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.