Hideki Yukawa

Hideki Yukawa (in giapponese: 湯川 秀樹; Tōkyō, 23 gennaio 1907 – Kyoto, 8 settembre 1981) è stato un fisico giapponese, Premio Nobel nel 1949.

Era il terzo figlio di Takuji Ogawa, professore di geologia all'Università di Kyōto, città dove studiò da autodidatta con il compagno Sin-Itiro Tomonaga, approfondendo in particolare la meccanica quantistica stimolato dalle lezioni di Yoshio Nishina^[1]. Fu allievo di Hantarō Nagaoka, promotore degli studi di fisica in Giappone, dedicandosi alla fisica teorica e alle particelle elementari. Si laureò a Kyōto nel 1929, dove tenne lezioni dal 1930. Nel 1932 si sposò con Sumiko da cui ebbe due figli. Nel 1933 si trasferì all'Università di Osaka come docente. Nel 1938 conseguì il dottorato presso all'Università di Osaka.^[2][3] Nel 1940 fu chiamato alla cattedra di Fisica Teorica all'Università di Kyōto, cattedra che mantenne per tutta la vita.

All'Università di Osaka, nel 1935 pubblicò un lavoro dal titolo "On the Interaction of Elementary Particles. I."^[4] che, primo fisico giapponese, gli sarebbe valso il Premio Nobel nel 1949 e in cui associò alle forze nucleari delle nuove particelle: i mesoni. È 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 140 MeV, 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:

${\displaystyle V(r)=g{\frac {e^{(-r/r_{0})}}{r}}}$

Possiamo immaginare che la distanza caratteristica ${\displaystyle r_{0}}$ 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 maggiore di 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:

${\displaystyle \Delta E=mc^{2}}$

${\displaystyle \Delta t=r_{0}/c}$

possiamo scrivere:

${\displaystyle r_{0}={\frac {h}{2\pi mc}}}$

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” nel 1935 non suscitò grande interesse. Nel 1937 con la scoperta del muone nei raggi cosmici, venne erroneamente ipotizzato che questa particella fosse il mesone responsabile del potenziale di Yukawa. Lo stesso Yukawa venne tratto in errore, ma l'ipotesi venne smentita nel 1946 quando, con l'esperimento condotto da Conversi, Pancini e Piccioni, fu dimostrato che il muone aveva una probabilità di assorbimento differente da quella prevista dal modello di Yukawa. Nel 1947 con la scoperta del mesone π o pione fu subito chiaro che era questa la particella mediatrice dell'interazione nucleare forte.^[5] Il mesone di Yukawa è effettivamente presente nei raggi cosmici, ma viene subito assorbito nella parte alta dell'atmosfera.

Dal 1947 si dedicò soprattutto alla teoria di campo “non locale”; successivamente fu professore ospite all'Institute for Advanced Study di Princeton nel 1948 e dal 1949 al 1953 della Columbia University di New York. Quando ritornò a Kyōto fu direttore del Research Institute for Fundamental Physics, ora Yukawa Institute.

Oltre ai 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 Russell-Einstein 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".

• Hideki Yukawa, On the Interaction of Elementary Particles, I, Proc. Phys. Math. Soc. Japan, 17, p. 48 (1935).

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Hideki Yukawa

• Yukawa, Hideki, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) Yukawa Hideki, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Hideki Yukawa, su nobelprize.org.
• (EN) Hideki Yukawa, su Mathematics Genealogy Project, North Dakota State University.
• (EN) Opere di Hideki Yukawa / Hideki Yukawa (altra versione), su Open Library, Internet Archive.

V · D · M Teoria quantistica dei campi
Diagramma di Feynman · Storia della teoria quantistica dei campi
Premesse	Campo · Teoria classica dei campi · Teoria di gauge · Simmetria di Poincaré · Meccanica quantistica · Rottura spontanea di simmetria
Simmetria in fisica	Crossing · Coniugazione di carica · Parità · Simmetria temporale
Strumenti	Anomalia · Teoria di campo efficace · Valore di aspettazione del vuoto · Ghost di Faddeev-Popov · Diagramma di Feynman · Formule di riduzione LSZ · Funzione di partizione · Propagatore · Quantizzazione · Rinormalizzazione · Regolarizzazione · Vuoto quantistico · Teorema di Wick · Assiomi di Wightman
Equazioni	Equazione di Dirac · Equazione di Klein-Gordon · Equazione di Proca · Equazione di Wheeler-DeWitt
Modello standard	Interazione elettrodebole · Meccanismo di Higgs · Cromodinamica quantistica · Elettrodinamica quantistica · Teoria di Yang-Mills
Teorie incomplete	Gravità quantistica · Teoria delle stringhe · Supersimmetria · Technicolor · Teoria del tutto
Scienziati	Bethe · Bogoljubov · Callan · Coleman · DeWitt · Dirac · Dyson · Fermi · Feynman · Fierz · Fröhlich · Gell-Mann · Goldstone · Gross · Haag · 't Hooft · Jackiw · Klein · Landau · Lee · Lehmann · Majorana · Nambu · Parisi · Poljakov · Salam · Schwinger · Skyrme · Stueckelberg · Symanzik · Tomonaga · Veltman · Weinberg · Weisskopf · Wightman · Wilson · Witten · Yang · Yukawa · Wilczek · Zimmermann

V · D · M Vincitori del Premio Nobel per la fisica
1901 - 1925	Wilhelm Conrad Röntgen (1901) • Hendrik Lorentz, Pieter Zeeman (1902) • Antoine Henri Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie (1903) • John William Strutt Rayleigh (1904) • Philipp von Lenard (1905) • Joseph John Thomson (1906) • Albert Abraham Michelson (1907) • Gabriel Lippmann (1908) • Carl Ferdinand Braun, Guglielmo Marconi (1909) • Johannes Diderik van der Waals (1910) • Wilhelm Wien (1911) • Nils Gustaf Dalén (1912) • Heike Kamerlingh Onnes (1913) • Max von Laue (1914) • William Henry Bragg, William Lawrence Bragg (1915) • Charles Glover Barkla (1917) • Max Planck (1918) • Johannes Stark (1919) • Charles Edouard Guillaume (1920) • Albert Einstein (1921) • Niels Bohr (1922) • Robert Millikan (1923) • Manne Siegbahn (1924) • James Franck, Gustav Hertz (1925)
1926 - 1950	Jean Baptiste Perrin (1926) • Arthur Compton, Charles Thomson Rees Wilson (1927) • Owen Willans Richardson (1928) • Louis de Broglie (1929) • Chandrasekhara Venkata Raman (1930) • Werner Karl Heisenberg (1932) • Paul Dirac, Erwin Schrödinger (1933) • James Chadwick (1935) • Carl David Anderson, Victor Franz Hess (1936) • Clinton Joseph Davisson, George Paget Thomson (1937) • Enrico Fermi (1938) • Ernest Orlando Lawrence (1939) • Otto Stern (1943) • Isidor Isaac Rabi (1944) • Wolfgang Pauli (1945) • Percy Williams Bridgman (1946) • Edward Victor Appleton (1947) • Patrick Maynard Stuart Blackett (1948) • Hideki Yukawa (1949) • Cecil Frank Powell (1950)
1951 - 1975	John Douglas Cockcroft, Ernest Walton (1951) • Felix Bloch, Edward Mills Purcell (1952) • Frits Zernike (1953) • Max Born, Walther Bothe (1954) • Polykarp Kusch, Willis Lamb (1955) • John Bardeen, Walter Houser Brattain, William Bradford Shockley (1956) • Tsung-Dao Lee, Chen Ning Yang (1957) • Pavel Alekseevič Čerenkov, Il'ja Michajlovič Frank, Igor' Evgen'evič Tamm (1958) • Owen Chamberlain, Emilio Segrè (1959) • Donald Glaser (1960) • Robert Hofstadter, Rudolf Ludwig Mössbauer (1961) • Lev Davidovič Landau (1962) • Maria Goeppert-Mayer, Hans Jensen, Eugene Wigner (1963) • Nikolaj Gennadievič Basov, Aleksandr Michajlovič Prochorov, Charles Hard Townes (1964) • Richard Feynman, Julian Schwinger, Shin'ichirō Tomonaga (1965) • Alfred Kastler (1966) • Hans Bethe (1967) • Luis Álvarez (1968) • Murray Gell-Mann (1969) • Hannes Alfvén, Louis Néel (1970) • Dennis Gabor (1971) • John Bardeen, Leon Cooper, Robert Schrieffer (1972) • Leo Esaki, Ivar Giaever, Brian Josephson (1973) • Antony Hewish, Martin Ryle (1974) • Aage Niels Bohr, Ben Mottelson, James Rainwater (1975)
1976 - 2000	Burton Richter, Samuel Chao Chung Ting (1976) • Philip Warren Anderson, Nevill Francis Mott, John Hasbrouck van Vleck (1977) • Pëtr Leonidovič Kapica, Arno Penzias, Robert Woodrow Wilson (1978) • Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam, Steven Weinberg (1979) • James Cronin, Val Fitch (1980) • Nicolaas Bloembergen, Arthur Schawlow, Kai Siegbahn (1981) • Kenneth Geddes Wilson (1982) • Subrahmanyan Chandrasekhar, William Alfred Fowler (1983) • Simon van der Meer, Carlo Rubbia (1984) • Klaus von Klitzing (1985) • Gerd Binnig, Heinrich Rohrer, Ernst Ruska (1986) • Georg Bednorz, Karl Alexander Müller (1987) • Leon Max Lederman, Melvin Schwartz, Jack Steinberger (1988) • Hans Dehmelt, Wolfgang Paul, Norman Foster Ramsey (1989) • Jerome Isaac Friedman, Henry Way Kendall, Richard Edward Taylor (1990) • Pierre-Gilles de Gennes (1991) • Georges Charpak (1992) • Russell Alan Hulse, Joseph Hooton Taylor Jr. (1993) • Bertram Brockhouse, Clifford Shull (1994) • Martin Lewis Perl, Frederick Reines (1995) • David M. Lee, Douglas Osheroff, Robert Coleman Richardson (1996) • Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William Phillips (1997) • Robert Laughlin, Horst Störmer, Daniel Tsui (1998) • Gerardus 't Hooft, Martinus Veltman (1999) • Žores Ivanovič Alfërov, Jack St. Clair Kilby, Herbert Kroemer (2000)
2001 - oggi	Eric Allin Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl Wieman (2001) • Raymond Davis Jr., Riccardo Giacconi, Masatoshi Koshiba (2002) • Aleksej Alekseevič Abrikosov, Vitalij Lazarevič Ginzburg, Anthony James Leggett (2003) • David Gross, David Politzer, Frank Wilczek (2004) • Roy Glauber, John L. Hall, Theodor Hänsch (2005) • John Cromwell Mather, George Fitzgerald Smoot (2006) • Albert Fert, Peter Grünberg (2007) • Yōichirō Nambu, Makoto Kobayashi, Toshihide Maskawa (2008) • Charles K. Kao, Willard Sterling Boyle, George Elwood Smith (2009) • Andrej Gejm, Konstantin Novosëlov (2010) • Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam Riess (2011) • Serge Haroche, David Wineland (2012) • François Englert, Peter Higgs (2013) • Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Shūji Nakamura (2014) • Takaaki Kajita, Arthur McDonald (2015) • David Thouless, Duncan Haldane, John Michael Kosterlitz (2016) • Rainer Weiss, Barry Clark Barish, Kip Thorne (2017) • Arthur Ashkin, Gérard Mourou, Donna Strickland (2018) • Jim Peebles, Michel Mayor, Didier Queloz (2019) • Roger Penrose, Reinhard Genzel, Andrea Ghez (2020) • Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann, Giorgio Parisi (2021) • Alain Aspect, John Clauser, Anton Zeilinger (2022) • Pierre Agostini, Ferenc Krausz, Anne L'Huillier (2023) • John Hopfield, Geoffrey Hinton (2024)

Portale Biografie

Portale Fisica

Portale Premi Nobel