Hideki Yukawa

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Hideki Yukawa fu un fisico teorico nato a Tokyo nel 1907, terzo figlio di Takuji Ogawa, professore di geologia all’Università di Kyoto. A Kyoto studiò da autodidatta con il compagno Sin-Itiro Tomonaga approfondendo in particolare la meccanica quantistica. Fu allievo di Cantaro Nagaoka, promotore degli studi di fisica in Giappone, dedicandosi alla fisica teorica e alle particelle elementari. Si laureò a Kyoto nel 1929, dove tenne lezioni dal 1930. Nel 1932 si sposò con Sumiko da cui ebbe due figli. Nel 1933 si trasferì come Professore incaricato all’Università di Osaka, dove ottenne il Dottorato nel 1938. Nel 1940 fu chiamato alla cattedra di Fisica Teorica all’Università di Kyoto, cattedra che mantenne per tutta la vita.

Ad Osaka, nel 1935, pubblicò un lavoro che gli valse la fama e il premio Nobel del 1949, dal titolo "On the Interaction of Elementary Particles. I.". Associò alle forze nucleari delle nuove particelle: i mesoni.

E’ possibile tracciare, per linee generali, il suo ragionamento. Poiché era noto che i fotoni sono le particelle associate al campo elettromagnetico e dunque alle forze elettromagnetiche, egli si domandò quali fossero i quanti associati alle forze nucleari. Concluse che il quanto delle forze nucleari deve avere una massa a riposo finita e ne riporta una stima di circa 140MeV, circa 270 volte la massa dell’elettrone. Inoltre stabilì che questo quanto può essere elettricamente neutro oppure con una carica pari a quella dell’elettrone o del positrone.

Il potenziale delle forze nucleari può essere scritto così:

Possiamo immaginare che la distanza caratteristica r0 coincida con il raggio della sfera d’azione della forza nucleare. V(r) è anche noto come potenziale di Yukawa. Ipotizzando che la forza tra due nucleoni sia dovuta all’emissione di un quanto da parte di uno di essi e all’assorbimento dello stesso da parte dell’altro è possibile ricavare la massa del quanto in questione. Il tempo impiegato da questo quanto per raggiungere l’altro nucleone è certamente minore a quello che impiegherebbe la luce, cioè r/c, se r è la distanza tra i due nucleoni. Inoltre mentre questo quanto “mediatore” agisce la conservazione dell’energia è violata a causa dell’eccesso di massa (m) dovuto proprio alla presenza del quanto. Se il tempo di mediazione è finito sappiamo, dal principio di indeterminazione, che non è possibile misurare l’energia con una precisione migliore di ∆E∆t ≈ h/2π.

Ponendo:

ΔE = mc²

Δt = r₀ / c

possiamo scrivere:

da cui è possibile ricavare la massa m, che risulta circa 290 volte quella dell’elettrone. Inoltre il quanto deve essere neutro o carico poiché mediatore di interazioni neutrone-neutrone, protone-protone, neutrone-protone.

Quando il lavoro di Yukawa apparve sulla rivista giapponese “Progress of theoretical Physics” non suscitò grande interesse. Il mesone di Yukawa è effettivamente presente nei raggi cosmici, ma viene subito assorbito nella parte alta dell’atmosfera. Venne chiamato mesone π o pione.

Dal 1947 si dedicò soprattutto alla teoria di campo “non locale”; successivamente fu professore ospite all’Istituto di Studi Avanzati di Princeton nel 1948 e dal 1949 al 1953 della Columbia University di New York. Quando ritornò a Kyoto fu direttore del Research Institute for Fundamental Physics, ora Yukawa Institute. Fu il primo giapponese ad ottenere il premio Nobel. Oltre a numerosi lavori scientifici pubblicò in giapponese i manuali Introduction to Quantum Mechanics (1946) e Introduction to the Theory of Elementary Particles (1948). Nel 1955 firmò il ‘Manifesto Einstein-Russell’ per il disarmo nucleare.

Interruppe la scrittura della sua biografia con la seguente motivazione: "non desidero scrivere oltre perché quei giorni di studio senza soste mi suscitano nostalgia e d'altra parte mi rattrista pensare a come sono venuto sempre più ad occuparmi di cose diverse dallo studio".

Morì l’8 Settembre del 1981.