Edward Victor Appleton: L'uomo che ha dato un nome allo specchio nascosto del cielo

In una notte d'inverno del 1924, un fisico nato a Bradford sedeva in una capanna di ricezione fuori Oxford, ruotando lentamente la manopola di un trasmettitore della BBC a sessanta miglia di distanza, osservando un segnale rafforzarsi e svanire con un ritmo che non aveva nulla a che fare con l'onda di terra. Edward Appleton aveva appena dimostrato che il cielo stesso era costituito da strati riflettenti di particelle cariche e, così facendo, ha dato alla radio, al radar e, infine, alla Battaglia d'Inghilterra, una possibilità di combattere.

Un'infanzia a Bradford

Appleton era figlio di un magazziniere di Bradford, nello Yorkshire, e si è fatto strada fuori dall'ordinario grazie a borse di studio: prima alla Hanson Boys' Grammar School, poi, a diciotto anni, una borsa di studio Isaac Holden lo ha portato al St John's College di Cambridge. Ha conseguito la laurea in scienze naturali nel 1913 ed è rimasto per un master in fisica, attratto dall'orbita di due degli sperimentatori più importanti dell'epoca, J. J. Thomson ed Ernest Rutherford, al Laboratorio Cavendish. La Prima Guerra Mondiale interruppe i suoi studi: arruolato nei Royal Engineers nel gennaio 1915, ha trascorso la guerra ad addestrare operatori radio dell'esercito presso il Signals Depot di Fenny Stratford, un incarico poco affascinante che lo ha tuttavia trasformato in un esperto della pratica radiofonica.

All'inseguimento del segnale che svanisce

Tornato a Cambridge dopo la guerra, Appleton si unì ai ricercatori di Rutherford e iniziò a riflettere su un problema che ogni ingegnere radiotelevisivo conosceva già e che nessuno sapeva spiegare: perché i segnali radio diventavano più forti e più deboli dopo il tramonto, scomparendo talvolta del tutto. Nel 1924, ormai docente di Fisica Wheatstone al King's College di Londra, lui e uno studente, Miles Barnett, condussero l'esperimento che lo rese famoso. Utilizzando una stazione trasmittente della BBC e variandone la lunghezza d'onda mentre monitorava la ricezione a Oxford, Appleton rilevò un modello di interferenza tra l'onda di terra diretta e un secondo segnale proveniente dall'alto: la prova che le onde radio rimbalzavano su uno strato ionizzato dell'alta atmosfera. Ne calcolò l'altezza utilizzando una tecnica di modulazione di frequenza di sua invenzione, per poi andare oltre: nel 1926 trovò un secondo strato, più alto, chiamato in seguito strato di Appleton in suo onore, situato a 300-400 chilometri di altezza e in grado di riflettere le lunghezze d'onda più corte che rendono possibile la radiodiffusione a onde corte a lunga distanza. Fu Appleton a dare a tutta questa regione dell'atmosfera il nome ormai standard: l'ionosfera.

Dalla fisica al lavoro di guerra

La posta in gioco pratica di questa scoperta divenne inevitabile negli anni '30. La teoria magneto-ionica di Appleton, basata sull'elettromagnetismo di Lorentz e Maxwell, permise agli ingegneri di prevedere come le onde radio si sarebbero comportate nel cielo ionizzato, una conoscenza che alimentò direttamente lo sviluppo del radar da parte di Robert Watson-Watt. Quando il comitato Nobel riassunse in seguito la posta in gioco, fu diretto: senza il lavoro di Appleton, il radar "sarebbe arrivato troppo tardi per essere di utilità decisiva nella Battaglia d'Inghilterra". Appleton non si fermò alla ricerca pura. Nel 1936 divenne direttore ad interim del Cavendish Laboratory dopo la morte improvvisa di Rutherford e nel 1938 fu nominato Segretario del Dipartimento di Ricerca Scientifica e Industriale, mettendolo di fatto a capo dell'organizzazione della scienza britannica per la guerra imminente. Dal 1941 diresse Tube Alloys, il progetto britannico per le armi atomiche, nominando James Chadwick a capo della missione britannica integrata nel Progetto Manhattan americano e raccomandando in seguito John Cockcroft per fondare l'istituto di ricerca sull'energia atomica britannico del dopoguerra. Lungo il percorso, il suo dipartimento trovò anche il tempo per i mezzi da sbarco, la bomba rimbalzante, gli adesivi per aerei e la desalinizzazione dell'acqua di mare: la macchina poco affascinante della guerra totale.

Il Nobel e gli ultimi anni

Nel 1947 Appleton fu insignito del Premio Nobel per la Fisica "per le sue indagini sulla fisica dell'alta atmosfera, specialmente per la scoperta del cosiddetto strato di Appleton". A quel punto era già stato nominato cavaliere, nel 1941, e onorato dai governi di tutto il mondo, dalla Norvegia all'Islanda agli Stati Uniti, per la sua leadership scientifica in tempo di guerra. Nel 1948 lasciò l'amministrazione della ricerca per diventare Preside e Vice-Cancelliere dell'Università di Edimburgo, incarico che ricoprì fino alla morte. Supervisionò la crescita dell'università da meno di 4.000 studenti a oltre 7.000, portò avanti la controversa riqualificazione di George Square in un moderno complesso universitario e mantenne viva la scienza fondando e curando il Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. Continuò a pubblicare fino a sessant'anni, identificando nel 1954 che il comportamento ionosferico variava in base alla latitudine magnetica, confrontando i dati di Delhi e Baton Rouge. Morì di infarto a Edimburgo nell'aprile 1965, poche settimane dopo aver sposato la sua seconda moglie, Helen Allison, sua ex segretaria privata.

Perché Edward viene chiamato genio

La tesi a favore del genio di Appleton si basa su un tipo di intuizione specifica e verificabile: egli ha preso una seccatura (lo snervante svanire dei segnali radio notturni che ogni ingegnere radiofonico della sua epoca semplicemente tollerava) e vi ha riconosciuto la firma di una struttura fisica che nessuno aveva mai misurato direttamente. Ideare il metodo di modulazione di frequenza per cronometrare e misurare l'altezza della riflessione fu un atto di esatta ingegnosità quantitativa, non un colpo di fortuna, e la struttura a due strati che poi mappò (e la teoria magneto-ionica che costruì per spiegarla) resse come conoscenza ingegneristica utilizzabile, più significativamente nel radar. Il linguaggio stesso del comitato Nobel (che riconosce al suo lavoro il merito di aver contribuito a vincere la Battaglia d'Inghilterra in tempo) è un'approvazione esterna di importanza tanto forte quanto quella che si può ricevere con i riconoscimenti in fisica. Il controargomento onesto è che Appleton non era un visionario teorico solitario sullo stampo di Einstein o Dirac: la sua svolta fu il trionfo di uno sperimentatore, costruito sull'elettromagnetismo esistente di Maxwell-Lorentz ed eseguito con l'aiuto di uno studente utilizzando un normale trasmettitore radiotelevisivo. La sua carriera successiva, per quanto formidabile, apparteneva più all'amministrazione e alla politica scientifica (organizzare Tube Alloys, gestire un'università) che a ulteriori scoperte originali. Il genio, per quanto tale, risiede in modo stretto e preciso nel periodo dal 1924 al 1926: il riconoscimento, il metodo e la denominazione di uno strato di cielo che nessuno sapeva fosse lì.

Eredità

Il nome di Appleton segna ora un cratere lunare, una torre di Edimburgo e il Rutherford Appleton Laboratory, formato nel 1979 dalla fusione della rinominata Radio Research Station con il laboratorio che porta il nome di Rutherford, abbinando, giustamente, maestro e studente. L'ionosfera che ha mappato rimane la base di lavoro della radio a onde corte e uno strato fondamentale, letteralmente, della fisica atmosferica moderna.