Emilio Gino Segrè ( italiano: [seˈgrɛ] ; 1 de febrero de 1905 - 22 de abril de 1989) [1] fue un físico y premio Nobel italiano y naturalizado estadounidense , que descubrió los elementos tecnecio y astato , y el antiprotón , una antipartícula subatómica , para por el que recibió el Premio Nobel de Física en 1959 junto con Owen Chamberlain .
Nacido en Tivoli , cerca de Roma , Segrè estudió ingeniería en la Universidad de Roma La Sapienza antes de dedicarse a la física en 1927. Segrè fue nombrado profesor asistente de física en la Universidad de Roma en 1932 y trabajó allí hasta 1936, convirtiéndose en uno de los miembros de la Via Panisperna. Niños . De 1936 a 1938 fue director del Laboratorio de Física de la Universidad de Palermo . Después de una visita al Laboratorio de Radiación de Berkeley de Ernest O. Lawrence , en 1937 le enviaron una tira de molibdeno del acelerador ciclotrón del laboratorio , que emitía formas anómalas de radiactividad . Mediante cuidadosos análisis químicos y teóricos, Segrè pudo demostrar que parte de la radiación era producida por un elemento previamente desconocido, llamado tecnecio, el primer elemento químico sintetizado artificialmente que no se encuentra en la naturaleza.
En 1938, el gobierno fascista de Benito Mussolini aprobó leyes antisemitas que prohibían a los judíos ocupar puestos universitarios. Como judío, Segrè se convirtió en emigrado indefinido. En el Laboratorio de Radiación de Berkeley, Lawrence le ofreció un trabajo como asistente de investigación. Allí, Segrè ayudó a descubrir el elemento astato y el isótopo plutonio-239 , que más tarde se utilizó para fabricar la bomba nuclear Fat Man lanzada sobre Nagasaki . De 1943 a 1946 trabajó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos como líder de grupo del Proyecto Manhattan . En abril de 1944 descubrió que Thin Man , el arma nuclear tipo pistola de plutonio propuesta , no funcionaría debido a la presencia de impurezas de plutonio-240 . En 1944, se naturalizó como ciudadano de los Estados Unidos. A su regreso a Berkeley en 1946, se convirtió en profesor de física e historia de la ciencia , cargo que ocupó hasta 1972. Segrè y Owen Chamberlain codirigieron un grupo de investigación en el Laboratorio de Radiación Lawrence que descubrió el antiprotón , para el cual los dos compartieron el 1959 Premio Nobel de Física .
Segrè fue un fotógrafo activo que tomó muchas fotografías que documentan acontecimientos y personas de la historia de la ciencia moderna, que fueron donadas al Instituto Americano de Física después de su muerte. El Instituto Americano de Física nombró su archivo fotográfico de historia de la física en su honor.
Emilio Gino Segrè nació en el seno de una familia judía sefardí en Tívoli , cerca de Roma , el 1 de febrero de 1905, hijo de Giuseppe Segrè, un hombre de negocios propietario de una fábrica de papel, y de Amelia Susanna Treves. Tenía dos hermanos mayores, Angelo y Marco. [2] Su tío, Gino Segrè, era profesor de derecho. [3] Fue educado en el ginnasio de Tivoli y, después de que la familia se mudó a Roma en 1917, en el ginnasio y el liceo de Roma. Se graduó en julio de 1922 y se matriculó en la Universidad de Roma La Sapienza como estudiante de ingeniería . [4]
En 1927, Segrè conoció a Franco Rasetti , quien le presentó a Enrico Fermi . Los dos jóvenes profesores de física buscaban estudiantes con talento. Asistieron a la Conferencia Volta en Como en septiembre de 1927, [5] donde Segrè escuchó conferencias de físicos notables como Niels Bohr , Werner Heisenberg , Robert Millikan , Wolfgang Pauli , Max Planck y Ernest Rutherford . Luego, Segrè se reunió con Fermi y Rasetti en su laboratorio en Roma. Con la ayuda del director del Instituto de Física, Orso Mario Corbino , Segrè pudo pasar a la física, [6] y, estudiando con Fermi, obtuvo su título laurea en julio de 1928, [7] con una tesis sobre "Anómalas Dispersión y Rotación Magnética". [4]
Después de un período en el ejército italiano de 1928 a 1929, [4] durante el cual fue comisionado como segundo teniente en la artillería antiaérea , [8] Segrè regresó al laboratorio en Via Panisperna. Publicó su primer artículo, que resumía su tesis, "Sobre la dispersión anómala en el mercurio y en el litio", junto con Edoardo Amaldi en 1928, y otro artículo con él al año siguiente sobre el efecto Raman . [9]
En 1930, Segrè empezó a estudiar el efecto Zeeman en determinados metales alcalinos . Cuando su progreso se estancó porque la rejilla de difracción que necesitaba para continuar no estaba disponible en Italia, escribió a cuatro laboratorios de otras partes de Europa pidiendo ayuda y recibió una invitación de Pieter Zeeman para terminar su trabajo en el laboratorio de Zeeman en Amsterdam . Segrè recibió una beca de la Fundación Rockefeller y, siguiendo el consejo de Fermi, decidió utilizarla para estudiar con Otto Stern en Hamburgo . [10] [11] Trabajar con Otto Frisch en la cuantificación del espacio produjo resultados que aparentemente no concordaban con la teoría actual; pero Isidor Isaac Rabi demostró que la teoría y el experimento estaban de acuerdo si el espín nuclear del potasio era +1/2. [12]
Segrè fue nombrado profesor asistente de física en la Universidad de Roma en 1932 y trabajó allí hasta 1936, convirtiéndose en uno de los chicos de Via Panisperna . [13] En 1934, conoció a Elfriede Spiro, una mujer judía cuya familia había venido de Ostrowo en Prusia Occidental , pero había huido a Breslau cuando esa parte de Prusia pasó a formar parte de Polonia después de la Primera Guerra Mundial. Después de que el Partido Nazi llegó al poder. En Alemania, en 1933, emigró a Italia, donde trabajó como secretaria e intérprete. Al principio ella no hablaba bien el italiano y Segrè y Spiro conversaban en alemán, que él hablaba con fluidez. [14] Los dos se casaron en la Gran Sinagoga de Roma el 2 de febrero de 1936. Estuvo de acuerdo con el rabino en gastar la cantidad mínima en la boda, entregando el resto de lo que se gastaría en una boda de lujo a los refugiados judíos de Alemania. De todos modos, el rabino logró darles muchos de los adornos de una boda de lujo. [15] El matrimonio tuvo tres hijos: Claudio, nacido en 1937, Amelia Gertrude Allegra, nacida en 1937, y Fausta Irene, nacida en 1945. [16]
Después de casarse, Segrè buscó un trabajo estable y se convirtió en profesor de física y director del Instituto de Física de la Universidad de Palermo . Encontró que el equipo allí era primitivo y la biblioteca carecía de literatura sobre física moderna, pero entre sus colegas en Palermo se encontraban los matemáticos Michele Cipolla y Michele De Franchis , el mineralogista Carlo Perrier y el botánico Luigi Montemartini . [17] En 1936 visitó el Laboratorio de Radiación de Berkeley de Ernest O. Lawrence , donde conoció a Edwin McMillan , Donald Cooksey , Franz Kurie , Philip Abelson y Robert Oppenheimer . Segrè estaba intrigado por la chatarra radiactiva que alguna vez había formado parte del ciclotrón del laboratorio . En Palermo se descubrió que contenía varios isótopos radiactivos . En febrero de 1937, Lawrence le envió una tira de molibdeno que emitía formas anómalas de radiactividad . Segrè contó con la ayuda de Perrier para someter la tira a un cuidadoso análisis químico y teórico, y pudieron demostrar que parte de la radiación era producida por un elemento previamente desconocido. [18] En 1947 lo denominaron tecnecio , ya que fue el primer elemento químico sintetizado artificialmente . [19] [20]
En junio de 1938, Segrè realizó una visita de verano a California para estudiar los isótopos de vida corta del tecnecio, que no sobrevivieron al envío por correo a Italia. Mientras Segrè estaba en camino, el gobierno fascista de Benito Mussolini aprobó leyes raciales que prohibían a los judíos ocupar puestos universitarios. Como judío, Segrè se convirtió ahora en un emigrado indefinido. [21] La crisis checoslovaca llevó a Segrè a llamar a Elfriede y Claudio, ya que ahora temía que la guerra en Europa fuera inevitable. [22] En noviembre de 1938 y febrero de 1939 realizaron viajes rápidos a México para cambiar sus visas de turista por visas de inmigración. Tanto Segrè como Elfriede temían mucho por la suerte de sus padres en Italia y Alemania. [23]
En el Laboratorio de Radiación de Berkeley, Lawrence le ofreció a Segrè un trabajo como asistente de investigación (un puesto relativamente bajo para alguien que había descubierto un elemento) por 300 dólares (equivalente a 6.600 dólares en 2023) al mes durante seis meses. Cuando Lawrence se enteró de que Segrè estaba legalmente atrapado en California, aprovechó la situación para reducir el salario de Segrè a 116 dólares al mes. [24] [25] Trabajando con Glenn Seaborg , Segrè aisló el isótopo metaestable tecnecio-99m . Sus propiedades lo hicieron ideal para su uso en medicina nuclear y ahora se utiliza en alrededor de 10 millones de procedimientos de diagnóstico médico al año. [26] Segrè fue a buscar el elemento 93 , pero no lo encontró, ya que buscaba un elemento químicamente similar al renio en lugar de un elemento de tierras raras , que es lo que era el elemento 93. [27] Trabajando con Alexander Langsdorf, Jr. y Chien-Shiung Wu , descubrió el xenón-135 , [28] [29] que más tarde se volvió importante como veneno nuclear en reactores nucleares . [30]
Segrè luego dirigió su atención a otro elemento que faltaba en la tabla periódica , el elemento 85 . Después de anunciar cómo pretendía crearlo bombardeando bismuto-209 con partículas alfa en una reunión del Laboratorio de Radiación el lunes, dos de sus colegas, Dale R. Corson y Robert A. Cornog, llevaron a cabo el experimento propuesto. Luego, Segrè preguntó si podía hacer la química y, con Kenneth Ross MacKenzie , aislaron con éxito el nuevo elemento, que hoy se llama astato . [31] [32] [33] Segrè y Wu luego intentaron encontrar el último elemento no transuránico que faltaba , el elemento 61 . Tenían la técnica correcta para elaborarlo, pero carecían de los métodos químicos para separarlo. [33] También trabajó con Seaborg, McMillan, Joseph W. Kennedy y Arthur C. Wahl para crear plutonio-239 en el ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) de Lawrence en diciembre de 1940. [34] [35]
El ataque japonés a Pearl Harbor en diciembre de 1941 y la posterior declaración de guerra de Estados Unidos a Italia convirtieron a Segrè en un enemigo extranjero y le cortaron la comunicación con sus padres. Los físicos comenzaron a abandonar el Laboratorio de Radiación para realizar trabajos de guerra, y Raymond T. Birge le pidió que impartiera clases a los estudiantes restantes. Esto proporcionó un complemento útil a los ingresos de Segrè, y estableció importantes amistades y asociaciones profesionales con algunos de estos estudiantes, entre los que se encontraban Owen Chamberlain y Clyde Wiegand . [36]
A finales de 1942, Oppenheimer pidió a Segrè que se uniera al Proyecto Manhattan en su Laboratorio de Los Álamos . [37] Segrè se convirtió en el jefe del Grupo P-5 (Radioactividad) del laboratorio, que formaba parte de la División P (Física Experimental) de Robert Bacher . [38] Por razones de seguridad, se le dio el nombre de portada de Earl Seaman. [39] Se mudó a Los Álamos con su familia en junio de 1943. [40]
El grupo de Segrè instaló su equipo en una cabaña en desuso del Servicio Forestal en el Cañón de Pajarito, cerca de Los Álamos, en agosto de 1943. [41] La tarea de su grupo era medir y catalogar la radiactividad de diversos productos de fisión . Una importante línea de investigación fue determinar el grado de enriquecimiento isotópico alcanzado con diversas muestras de uranio enriquecido . Inicialmente, las pruebas mediante espectrometría de masas , utilizada por la Universidad de Columbia , y el ensayo de neutrones, utilizado por Berkeley, dieron resultados diferentes. Segrè estudió los resultados de Berkeley y no pudo encontrar ningún error, mientras que Kenneth Bainbridge tampoco encontró ningún defecto en los de Nueva York. Sin embargo, el análisis de otra muestra mostró una estrecha coincidencia. [42] Se observaron tasas más altas de fisión espontánea en Los Álamos, que el grupo de Segrè concluyó que se debían a los rayos cósmicos , que eran más frecuentes en Los Álamos debido a su gran altitud. [41]
El grupo midió la actividad del torio , uranio-234 , uranio-235 y uranio-238 , pero sólo tuvo acceso a cantidades de microgramos de plutonio-239 . [41] La primera muestra de plutonio producida en el reactor nuclear de Oak Ridge se recibió en abril de 1944. En cuestión de días, el grupo observó cinco veces la tasa de fisión espontánea que con el plutonio producido por ciclotrón. [43] Esta no era una noticia que los líderes del proyecto quisieran escuchar. Significaba que Thin Man , el arma nuclear tipo pistola de plutonio propuesta , no funcionaría e implicaba que la inversión del proyecto en instalaciones de producción de plutonio en el sitio de Hanford era en vano. El grupo de Segrè comprobó cuidadosamente sus resultados y concluyó que el aumento de actividad se debía al isótopo plutonio-240 . [44]
En junio de 1944, Segrè fue citado a la oficina de Oppenheimer y le informaron que, si bien su padre estaba a salvo, los nazis habían detenido a su madre en octubre de 1943. Segrè nunca volvió a ver a ninguno de sus padres. Su padre murió en Roma en octubre de 1944. [45] A finales de 1944, Segrè y Elfriede se naturalizaron como ciudadanos de los Estados Unidos. [46] Su grupo, ahora designado R-4, recibió la responsabilidad de medir la radiación gamma de la prueba nuclear Trinity en julio de 1945. [47] La explosión dañó o destruyó la mayoría de los experimentos, pero se recuperaron suficientes datos para medir la rayos gamma. [48]
En agosto de 1945, pocos días antes de la rendición de Japón y el fin de la Segunda Guerra Mundial , Segrè recibió una oferta de la Universidad de Washington en St. Louis de una cátedra asociada con un salario de 5.000 dólares estadounidenses (equivalente a 84.600 dólares en 2023). Al mes siguiente, la Universidad de Chicago también le hizo una oferta. Después de algunas incitaciones, Birge ofreció 6.500 dólares y una cátedra completa, que Segrè decidió aceptar. Dejó Los Álamos en enero de 1946 y regresó a Berkeley. [49] [50]
A finales de la década de 1940, muchos académicos abandonaron la Universidad de California, atraídos por ofertas de salarios más altos y por el peculiar requisito de juramento de lealtad de la universidad . Segrè decidió prestar juramento y quedarse, pero esto no disipó las sospechas sobre su lealtad. Luis Álvarez estaba indignado porque Amaldi, Fermi, Pontecorvo , Rasetti y Segrè habían optado por presentar reclamaciones de patentes contra los Estados Unidos por sus descubrimientos de antes de la guerra y le dijo a Segrè que le avisara cuando Pontecorvo escribiera desde Rusia. También chocó con Lawrence por el plan de este último de crear un laboratorio de armas nucleares rival en Los Alamos en Livermore, California , para desarrollar la bomba de hidrógeno , un arma que Segrè consideró que sería de dudosa utilidad. [51]
Descontento con el deterioro de sus relaciones con sus colegas y con la atmósfera política venenosa en Berkeley causada por la controversia del juramento de lealtad, Segrè aceptó una oferta de trabajo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . [51] Los tribunales finalmente resolvieron las reclamaciones de patentes a favor de los científicos italianos en 1953, otorgándoles 400.000 dólares estadounidenses (equivalentes a 4.600.000 dólares en 2023) por las patentes relacionadas con la generación de neutrones, lo que equivalía a unos 20.000 dólares después de los costos legales. Kennedy, Seaborg, Wahl y Segrè recibieron posteriormente la misma cantidad por su descubrimiento de plutonio, que ascendió a 100.000 dólares después de dividirse en cuatro partes, sin que esta vez hubiera honorarios legales. [52]
Después de rechazar ofertas de IBM y del Laboratorio Nacional Brookhaven , Segrè regresó a Berkeley en 1952. [53] Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos ese mismo año. [54] Se mudó con su familia de Berkeley a la cercana Lafayette, California , en 1955. [55] Trabajando con Chamberlain y otros, comenzó a buscar el antiprotón , una antipartícula subatómica del protón . [56] La antipartícula del electrón, el positrón , había sido predicha por Paul Dirac en 1931 [57] y luego descubierta por Carl D. Anderson en 1932. [58] Por analogía, ahora se esperaba que hubiera una antipartícula correspondiente al protón, pero nadie había encontrado ninguno, e incluso en 1955 algunos científicos dudaban de que existiera. [59] Utilizando el Bevatron de Lawrence ajustado a 6 GeV, lograron detectar evidencia concluyente de antiprotones. [56] [60] Chamberlain y Segrè recibieron el Premio Nobel de Física de 1959 por su descubrimiento. [61] Esto fue controvertido, porque Clyde Wiegand y Thomas Ypsilantis fueron coautores del mismo artículo, pero no compartieron el premio. [62]
Segrè formó parte del poderoso Comité de Presupuesto de la universidad de 1961 a 1965 y fue presidente del Departamento de Física de 1965 a 1966. Apoyó el exitoso intento de Teller de separar el Laboratorio Lawrence Berkeley del Laboratorio Lawrence Livermore en 1970. [63] Fue elegido para la Sociedad Filosófica Americana en 1963. [64] Fue uno de los fideicomisarios de Fermilab de 1965 a 1968. Asistió a su inauguración con Laura Fermi en 1974. [65] Durante la década de 1950, Segrè editó los artículos de Fermi. Posteriormente publicó una biografía de Fermi, Enrico Fermi: físico (1970). Publicó sus propias notas de conferencias como De los rayos X a los quarks: los físicos modernos y sus descubrimientos (1980) y De los cuerpos que caen a las ondas de radio: los físicos clásicos y sus descubrimientos (1984). También editó la Revista Anual de Ciencia Nuclear y de Partículas de 1958 a 1977 y escribió una autobiografía, Una mente siempre en movimiento (1993), que se publicó póstumamente. [66] [63]
Elfriede murió en octubre de 1970 y Segrè se casó con Rosa Mines en febrero de 1972. [16] Fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1973. [67] Ese año alcanzó la edad de jubilación obligatoria de la Universidad de California. Continuó enseñando historia de la física. [68] En 1974 regresó a la Universidad de Roma como profesor, pero sirvió sólo un año antes de alcanzar la edad de jubilación obligatoria. [63] Segrè murió de un ataque cardíaco a la edad de 84 años mientras caminaba cerca de su casa en Lafayette. [69] Activo como fotógrafo , Segrè tomó muchas fotografías que documentan eventos y personas en la historia de la ciencia moderna. Después de su muerte, Rosa donó muchas de sus fotografías al Instituto Americano de Física , que nombró su archivo fotográfico de historia de la física en su honor. La colección se vio reforzada por un legado posterior de Rosa después de su muerte en un accidente en Tívoli en 1997. [63] [70] [16]
