La storia delle prime ricerche con radiazione di sincrotrone in Italia trova i suoi albori con la formazione del gruppo di spettroscopia atomica nel 1927 a Roma, quando Enrico Fermi e Franco Rasetti, con i suoi giovani studenti Emilio Segrè ed Edoardo Amaldi, organizzano un gruppo di ricerca in spettroscopia atomica per lo studio dei fenomeni a molti corpi negli atomi.
Storia Uno dei problemi fondamentali della meccanica quantistica tra il 1927 e il 1932 sono gli effetti a molti corpi e gli effetti non-lineari nella spettroscopia ottica degli stati eccitati. Anche dopo lo spostamento dal 1932 dell'interesse di Fermi verso la Fisica nucleare sperimentale, i giovani teorici Giovanni Gentile Jr., Ettore Majorana, Leo Pincherle, Ugo Fano e Giulio Yoel Raccah a Firenze continuano a occuparsi di effetti a molti corpi nella spettroscopia atomica. Anche Fermi con Emilio Segre affidavano nel 1935 a un giovane post doc Ugo Fano di occuparsi di teoria quantistica a molti corpi in fisica atomicaUgo Fano, "Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco", in Il Nuovo Cimento (1924-1942) 12, pp. 154-161 (1935). per spiegare agli stati eccitati che appaiono negli spettri d’assorbimento atomici allorché l'energia del fotone assorbito è superiore al potenziale di ionizzazione dell'atomo.
Quando l'energia del fotone è sufficiente per l'emissione del fotoelettrone nel continuo il coefficiente di assorbimento dovrebbe decrescere con l'energia del fotone in maniera regolare. Al contrario gli esperimenti mostrano picchi di assorbimento dovuti a stati eccitati quasi-legati o quasi-stazionari degeneri con il continuo. Questi stati finali detti risonanze devono avere un tempo di vita molto breve in quanto lo stato quasi-legato decade nel continuo. Mentre il decadimento dovrebbe essere irreversibile in meccanica classica Fano dimostrava nel 1935 che secondo la nuova meccanica quantistica il fenomeno era reversibile per un effetto quantistico eccezionale: l'interazione di configurazione di tra un canale di scattering aperto e uno chiuso. Queste risonanze erano chiamate a Roma "risonanze di forma" che tradotto in inglese diventa "shape resonances". Questo fenomeno a molti corpi dovrebbe apparire non solo nello spettro di assorbimento dell'elio allora misurato, ma anche negli spettri di assorbimento X degli altri elementi, ma purtroppo questo non si poteva verificare sperimentalmente poiché non erano disponibili negli anni '30 sorgenti di raggi X ad alta energia con uno spettro continuo.
Ugo Fano era stato assistente di Fermi presso l'Università di Roma lavorando con Edoardo Amaldi in Fisica nucleare e aveva iniziato a occuparsi di biofisica. Obbligato da altri italiani a lasciare l'Università di Roma sbarcò a New York ma rifiutò l'invito di Fermi di occuparsi di fisica nucleare al convegno di Ann Harbor nel luglio del 1939. Continua negli USA le sue ricerche di fisica atomica e biofisica e negli anni '60 del XX secolo lavora presso il National Bureau of Standard (NBS). Qui si iniziano a usare, come sorgenti continue di ultravioletto lontano e raggi X, gli acceleratori di particelle infatti la radiazione di sincrotrone ha uno spettro continuo. Ugo Fano nel 1961U. Fano, Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts. Physical Review 124, 1866-1878 (1961) rivede e sviluppa la sua teoria del 1935 e gli spettri di assorbimento atomici misurati ora con alta risoluzione al NBS confermano in dettaglio la teoria di Fano.
In quegli anni (nel 1958) in Italia vede la luce l'Elettrosincrotrone di Frascati da 1 GeV, presso i Laboratori Nazionali di Frascati del Comitato Nazionale per le Ricerche Nucleari (CNRN). Nel 1960 il CNRN diventa Comitato Nazionale per L'energia Nucleare (CNEN). L'elettrosincrotrone è una sorgente di raggi gamma da bremsstrahlung, vedi: Barbiellini et al. G. Barbiellini, G. Bologna, G. Diambrini, G.P. Murtas, “Experimental evidence for a quasi-monochromatic bremsstrahlung intensity from the Frascati 1-GeV electronsynchrotron” Phys. Rev. Lett. 8, 454-457 (1962) e di uno spettro continuo della radiazione di sincrotrone nel campo dei raggi X molli, vedi :A. Balzarotti, M. Piacentini, M. Grandolfo, “Measurement of spectral distribution of the Frascati electron synchrotron radiation in the (80÷1200) Å region” Lettere al Nuovo Cimento, s. I, 3, 15-18 (1970).
Ugo Fano (uno dei ragazzi di via Panisperna) al National Bureau of Standard negli USA, Yvette Cauchois del "Institut Curie" di Parigi e Mario Ageno, del laboratorio di fisica dell' "Istituto Superiore di Sanità" (ISS) sviluppano a Frascati il progetto "Sanità Luce" la prima facility di radiazione di sincrotrone per la spettroscopia X in Europa. Inizia una prima collaborazione di scienziati francesi e italiani dei due istituti: P. Jaeglé, C. Bonnelle P. Dhez del Institut Curie e G. Missoni del ISS, a cui dopo la dipartita di Missoni nel 1967 seguirà il gruppo di Marta Cremonese e G. Onori del ISS e di F. Combet Farnoux, "Institut Curie" . La ricerca si orienta allo studio della sezione d'urto atomica per le transizioni dai livelli di core al continuo. In particolare sulle transizioni ritardate dal potenziale centrifugo ad alta energia di interesse per Ugo Fano in quegli anni. Il monocromatore a cristallo viene trasportato da Parigi a Frascati e si ottengono risultati pubblicabili malgrado le misure presso l'elettrosincrotrone, usato a tempo pieno per la fisica nucleare con i raggi gamma, si svolgano senza canali (“beam lines”) per la radiazione di sincrotrone tangenti all'anello in cui viaggiano gli elettroni a velocità relativistica. Gli spettri sono raccolti con rivelatori a lastre fotografiche poi lette con un densitometro. Y. Cauchois, C. Bonnelle, G. Missoni "Premiers spectres X du rayonnement d’orbite du synchrotron de Frascati" Comptes. R. Acad. Sc. Paris 257, 409-412 (1963) ,P. Jaeglé, G. Missoni "Coefficient d’absorption massique de l’or dans la région de longueur d’onde de 26 à 120 Å" Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris 262: 71-74 (1966),P. Jaegle, G. Missoni, and P. Dhez, "Study of the Absorption of Ultrasoft X Rays by Bismuth and Lead Using the Orbit Radiation of the Frascati Synchrotron" Physical Review Letters 19, 57 (1967) ,P. Jaegle, F. Combet Farnoux, P. Dhez, M. Cremonese, and G. Onori "Experimental and theoretical study of the absorption of ultra-soft x-rays in platinum and tantalum" Physics Letters A 26, 364 (1968) ,P. Jaeglé, F. Farnoux, P. Dhez, M. Cremonese and G. Onori, "Experimental and Theoretical Study of the Absorption of Ultrasoft X Rays in Some Heavy Elements" Physical Review 188, 30 (1969). Fano cita questi lavori nel suo fondamentale lavoro di rassegna sulla spettroscopia XU. Fano and J. Cooper “Spectral distribution of atomic oscillator strengths” Reviews of Modern Physics 40, 441 (1968).
Nel 1971 finisce la collaborazione tra ISS e Institut Curie e Il monocromatore X di Yvette Cauchois, rientra in Francia.
Dal 1968 il sincrotrone non è più di interesse per la fisica nucleare infatti i fisici nucleari si sono spostati a lavorare presso Adone, un nuovo anello di accumulazione da 1.5 GeV costruito a Frascati. Il sincrotrone invece di essere smantellato viene riciclato come sorgente di luce di sincrotrone.
Si forma una nuova facility di radiazione di sincrotrone "Solidi Roma" attiva tra il 1971 e il 1975 a Frascati. Si costruiscono le prime “beam lines” dedicate alla spettroscopia con radiazione di sincrotrone (nel range dall'ultravioletto da vuoto a quello dei raggi X molli (ovvero con fotoni di energia nell'intervallo 10-200 eV) presso l'elettrosincrotrone di Frascati.
Negli anni '70 il tema della ricerca con la radiazione di sincrotrone si è spostato dagli atomi ai solidi. Nasce il gruppo "Solidi Roma" di giovani scienziati che convergono presso i LNF interessati a sviluppare la nuova spettroscopia X dei solidi. Il gruppo è formato da Antonio Bianconi (proveniente dal laboratorio Euratom di Frascati e professore incaricato all'Università di Camerino) Emilio Burattini (proveniente dall'università dell'Aquila e borsista CNR) Adalberto Balzarotti (assistente presso l'Università di Roma e professore incaricato all'Università dell'Aquila) e Mario Piacentini (borsista dell'Università di Roma). Svolgono la tesi di laurea presso il gruppo "Solidi Roma" : 1) Giancarlo Strinati dell'Università di Roma per svolgere la sua tesi di Laurea in Fisica su un nuovop monocromatore per ultravioletto; Felice Rosito dell'Università di Camerino per la tesi sul progetto e realizzazione di un monocromatore X channel-cut che sarà costruito e poi utilizzato per la linea EXAFS-XANES su Adone e Claudio Quaresima dell'Università di Roma.
Il Prof. Edoardo Amaldi dell'Università di Roma, fondatore e dirigente dell'INFN, sostiene e promuove il progetto contribuendo ad esso in molte maniere
tra cui il distacco presso i LNF di un tecnico meccanico della Città degli Studi di Roma di altissimo livello: Azelio Mancini.
Il Prof. Gianfranco Chiarotti e Franco Bassani sono i “mentors” del gruppo "solidi Roma", il monocromatore per l'ultravioletto da vuoto allestito nel laboratorio G15 dell'Istituto di Fisica dell'Università di Roma viene trasportato a Frascati.
Il Prof. Italo Federico Quercia direttore dei LNF sostiene e promuove il progetto e mette a disposizione del progetto le competenze del gruppo macchina diretto da Bizzarri e i servizi tecnici dei LNF.
Roberto Habel dei LNF entra a far parte drl gruppo di ricerca e si realizzano nel suo laboratorio i "flakes" nanometrici auto-sostenuti di carbonio e ossido di alluminio.
Mario Ageno direttore dell'Istituto Superiore di Sanità (ISS) mette a disposizione il monocromatore per i raggi x-molli McPerson. Martino Grandolfo del ISS si aggrega al gruppo.
Il gruppo "Solidi Roma" sviluppa collaborazioni internazionali. Il prof. Ugo Fano della Chicago University e David Linch della Iowa University fanno parte del comitato scientifico. Nei semestri estivi Ugo Fano è ospite dei Laboratori Nazionali di Frascati e segue da vicino il lavoro sperimentale. Collabora al gruppo Solidi Roma il Prof. Andrzej Kisiel dell'Università di Cracovia in Polonia interessato alla fisica dei semiconduttori e al sistema Palladio-Idrogeno. L'anello dell'acceleratore viene modificato per inserire due "beam lines" di araldite costruite da Antonio Bianconi, Emilio Burattini e Roberto Habel, che le montano modificando le schermature del sincrotrone, i blocchi di cemento e i muretti di piombo, Nell'agosto del 1972 le beam lines sono completate. Si utilizzano nuovi rivelatori elettronici "channeltrons", una nuova elettronica con "boxcar" e "lockin" per la raccolta dati. Nel mese di ottobre 1972 la facility di radiazione di sincrotrone "Solidi Roma” presso l'elettrosincrotrone di Frascati da 1 GeV inizia a essere operativa.