Celebrazioni del 50° anniversario dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e centenario della nascita di Enrico Fermi.
INFN - Laboratori Nazionali di Legnaro
venerdì 16 novembre 2001
3) Fermi studente e Fermi docente: le Fermi Questions
4) Attività Fermiane (e non) per quest’anno scolastico
5)
I cento fermi della fisica (di A.Pascolini)
1) Fermi è noto ai più principalmente per la bomba atomica (e, per questo, connotato negativamente), ma il suo ruolo è scarsamente conosciuto. Si sa che è uno dei padri della fisica atomica e dell’energia atomica, ma non si sa bene perché. Ciò lo relega in una posizione quasi mitologica (“il navigatore italiano è sbarcato nel nuovo mondo” telefonò Artur Compton al responsabile del governo statunitense quando Fermi innescò la prima reazione nucleare controllata), una posizione simile a quella di Einstein.
Fermi ha una lunga lista di riferimenti scientifici cui oggi si aggiungono riferimenti accademici (premi e medaglia Fermi), istituzionali (istituti, scuole e laboratori in tutto il mondo: su tutti il FermiLab di Chicago), oltre che toponomastici (a Padova, via Fermi è vicino al Cimitero Maggiore – in buona compagnia di Torricelli, Spallanzani, Tartaglia, Edison, Volta e altri - non proprio un buon auspicio per la scienza).
Riguardo al mito è da notare che: a) Fermi non era uno normale; b) la sua lezione, come tutta la fisica del ‘900, è ancora ai margini della cultura di base (se non fuori del tutto) per il suo linguaggio complicato, perché si occupa di argomenti anche oggettivamente “difficili”. Le prime difficoltà dei temi trattati dalla fisica del ‘900 allontanano un mumero sempre maggiore di persone anche dall’idea di potersi cimentare con la complessità di certi problemi. E, oggi, tutti si accorgono di ciò che agli insegnanti è noto da tempo: l’allontanamento progressivo dell’interesse verso la fisica e le materie scientifiche in particolare da parte degli studenti. Il tema è vasto e ampiamente dibattuto (vedi anche il lavoro fatto nel tempo dall’AIF). Attualmente una reazione sembra essere costituita dall’impegno nella divulgazione scientifica, ma il problema della divulgazione scientifica non può essere separato da quello dell’educazione scientifica. Oggi la tensione e gli sforzi sono notevoli come mai in passato per la prima, sempre più scarsi per la seconda, lasciata sempre più alla buona volontà dei singoli (si pensi che l’orario di Fisica in un Liceo Scientifico prevede 2 , 3 e 3 ore settimanali di fisica solo negli ultimi tre anni, cioè per studenti dai 16 ai 18 anni).
In tal modo, figure come quella di Fermi non possono essere avvicinate se non con un approccio molto approssimativo e di lui non resta che un mito sostanzialmente vuoto.
2) Fermi nei Licei praticamente non c’è (Statistica - Energia – decadimento beta – neutrino), ma è un problema che riguarda tutta la fisica moderna (quantizzazione atomo di Bohr – effetto fotoelettrico – relatività ristretta): essa è solo saltuariamente affrontata, e quasi esclusivamente nei corsi sperimentali. Ma penso che il problema sia soprattutto di tipo metodologico: spesso, se capita di affrontare qualche problema di fisica moderna lo si mette in coda agli altri argomenti di fisica classica, solo allungando l’elenco di argomenti piuttosto che enfatizzandone la portata di rottura concettuale e culturale rispetto alla fisica classica.
In ordine sparso, voglio notare al proposito che:
- nei licei di Padova vi è attenzione a questi temi soprattutto nei corsi sperimentali (e comunque solo in alcuni) o per l’azione di qualche singolo docente.
Comunque, anche se isolate, esperienze come queste testimoniano la fattibilità dell’impresa
[si veda ad
es. il Giornalino L.S. “A.Tosi” di Busto Arsizio
(Va)
La Meccanica Quantistica http://www.quipo.it/atosi/numero2/home2.htm e l’
“Ultimo numero” http://www.quipo.it/atosi/numero4/home4.htm ]
- i libri di testo sono abbastanza pronti (la fisica moderna si sta staccando dalle appendici)
- le difficoltà principali da segnalare per spiegare il limitato sviluppo dell’educazione alla fisica moderna sono relative, secondo il mio parere, soprattutto a: tempi (di lezione e di studio), linguaggi (tema che dovrebbe coinvolgere anche docenti di altre discipline), aggiornamento degli insegnanti, disomogeneità degli studenti nelle classi.
- ci sono anche altre esperienze di educazione scientifica di notevole spessore culturale che possono fornire dei modelli di intervento
[vedi ad es. Prendi
le stelle nella rete http://www.pd.astro.it/stelle.html
]
3) Fermi non è mai stato studente, subito fu uno studioso e uno studioso straordinario, (a “rivincita” di noi mortali possiamo solo far notare che nemmeno Fermi era esente da errori: una foto molto diffusa in occasione delle celebrazioni del centenario e utilizzata addirittura per un francobollo commemorativo presenta una formula sulla costante di struttura fine contenente un errore!).
A detta di tutti fu un ottimo docente (sono note le lezioni che teneva ai suoi allievi-colleghi di via Panisperna a Roma e scrisse diversi fortunati testi per l’università). Per la scuola ha scritto due libri di testo:
- “Fisica a uso dei Licei” edito nel ’28 da Zanichelli
- “Fisica per le Scuole Medie Superiori” con Persico, ed. nel ’38 sempre da Zanichelli
(oggi l’aggiornamento di quel progetto originario prosegue con gli “Amaldi”).
Una sua caratteristica peculiare era quella di unire straordinarie abilità teoriche ad altrettanto straordinarie abilità pratiche (fisico e ingegnere): il suo approccio ai problemi era sempre improntato alla praticità: costruzione di un modello approssimato e subito stima delle grandezze in gioco (è famoso e molto rappresentativo del suo modo di lavorare l’episodio raccontato da E.Segrè in occasione della prima esplosione nucleare ad Alamogordo: dopo qualche minuto dall’esplosione, dal sito di osservazione di Segrè e Fermi, quest’ultimo si alza in piedi e lascia cadere a terra dei pezzettini di carta. L’onda d’urto ne fa deviare dalla verticale la caduta a terra e, dal loro spostamento, Fermi calcola velocemente, con una sua predisposta tabellina, l’energia emessa dalla bomba. Dopo qualche giorno, i calcoli precisi dei colleghi confermano sostanzialmente la stima di Fermi).
Questo atteggiamento pratico di Fermi è reso alla massima potenza da un tipo di problemi (ormai proverbiali) che oggi vanno sotto il nome di Fermi Questions (un altro item da aggiungere alla lista dei riferimenti a Fermi). Fermi stimolava e sfidava colleghi e studenti con le sue domande assurde ma non troppo: vere e proprie lezioni di “back of the envelope calculations” che hanno dato origine anche a divertenti varianti (tipo il “gioco di pinocchio”) e a siti dove si affronta in maniera sistematica il calcolo approssimato (basta digitare “Fermi questions” su un motore di ricerca per avere liste di quesiti di questo tipo). La più nota Fermi question è senz’altro:”Quanti sono gli accordatori di piano di Chicago?”, e il senso delle “questions” è, sì, quello della sorpresa e della gratuità della question stessa (e, meglio ancora, della sua palese inutilità), ma soprattutto quello della sorpresa di accorgersi che esiste spesso la possibilità di dare una prima risposta approssimata, razionale, facilmente raggiungibile con una opportuna, semplice ma efficace modellizzazione del problema. Esistono Fermi Questions per tutti i livelli e per tutti i rami del sapere scientifico, e un approccio di questo tipo può essere senz’altro un modo stimolante per coinvolgere di più anche studenti con poche attitudini a studi troppo formalizzati. Un modo di affrontare i problemi piuttosto anglosassone, rivolto alle metodologie del problem solving, forse da non sottoscrivere come approccio didattico esclusivo, ma sicuramente da suggerire come strumento valido di coinvolgimento intelligente degli studenti. Certo da non confondere con il lavoro di riflessione più propriamente critico (scientifico) che solo la costruzione faticosa di modelli interpretativi di larga scala (non solo locali) può dare, (e, in questo senso, anche la meccanica classica è ancora largamente maestra). Perché sono i modelli che riguardano il mondo intero e la sua concezione a costituire la sfida dell’educazione scientifica a scuola.
4) Attività Fermiane di quest’anno in progettazione (su invito a studenti interessati dei licei)
1) a) ven 16/11/01 celebrazioni ai LNL
b) lun 7/12/01 Relazione al Liceo Fermi (su argomenti fermiani)
c) mer 13/2/02 proiezione film + commento al Dip. Fisica
d) mar 12/3/02 Relazione al Dip. di Fisica
e) ven 12/4/02 Relazione al Liceo Fermi
2) Progettazione di stages estivi (1-2) per studenti (del Fermi) su temi fermiani presso i LNL
3) Disposizione presso la Biblioteca del Liceo Fermi di materiale fermiano accessibile a tutti gli studenti dei licei di Pd (ad es. per la preparazione di tesine da esame di maturità) con realizzazione sito web per la pubblicazione dei lavori. Collegamento con il materiale a disposizione dell'Univ., dei LNL e dell’INFN.
Attività di approfondimento
per studenti e docenti del Progetto
Ipazia 2001-02: “Matematica è
cultura” http://scuolaworld.provincia.padova.it/ipazia/index.htm
Attività stabili: Olimpiadi della fisica, matematica, chimica
Attività AIF (attività supporto a “Conoscere Fermi”, concorso fermiano, ristampa “Atomi in famiglia” di Laura Fermi, informazioni docenti): http://www.a-i-f.it/
Altro materiale, informazioni e contatti presso il Liceo Fermi, a Padova
5) Dove troviamo Fermi ?
· innanzitutto nei fermioni: particelle che obbediscono alla statistica di Fermi-Dirac ed al principio di esclusione diPauli; includono quark, elettroni, neutrini, nucleoni, nuclei…
· nella meccanica quantistica: le regole d’oro di Fermi per le probabilità di transizione fra due stati nell’unità di tempo
· nel decadimento beta: il diagramma di Fermi, la transizione di Fermi e le regole di selezione di Fermi;
· nelle interazioni deboli: la costante universale di Fermi e la teoria di Fermi;
· nella fisica atomica: il modello e l’equazione di Thomas-Fermi;
· nella fisica molecolare: la risonanza di Fermi;
· in meccanica statistica: la statistica e la funzione di distribuzione di Fermi-Dirac, l’energia di Fermi, l’impulso di Fermi, la temperatura di Fermi, la condensazione di Fermi;
· nella fisica a molti corpi, dai nuclei, ai solidi, ai plasmi, alle stelle: il gas di Fermi, la superficie di Fermi, la pressione di Fermi;
· nello stato solido: la buca di Fermi, la sfera di Fermi, la velocità di Fermi, il vettore d’onda di Fermi;
· nella fisica dei reattori: l’età di Fermi, la pila di Fermi;
· nei raggi cosmici: il meccanismo di Fermi, il pianerottolo di Fermi,
· nella relatività generale. le coordinate di Fermi, la derivata di Fermi, il trasporto di Fermi, il coefficiente di rotazione di Fermi, il principio di equivalenza debole di Fermi;
· nelle particelle elementari: il campo fermionico, gli antifermioni, il modello di Fermi-Yang;
· nella ricerca di extraterrestri: il paradosso di Fermi;
· nella tavola periodica degli elementi chimici: il fermio è l’elemento radioattivo artificiale di numero atomico 100
· come unità di misura delle distanze atomiche: 1 fermi = 10-15 m.
(da “I cento fermi della fisica” di A.Pascolini in INFN notizie, numero di Aprile 2001)
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