1912: Il volo di Hess

Victor Hess

Victor Franz Hess, nato il 24 giugno del 1883, fu un importante fisico austriaco che si dedicò allo studio dei raggi cosmici, ottenendo, grazie alle scoperte conseguite con il suo celebre esperimento, il premio Nobel nel 1936.

Frequentò il ginnasio e l'università di Graz, dove conseguí il dottorato in fisica nel 1906 con lode. Ottenne in breve tempo l'abilitazione all'insegnamento e contemporaneamente fu preso come collaboratore all'Accademia viennese delle scienze, dove svolse la maggior parte delle sue ricerche sui raggi cosmici.

Nel 1911 Hess iniziò il lavoro che 25 anni più tardi lo fece vincere il premio Nobel. Hess iniziò i suoi esperimenti dallo studio dei risultati di Wulf e dalle previsioni teoriche che prevedevano invece che "un innalzamento di 100 m dovrebbe ridurre l'effetto della radiazione del 36% del valore del suolo". Hess scrisse che "questa è una discrepanza così seria [rispetto ai risultati di Wulf] che la sua soluzione sembra essere di massima importanza per la teoria dell'elettricità atmosferica".

Hess dapprima effettuò delle misure relative all'assorbimento dei raggi gamma in aria con campioni radioattivi a distanze variabili dall'elettroscopio migliorando la precisione rispetto a quelle effettuate in passato in modo da ricavare con maggior precisione i valori dell'assorbimento dei raggi gamma in aria ma ottenne risultati confrontabili a quelle dei modelli teorici utilizzati fino a quel momento. Se dunque le previsioni teoriche  erano corrette dice Hess " una chiarificazione può giungere solo da ulteriori misure in mongolfiera".

Egli svolse nel giro di due anni dieci voli, (due nel 1911, sette nel 1912 e uno nel 1913). Il volo che rimase nella storia fu quello effettuato il 7 agosto 1912 partendo da Aussing, nella Boemia settentrionale , in cui Hess raggiunge i 5.200m di quota. I risultati di Hess sono i seguanti:

1) immediatamente sopra al suolo la radiazione totale diminuisce  leggermente

2) A un'altitudine fra i 1.000 e i 2.000 m avviene una leggera crescita della radiazione penetrante

3) l'aumento raggiunge , a un'altitudine fra 3.000 e 4.000 m già il 50% della radiazione totale osservata al suolo

4) Tra i 4.000m e i 5.200 m la radiazione è più forte di oltre il 100% che al suolo.

Hess pubblicò un riassunto dei suoi risultati nel 1913 nel Physikalisce Zeitschrift con un articolo che raggiunse il grande pubblico. La sua conclusione fu: "a radiation of very high penetrating power enters our atmosphere from above." Coniò per la radiazione il termine "Hohenstralung" (Radiazione dall'alto").

Escluse inoltre l'ipotesi che l'origine di questa variazione potesse essere il sole sia perchè non vi era variazione fra il giorno e la notte sia perchè delle misure effettuate durante un'eclissi quasi totale di sole il 12 aprile del 1912, notò che, durante il culmine del fenomeno, la ionizzazione non subiva alcuna variazione, ma rimaneva costante. Il sole pertanto non poteva essere la fonte di tali radiazioni, o meglio, non poteva essere la principale. 

I risultati di Hess furono successivamente confermati da Kolhorster che in una serie di voli fino a 9.300 metri di altitudine, compiuti tra il 1913 e il 1914 trovò un aumento della ionizzazione fino a 10 volte rispetto al livello del mare.

Egli misurò anche il coefficiente di assorbimento della radiazione : il valore ottenuto suscitò grande sorpresa dato che era otto volte più piccolo del coefficiente di assorbimento dell'aria per i raggi gamma conosciuto a quel tempo. Kolhorster non investigò ulteriormente questo risultato che avrebbe dovuto portarlo all'importante conclusione che la "radiazione che viene dall'alto" non era costituita prevalentemente da raggi gamma come si era dato per scontato fino a quel momento. Per scoprirlo si dovette aspettare ulteriori quindi anni...

Hess nel 1936 fu insignito del premio Nobel che egli condivise con il professore Carl Anderson, dell'istituto di tecnologia californiano, per la scoperta del positrone.