Ettore Majorana

Catania, 5 agosto 1906 - Napoli, 25 marzo 1938?

Cronologia

1906
5 agosto
Ettore Majorana nasce a Catania da Fabio Massimo (1875-1934) e da Salvatrice (Dorina) Corso (1876-1965), quarto di cinque figli (Rosina, Salvatore, Luciano, Ettore e Maria).

1921
La famiglia Majorana si trasferisce a Roma.

1923
luglio
Consegue la maturità classica presso il Liceo-Ginnasio Statale "Torquato Tasso" di Roma.
3 novembre
Si iscrive al Biennio di Studi di Ingegneria dell’Università di Roma.

1925
3 dicembre
Si iscrive alla Scuola di applicazione degli Ingegneri.

1927
Inizia a scrivere i “Volumetti”, quaderni di appunti personali in cui annota alcuni suoi studi e/o ricerche (la data riportata sul primo dei cinque quaderni è 8 marzo 1927).

estate

Amaldi ed E. Segrè accolgono l’appello di O.M. Corbino e decidono di passare dagli studi di Ingegneria a quelli di Fisica (il passaggio verrà formalizzato nel novembre del 1927 per Amaldi e l’8 febbraio 1928 per Segrè).

autunno
Segrè convince Ettore ad incontrare E. Fermi; dopo tale incontro anche lui passerà agli studi di Fisica (ottenendo formalmente il passaggio il 19 novembre 1928).

1928
In collaborazione con G. Gentile jr, pubblica il suo primo articolo (1) nell’ambito della ricerca spettroscopica eseguita nel gruppo di Fermi (il lavoro viene presentato all’Accademia dei Lincei il 24 luglio).

29 dicembre
Partecipa, ancora studente universitario, alla XXII Adunanza Generale della Società Italiana di Fisica (presieduta da suo zio Quirino) presentando una comunicazione scientifica dal titolo Ricerca di un’espressione generale delle correzioni di Rydberg, valevole per atomi neutri o ionizzati positivamente (il resoconto può leggersi sulla rivista Il Nuovo Cimento, Vol.6 (1929) pp. XIV-XVI, mentre il lavoro originale è riportato nel Volumetto II.)

1929
6 luglio
Ottiene la laurea in Fisica con i pieni voti e la lode, discutendo la tesi: La teoria quantistica dei nuclei radioattivi. È la prima volta che nel gruppo romano di Via Panisperna viene studiato un argomento di Fisica nucleare.

1931
Pubblica due articoli (2) (4) sul legame chimico delle molecole e altri due articoli (3) (5) di ricerca spettroscopica.

1932

Pubblica altri due suoi articoli (6) (7) . Nel primo di essi, stimolato da Segrè, viene per la prima volta affrontato teoricamente il processo di ribaltamento non adiabatico dello spin (la formula della probabilità di transizione fu ottenuta indipendentemente da Landau e Zener nello stesso anno), e sarà poi ripreso da I. Rabi nel 1937 e da F. Bloch e I. Rabi nel 1945. Nel secondo articolo, invece, vengono introdotte per la prima volta le rappresentazioni infinito-dimensionali del gruppo di Lorentz, anticipando i lavori di E. Wigner del 1939 e del 1948.

marzo
Dopo l’annuncio di J. Chadwick della scoperta del neutrone, Majorana rivela agli altri membri dell’Istituto di Via Panisperna di star lavorando ad una teoria dei nuclei leggeri costituiti solo da protoni e neutroni; sebbene incoraggiato da Fermi e dal suo gruppo, Ettore decide di non pubblicare il suo lavoro. Una teoria analoga, con alcune imperfezioni, sarà poi pubblicata indipendentemente da W. Heisenberg nel luglio successivo.

12 novembre
Consegue la libera docenza in Fisica teorica presso l’Università di Roma (il decreto ministeriale è del 21 gennaio 1933).

1933

gennaio
Su proposta di Fermi al C.N.R., viene assegnata ad Ettore una borsa di studio per un soggiorno all’estero.

19 gennaio
Ettore arriva in serata a Lipsia per lavorare nell’Istituto di Fisica Teorica diretto da Heisenberg.

3 marzo
Incoraggiato da Heisenberg, invia alla rivista tedesca Zeitschrift fur Physik un articolo (8) il cui nocciolo principale era già pronto un anno prima, e dove viene corretta la teoria di Heisenberg delle forze nucleari.

4 marzo
Da Lipsia raggiunge Copenaghen per un soggiorno di circa un mese nell’Istituto di Fisica Teorica diretto da N. Bohr.

15 aprile
Ettore lascia Copenaghen per rientrare a Roma per le vacanze pasquali.

maggio
Presenta all’Università di Roma il programma del corso libero di Metodi matematici della meccanica quantistica, mai svolto effettivamente. [Fronte] [Retro]

5 maggio
Ritorna a Lipsia per continuare il suo soggiorno di studio all’estero.

11 maggio
Su richiesta del C.N.R., invia alla rivista di questo ente, La Ricerca Scientifica, la versione italiana dell’articolo (8) pubblicato in tedesco.

luglio
La famiglia Majorana (la madre con le due sorelle Rosina e Maria e il fratello Salvatore) fa visita ad Ettore a Lipsia.

5 agosto
Ettore rientra a Roma, dopo aver concluso il suo soggiorno in Germania.

1934
Muore a Roma il padre di Ettore; tale evento avrà una forte influenza negativa sulla vita successiva del fisico catanese.

1935
30 aprile
Presenta all’Università di Roma il programma del corso libero di Metodi matematici della fisica atomica, mai svolto effettivamente. [Fronte] [Retro]

1936
28 aprile
Presenta all’Università di Roma il programma del corso libero di Elettrodinamica quantistica, mai svolto effettivamente. [Fronte] [Retro]

1937
Pubblica il suo ultimo articolo (9) dove presenta uno studio effettuato già molto tempo addietro. Esso contiene la fondamentale teoria del neutrino di Majorana, che sarà ripresa vent’anni dopo per spiegare i fenomeni connessi alla massa dei neutrini.

15 giugno
Si chiudono i termini per la partecipazione al concorso a cattedra di Fisica teorica richiesto dall’Università di Palermo (tramite E. Segrè); Ettore figura tra i partecipanti (oltre a G. Gentile jr, L. Pincherle, G. Racah, G. Wataghin, G.C. Wick).

25 ottobre
Si riunisce per la prima volta la commissione giudicatrice del concorso a cattedra di Fisica teorica (presieduta da Fermi), la quale subito interrompe i lavori per inviare una lettera al Ministro dell’Educazione Nazionale G. Bottai con una richiesta di conferire una cattedra “per alta e meritata fama” a Majorana, indipendentemente dalle regole concorsuali.

2 novembre
Il Ministro Bottai accoglie la richiesta della commissione e Majorana viene assunto come professore ordinario di Fisica teorica presso l’Università di Napoli, con decorrenza dal 16 novembre successivo.

1938
10 o 11 gennaio
Ettore arriva a Napoli per assumere la cattedra di Fisica teorica.

13 gennaio
Alle 9.00 tiene la lezione inaugurale del corso di Fisica teorica. Appositamente giunge la famiglia da Roma per assistere alla prolusione.

15 gennaio
Inizio effettivo del corso, con gli studenti presenti, che proseguirà i giorni pari della settimana (salvo eventuali vacanze).

12 marzo
Dopo aver fatto lezione, Ettore si reca per l’ultima volta a Roma in visita alla famiglia.

24 marzo
Svolge la sua ultima lezione agli studenti, la N.21.

25 marzo
In mattinata si reca all’Istituto di Fisica per consegnare a una sua studentessa la cartella con gli appunti delle lezioni. Dopo essere rientrato in albergo, verso le 17.00 lo lascia per ignota destinazione. Qui terminano le traccie (confermate) sulla successiva sorte di Majorana.

Publication du calendrier des phases de la lune et des nouvelles lunes pour connaîtres les dates des différentes phases de la Lune chaque jour de l'année

photographie d'une pleine lune

Chronology of the life and work

1906
5 August
Ettore Majorana was born in Catania to Fabio Massimo (1875-1934) and Salvatrice (Dorina) Corso (1876-1965), fourth of five sons (Rosina, Salvatore, Luciano, Ettore and Maria).

1921
The Majorana family moved from Sicily to Rome.

1923
July
He left school (Liceo-Ginnasio Statale "Torquato Tasso" in Rome) at the age of 17.

3 November
He joined the Faculty of Engineering at the University of Rome.

1927
He started to write the “Volumetti”, personal notebooks where he wrote down his own studies and/or researches (the date reported in the first of the five notebooks is 8 March 1927).

Summer

Amaldi and E. Segrè, students in Engineering, decided to follow the appeal launched by the Director of the Institute of Physics in Rome, O.M. Corbino, and joined the Fermi group (the formal passage was registered on November 1927 for Segrè and on February 1928 for Amaldi).

Autumn
Segrè encouraged Majorana to meet Fermi; after such meeting, he passed from Engineering to Physics (the formal passage was registered on 19 November 1928).

1928

In collaboration with G. Gentile jr. he published his first paper (1), following the spectroscopic researches of the Fermi group (the paper was presented at the Accademia dei Lincei on 24 July).

29 December
Still University student, he participated at the XXII General Meeting of the Italian Physical Society (directed by his uncle Quirino), delivering a talk entitled Ricerca di un’espressione generale delle correzioni di Rydberg, valevole per atomi neutri o ionizzati positivamente (the summary of his talk is reported in Il Nuovo Cimento, Vol.6 (1929) pp. XIV-XVI, while the original work is in the Volumetto II.)

1929
6 July
He graduated with a master degree in Physics; his dissertation was titled La teoria quantistica dei nuclei radioattivi. It is the first time that, in the Rome group headed by Fermi, a topic of Nuclear Physics was studied.

1931
He published two papers (2) (4) on the chemical bond of molecules and two more papers (3) (5) on spectroscopic researches.

1932
He published two more papers (6) (7). In the first of this, which was stimulated by Segrè, he studied for the first time, from a theoretical point of view, the non-adiabatic spin-flip, whose transition probability was independently obtained by Landau and Zener in the same year. Such process was later reconsidered by I. Rabi in 1937 and by F. Bloch and I. Rabi in 1945. In the second article, instead, for the first time he introduced the simplest infinite-dimensional representations of the Lorentz group, anticipating the works by E. Wigner in 1939 and 1948.

March
After the discovery of the neutron by J. Chadwick, he revealed to the other people of the Fermi group that he was working on a theory of light nuclei made of only protons and neutrons (without electrons). Although encouraged by Fermi and his group, he decided to not publish his work. An analogous theory, with some defects, was published independently by W. Heisenberg in the following July.

12 November
He got the “Libera docenza” degree in Theoretical Physics at the University of Rome.

1933
January
Upon suggestion of E. Fermi, he obtained a fellowship from the Italian C.N.R. for visiting the Institute of Theoretical Physics in Leipzig headed by Heisenberg.

19 January
In the evening he arrived at Leipzig.

3 March
Encouraged by Heisenberg, he finally sent, to the German journal Zeitschrift fur Physik, his paper (8) on nuclear theory, whose main result was already obtained one year before and where he corrected the Heisenberg theory on nuclear interactions.

4 March
From Leipzig he moved to Copenhagen, where he stayed for about one month at the Institute of Theoretical Physics directed by N. Bohr.

15 April
He left Copenhagen for coming back to Rome for the Easter holidays.

May
At the University of Rome he presented the programme for a course on Mathematical Methods of Quantum Mechanics, never effectively delivered. [Fronte] [Retro]

5 May
He came back to Leipzig for continuing his visit.

11 May
Upon request of the Italian C.N.R., he sent to the official journal of this agency,La Ricerca Scientifica, the Italian version of the paper (8) published in German.

July
The Majorana family (the mother of Ettore with his sisters Rosina and Maria and his brother Salvatore) visited Ettore in Leipzig.

5 August
He definitively came back to Rome.

1934
His father died; such tragic event had a strong influence on his following life.

1935
30 April
At the University of Rome he presented the programme for a course on Mathematical Methods of Atomic Physics, never effectively delivered. [Fronte] [Retro]

1936

28 April
At the University of Rome he presented the programme for a course on Quantum Electrodynamics, never effectively delivered. [Fronte] [Retro]

1937
He published his last paper (9), where he presented results obtained some years before. It contained the fundamental theory on the Majorana neutrino, which was recovered twenty years after in order to explain the phenomena related to the problem of the neutrino mass.

June
He decided to participate to the competition of a full professorship in Theoretical Physics requested by the University of Palermo (by means of E. Segrè). Among the participants we find G. Gentile jr, L. Pincherle, G. Racah, G. Wataghin, G.C. Wick.

25 October
The judging committee for the competition (headed by Fermi) met for the first time, and immediately stopped its work in order to send a letter to the Minister of Education with the request to give a chair in Theoretical Physics to Majorana “for high and well deserved repute”, independently of the usual competition rules.

2 November
The Minister of Education accepted the request and appointed Majorana as full professor at the University of Naples (starting from the following 16 November).

1938
10 or 11 January
He arrived in Naples to take up the chair of Theoretical Physics.

13 January
At 9.00 he delivered the opening lecture for his course on Theoretical Physics. His family arrived from Rome for the occasion.

15 January
He effectively started his course to students (which was usually delivered on Tuesday, Thursday and Saturday of each week).

12 March
After having delivered his lecture, for the last time he visited his family in Rome.

24 March
He delivered his last lecture (N.21) to students.

25 March
In the morning he went to the Institute of Physics of Naples to give a folder with the notes of his lectures to a student of him. After having come back to his Hotel, at 17.00 he left it for an unknown destination. Confirmed tracks of his successive steps end here.

L’interesse per Ettore Majorana

“Nel gennaio 1938, appena laureato, mi fu offerto, essenzialmente da te, di venire a Roma per sei mesi nell'Istituto di Fisica dell'Università come assistente incaricato, [...].

“Fu proprio mentre mi trovavo con Fermi nella piccola officina del secondo piano, [...] che Ettore Majorana venne in cerca di Fermi. Gli fui presentato e scambiammo poche parole. Una faccia scura. E fu tutto lì.; Un episodio dimenticabile se dopo poche settimane, mentre ero ancora con Fermi nella medesima officinetta, non fosse arrivata la notizia della scomparsa da Napoli del Majorana. Mi ricordo che Fermi si dette da fare telefonando da varie parti sinchè, dopo alcuni giorni, si ebbe l'impressione che non lo si sarebbe ritrovato piu’.

“Fu allora che Fermi, cercando di farmi capire che cosa significasse tale perdita, si espresse in modo alquanto insolito, lui che era così serenamente severo quando si trattava di giudicare il prossimo. Ed a questo punto vorrei ripetere le sue parole, così come da allora me le sento risuonare nella memoria:
“Perchè, vede, al mondo ci sono varie categorie di scienziati; gente di secondo e terzo rango, che fan del loro meglio ma non vanno molto lontano. c'è anche gente di primo rango, che arriva a scoperte di grande importanza, fondamentali per lo sviluppo della scienza (e qui ho netta l'impressione che in quella categoria volesse mettere se stesso)”.

“Ma poi ci sono i geni, come Galileo e Newton. Ebbene, Ettore era uno di quelli. Majorana aveva quel che nessun altro mondo ha [...]’”

La fama di Ettore Majorana si appoggia su testimonianze come la precedente, derivata dai ricordi del fisico sperimentale Giuseppe Cocconi raccontati ad Edoardo Amaldi nel 1965.

Una scomparsa misteriosa

Sabato 26 marzo 1938. Il direttore dell’Istituto di Fisica dell’Università di Napoli, Antonio Carrelli, riceve un telegramma alquanto misterioso, spedito da Palermo il giorno precedente: “Non preoccuparti. Segue lettera. Majorana”. Quello stesso sabato Ettore Majorana – che aveva da poco assunto la cattedra universitaria di Fisica teorica all’età di 31 anni – non aveva svolto la lezione del suo corso di Fisica teorica. Il giorno dopo, domenica, la lettera preannunciata dal telegramma viene ricevuta da Carrelli: Majorana scrive di aver rinunciato ai suoi intenti suicidi e di aver intenzione di ritornare a Napoli, ma allo stesso tempo non fornisce alcun’ indizio su dove egli possa trovarsi.
Un quadro abbastanza chiaro, comunque, si incominciava a delineare: Majorana, che era da molti ritenuto un genio della Fisica, era scomparso.

Il sostrato familiare

Ettore Majorana nacque a Catania il 5 agosto 1906 da Fabio Majorana e Dorina Corso.
Quarto di cinque figli, egli crebbe in una illustre famiglia che aveva notevoli precedenti in campo politico,
tecnologico e scientifico. Tre suoi zii furono rettori dell’Università di Catania e ricoprirono importanti
cariche nel Parlamento italiano, mentre un altro, Quirino Majorana, era un ben noto fisico sperimentale,
che aveva retto la presidenza della Società Italiana di Fisica per parecchi anni.
Lo stesso padre di Ettore era un ingegnere che fondò in Sicilia la prima società dei telefoni, e che poi divenne
ispettore generale del Ministero delle Comunicazioni.
Durante i primi anni di vita del piccolo Ettore, Fabio Majorana provvide personalmente all’ educazione del suo figliolo,
fino a quando la sua famiglia (guidata dalla madre Dorina) decise di trasferirsi a Roma nel 1921.
Qui Ettore ottenne la licenza liceale nel 1923, all’età di 17 anni, dopodichè si iscrisse alla Facoltà di Ingegneria
dell’Università di Roma, dove conseguì brillanti risultati ed ebbe in amicizia, tra gli altri, il coetaneo
Giovanni Gentile jr e il futuro premio Nobel Emilio Segrè.;

Fermi supera un esame

Nella primavera del 1927 Orso Mario Corbino,
direttore dell’Istituto di Fisica di Roma e influente uomo politico, lanciò un famoso appello
agli studenti della Facoltà di Ingegneria, per convincere quei giovani più
dotati di passare agli studi di Fisica. Segrè
e, poi, il suo amico Amaldi decisero di seguire tale invito, e si aggregarono al gruppo capitanato
da Fermi e da Franco Rasetti, menzionando a questi le notevoli capacità del loro compagno di studi Ettore.
Dopo vari tentativi da parte di Segrè e Amaldi,
Majorana finalmente si decise ad incontrare Fermi, nell’autunno di quello stesso anno.
Fermi cominciò ad esporre a Majorana quanto stava studiando in quel periodo,
ossia il modello statistico degli atomi, che diverrà noto come modello di Thomas-Fermi,
e che descrive i livelli energetici di un atomo in termini della sua densità elettronica media.

Prime ricerche in Fisica

Majorana diede dei contributi teorici notevoli alle ricerch del gruppo capitanato da Fermi e, nel 1928, ben prima che si laureasse, pubblicò il suo primo articolo [1] in collaborazione con l’amico Giovannino Gentile, in cui calcolò la suddivisione di alcuni termini spettroscopici nel gadolinio, uranio e cesio dovuta allo spin degli elettroni. Alla fine di quello stesso anno, Fermi invitò Majorana a tenere un intervento all’Adunanza Generale della Società Italiana di Fisica su alcune applicazioni del modello di Thomas-Fermi. Quindi il 6 luglio 1929 Majorana si laureò in Fisica con una tesi dal tittolo “La teoria quantistica dei nuclei radioattivi”.

Entro la fine del 1931, il venticinquenne fisico catanese pubblicò due articoli [2], [4] sul legami chimico delle molecole e due altri articoli [3]. [5] di spettroscopia teorica, in uno dei quali [3] veniva anticipato quanto poi ottenuto più tardi da un collaboratore di Samuel Goudsmith sull’”effetto Auger” nell’elio.

Nel 1932, stimolato indirettamente da Segrè, Majorana pubblicò un importante articolo [6] sul ribaltamento non adiabatico dello spin in atomi immersi in un campo magnetico, che fu poi esteso dal premio Nobel Isaac Rabi nel 1937 e da Felix Bloch e Rabi nel 1945. Questo articolo contiene una derivazione indipendente della ben nota formula di Landau-Zener (1932) per la probabilità di transizione in regime non adiabatico. Esso inoltre introduce un nuovo strumento matematico (sfera di Majorana) atto a rappresentare in una maniera particolare le funzioni sferiche, strumento che è stato riscoperto solo in anni recenti.

Tuttavia, l’articolo più importante pubblicato da Majorana nel 1932 è quello in cui elabora una teoria relativistica di particelle con spin arbitrario [7], in cui vengono introdotte, per la prima volta, le rappresentazioni infinito-dimensionali del gruppo di Lorentz. Tale articolo è divenuto un classico nel campo della Teoria dei Gruppi, portando a notevoli risultati in Fisica teorica ed anticipando lavori analoghi dei premi Nobel Eugene Wigner nel 1938 e Paul. A.M. Dirac nel 1945.

È però da notare che, a causa del carattere particolare di Majorana, avverso a pubblicizzare il suo lavoro, è purtroppo una caratteristica costante della sua vita professionale quella che i suoi lavori pubblicati non fossero adeguatamente riconosciuti dalla maggior parte della comunità internazionale dei fisici a lui contemporanei.

Le forze di scambio di Heisenberg-Majorana

Nel marzo 1932 James Chadwick annunciò la scoperta sperimentale del neutrone. Dopo ciò, Majorana rivelò ai propri amici e colleghi di aver elaborato una teoria dei nuclei leggeri basata sul concetto quantistico di forza di scambio. Sebbene incoraggiato da Fermi a rendere pubblico i sui risultati, il giudizio ipercritico di Majorana nei confronti del suo stesso lavoro lo obbligò a non fare quanto suggerito da Fermi. L’importanza di quanto ottenuto da Majorana si rivelò solo qualche mese dopo, quando Heisenberg ottenne analoghi risultati in maniera indipendente. Secondo Heisenberg, le forze che tengono insieme protoni e neutroni in un nucleo devono essere interpretate in termini di nucleoni che si scambiano tra loro elettroni privi di spin, assumendo implicitamente che il neutrone fosse praticamente costituito da un protone ed un elettrone. Majorana si rese immediatamente conto di questo difetto della teoria di Heisenberg. Nella sua visione, infatti, il neutrone doveva essere considerato a tutti gli effetti come un “protone neutro”, come effettivamente è, e delle conseguenze sperimentali erronee del modello di Heisenberg se ne avvide ben presto lo stesso Heisenberg ed altri.

Articoli pubblicati

(1) G. Gentile and E. Majorana, “Sullo sdoppiamento dei termini Roentgen ottici a causa dell’elettrone rotante e sulla intensità delle righe del Cesio”, in Rendiconti dell’Accademia dei Lincei Vol.8 (1928) p.229

(2) E. Majorana, “Sulla formazione dello ione molecolare di He”, in Il Nuovo Cimento Vol.8 (1931) p.22

(3) E. Majorana, “I presunti termini anomali dell’Elio”, in Il Nuovo Cimento Vol.8 (1931) p.78

(4) E. Majorana, “Reazione pseudopolare fra atomi di Idrogeno”, in Rendiconti dell’Accademia dei Lincei Vol.13 (1931) p.58

(5) E. Majorana, “Teoria dei tripletti P’ incompleti”, in Il Nuovo Cimento Vol.8 (1931) p.107

(6) E. Majorana, “Atomi orientati in campo magnetico variabile”, in Il Nuovo Cimento Vol.9 (1932) p.43

(7) E. Majorana, “Teoria relativistica di particelle con momento intrinseco arbitrario”, in Il Nuovo Cimento Vol.9 (1932) p.335

(8a) E. Majorana, “Uber die Kerntheorie”, in Zeitschrift fur Physik Vol.82 (1933) p.137
(8b) E. Majorana, “Sulla teoria dei nuclei”, in La Ricerca Scientifica Vol.4 (1933) p.559

(9) E. Majorana, “Teoria simmetrica dell’elettrone e del positrone”, in Il Nuovo Cimento Vol.14 (1937) p.171

(10) E. Majorana, “Il valore delle leggi statistiche nella fisica e nelle scienze sociali”, in Scientia Vol.36 (1942) p.55, a cura di G. Gentile jr. (postumo)

Published articles