برونو روسي

في عام ١٩٢٨، بدأ روسي مسيرته المهنية في جامعة فلورنسا ، مساعدًا لأنطونيو غارباسّو ، مؤسس معهد الفيزياء بالجامعة عام ١٩٢٠. ^{[ ٥ ]} كان المعهد يقع في أرتشيتري ، على تلة تُطل على المدينة. عند وصول روسي، كان غارباسّو يشغل منصب بوديستا فلورنسا، بتعيين من حكومة بينيتو موسوليني الفاشية في إيطاليا. ^{[ ٦ ]} وقد استقطب إلى المعهد نخبة من الفيزيائيين المتميزين، من بينهم إنريكو فيرمي وفرانكو راسيتي قبل انتقالهما إلى روما ، بالإضافة إلى جيلبرتو برنارديني ، وإنريكو بيرسيكو ، وجوليو راكاه . ^{[ ٥ ]} في عام ١٩٢٩، حصل جوزيبي أوتشياليني ، أول طالب دراسات عليا لروسي ، على درجة الدكتوراه. ^{[ ١ ]}

بحثًا عن أبحاث رائدة، وجّه روسي اهتمامه إلى الأشعة الكونية ، التي اكتشفها فيكتور هيس في رحلات بالونات مأهولة عامي 1911 و1912. وفي عام 1929، قرأ روسي ورقة بحثية لوالتر بوث وفيرنر كولهورستر ، وصفا فيها اكتشافهما لجزيئات الأشعة الكونية المشحونة التي تخترق 4.1 سنتيمترات (1.6 بوصة) من الذهب. ^{[ 7 ]} كان هذا مذهلاً، لأن أكثر الجسيمات المشحونة اختراقًا المعروفة في ذلك الوقت كانت الإلكترونات الناتجة عن التحلل الإشعاعي ، والتي كانت قادرة على اختراق أقل من ملليمتر واحد من الذهب. على حد تعبير روسي، 

جاء الأمر كبرق خاطف كشف عن وجود عالم غير متوقع، مليء بالأسرار، لم يبدأ أحد باستكشافه بعد. وسرعان ما أصبح طموحي الأكبر هو المشاركة في هذا الاستكشاف. ^{[ 8 ]}

في عام 1954، مُنح بوث جائزة نوبل في الفيزياء "لطريقة التزامن واكتشافاته المتعلقة بها"، وذلك لطريقةٍ لتقييم الأحداث المتزامنة كان قد طبقها قبل عام 1924. إلا أن تطبيقه لهذه الطريقة كان معقدًا للغاية، إذ اعتمد على الربط البصري بين النبضات المصورة. وبعد أسابيع قليلة من قراءة بحثه مع كولهورستر، اخترع روسي دارة إلكترونية محسّنة للتزامن ، تستخدم صمامات تفريغ ثلاثية . ^{[ 9 ]} تتميز دارة روسي للتزامن بميزتين رئيسيتين: فهي توفر دقة زمنية عالية جدًا، ويمكنها رصد حالات التزامن بين أي عدد من مصادر النبضات. هذه الميزات تُتيح تحديد الأحداث المهمة التي تُنتج نبضات متزامنة في عدة عدادات. تبرز هذه الأحداث النادرة حتى في وجود معدلات عالية من نبضات الخلفية غير المرتبطة في العدادات الفردية. لم توفر الدائرة أساسًا للأجهزة الإلكترونية في الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات فحسب، بل نفذت أيضًا أول دائرة AND إلكترونية ، وهي عنصر أساسي في المنطق الرقمي المنتشر في الإلكترونيات الحديثة . ^{[ 1 ] [ 10 ]}

في ذلك الوقت، كان والتر مولر قد طوّر للتو نسخة أنبوبية محسّنة من عداد جايجر الأصلي ، الذي اخترعه هانز جايجر عام 1908. وقد مكّنت أنابيب جايجر-مولر ( أنابيب أو عدادات جايجر-مولر) بوث من إجراء أبحاثه. وبمساعدة أوتشياليني في بناء أنابيب جايجر-مولر، وباستخدام دائرة تزامن عملية، أكّد روسي نتائج بوث ووسّع نطاقها، فدعاه بوث لزيارة برلين صيف عام 1930. وهناك، وبدعم مالي من غارباسّو، تعاون روسي في مزيد من الأبحاث حول اختراق الأشعة الكونية. كما درس الوصف الرياضي لكارل ستورمر لمسارات الجسيمات المشحونة في المجال المغناطيسي للأرض . ^{[ 11 ]} وبناءً على هذه الدراسات، أدرك أن شدة الأشعة الكونية القادمة من الشرق قد تختلف عن تلك القادمة من الغرب. ومن برلين، قدم أول ورقة بحثية تقترح أن ملاحظات هذا التأثير الشرقي الغربي لا يمكنها فقط تأكيد أن الأشعة الكونية عبارة عن جسيمات مشحونة، بل يمكنها أيضًا تحديد إشارة شحنتها. ^{[ 12 ]}

في خريف عام ١٩٣١، نظم فيرمي وأورسو ماريو كوربينو في روما مؤتمرًا دوليًا حول الفيزياء النووية ، برعاية الأكاديمية الملكية الإيطالية . ودعا فيرمي روسي لإلقاء محاضرة تمهيدية عن الأشعة الكونية. وكان من بين الحضور روبرت ميليكان وآرثر كومبتون ، وكلاهما حائز على جائزة نوبل في الفيزياء عامي ١٩٢٣ و١٩٢٧ على التوالي. ^{[ ١ ]} خلال عشرينيات القرن العشرين، أجرى ميليكان، المشهور بتجربته الشهيرة بقطرة الزيت ، قياسات مكثفة للإشعاع الغامض الذي اكتشفه هيس. وقد صاغ مصطلح "الأشعة الكونية" واقترح أنها فوتونات ناتجة عن اندماج الهيدروجين في الفضاء بين النجوم. ولم يرضَ ميليكان بعرض الأدلة التي تشير إلى أن معظم الأشعة الكونية المرصودة هي جسيمات مشحونة عالية الطاقة. وفي وقت لاحق، كتب روسي:

من الواضح أن ميليكان استاء من تحطيم نظريته المحبوبة على يد شاب صغير، لدرجة أنه رفض منذ تلك اللحظة الاعتراف بوجودي. (بالنظر إلى الماضي، يجب أن أعترف بأنه كان بإمكاني أن أكون أكثر لباقة في عرضي). ^{[ 13 ]}

كان رد فعل كومبتون، المشهور بتأثير كومبتون ، أكثر إيجابية، إذ أخبر روسي لاحقاً أن الحديث قد حفزه على بدء بحثه الخاص حول الأشعة الكونية. ^{[ 13 ]}

مباشرةً بعد مؤتمر روما، أجرى روسي تجربتين أدتا إلى تقدم كبير في فهم الأشعة الكونية. تضمنت كلتا التجربتين تزامنًا ثلاثيًا للنبضات الصادرة من ثلاثة عدادات جايجر، ولكن في الأولى، كانت العدادات متراصفة ومفصولة بقطع من الرصاص، بينما في الثانية، وُضعت في شكل مثلث بحيث لا يمكن لجزيء واحد يتحرك في خط مستقيم أن يخترقها جميعًا. أظهرت نتائج التكوين الأول وجود جزيئات من الأشعة الكونية قادرة على اختراق متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) من الرصاص. ^{[ 14 ]}  

في التجربة الثانية، التي أُجريت داخل صندوق من الرصاص، أظهرت النتائج أن بعض الأشعة الكونية تتفاعل مع الرصاص لتُنتج جسيمات ثانوية متعددة. وفي امتدادٍ للتجربة الثانية، قاس معدل التزامن الثلاثي كدالة لكمية الرصاص فوق العدادات. وأظهر رسم بياني لهذا المعدل مقابل السُمك، والذي عُرف لاحقًا بمنحنى روسي، ارتفاعًا سريعًا مع زيادة طبقة الرصاص، يليه انخفاض بطيء. ^{[ 15 ]} أوضحت هذه التجارب أن الأشعة الكونية على مستوى سطح الأرض تتكون من عنصرين: عنصر "لين"، قادر على توليد أحداث جسيمية متعددة بكثافة، وعنصر "صلب"، قادر على اختراق سماكات كبيرة من الرصاص. في ذلك الوقت، كانت الطبيعة الفيزيائية لكليهما لغزًا، لأنهما لم يكونا متوافقين بعد مع المعرفة المتنامية حول الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات. ^{[ 1 ] [ 16 ]}

في أواخر عام 1931، رتب روسي لأوتشياليني العمل في مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج مع باتريك بلاكيت ، الذي كان قد التقاه في برلين. ^{[ 17 ]} وبمساعدة تقنية التزامن الإلكتروني الجديدة، ساعد أوتشياليني بلاكيت في تطوير أول غرفة سحابية مضبوطة بالعداد ، والتي أكدا من خلالها اكتشاف كارل أندرسون للبوزيترون ^{[ 18 ]} واستنتجا أن الإلكترونات الموجبة تُنتج بالتزامن مع الإلكترونات السالبة عن طريق إنتاج الأزواج . ^{[ 19 ]} وقد لوحظ ما يصل إلى 23 إلكترونًا موجبًا وسالبًا في بعض الأحداث، والتي كانت مرتبطة بوضوح بوابلات المكون اللين لروسي. ^{[ 20 ]}

في عام 1932، فاز روسي بمسابقة للحصول على منصب أكاديمي في إحدى الجامعات الإيطالية، وعُيّن أستاذاً للفيزياء التجريبية في جامعة بادوا. بعد وصوله بفترة وجيزة، طلب منه رئيس الجامعة الإشراف على تصميم وبناء معهد الفيزياء الجديد في بادوا. ورغم أن هذه المهمة صرفت انتباهه عن البحث والتدريس، إلا أنه امتثل لها عن طيب خاطر، وافتُتح المعهد في عام 1937. ^{[ 21 ]}

على الرغم من هذا التشتيت، تمكن روسي في عام 1933 من إكمال تجربة حول تأثير الشرق والغرب كان قد بدأها قبل مغادرته أرتشيتري. ولأن هذا التأثير يكون أكثر وضوحًا بالقرب من خط الاستواء، فقد نظم رحلة استكشافية إلى أسمرة في إريتريا ، التي كانت آنذاك مستعمرة إيطالية على البحر الأحمر عند خط عرض 15° شمالًا. ^{[ 22 ]} وبالتعاون مع سيرجيو دي بينيديتي، ^{[ 23 ]} أنشأ "تلسكوبًا للأشعة الكونية"، يتكون من عدادين منفصلين من نوع جايجر-مولر متزامنين، ويمكن توجيه محور حساسيتهما القصوى في أي اتجاه. وسرعان ما اتضح أن شدة الأشعة الكونية القادمة من الغرب كانت أكبر بكثير من تلك القادمة من الشرق. وهذا يعني وجود تدفق أكبر للجسيمات الأولية الموجبة مقارنةً بالجسيمات السالبة. في ذلك الوقت، كانت هذه النتيجة مفاجئة لأن معظم الباحثين كانوا يعتقدون مسبقًا أن الجسيمات الأولية ستكون إلكترونات سالبة. ^{[ 1 ]}

فور مغادرة روسي لإريتريا، تلقى نبأ رصدين لتأثير مماثل يمتد من الشرق إلى الغرب. نُشر هذان الرصدان في مجلة " فيزيكال ريفيو" . أحدهما كان من توماس هـ. جونسون، ^{[ 24 ]} والآخر من كومبتون وطالبه لويس ألفاريز ، اللذين أبلغوا عن رصدين في مدينة مكسيكو ، حيث يقع خط العرض 19° شمالًا. ^{[ 25 ]} ولأن آخرين كانوا قد أجروا أول تجربة عملية لاستغلال فكرته المهمة التي طرحها عام 1930، شعر روسي بخيبة أمل، لكنه نشر نتائجه فور عودته إلى بادوا. ^{[ 26 ]} لاحقًا، حصل ألفاريز وروسي، بالتعاون مع فريدريك سي. كرومي، على براءة اختراع "جهاز تحديد الاتجاه الرأسي"، الذي استخدم تلسكوبات الأشعة الكونية. ^{[ 27 ]}

في إريتريا، اكتشف روسي ظاهرة أخرى ستصبح محورًا رئيسيًا لأبحاثه حول الأشعة الكونية بعد الحرب: زخات الأشعة الكونية الجوية الواسعة . حدث هذا الاكتشاف أثناء اختبارات لتحديد معدل التزامن العرضي بين عدادات جايجر في جهازه. ولضمان عدم قدرة أي جسيم منفرد على تشغيل العدادات، قام بتوزيعها في مستوى أفقي. في هذا التكوين، كان تردد التزامن أكبر من التردد المحسوب بناءً على المعدلات الفردية وزمن استجابة دائرة التزامن. وخلص روسي إلى ما يلي:

... بين الحين والآخر، تتعرض أجهزة التسجيل لوابل كثيف للغاية من الجسيمات، مما يتسبب في حدوث تطابقات بين العدادات، حتى تلك الموضوعة على مسافات كبيرة من بعضها البعض. ^{[ 1 ]}

في عام ١٩٣٧، تعرّف روسي على نورا لومبروزو، ابنة أوجو لومبروزو ، أستاذ علم وظائف الأعضاء في جامعة باليرمو ، وسيلفيا فورتي. كان جدّها الطبيب وعالم الجريمة الشهير سيزار لومبروزو ، وكانت عمتاها، جينا لومبروزو وباولا لومبروزو كارارا ، كاتبتين ومربيتين إيطاليتين معروفتين. في أبريل ١٩٣٨، تزوج برونو ونورا واستقرا في بادوا. ^{[ ١ ] [ ٢٨ ]}

على الرغم من أن روسي تجنب السياسة، إلا أن بعض معاونيه كانوا معارضين نشطين للدولة الفاشية . فعلى سبيل المثال، قام بتوجيه يوجينيو كورييل ، الذي أصبح عضوًا في الحزب الشيوعي ، أثناء دراسته في بادوا. لاحقًا، في عام 1943، انضم كورييل إلى المقاومة في ميلانو، وفي عام 1945، اغتيل على يد جنود جمهورية سالو ، وهي دولة عميلة لألمانيا . وبالمثل، أمضى إيتوري بانشيني ، الذي حصل على شهادة البكالوريوس تحت إشراف روسي عام 1938، سنوات الحرب متنقلًا بين أبحاث الأشعة الكونية والمشاركة الفعالة في حركات المقاومة الإيطالية في بادوا والبندقية. ^{[ 29 ]}

بسبب هذه الروابط، ولأن كلا الأخوين روسي كانا يهوديين ، فقد انتابهما القلق مع تنامي معاداة السامية في إيطاليا تحت تأثير ألمانيا النازية . وفي نهاية المطاف، ونتيجة للقوانين المعادية لليهود الصادرة عن بيان العرق ، فُصل روسي من منصبه كأستاذ جامعي. ^{[ 30 ]} على حد تعبيره:

في نهاية المطاف، في سبتمبر من عام 1938، علمت أنني لم أعد مواطناً في بلدي، وأن نشاطي كمدرس وعالم في إيطاليا قد انتهى. ^{[ 31 ]}

كانت إقامة روسي في مانشستر قصيرة، لكنها مثمرة. في ذلك الوقت، كان هناك فهم واضح للمكون اللين. في عام 1934، نشر هانز بيث ووالتر هايتلر وصفًا كميًا ^{[ 35 ]} ليس فقط لإنتاج أزواج الإلكترون-بوزيترون بواسطة الفوتونات عالية الطاقة، ولكن أيضًا لإنتاج الفوتونات بواسطة الإلكترونات والبوزيترونات عالية الطاقة . ^{[ 36 ]} في مانشستر، تعاون روسي مع لودفيج يانوسي في تجربة أثبتت صحة نظرية بيث-هايتلر للعملية الثانية، والتي لم تكن قد تأكدت بشكل كامل بعد. ^{[ 37 ]} كما قدمت هذه التجربة تقنية عدم التزامن ، والتي أصبحت سمة شائعة في أجهزة الكشف عن الجسيمات عالية الطاقة وتحليلها. ^{[ 1 ]}

بحلول ذلك الوقت، أوضحت عمليات الرصد في غرف السحاب طبيعة المكون الصلب. في عام 1936، اكتشف أندرسون وطالبه، سيث نيدرمير ، جسيمات الأشعة الكونية ذات كتلة متوسطة بين كتلة الإلكترون والبروتون، ^{[ 38 ]} والتي أطلق عليها أندرسون اسم "الميزوترونات". عُرف الميزوترون لاحقًا باسم "ميزون μ"، ^{[ 39 ]} والذي اختُصر إلى " ميون ". ^{[ 1 ]} قبيل مؤتمر كوبنهاغن، أشار بلاكيت إلى أن التغيرات الملحوظة في شدة الأشعة الكونية مع درجة حرارة الغلاف الجوي قد تكون مؤشرًا على عدم استقرار الميزوترونات، ^{[ 40 ]} وأجرى مناقشات مكثفة مع روسي حول هذا الموضوع. ونتيجة لذلك، غادر روسي مانشستر عازمًا على تأكيد اضمحلالها وقياس عمرها. ^{[ 33 ]}

مع اقتراب الحرب من أوروبا، نصح بلاكيت وآخرون روسي بمغادرة بريطانيا. ونتيجة لذلك، كتب إلى كومبتون الذي دعاه لحضور ندوة صيفية في شيكاغو ، وألمح إلى إمكانية توفر وظيفة. في يونيو 1939، أبحر آل روسي إلى نيويورك ، حيث استقبلهم فيرمي وزوجته لورا ، اللذان كانا قد غادرا إيطاليا أيضًا بسبب القوانين العنصرية. بعد لقاء قصير مع عائلة فيرمي، عرض بيث على آل روسي توصيلهم إلى شيكاغو. فقبلوا العرض بامتنان ووصلوا إلى جامعة شيكاغو في منتصف يونيو 1939. ^{[ 41 ]}

مباشرةً بعد أن توصلت ندوةٌ حول عدم استقرار الميزوترون إلى إجماعٍ على ضرورة إجراء المزيد من الملاحظات الحاسمة، بدأ روسي وكومبتون بالتخطيط لتجربة. ولأن شدة المكون الصلب تزداد مع الارتفاع، بينما تقل كثافة الهواء، اقترح كومبتون إجراء الدراسات على جبل بلو سكاي في كولورادو ، حيث كان قد عمل في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، وحيث يُمكن الوصول إلى موقع بحثي على ارتفاع 4310 أمتار (14140 قدمًا) عبر طريق جبل بلو سكاي ذي المناظر الخلابة ، وهو أعلى طريق مُعبّد في أمريكا الشمالية. وحثّ روسي على البدء بسلسلة من التجارب في ذلك الصيف، قبل أن يُغلق الثلج الطريق، وللمساعدة، استعان باثنين من أصدقائه، نورمان هيلبيري وج. بارتون هوغ، ^{[ 42 ] [ 43 ]} وطالبٍ يُدعى وينستون بوستيك . قام روسي ومساعدوه بتجميع المعدات على عجل وتحميلها على حافلة متهالكة استعارها كومبتون من قسم علم الحيوان. ^{[ 33 ]} 

بحلول ذلك الوقت، كان معروفًا أن العملية الرئيسية التي تفقد بها الجسيمات الميزوترونية طاقتها هي فقدان طاقة التأين، والذي يُوصف بصيغة بيث ، ويتناسب طرديًا مع كتلة وحدة المساحة لطبقة المادة التي تخترقها. لو كانت هذه هي العملية الوحيدة، لانخفضت شدة المكون الصلب المار عبر طبقة من مادة صلبة بنفس المقدار كما في طبقة مكافئة من الهواء. وجد روسي وزملاؤه أن الانخفاض كان أكبر بكثير في الغلاف الجوي منه في طبقة مماثلة من الكربون الصلب. ولأن المسافة المقطوعة في الهواء كانت أكبر بكثير من تلك المقطوعة في الكربون، فقد فسروا هذه النتيجة كدليل على اضمحلال الميزوترون، ومع الأخذ في الاعتبار تأثير تمدد الزمن النسبي ، قدروا متوسط ​​عمره في حالة السكون بحوالي 2  ميكروثانية. ^{[ 44 ]}

في الصيف التالي، عاد روسي إلى جبل إيفانز، حيث أجرى تجارب بالقرب من بحيرة إيكو على ارتفاع 3230 مترًا (10600 قدم) . وباستخدام تقنيات مضادة للتزامن، مكّن الجهاز من قياس متوسط ​​المسار الحر قبل اضمحلال مجموعتين من الميزوترونات ذات زخم متوسط ​​مختلف. لم تؤكد النتائج، التي نُشرت بالاشتراك مع ديفيد ب. هول، التناسب بين زخم الجسيمات ومتوسط ​​المسار الحر للميزوترونات قبل الاضمحلال المتوقع بناءً على نظرية النسبية فحسب ، بل قدمت أيضًا تقديرًا مُحسَّنًا لعمرها في حالة السكون: (2.4 ± 0.3) ميكروثانية. ^{[ 45 ]} لم تكن هذه النتائج، ونتائج العام السابق، أول من أظهر بشكل قاطع أن الميزوترونات غير مستقرة فحسب، بل كانت أيضًا أول تأكيد تجريبي لتمدد الزمن للساعات المتحركة الذي تنبأت به نظرية النسبية. ^{[ 1 ]}  

في شيكاغو، لم يكن منصب روسي كباحث مشارك دائمًا، ولم يتمكن كومبتون من تأمين منصب أفضل له. ونتيجة لذلك، بدأ روسي رحلة بحث عن عمل، وخلالها ألقى ندوة في جامعة كورنيل ، حيث صادف أن وفاة أحد الأساتذة قد أدت إلى شغور منصب في قسم الفيزياء. وبعد أن اقترح بيث دعوة روسي لشغل هذا المنصب، عُيّن أستاذًا مشاركًا في كورنيل. وفي خريف عام 1940، وبعد عودتهم إلى شيكاغو من كولورادو، غادر آل روسي إلى إيثاكا . ^{[ 46 ]}

في جامعة كورنيل، التقى روسي بأول طالب دراسات عليا أمريكي له، كينيث غريسن ، الذي شاركه في كتابة مقال بعنوان "نظرية الأشعة الكونية"، نُشر في مجلة " مراجعات الفيزياء الحديثة " ^{[ 47 ]} ، واشتهر بين باحثي الأشعة الكونية باسم "المرجع الأساسي". ^{[ 48 ]} خلال صيف عام 1941، رافق غريسن وفيزيائيون من دنفر وبولدر روسي إلى جبل إيفانز، حيث صقلوا معرفتهم بالتناسب بين زخم الميزوترون وعمره قبل الاضمحلال. ^{[ 49 ]} كما أجرى غريسن وروسي تجارب أظهرت، من خلال العمليات الموثقة في "المرجع الأساسي"، أنه لا يمكن إنتاج جميع جسيمات المكون اللين بواسطة ميزوترونات المكون الصلب. وقد فسروا ذلك على أنه دليل على وجود إلكترونات أو فوتونات أولية، ^{[ 50 ]} ولكن اتضح لاحقًا أن الفائض اللين ينشأ من اضمحلال البيونات المتعادلة . ^{[ 1 ]}

بعد رحلة استكشاف كولورادو عام ١٩٤١، قرر روسي أن مسألة تحلل الميزوترونات قد حُسمت. مع ذلك، لم يكن راضيًا عن دقة تحديد عمر الميزوترون، إذ اعتمدت التقديرات السابقة على كتلته، التي لم تكن معروفة بدقة. ولإجراء قياس أكثر مباشرة، صمم جهازًا لقياس الفترة الزمنية بين وصول الميزوترون إلى مادة ماصة، حيث يتوقف، وانبعاث الإلكترون عند تحلله. وللمساعدة في ذلك، استعان بطالب الدراسات العليا نوريس نيرسون. وكان جوهر تجربتهم "كرونومتر"، وهو عبارة عن دائرة إلكترونية تُنتج نبضة يتناسب ارتفاعها بدقة مع الفترة الزمنية، ويمكن تسجيلها بتصوير إشارة راسم الذبذبات . ^{[ ٥١ ]}

كان هذا أول محول من الزمن إلى السعة ، وهو إسهام آخر من إسهامات روسي في التقنيات الإلكترونية للفيزياء التجريبية. باستخدام مواد ماصة من الرصاص والنحاس الأصفر، تم رسم عدد مرات الاضمحلال مقابل الزمن. اتخذت منحنيات الاضمحلال هذه نفس الشكل الأسي لمنحنيات المواد المشعة العادية ، وأعطت متوسط ​​عمر قدره 2.3 ± 0.2  ميكروثانية، ^{[ 52 ]} والذي تم تحسينه لاحقًا إلى 2.15 ± 0.07  ميكروثانية. ^{[ 53 ]} بعد الحرب، اكتشف روسي أن زميليه الإيطاليين، مارسيلو كونفيرسي وأوريستي بيتشيوني ، قد أجريا تجارب مشابهة جدًا لتجربته وقاسوا عمرًا يتوافق مع نتيجته. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

وبالنظر إلى الوراء فيما أسماه "عصر البراءة"، كتب روسي:

كيف يُعقل أن يتم التوصل إلى نتائج تتعلق بمشاكل أساسية في فيزياء الجسيمات الأولية من خلال تجارب تتسم ببساطة شبه طفولية، ولا تكلف سوى بضعة آلاف من الدولارات، ولا تتطلب سوى مساعدة طالب أو طالبين من طلاب الدراسات العليا؟ ^{[ 33 ]}

تطلّب تطوير القنبلة وجود كواشف كبيرة للإشعاع المؤين، تتناسب استجابتها طرديًا مع الطاقة المنبعثة منها، وتستجيب للتغيرات السريعة في شدة الإشعاع. منذ بدايات الأبحاث حول النشاط الإشعاعي ، كان الإشعاع يُقاس من حيث التأين ، إلا أن غرف التأين الموجودة آنذاك كانت بطيئة الاستجابة للتغيرات. ولمعالجة هذه المشكلة، أجرى روسي وستوب تحليلًا دقيقًا للنبضات الناتجة عن تكوين الجسيمات المشحونة لأيونات داخل غرفة التأين. ^{[ 60 ]} أدركا أن الحركة العالية للإلكترونات الحرة المنفصلة عن الذرات المتأينة تعني أن النبضات الناتجة عن الجسيمات المفردة قد تكون قصيرة جدًا. بالتعاون مع جيمس إس. ألين، اكتشف روسي مخاليط غازية ذات حركة إلكترونية عالية وارتباط إلكتروني منخفض . ^{[ 61 ]} بناءً على هذه الدراسات، اخترع ألين وروسي "غرفة التأين السريعة"، التي حصلا على براءة اختراعها بعد الحرب. ^{[ 62 ]} كان هذا الاختراع عاملًا حاسمًا في نجاح مشروع مانهاتن، وأصبح يُستخدم على نطاق واسع في أبحاث فيزياء الجسيمات بعد الحرب. ^{[ 58 ]}

في أبريل 1944، واجه مشروع مانهاتن أزمةً عندما اكتشف فريق إميليو سيغري أن البلوتونيوم المُصنّع في المفاعلات لن يكون فعالاً في سلاح بلوتونيوم من نوع المدفع مثل " الرجل النحيف ". واستجابةً لذلك، أعاد أوبنهايمر تنظيم المختبر بالكامل للتركيز على تطوير سلاح من نوع الانفجار الداخلي . ^{[ 63 ]}

تم تكليف روسي بتطبيق طريقة لاختبار تصاميم أسلحة مختلفة للوصول إلى تصميم يُنتج انفجارًا كرويًا متناظرًا بدقة. ^{[ 64 ]} قاست الاختبارات التغيرات في امتصاص أشعة غاما في كرة معدنية أثناء تعرضها للضغط الانفجاري. ^{[ 65 ]} انبعثت أشعة غاما من حبيبة من النظير المشع قصير العمر لانثانوم-140 موضوعة في مركز الكرة. مصطلح تجربة RaLa هو اختصار لـ Ra dioactive La nthanum. مع تقدم الضغط، تم رصد الزيادة السريعة في الامتصاص على شكل انخفاض في شدة أشعة غاما المسجلة خارج الجهاز. ^{[ 66 ]}

كشفت تجارب رالا عن العديد من العقبات التي واجهت عملية الانفجار الداخلي الناجحة. ^{[ 65 ]} لفهم مشكلة النفاثات التي ابتليت بها التصاميم المبكرة للانفجار الداخلي، كانت هناك حاجة إلى طرق اختبار أخرى، لكن تجارب رالا لعبت دورًا أساسيًا في تصميم العدسات المتفجرة . في كتابه عن تاريخ مشروع لوس ألاموس، كتب ديفيد هوكينز : "أصبحت رالا أهم تجربة منفردة أثرت على التصميم النهائي للقنبلة". ^{[ 67 ]}

شارات برونو ونورا روسي في لوس ألاموس

في 16 يوليو 1945، تم تفجير جهاز بلوتونيوم من نوع الانفجار الداخلي في موقع ترينيتي بالقرب من ألاموغوردو، نيو مكسيكو . كان الاسم الرمزي لهذا الجهاز هو " الأداة "، وكان تصميمه مشابهًا جدًا لسلاح الرجل البدين الذي أُلقي على ناغازاكي بعد أربعة وعشرين يومًا. ^{[ 68 ]}

استعدادًا لتجربة ترينيتي، صمم روسي أجهزةً لتسجيل أشعة غاما أثناء التفاعل المتسلسل، الذي كان من المتوقع أن تستغرق مدته حوالي 10  نانوثانية. كانت الملاحظات على هذا النطاق الزمني متقدمةً للغاية في عام 1945، لكن روسي صمم وبنى غرفة تأين أسطوانية كبيرة كانت سرعة استجابتها كافية لأن أقطابها المحورية كانت مفصولة بفجوة ضيقة لا تتجاوز سنتيمترًا واحدًا (0.39 بوصة ) . ^{[ 68 ]} 

لتسجيل الإشارة، قام بتركيب راسم إشارة فائق السرعة، مُقدّم كنموذج أولي من مختبرات دومونت ، في ملجأ تحت الأرض على بُعد مئات الأقدام من الجهاز، حيث تم تصويره. ولنقل الإشارة إلى راسم الإشارة، ابتكر خط نقل محوري كبير الحجم ، تم تصغير موصله الداخلي تدريجيًا من الحجرة إلى راسم الإشارة. ولأن هذا التكوين حسّن الإشارة الواصلة إلى راسم الإشارة، لم تكن هناك حاجة إلى تضخيمها. ولتأكيد هذا السلوك المثير للدهشة، استشار روسي البروفيسور إدوارد بورسيل من جامعة هارفارد . ^{[ 68 ] [ 69 ]}

بعد أيام قليلة من الاختبار، دخل روسي غرفة التحميض مع فيرمي، وقبل أن يجف الفيلم المُحَمَّض حديثًا، تمكنا من حساب معدل النمو الأولي للنشاط النووي، وهي معلومة بالغة الأهمية لتطوير الأسلحة في المستقبل. من بين ثلاث محاولات لقياس هذا المعدل في ترينيتي، كانت محاولة روسي هي الوحيدة التي تكللت بالنجاح الكامل. ^{[ 70 ]}

مع اكتشاف البيون عام 1947، أصبح البحث عن جسيمات أولية جديدة موضوعًا بحثيًا شائعًا. ^{[ 76 ]} من خلال تشغيل غرف التأين السريع داخل غرفة سحابية، أظهر هربرت أن دفعات التأين التي سجلوها كانت ناتجة بشكل أساسي عن أشعة كونية منخفضة الطاقة نسبيًا، والتي تتضمن تفاعلاتها النووية عادةً قذف العديد من الشظايا النووية المؤينة بشدة . بناءً على هذا التأثير، أثبت هو وروسي أن سلوك هذه التفاعلات مشابه لسلوك وابلات الأشعة الكونية المخترقة. ^{[ 77 ] [ 78 ]}

ركزت مجموعة روسي على استخدام غرف السحب لدراسة خصائصها وتفاعلاتها. في عام 1948، وبمساعدة غرفة سحب متعددة الألواح تتناوب فيها ألواح الرصاص مع ألواح الألومنيوم، أظهر غريغوري وروسي وتينلو أن مصدر المكون الكهرومغناطيسي لتفاعلات الأشعة الكونية هو في الغالب فوتونات عالية الطاقة، وليس الإلكترونات. ^{[ 79 ]} أكدت هذه النتيجة اقتراح أوبنهايمر لعام 1947 بأن البيونات المتعادلة تُنتج في التفاعلات، إلى جانب البيونات المشحونة، وأن هذا المكون ينشأ من تحللها السريع إلى فوتونات. ^{[ 80 ]}

لدراسة الجسيمات الأولية الجديدة، قام بريدج ومارتن أنيس بتشغيل غرفة سحابية مستطيلة كبيرة متعددة الألواح في بحيرة إيكو. ^{[ 81 ]} وقد وفر هذا البحث الأساس لأطروحة دكتوراه قدمها أنيس عام 1951، بإشراف روسي. وفي العام التالي، أوضح هؤلاء الباحثون، بالتعاون مع طالب آخر لروسي، ستانيسلاف أولبرت، ^{[ 82 ]} كيفية استخلاص معلومات حول طاقات الجسيمات من قياسات تشتتها المتعدد . وقد أضاف هذا طريقة أخرى لاستخدام غرف السحاب لقياس خصائص الجسيمات الأولية. ^{[ 83 ]} في أوائل عام 1953، نشر روسي، بالتعاون مع بريدج وريتشارد سافورد وتشارلز بيرو ، نتائج دراسة شاملة باستخدام غرفة السحاب للجسيمات الأولية التي أصبحت تُعرف باسم الكاونات . ^{[ 84 ]} كان بيرو باحثًا زائرًا من المدرسة المتعددة التقنيات ، حيث حصل على قيمة دقيقة لكتلة الميون عام 1947، ^{[ 85 ]} وكان سافورد طالبًا لدى روسي. ^{[ 84 ]}

بحلول عام 1952، تم الإبلاغ عن مجموعة كبيرة ومتنوعة من الجسيمات الأولية، ذات كتل مختلفة، وأنماط تحلل متباينة، وتسميات متفاوتة، ومستويات متفاوتة من موثوقية تحديدها. ولمعالجة هذا الوضع، نظم بلاكيت وليبرينس-رينجيه مؤتمرًا دوليًا للأشعة الكونية في بانيير-دو-بيغور عام 1953. ^{[ 86 ]} ووفقًا لجيمس كرونين ، "يمكن وضع هذا المؤتمر في نفس فئة مؤتمرين شهيرين آخرين، وهما مؤتمر سولفاي عام 1927 ومؤتمر شيلتر آيلاند عام 1948." ^{[ 87 ]}

طلب ليبرينس-رينجيه من روسي تقديم ملخص للمعلومات الجديدة التي عُرضت في المؤتمر، واقتراح تسمية للجسيمات الجديدة. وقبل المؤتمر، واستجابةً لهذا الطلب، عمّم روسي اقتراحًا يقضي بتسمية الجسيمات ذات الكتلة الأصغر من كتلة النيوترون بأحرف يونانية صغيرة ، والجسيمات ذات الكتلة الأكبر بأحرف يونانية كبيرة. وفي حديثه بتاريخ 11 يوليو 1953، أفاد بأن نتائج المؤتمر، التي جمعها بمساعدة باول وفريتر، ^{[ 88 ]} كانت متوافقة مع هذا النظام، الذي شاع استخدامه لاحقًا. ^{[ 87 ]}

كان من أبرز الأحداث إعلان ليبرينس-رينجيه في كلمته الختامية: "...في المستقبل، يجب علينا استخدام مسرعات الجسيمات". ومع تشغيل مسرع كوزموترون 3 جيجا إلكترون فولت في مختبر بروكهافن الوطني ، عكس هذا الإعلان إجماعًا بين المشاركين. ^{[ 87 ]} ونتيجة لذلك، بدأ فريق روسي في تقليص تجاربهم في غرفة السحاب. ومع ذلك، في عام 1954، أبلغ كل من بريدج وهانز كوران وهربرت ديستابلر الابن وروسي عن حدث غير عادي، حيث تحلل جسيم أحادي الشحنة متوقف إلى ثلاثة فوتونات تجاوزت طاقاتها مجتمعة طاقة سكون البروتون. هذه هي علامة إفناء البروتون المضاد . ^{[ 89 ] [ 90 ]} في العام التالي، اكتشف فريق بقيادة أوين تشامبرلين وإميليو سيجري البروتونات المضادة، ^{[ 91 ]} وهو الاكتشاف الذي نالوا عنه جائزة نوبل في الفيزياء عام 1960. ^{[ 92 ]}

بحلول موعد مؤتمر بانيير دو بيغور، كان روسي قد وجّه اهتمامه بالفعل نحو الآثار الفيزيائية الفلكية لظواهر الأشعة الكونية، ولا سيما زخات الهواء الواسعة. بعد أن أقرّ روسي بوجود هذه الظواهر في إريتريا، دُرست على نطاق واسع من قِبل ^بيير أوجيه [ ^{93 ]} وويليامز ^{[ 94 ]} . في ذلك الوقت، وفّرت الاستجابة فائقة السرعة لعدادات الوميض المطوّرة حديثًا طريقةً جديدةً لدراسة بنية زخات الهواء. ولتحقيق ذلك، استعان روسي بطالبه جورج دبليو كلارك ، الحاصل على درجة الدكتوراه عام 1952، وبييرو باسي، الباحث الزائر من جامعة بادوا. ولأنّ المادة الصلبة المتلألئة لم تكن متوفرة، قرروا استخدام تيرفينيل مذاب في البنزين ، وهو سائل متلألئ فعّال . وبمساعدة ثلاثة عدادات تم نشرها على سطح مبنى الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خلال شتاء 1952/1953، وجدوا أن جزيئات الدش تصل إلى مسافة متر أو مترين فقط من قرص يتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء في اتجاه محور الدش. ^{[ 95 ]}

أظهرت هذه النتيجة أن عدادات الوميض لا تقتصر على تحديد أوقات وصول أقراص الدش إلى العديد من الكواشف المنتشرة على مساحة واسعة، بل يمكنها أيضًا تقدير عدد الجسيمات التي تصطدم بكل كاشف. تجمع هذه القدرات بين طريقة "التوقيت السريع" لتحديد اتجاهات وصول الدش وطريقة أخذ عينات الكثافة لتحديد حجمها وموقع محاورها. ^{[ 96 ]}

في 4 أكتوبر 1957، أطلق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي يدور حول الأرض ، سبوتنيك 1. أدى هذا الحدث إلى أزمة سبوتنيك ، وهي موجة من الهستيريا ^{[ 110 ]} بين الجمهور الأمريكي الذي فوجئ. ^{[ 110 ]} واستجابةً لذلك، زادت الحكومة الأمريكية تمويلها للمؤسسة الوطنية للعلوم ، وفي عام 1958، أنشأت كلاً من وكالة ناسا ووكالة مشاريع البحوث المتقدمة ، التي أُعيد تسميتها إلى وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (داربا) في عام 1972. ^{[ 111 ]} وفي 4 يونيو 1958، بعد يومين من تقديم التشريع المنشئ لوكالة ناسا، اجتمع ديتليف دبليو برونك ، رئيس الأكاديمية الوطنية للعلوم ، مع رؤساء هذه الوكالات الثلاث لإنشاء هيئة استشارية جديدة، هي مجلس علوم الفضاء، لتقديم المشورة بشأن توسيع نطاق أبحاث الفضاء والتأكد من إيلاء التمويل اللازم للعلوم الأساسية الاهتمام الكافي. ^{[ 112 ]}

عقد المجلس اجتماعه الأول في 27 يونيو 1958. وكان أربعة أعضاء فقط منخرطين بالفعل في أبحاث الفضاء: روسي، وليو غولدبرغ ، وجون سيمبسون ، وجيمس فان ألين . ^{[ 112 ]} شكّل روسي لجنة فرعية ضمت توماس غولد ، وفيليب موريسون، وعالم الأحياء سلفادور لوريا ، الذين اتفقوا على أهمية دراسة البلازما في الفضاء بين الكواكب. وبناءً على ذلك، قرر روسي توجيه جهود مجموعته نحو هذه الدراسة. ^{[ 113 ]} بالتعاون مع هربرت بريدج، صمّم روسي واختبر مسبارًا للبلازما قائمًا على كأس فاراداي الكلاسيكي . ولتعزيز استجابة الجهاز للبروتونات الموجبة الشحنة ، وكبح استجابته للإلكترونات الضوئية الناتجة عن ضوء الشمس، تم استخدام أربع شبكات داخل الكأس. وكان من أبرز الابتكارات تطبيق جهد مُعدِّل على إحدى الشبكات، ما حوّل الإشارة إلى تيار متردد يتناسب مع تدفق البروتونات، وخالٍ من أي تأثير للإلكترونات الضوئية. ^{[ 114 ]}

بعد مساعي مكثفة من هومر نيويل ، نائب مدير برامج رحلات الفضاء في ناسا، حصل روسي على فرصة إطلاق القمر الصناعي إكسبلورر 10 ، " أول قمر صناعي محلي الصنع لمركز غودارد ". ^{[ 115 ]} كان الهدف غير المعلن هو الوصول إلى القمر، ولكن بعد إطلاقه في 25 مارس 1961، دخل القمر الصناعي في مدار بيضاوي الشكل حول الأرض، حيث كانت نقطة أوج مداره ، التي تبلغ 70% من المسافة إلى القمر، أقصر بكثير من هذا الهدف. ^{[ 116 ]}

مع ذلك، وخلال 52 ساعة من البيانات التي سجلها مسبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قبل نفاد طاقة البطارية، اكتشف فريق روسي انتقالًا بين منطقتين متميزتين حول الأرض. بالقرب من الأرض، كانت هناك مجالات مغناطيسية قوية ومنظمة، ولكن لم يُرصد أي مؤشر على وجود بروتونات بين الكواكب. على بُعد 22 ضعف نصف قطر الأرض، دخلت المركبة الفضائية منطقةً كانت فيها المجالات المغناطيسية أضعف وأكثر اضطرابًا، حيث لُوحظ تدفق كبير من البروتونات قادمًا من الاتجاه العام للشمس. في عدة مناسبات خلال ما تبقى من الرحلة، اختفى هذا التدفق ثم عاد للظهور، مما يشير إلى أن المركبة الفضائية كانت تحلق بالقرب من الحد الفاصل بين المنطقتين وأن هذا الحد كان يتحرك بشكل غير منتظم. ^{[ 116 ]} في النهاية، أصبح هذا الحد يُعرف باسم الغلاف المغناطيسي . ^{[ 117 ] [ 118 ]}

تحت قيادة بريدج وروسي، ضمّ فريق بلازما الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فرانك شيرب، وإدوين ليون، وآلان لازاروس، وألبرتو بونيتي، وألبرتو إيجيدي، وجون بيلشر، وكونستانس ديلورث ، زوجة أوتشياليني. ^{[ 113 ]} وقد جمعت أكواب فاراداي التابعة له بيانات عن البلازما في جميع أنحاء النظام الشمسي: بالقرب من الأرض على متن المركبات الفضائية OGO-1 وOGO-3 وIMP-8، ^{[ 119 ]} وفي الفضاء بين الكواكب على متن المركبة WIND ، وفي الغلاف الشمسي وغلافه على متن المركبتين Voyager 1 و Voyager 2. ^{[ 120 ]}

بصفته مستشارًا لشركة العلوم والهندسة الأمريكية ، أطلق روسي تجارب الصواريخ التي اكتشفت أول مصدر للأشعة السينية خارج المجموعة الشمسية ، وهو سكوربيوس إكس-1 . ^{[ 121 ]} عُيّن روسي أستاذًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1966. ^{[ 122 ]}

تقاعد روسي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام ١٩٧٠. ومن عام ١٩٧٤ إلى عام ١٩٨٠، درّس في جامعة باليرمو. بعد تقاعده، ألّف عددًا من الدراسات، بالإضافة إلى سيرته الذاتية التي نُشرت عام ١٩٩٠ بعنوان " لحظات في حياة عالم" ، والتي نشرتها مطبعة جامعة كامبريدج . توفي إثر سكتة قلبية في منزله في كامبريدج في ٢١ نوفمبر ١٩٩٣. وترك وراءه زوجته نورا، وابنتيه فلورنس وليندا، وابنه فرانك. ^{[ ١٢٢ ]} تم حرق جثمانه، ودُفن رماده في مقبرة كنيسة سان مينياتو آل مونتي ، المطلة على فلورنسا وتلة أرتشيتري. ^{[ ١٢٣ ]}

• جائزة وولف في الفيزياء لدوره في تطوير علم الفلك بالأشعة السينية (1987) ^{[ 123 ]}
• الميدالية الوطنية للعلوم (1985) ^{[ 123 ]}
• جائزة رومفورد من الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم عن "الاكتشافات المتعلقة بطبيعة وأصول الإشعاعات الكونية" (1976) ^{[ 123 ]}
• ميدالية إليوت كريسون (1974) ^{[ 123 ]}
• الميدالية الذهبية للجمعية الفيزيائية الإيطالية (1970) ^{[ 123 ]}
• دكتوراه فخرية من جامعات باليرمو ودورهام وشيكاغو ^{[ 123 ]}

• انتُخب لعضوية الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم (1948) ^{[ 124 ]}
• انتُخب لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة (1950) ^{[ 125 ]}
• انتُخب لعضوية الجمعية الفلسفية الأمريكية (1959) ^{[ 126 ]}

• مستكشف روسي لتوقيت الأشعة السينية ، وهو مرصد للأشعة السينية تابع لناسا تم إطلاقه في عام 1995. ^{[ 127 ]}
• جائزة برونو روسي من قسم الفيزياء الفلكية عالية الطاقة التابع للجمعية الفلكية الأمريكية . ^{[ 128 ]}
• يوجد كرسي ممول يحمل اسم برونو روسي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويشغله حاليًا البروفيسور كلود ر. كانيزاريس . ^{[ 129 ]}