel 1984.

Fu spesso consultato da varie commissioni governative per problemi militari e fece parte, con Panowsky, negli anni della guerra fredda, dello “Screwdriver Report” (Rapporto ‘cacciavite’), una commissione consultiva incaricata di analizzare metodi per localizzare ordigni nucleari eventualmente introdotti negli USA. (Il nome venne dalla risposta di J. Robert Oppenheimer quando gli fu chiesto, davanti al Congresso, come si poteva trovare un eventuale ordigno nucleare chiuso in una scatola vicino al confine americano: ‘con un cacciavite!’)

Nel 1958 fu eletto alla National Academy of Science e ricevette, oltre al Nobel, altri numerosi premi: Scienziato dell’Anno nel 1959, la Medaglia Roentgen nel 1985, la Medaglia delle Scienze nel 1986 e il Premio Fiuggi.

Fu un ottimo insegnante nei corsi di fisica di base e amava trascorrere molto tempo con gli studenti, discutendo con loro ed anche con i colleghi. La sua conversazione era molto apprezzata e la sua casa di Stanford aperta a colleghi e ospiti. Viveva intensamente la vita del campus e, con la moglie, non perdeva una partita della squadra di football o basket. Negli anni ’60 acquistò un ranch nel Nord California dove allevava cavalli e bovini e coltivava ulivi, vivendo, nei fine settimana, un’altra vita lontano dai laboratori, ignorata anche da molti colleghi.

Il suo fu un lungo e felice matrimonio, nonostante iniziali grosse difficoltà economiche, ed ebbero tre figli, Mary, Laura e Douglas, laureato in fisica, professore di scienze cognitive all’Indiana University, molto noto per la lunga collaborazione a Scientific American e per il libro Gödel, Escher, Bach: un’eterna ghirlanda brillante (ed. italiana Adelphi, Milano, 1984) col quale vinse il Premio Pulitzer nel 1980.