Fisica nucleare e subnucleare/I raggi cosmici

Già dalla fine del Settecento Coulomb notò che l'elettroscopio si scaricava spontaneamente. Dopo la scoperta della radioattività si trovò che un rivelatore, anche se completamente schermato, presentava comunque un segnale, che venne attribuito a una radiazione fortemente penetrante, che fu dimostrato avere origine extra-terrestre. Rossi dimostrò poi che questa radiazione è composta da particelle cariche. Negli anni trenta Yukawa, tentando di capire come protoni e neutroni possano essere legati nel nucleo, propose che i nucleoni interagissero con un nuovo campo, che risultava avere raggio d'azione cortissimo, e con un mediatore che doveva avere massa di circa 200 MeV. Si cercò dunque di andare a capire se qualcosa di simile poteva essere trovata nei raggi cosmici, e nel 1937 Anderson e Neddermeyer con una camera a nebbia in campo magnetico misurarono la massa di una particella, che determinarono essere compresa fra quella dell'elettrone e del protone, che venne chiamata mesotrone. Durante la guerra Conversi, Pancini e Piccioni mostrarono che queste particelle non interagivano molto con i nuclei atomici (usarono dei nuclei leggeri, in particolare di carbonio), come invece ci si sarebbe aspettato per le particelle di Yukawa. Nel 1940, infatti, Tomonaga e Araki avevano predetto che le particelle di Yukawa di carica positiva e negativa avrebbero dovuto avere comportamenti molto diversi: le particelle negative, infatti, avrebbero dovuto rallentare per poi essere assorbite dal nucleo, mentre quelle positive avrebbero dovuto rallentare e successivamente decadere, senza essere assorbite. Dopo la fine della guerra, Perkins usò delle emulsioni nucleari e le mise a bordo di aerei della RAF per essere portate ad alta quota: in questo modo riuscì a evidenziare una particella con le caratteristiche della particella di Yukawa. Nello stesso periodo Lattes, Powell e Occhialini fecero un esperimento con emulsioni nucleari sui Pirenei francesi e determinarono l'esistenza di due particelle di massa non molto diversa, una delle quali decade nell'altra. La più pesante di queste, il pione $\pi$, è effettivamente la particella di Yukawa, mentre l'altra è il muone $\mu$, particella che non mostrava un'interazione nucleare significativa