Bruno Benedetto Rossi (13. dubna 1905 Benátky, Itálie – 21. listopadu 1993 Cambridge, Massachusetts, USA) byl italsko-americký experimentální fyzik. Významně přispěl k částicové fyzice a studiu kosmického záření. Účastnil se projektu Manhattan, kde kromě dalších přínosů vyvinul RaLa experiment, který byl zásadní pro fungování plutoniové verze atomové bomby.
Jako absolvent Boloňské univerzity se v roce 1927 začal zajímat o kosmické záření. Pro jejich studium vynalezl zdokonalený elektronický koincidenční obvod a odcestoval do Afriky, stát Eritrea (v té době italská kolonie), kde provedl experimenty, které ukázaly, že intenzita kosmického záření ze západu je výrazně větší než z východu.
V říjnu 1938 byl Rossi nucen emigrovat kvůli italským rasovým zákonům a přestěhoval se do Dánska, kde spolupracoval s nositelem Nobelovy ceny Nielsem Bohrem. Poté se přestěhoval do Spojeného království, kde pracoval s Patrickem Blackettem (který později, v roce 1948, rovněž získal Nobelovu cenu) na Manchesterské univerzitě. Nakonec odešel do USA, kde pracoval s Enricem Fermim na Chicagské univerzitě a později na Cornellově univerzitě.
Během druhé světové války nejprve pracoval na radaru v MIT Radiation Laboratory. Později sehrál klíčovou roli v projektu Manhattan, když vedl skupinu v tajné laboratoři v Los Alamos, která prováděla zásadní RaLa experimenty. V roce 1943 získal americké občanství.
Po válce ho na MIT přijal americký fyzik Jerrold Zacharias. Zde Bruno Rossi pokračoval ve svém předválečném výzkumu kosmického záření. V šedesátých letech se stal průkopníkem rentgenové astronomie a fyziky kosmického plazmatu. Jeho přístroje na palubě družice Explorer 10 objevily magnetopauzu a inicioval družicové experimenty, které objevily Scorpius X-1, první zdroj rentgenového záření mimo Sluneční soustavu.
Itálie
Dětství a studia Bruno Rossi se narodil v židovské rodině v italských Benátkách. Byl nejstarším ze tří synů Rina Rossiho a Liny Minerbi. Jeho otec byl elektroinženýr, který se podílel na elektrifikaci Benátek. Bruno Rossi byl do svých čtrnácti let vyučován doma, poté navštěvoval gymnázium a lyceum v Benátkách. Po zahájení univerzitních studií na Padovské univerzitě se věnoval pokročilým studiím na Boloňské univerzitě, kde v roce 1927 získal titul v oboru fyziky. Vedoucím jeho diplomové práce byl Quirino Majorana, který byl známým experimentátorem a strýcem dalšího fyzika Ettore Majorany.
Florencie V roce 1928 Rossi začal svou kariéru na Florentské univerzitě jako asistent Antonia Garbassa, který v roce 1920 založil univerzitní Fyzikální ústav. Antonio Garbasso byl sice jmenován fašistickou vládou Benita Mussoliniho a v té době byl též podestà Florencie, ale do ústavu přivedl skupinu vynikajících fyziků, mezi něž patřili Enrico Fermi a Franco Rasetti (předtím než se přestěhovali do Říma), a také Gilberto Bernardini, Enrico Persico a Giulio Racah. V roce 1929 získal doktorský titul Rossiho první postgraduální student Giuseppe Occhialini.
Při hledání neprozkoumaných oblastí výzkumu obrátil Bruno Rossi svou pozornost ke kosmickému záření, které objevil Victor Franz Hess při pilotovaných letech balonem v letech 1911 a 1912. V roce 1929 si Rossi přečetl článek Walthera Botheho a Wernera Kolhörstera, který popisoval jejich objev nabitých částic kosmického záření, které byly schopné proniknout více než 4 centimetry zlata. To bylo ohromující, protože do té doby známé nejpronikavější nabité částice (elektrony z radioaktivního rozpadu), dokázaly proniknout méně než milimetrovou vrstvou zlata.
Rossiho koincidenční obvod Německý fyzik Walther Bothe kolem roku 1924 objevil koincidenční detekční metodu částic, která umožňovala stanovit směr jejich pohybu a odhalit jejich případný současný vznik. Za „koincidenční metodu a objevy, které s ní učinil“ získal v roce 1954 Nobelovu cenu. Jeho implementace této metody však byla velmi těžkopádná. Několika týdnů poté, co si Bruno Rossi přečetl výše uvedený článek Botheho a Kolhörstera, navrhl zdokonalený elektronický koincidenční obvod, který využíval triodové elektronky.
Rossiho řešení má dvě hlavní výhody: nabízí velmi přesné časové rozlišení a dokáže detekovat koincidence mezi libovolným počtem zdrojů impulzů. Tyto vlastnosti umožňují identifikovat zajímavé události, které vytvářejí koincidenční impulsy v několika čítačích. Tyto vzácné události vyniknou i za přítomnosti vysokého počtu nesouvisejících impulsů na pozadí v jednotlivých čítačích. Tento obvod poskytl nejen základ pro elektronické přístroje v jaderné a částicové fyzice, ale také tím realizoval první elektronický obvod typu hradlo AND, který je základním a všudypřítomným prvkem moderní digitální elektroniky.
Mezitím Walther Müller, žák Hanse Geigera pracoval na zdokonalení původního Geigerova čítače ionizujícího záření z roku 1908. Vylepšená verze je nyní známá jako Geigerův–Müllerův čítač. Rossi potvrdil a rozšířil výsledky Walthera Botheho, který ho v létě 1930 pozval na návštěvu Berlína (na Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Zde Rossi za finanční podpory Antonia Garbassa pracoval na dalším výzkumu kosmického záření. Studoval také výzkumy Carla Størmera. Tento norský matematik a astrofyzik se snažil o matematický popis trajektorií nabitých částic v magnetickém poli Země. Na základě těchto studií si uvědomil, že intenzita kosmického záření přicházejícího od východu se může lišit od intenzity záření přicházejícího ze západu. Z Berlína přivezl první práci, v níž naznačil, že pozorování tohoto efektu ve směru východ – západ může nejen potvrdit, že kosmické záření jsou nabité částice, ale také určit znaménko jejich náboje.
Konference v Římě
Na podzim roku 1931 uspořádali Enrico Fermi a Orso Mario Corbino v Římě mezinárodní konferenci o jaderné fyzice, kterou financovala Reale Accademia d’Italia (krátce existující Královská akademie Itálie). Fermi pozval Rossiho, aby přednesl úvodní přednášku o kosmickém záření. Na přednášce se setkal s dvěma americkými nositeli Nobelovy ceny (za rok 1923, resp. 1927), Robertem Millikanem a Arthurem Comptonem. Později Rossi napsal: Millikanovi se zjevně nelíbilo, že jeho milovanou teorii roztrhal na kusy pouhý mladík, a to natolik, že od té chvíle odmítal uznat mou existenci. Zpětně musím připustit, že jsem mohl být ve svém podání taktičtější. Compton, který se proslavil Comptonovým jevem (Compotonovým rozptylem), reagoval příznivěji a později Rossimu řekl, že ho přednáška motivovala k zahájení vlastního výzkumu kosmického záření.
Rossiho křivka Bezprostředně po konferenci v Římě provedl Rossi dva experimenty, které vedly k významnému pokroku v poznání kosmického záření. V obou případech se jednalo o trojnásobnou koincidenci pulzů ze tří Geigerových čítačů; v prvním případě však byly čítače srovnány v přímce a odděleny olověnými bloky, zatímco ve druhém byly umístěny v trojúhelníkovém uspořádání tak, že všechny tři nemohly být překonány jedinou částicí pohybující se po přímce.
Výsledky prvního uspořádání prokázaly existenci částic kosmického záření schopných proniknout olověnou deskou o tloušťce jeden metr. U druhé konfigurace výsledky experimentu ukázaly, že některé druhy kosmického záření reagují ve vrstvě olova a vytváří vícenásobné sekundární částice. Druhý experiment rozšířil tak, že měřil míru trojnásobných koincidencí v závislosti na množství olova mezi čítači. Graf této rychlosti v závislosti na tloušťce olova vešel ve známost jako Rossiho křivka. Ta ukázala nejprve rychlý nárůst s rostoucí vrstvou olova a následný pomalý pokles.
Tyto experimenty ukázaly, že přízemní kosmické záření se skládá ze dvou odlišných složek: „měkké“ složky, která je schopna vytvářet vícenásobné sekundární částice, a „tvrdé“ složky, která je schopna procházet silnou vrstvou olova. V té době fyzikální podstata obou složek kosmického záření byla ještě záhadou. Přestože soubor poznatků o jaderné a částicové fyzice na začátku 30. let rychle rostl, ještě chyběla ucelená představa, která by vysvětlila i podstatu těchto jevů.
Koncem roku 1931 Rossi zařídil, aby jeho postgraduální student Giuseppe Occhialini mohl pracovat v Cavendishově laboratoři na Univerzitě v Cambridgi pod vedením Patricka Blacketta. S pomocí nové techniky elektronické koincidence Occhialini pomohl Blackettovi vyvinout první čítačem řízenou mlžnou komoru, s jejíž pomocí potvrdili čerstvý objev pozitronu (antielektronu), který v roce 1932 učinil Carl David Anderson a odvodili, že kladné elektrony vznikají ve spojení se zápornými párovou produkcí. V některých případech bylo pozorováno až 23 kladných a záporných elektronů, což zjevně souviselo se sprškami Rossiho měkké složky kosmického záření.
Padua a svatba
V roce 1932 Rossi vyhrál konkurz a byl jmenován profesorem experimentální fyziky na univerzitě v Padově. Brzy po svém příchodu ho rektor požádal, aby dohlédl na návrh a výstavbu nového padovského fyzikálního ústavu. Ačkoli tento úkol odváděl jeho pozornost od výzkumu a výuky, ochotně mu vyhověl a ústav byl otevřen v roce 1937.
V roce 1937 se Rossi seznámil s Norou Lombrosovou, , která byla dcerou Ugo Lombrosa (profesor fyziologie na Palermské univerzitě) a Silvie Fortiovou. Její dědeček byl známý lékař, biolog a kriminolog Cesare Lombroso a její dvě tety, Gina Lombroso a Paola Lombroso Carrara, byly známé italské spisovatelky a pedagožky. V dubnu 1938 se Bruno a Nora vzali a založili si v Padově společnou domácnost.
Efekt „východ – západ“ I přes práci na budování nového fyzikálního ústavu se mu v roce 1933 podařilo dokončit experiment pro ověření jeho myšlenky z roku 1930 o tzv. efektu „východ – západ“. Protože tento jev je výraznější v blízkosti rovníku, zorganizoval expedici do Asmary, hlavního města státu Eritrea, který tehdy byl italskou kolonií. Asmara ležela na 15° severní šířky. Se Sergiem De Benedettim, zřídil „teleskop kosmického záření“, který se skládal ze dvou oddělených Geigerův–Müllerůvých čítač v koincidenci, jejichž osu maximální citlivosti bylo možné nasměrovat libovolným směrem. Brzy se ukázalo, že intenzita kosmického záření ze západu je výrazně větší než z východu. To znamenalo, že příliv kladných částic byl větší než záporných. Šlo o překvapivý výsledek, protože většina badatelů se předtím domnívala, že převažovat budou záporné elektrony.
Těsně před odjezdem zpět obdržel zprávu o dvou podobných pozorováních, která byla publikována v časopise Physical Review. Autorem prvního článku byl Thomas H. Johnson, a druhého Arthur Compton a jeho student Luis Alvarez, kteří pozorování uskutečnili v Mexico City na 19° severní šířky. Rossi byl zklamán, že experimentální ověření jeho myšlenky z roku 1930 provedli jiní, ale své výsledky publikoval ihned po návratu do Padovy. Později si Alvarez a Rossi spolu s Frederickem C. Chromeyem nechali patentovat své „Vertikální určovací zařízení“.
Emigrace Bruno Rossi se vyhýbal politice, ale někteří jeho spolupracovníci byli aktivními odpůrci fašismu a později účastníky italského hnutí odporu. Vzhledem k tomu, ale především pro židovský původ se obával vlivu Německa a zjevného nárůstu antisemitismu. Nakonec byl Rossi v důsledku italských protižidovských zákonů v září 1938 odvolán z profesorského místa.
Kodaň Bruno Rossi s manželkou odjeli 12. října 1938 do Kodaně, kam ho pozval dánský fyzik Niels Bohr, který usnadnil Rossimu hledání jistějšího místa tím, že financoval konferenci, které se zúčastnili přední fyzikové. Doufal, že některý z nich mu nabídne práci a skutečně brzy obdržel pozvání na Manchesterskou univerzitu, kde Patrick Blackett budoval významné centrum výzkumu kosmického záření. Po příjemných dvou měsících strávených v Dánsku dorazili Rossi a jeho manželka Nora do Manchesteru.
Manchesterská univerzita