Enrico Fermi. Biografia di uno scienziato

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Fermi Enrico. Biografia di uno scienziato

Biografie di grandi scienziati

Enrico Fermi (1901-1954).

«Il grande fisico italiano Enrico Fermi», scriveva Bruno Pontecorvo, «occupa un posto speciale tra gli scienziati moderni: ai nostri giorni, quando una ristretta specializzazione nella ricerca scientifica è diventata tipica, è difficile indicare un fisico altrettanto universale che sia stato Fermi Si potrebbe anche dire che l'apparizione nell'arena scientifica del XNUMX° secolo, una persona che ha dato un così enorme contributo allo sviluppo della fisica teorica, fisica sperimentale, astronomia e fisica tecnica, è un fenomeno piuttosto unico che raro.

Enrico Fermi nasce il 29 settembre 1901 a Roma. Era il più giovane di tre figli di un impiegato delle ferrovie, Alberto Fermi, e nata Ida de Gattis, insegnante. Già da bambino Enrico dimostrò grande attitudine per la matematica e la fisica. La sua eccezionale conoscenza in queste scienze, acquisita principalmente grazie all'autodidattica, gli permise di ricevere una borsa di studio nel 1918 e di iscriversi alla Scuola Normale Superiore dell'Università di Pisa. Successivamente, sotto il patrocinio del Senatore Corbino, Professore Associato dell'Istituto di Fisica dell'Università di Roma, Enrico ricevette un posto temporaneo come insegnante di matematica per chimici presso l'Università di Roma. Nel 1923 ricevette un viaggio d'affari in Germania, a Gottinga, da Max Born. Fermi non si sente molto sicuro di sé, e solo il grande sostegno morale di Ehrenfest, con il quale è stato a Leida dal settembre al dicembre 1924, lo ha aiutato a credere nella sua vocazione di fisico. Al ritorno in Italia, Fermi lavorò all'Università di Firenze dal gennaio 1925 fino all'autunno del 1926. Qui riceve il suo primo grado di "professore associato libero" e, soprattutto, crea il suo famoso lavoro sulla statistica quantistica. Nel dicembre 1926 assunse l'incarico di professore nella neo istituita cattedra di fisica teorica all'Università di Roma. Qui organizzò un'équipe di giovani fisici: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo e altri, che costituirono la scuola italiana di fisica moderna.

Quando nel 1927 fu istituita la prima cattedra di fisica teorica all'Università di Roma, Fermi, che riuscì a guadagnare prestigio internazionale, ne fu eletto capo.

Nel 1928 Fermi sposò Laura Capon, che apparteneva a una nota famiglia ebrea a Roma. La coppia Fermi ebbe un figlio e una figlia.

Qui, nella capitale d'Italia, Fermi radunò intorno a sé diversi eminenti scienziati e fondò la prima scuola di fisica moderna del paese. Negli ambienti scientifici internazionali iniziò a chiamarsi Gruppo Fermi. Due anni dopo, Fermi fu nominato da Benito Mussolini alla carica onoraria di membro della neonata Reale Accademia d'Italia.

Negli anni '1932 era generalmente accettato che l'atomo contenesse due tipi di particelle cariche: gli elettroni negativi, che ruotano attorno al nucleo dei protoni positivi. I fisici erano interessati a sapere se il nucleo potesse contenere una particella priva di carica elettrica. Gli esperimenti per rilevare la particella elettricamente neutra culminarono nel XNUMX quando James Chadwick scoprì il neutrone, che i fisici, in particolare Werner Heisenberg, riconobbero quasi immediatamente come il partner nucleare del protone.

Nel 1934, Frédéric Joliot e Irene Joliot-Curie scoprirono la radioattività artificiale. Bombardando i nuclei di boro e alluminio con particelle alfa, hanno creato per la prima volta nuovi isotopi radioattivi di elementi noti. Questa scoperta provocò un'ampia risonanza e in breve tempo furono ottenuti numerosi nuovi isotopi radioattivi.

Tuttavia, se gli atomi vengono bombardati con particelle cariche, allora per vincere la repulsione elettrica, le particelle cariche devono essere accelerate su potenti e costosi acceleratori. Gli elettroni incidenti sono respinti dagli elettroni atomici e i protoni e le particelle alfa sono respinti dal nucleo nello stesso modo in cui vengono respinti le cariche elettriche con lo stesso nome. Fermi ha apprezzato il significato del neutrone come potente mezzo per avviare reazioni nucleari. Poiché il neutrone non ha carica elettrica, non sono necessari acceleratori.

Nella primavera del 1934 Fermi iniziò a irradiare elementi con neutroni. È stato inaspettato e audace. "Ricordo", scrisse O. Frisch, "che la mia reazione e quella di molti altri furono scettiche: l'esperimento di Fermi sembrava inutile, perché c'erano molti meno neutroni delle particelle alfa".

Nella prima comunicazione, datata 25 marzo 1934, Fermi riferì che bombardando alluminio e fluoro ottenne isotopi di sodio e azoto che emettono elettroni (e non positroni, come in Joliot-Curie). Il metodo del bombardamento di neutroni si è rivelato molto efficace e Fermi ha scritto che questa elevata efficienza di fissione "compensa completamente la debolezza delle sorgenti di neutroni esistenti rispetto alle sorgenti di particelle alfa e protoni". Riuscì ad attivare 47 dei sessantotto elementi studiati con questo metodo.

Incoraggiato dal successo, in collaborazione con F. Rasetti e O. d'Agostino, intraprese il bombardamento neutronico di elementi pesanti: torio e uranio. "Gli esperimenti hanno dimostrato che entrambi gli elementi, precedentemente purificati dalle solite impurità attive, possono essere fortemente attivati quando vengono bombardati con neutroni".

Bombardando l'uranio, il novantaduesimo elemento, l'elemento naturale più pesante, hanno prodotto una complessa miscela di isotopi. L'analisi chimica non ha rilevato alcun isotopo dell'uranio o isotopo dell'elemento confinante in esso contenuto (inoltre, i risultati dell'analisi hanno escluso la presenza di tutti gli elementi con numeri da 86 a 91). Sorse il sospetto che gli sperimentatori fossero riusciti ad ottenere per la prima volta un nuovo elemento artificiale con numero atomico 93. Con dispiacere di Fermi, il direttore del laboratorio, Orso Corbino, annunciò la riuscita sintesi del novantatreesimo elemento senza attendere il prove di controllo. In realtà, Fermi non è riuscito a ottenerlo. Ma lui, senza saperlo, provocò la fissione dell'uranio, spaccando il nucleo pesante in due o più frammenti e altri frammenti. La fissione dell'uranio fu scoperta nel 1938 da Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann.

Rutherford seguì con grande interesse gli esperimenti di Fermi. Già il 23 aprile 1934 gli scriveva: "I tuoi risultati sono molto interessanti e non c'è dubbio che in futuro potremo ottenere maggiori informazioni sul meccanismo reale di queste trasformazioni".

Il 22 ottobre 1934 Fermi fece una scoperta fondamentale. Posizionando un cuneo di paraffina tra la sorgente di neutroni e il cilindro d'argento attivato, Fermi ha notato che il cuneo non diminuiva l'attività dei neutroni, ma la aumentava leggermente. Fermi ha concluso che questo effetto era apparentemente dovuto alla presenza di idrogeno nella paraffina e ha deciso di testare come un gran numero di elementi contenenti idrogeno avrebbe influenzato l'attività di scissione. Dopo aver effettuato l'esperimento prima con la paraffina, poi con l'acqua, Fermi ha dichiarato centinaia di volte un aumento dell'attività. Gli esperimenti di Fermi hanno rivelato l'enorme efficienza dei neutroni lenti.

Ma, oltre a notevoli risultati sperimentali, nello stesso anno Fermi conseguì notevoli conquiste teoriche. Già nel numero di dicembre del 1933 le sue prime riflessioni sul decadimento beta furono pubblicate su una rivista scientifica italiana. All'inizio del 1934 fu pubblicato il suo classico articolo "Sulla teoria dei raggi beta". Il riassunto dell'articolo dell'autore recita: "Si propone una teoria quantitativa del decadimento beta basata sull'esistenza di neutrini, mentre l'emissione di elettroni e neutrini è considerata per analogia con l'emissione di un quanto di luce da parte di un atomo eccitato nella teoria della radiazione. Le formule sono derivate dalla vita del nucleo e per la forma dello spettro continuo dei raggi beta; le formule ottenute sono confrontate con l'esperimento".

Fermi in questa teoria diede vita all'ipotesi del neutrino e al modello protone-neutrone del nucleo, accettando anche l'ipotesi dello spin isotonico proposta da Heisenberg per questo modello. Sulla base delle idee espresse da Fermi, Hideki Yukawa predisse nel 1935 l'esistenza di una nuova particella elementare, ora nota come pi-mesone, o pione.

Commentando la teoria di Fermi, F. Razetti ha scritto: "La teoria da lui costruita su queste basi si è rivelata in grado di resistere pressoché immutata a due decenni e mezzo di sviluppo rivoluzionario della fisica nucleare. Si può notare che una teoria fisica raramente nasce in una forma così definitiva".

Intanto, in Italia, la dittatura fascista di Mussolini prendeva sempre più forza. Nel 1935, l'aggressione italiana contro l'Etiopia portò a sanzioni economiche da parte dei membri della Società delle Nazioni e nel 1936 l'Italia formò un'alleanza con la Germania nazista. Il gruppo Fermi dell'Università di Roma iniziò a disgregarsi. In seguito all'approvazione delle leggi civili antisemite da parte del governo italiano nel settembre 1938, Fermi e la moglie ebrea decisero di emigrare negli Stati Uniti. Accettando l'invito della Columbia University a ricoprire l'incarico di professore di fisica, Fermi informò le autorità italiane che sarebbe partito per l'America per sei mesi.

Nel 1938 Fermi ricevette il Premio Nobel per la Fisica. La decisione del Comitato Nobel affermava che il premio era stato assegnato a Fermi "per la prova dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi ottenuti per irraggiamento con neutroni, e per la scoperta di reazioni nucleari causate da neutroni lenti a questo associati". "Insieme alle straordinarie scoperte di Fermi, la sua abilità di sperimentatore, l'incredibile ingegno e intuizione ... hanno permesso di gettare nuova luce sulla struttura del nucleo e aprire nuovi orizzonti per il futuro sviluppo della ricerca atomica", ha affermato Hans Pleyel della Royal Swedish Academy of Sciences, presentando il vincitore.

Durante una cerimonia di premiazione tenutasi nel dicembre 1938 a Stoccolma, Fermi strinse la mano al re di Svezia, invece di salutarlo con un saluto fascista, per il quale fu attaccato dalla stampa italiana.

Subito dopo i festeggiamenti, Fermi si è recato all'estero. All'arrivo negli Stati Uniti, Fermi, come tutti gli immigrati dell'epoca, dovette superare un test di intelligence. A un premio Nobel è stato chiesto di aggiungere 15 e 27 e dividere 29 per 2.

Poco dopo lo sbarco della famiglia Fermi a New York, Niels Bohr è arrivato negli Stati Uniti da Copenaghen per trascorrere diversi mesi al Princeton Institute for Basic Research. Bohr riferì la scoperta da parte di Hahn, Meitner e Strassmann della fissione dell'uranio bombardandolo con neutroni. Molti fisici iniziarono a discutere la possibilità di una reazione a catena. Per realizzare una reazione a catena, Fermi si mise a progettare esperimenti che consentissero di determinare se una tale reazione fosse possibile e se fosse controllabile.

Nelle trattative con la Marina Militare nel 1939, Fermi accennò per la prima volta alla possibilità di creare un'arma atomica basata su una reazione a catena con un potente rilascio di energia. Ha ricevuto finanziamenti federali per continuare la sua ricerca. Nel corso del lavoro, Fermi e il fisico italiano Emilio Segre, suo ex allievo, stabilirono la possibilità di utilizzare l'elemento allora sconosciuto plutonio come "esplosivo" per una bomba atomica. Sebbene il plutonio, un elemento con un numero di massa di 239, non fosse ancora noto, entrambi gli scienziati erano convinti che un tale elemento dovesse essere fissile e potesse essere prodotto in un reattore di uranio catturando un neutrone con uranio-238.

Nel 1942, quando negli Stati Uniti venne creato il Progetto Manhattan per lavorare alla realizzazione di una bomba atomica, la responsabilità della ricerca della reazione a catena e dell'ottenimento del plutonio fu affidata a Fermi, che aveva lo status di "soggetto straniero di un nemico potere" dal punto di vista giuridico. L'anno successivo, la ricerca è stata trasferita dalla Columbia all'Università di Chicago, dove Fermi, in qualità di presidente della Sottosezione Aspetti Teorici del Comitato Uranio, ha supervisionato la creazione del primo reattore nucleare del mondo, che era in costruzione su un campo da squash sotto il tribune dello stadio di calcio Stagg Field dell'università.

Il reattore eretto era chiamato in gergo tecnico un "mucchio", poiché era costruito con barre di grafite (carbonio puro), che avrebbero dovuto limitare la velocità della reazione a catena (rallentare i neutroni). L'uranio e l'ossido di uranio sono stati posti tra barre di grafite. Il 2 dicembre 1942, le barre di controllo del cadmio che assorbono i neutroni furono lentamente estese per avviare la prima reazione a catena autosufficiente al mondo. "Era chiaro", scrisse in seguito John Cockcroft, "che Fermi aveva aperto le porte all'era atomica".

Qualche tempo dopo, Fermi fu nominato capo del dipartimento di fisica moderna in un nuovo laboratorio creato sotto la direzione di Robert Oppenheimer per creare una bomba atomica nella altamente classificata Los Alamos, New Mexico. Fermi e la sua famiglia divennero cittadini degli Stati Uniti nel luglio 1944 e si trasferirono a Los Alamos il mese successivo. Fermi assistette alla prima esplosione di una bomba atomica il 16 luglio 1945, vicino ad Alamogordo, nel New Mexico. Nell'agosto 1945 bombe atomiche furono sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki.

Alla fine della guerra, Fermi tornò all'Università di Chicago per assumere l'incarico di professore di fisica e diventare membro del neonato Institute for Nuclear Research dell'Università di Chicago. Fermi fu un ottimo insegnante ed era famoso come conferenziere insuperabile. Tra i suoi studenti laureati ci sono Murray Gell-Mann, Yang Zhenning, Li Zhengdao e Owen Chamberlain. Dopo aver completato la costruzione del ciclotrone (acceleratore di particelle) a Chicago nel 1945, Fermi iniziò gli esperimenti per studiare l'interazione tra i mesoni pi recentemente scoperti ei neutroni. Fermi appartiene anche alla spiegazione teorica dell'origine dei raggi cosmici e della fonte della loro alta energia.

Uomo di eccezionale intelletto e di energia sconfinata, Fermi amava l'alpinismo, gli sport invernali e il tennis. Morì di cancro allo stomaco nella sua casa di Chicago poco dopo aver compiuto cinquantatré anni il 28 novembre 1954. L'anno successivo, il nuovo centesimo elemento fu chiamato fermium in suo onore.

Autore: Samin D.K.

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