Enrico Fermi

انریکو فرمی (ایتالیایی: [enˈriːko ˈfermi]؛ 29 سپتامبر 1901 - 28 نوامبر 1954) یک فیزیکدان برجسته ایتالیایی-آمریکایی بود که به دلیل نقش محوری اش در خلق عکس های مصنوعی و هسته ای در جهان شناخته شده است. مشارکت در پروژه منهتن در سال 1938، او جایزه نوبل فیزیک را به دلیل «نشان دادن وجود عناصر رادیواکتیو جدید تولید شده توسط تابش نوترون، و برای کشف مرتبط با واکنش‌های هسته‌ای ناشی از نوترون‌های آهسته» دریافت کرد. از فرمی پس از مرگ هم به عنوان «معمار عصر هسته ای» و هم «معمار بمب اتمی» یاد می شود. قابل ذکر است که او از جمله فیزیکدانان نادری بود که در فیزیک نظری و تجربی به مهارت استثنایی دست یافتند. فرمی با همکاری همکارانش، اختراعات متعددی را در مورد کاربردهای انرژی هسته‌ای ارائه کرد که همه آنها متعاقباً توسط دولت ایالات متحده به دست آمد. کمک های قابل توجه او شامل توسعه مکانیک آماری، نظریه کوانتومی، و زمینه های فیزیک هسته ای و ذرات بود.

انریکو فرمی (ایتالیایی: [enˈriːkoˈfermi]؛ 29 سپتامبر 1901 - 28 نوامبر 1954) یک فیزیکدان ایتالیایی-آمریکایی بود که برای اولین بار فیزیکدان هسته ای و مشهور جهان بود. Chicago Pile-1 و یکی از اعضای پروژه منهتن. او جایزه نوبل فیزیک سال 1938 را به خاطر نشان دادن وجود عناصر رادیواکتیو جدید تولید شده توسط تابش نوترون و کشف مرتبط با واکنش‌های هسته‌ای ناشی از نوترون‌های آهسته دریافت کرد. او را «معمار عصر هسته‌ای» و «معمار بمب اتمی» نامیده‌اند. او یکی از معدود فیزیکدانانی بود که هم در فیزیک نظری و هم در فیزیک تجربی سرآمد بودند. فرمی با همکارانش چندین حق ثبت اختراع مربوط به استفاده از انرژی هسته ای را به ثبت رساند که همه آنها توسط دولت آمریکا تصاحب شد. او سهم قابل توجهی در توسعه مکانیک آماری، نظریه کوانتومی، و فیزیک هسته ای و ذرات داشت.

سهم اولیه فرمی در حوزه مکانیک آماری بود. به دنبال فرمول‌بندی اصل طرد توسط ولفگانگ پائولی در سال 1925، فرمی مقاله‌ای را منتشر کرد که این اصل را برای یک گاز ایده‌آل به کار می‌برد و از یک چارچوب آماری استفاده می‌کرد که اکنون آمار فرمی دیراک نامیده می‌شود. در حال حاضر، ذراتی که به اصل حذف پایبند هستند به عنوان "فرمیون" تعیین می شوند. متعاقباً پائولی وجود یک ذره بدون بار و نامرئی را فرض کرد که همزمان با یک الکترون در طی واپاشی بتا ساطع می شود، فرضیه ای که برای حفظ قانون بقای انرژی در نظر گرفته شده است. فرمی این مفهوم را پذیرفت و مدلی را توسعه داد که ذره پیشنهادی را با هم ادغام کرد و نام آن را "نوترینو" گذاشت. چارچوب نظری او، که در ابتدا به عنوان کنش متقابل فرمی شناخته می شود و در حال حاضر به عنوان تعامل ضعیف از آن یاد می شود، یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت را روشن می کند. فرمی از طریق آزمایش‌هایی که شامل القای رادیواکتیویته با استفاده از نوترون اخیراً شناسایی شده بود، دریافت که نوترون‌های آهسته در مقایسه با هسته‌های سریع، آسان‌تر توسط هسته‌های اتمی جذب می‌شوند و متعاقباً معادله عصر فرمی را برای توصیف این پدیده توسعه داد. او پس از بمباران توریم و اورانیوم با نوترون های کند، ایجاد عناصر جدید را استنباط کرد. با وجود دریافت جایزه نوبل برای این کشف ادعایی، این "عناصر جدید" بعداً به عنوان محصولات شکافت هسته ای شناسایی شدند.

در سال 1938، فرمی ایتالیا را ترک کرد تا از قوانین نژادی ایتالیا که به تازگی وضع شده بود، که مستقیماً بر همسر یهودی او، لورا کاپون، تأثیر گذاشت، فرار کرد. او متعاقباً به ایالات متحده مهاجرت کرد، جایی که در طول جنگ جهانی دوم در پروژه منهتن مشارکت داشت. در دانشگاه شیکاگو، فرمی رهبری تیم مسئول طراحی و ساخت Chicago Pile-1 را برعهده داشت که در 2 دسامبر 1942 به مرحله حیاتی دست یافت و بدین ترتیب اولین واکنش زنجیره ای هسته ای خودپایدار که توسط انسان آغاز شد را نشان داد. او برای انتقاد از راکتور گرافیتی X-10 در اوک ریج، تنسی، در سال 1943، و برای راکتور B در سایت هانفورد در سال بعد حضور داشت. فرمی در لوس آلاموس، F Division را کارگردانی کرد که بخشی از آن به توسعه بمب گرما هسته‌ای ادوارد تلر اختصاص داشت. در 16 ژوئیه 1945، او در آزمایش ترینیتی شرکت کرد، اولین انفجار یک بمب هسته‌ای کامل، جایی که از روش فرمی متمایز خود برای تخمین بازده سلاح استفاده کرد.

فرمی پس از جنگ، نقش مهمی در تأسیس مؤسسه مطالعات هسته‌ای در شیکاگو و کمیته عمومی رابرت به‌کار گرفته شد. اوپنهایمر، که به کمیسیون انرژی اتمی در مورد مسائل هسته ای مشاوره می داد. پس از انفجار اولین بمب شکافت شوروی در اوت 1949، او مخالفت شدید خود را با ساخت بمب هیدروژنی اعلام کرد و به مخالفت های اخلاقی و فنی اشاره کرد. او از جمله دانشمندانی بود که در طول جلسه استماع سال 1954 در حمایت از اوپنهایمر شهادت دادند، که در نهایت منجر به لغو مجوز امنیتی اوپنهایمر شد.

فرمی تحقیقات قابل توجهی در فیزیک ذرات، به ویژه در مورد پیون‌ها و میون‌ها، انجام داد و نظریه‌پردازی کرد که منشأ آن‌ها از میدان‌های مغناطیسی پرتوهای کیهانی است. فضا تمجیدها، مفاهیم نظری و موسسات علمی متعددی نام فرمی را دارند، از جمله فرمی 1 (رآکتور پرورش دهنده)، ایستگاه تولید هسته ای انریکو فرمی، جایزه انریکو فرمی، موسسه انریکو فرمی، آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی (Fermilab)، عنصر اسپرمی گاما و گاما گاما-فرمی. فرمیوم این تمایز او را در میان تنها 16 دانشمند قرار می دهد که با عنصری به نام آنها مفتخر شده اند.

زندگی اولیه

انریکو فرمی در 29 سپتامبر 1901 در رم، ایتالیا به دنیا آمد و سومین فرزند آلبرتو فرمی، رئیس بخش در وزارت راه آهن، و آیدا د گاتیس، معلم مدرسه ابتدایی بود. او یک خواهر بزرگتر به نام ماریا و یک برادر بزرگتر به نام جولیو داشت. پس از یک دوره پرستاری مرطوب در یک جامعه روستایی، انریکو در سن دو و نیم سالگی دوباره به خانواده خود در رم پیوست. علیرغم تعمید کاتولیک برای احترام به خواسته‌های پدربزرگ و مادربزرگش، خانواده‌اش فاقد مراعات مذهبی قوی بودند. فرمی در طول زندگی بزرگسالی خود موضعی آگنوستیک داشت. او در جوانی با جولیو علایق مشترک داشت و در ساخت موتورهای الکتریکی و بازی با وسایل مختلف الکتریکی و مکانیکی مشغول بود. به طرز غم انگیزی، جولیو در سال 1915 در حین عمل جراحی برای آبسه گلو از دنیا رفت و ماریا در سال 1959 در یک سانحه هوایی در نزدیکی میلان درگذشت.

در حالی که در یک بازار محلی در کامپو دی فیوری، فرمی یک رساله فیزیک 900 صفحه‌ای به نام Elementorum physieatheai> را کشف کرد. این جلد به زبان لاتین توسط پدر یسوعی، آندریا کارافا، استاد دانشگاه کالج رومانو، نوشته شده است، این جلد به طور جامع ریاضیات، مکانیک کلاسیک، نجوم، اپتیک و آکوستیک را پوشش می‌دهد و منعکس کننده درک علمی رایج در انتشار آن در سال 1840 است. فرمی در کنار دوست علمی‌اش، انریکو پرسیکو، پروژه‌های مختلفی از جمله ساخت ژیروسکوپ و آزمایش‌هایی برای اندازه‌گیری شتاب گرانشی زمین انجام داد.

انریکو اغلب بعد از پایان کار، پدرش آلبرتو را بیرون از دفترش ملاقات می‌کرد و در سال 1914 به همراه پدرش، همکار معمولی آلبرتوآمفو، که بخشی از همکار معمولی آلبرتو آملفو بود، معرفی شد. خانه.

Scuola Normale Superiore در پیزا

فرمی در جولای 1918 دبیرستان را با پشت سر گذاشتن سال سوم خود به پایان رساند. به دنبال توصیه آمیدی، فرمی برای دسترسی به ادبیات علمی معاصر، مهارت های زبان آلمانی را به دست آورد و متعاقباً در Scuola Normale Superiore معتبر در پیزا استفاده کرد. آمیدی معتقد بود که Scuola در مقایسه با دانشگاه Sapienza رم در آن دوره فرصت‌های رشدی برتری را برای فرمی ارائه می‌دهد. به دلیل از دست دادن اخیر پسرشان، والدین فرمی با اکراه به اقامت چهار ساله او در محل اقامت مدرسه، دور از رم رضایت دادند. فرمی در کنکور چالش برانگیز که مقاله ای با عنوان "ویژگی های خاص صداها" داشت، به مقام اول دست یافت. فرمی 17 ساله به طور مشخص از تجزیه و تحلیل فوریه برای استخراج و حل معادله دیفرانسیل جزئی حاکم بر یک میله ارتعاشی استفاده کرد، که باعث شد ممتحن پس از مصاحبه اعلام کند که قرار است یک فیزیکدان برجسته شود.

در حین شرکت در Scuola fellow Franco، سوپری، دانش آموز Fermie، سوپرمی Rasetti، منجر به دوستی نزدیک و همکاری حرفه ای شد. او راهنمایی‌هایی را از لوئیجی پوچیانتی، مدیر آزمایشگاه فیزیک دریافت کرد، که اذعان داشت که چیزی برای گفتن به فرمی ندارد و در عوض مکرراً از او درخواست می‌کرد. درک عمیق فرمی از فیزیک کوانتومی، پوچیانتی را بر آن داشت تا وظیفه سازماندهی سمینارهایی در این زمینه را به او محول کند. در این دوره، فرمی در حساب تانسور، یک تکنیک اساسی برای نسبیت عام، مهارت کسب کرد. اگرچه در ابتدا ریاضیات را به عنوان رشته تحصیلی اصلی خود انتخاب کرد، اما خیلی زود به فیزیک رفت. او تا حد زیادی به دنبال یادگیری خود راهبری بود و بر نسبیت عام، مکانیک کوانتومی و فیزیک اتمی تمرکز داشت.

فرمی پس از پذیرش در بخش فیزیک در سپتامبر 1920، به گروه کوچکی پیوست. با توجه به ثبت نام محدود دپارتمان، که فقط فرمی، رستی و نلو کارارا را شامل می شد، پوچیانتی به آنها اجازه دسترسی نامحدود به آزمایشگاه را برای تلاش های تحقیقاتی خود داد. فرمی پیشنهاد کرد که کریستالوگرافی اشعه ایکس را بررسی کنند و این سه نفر را به تولید یک عکس Laue سوق داد که یک تصویر پرتو ایکس از یک کریستال است. در سال 1921، در طی سال سوم تحصیلات دانشگاهی، اولین مشارکت علمی فرمی در مجله ایتالیایی Nuovo Cimento منتشر شد. عنوان مقاله افتتاحیه "درباره دینامیک یک سیستم صلب از بارهای الکتریکی در حرکت انتقالی" بود (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettrice in moto traslatorio). قابل ذکر است، این کار با بیان جرم به عنوان یک تانسور، یک ساختار ریاضی که اغلب برای مشخص کردن اجسام در حرکت و در حال تغییر در یک بافت فضایی سه بعدی استفاده می‌شود، پیشرفت‌های آینده را پیش‌بینی می‌کند. در حالی که مکانیک کلاسیک جرم را به عنوان یک کمیت اسکالر تعریف می کند، نظریه نسبیتی تغییرات آن را با سرعت مطرح می کند. دومین انتشارات او، «درباره الکترواستاتیک میدان گرانشی یکنواخت بارهای الکترومغناطیسی و وزن بارهای الکترومغناطیسی» (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masseelettromagnets/consept. فرمی با استفاده از اصول نسبیت عام نشان داد که یک بار دارای جرمی معادل U/c§1415§ است که در آن U نشان دهنده انرژی الکترواستاتیکی سیستم و c نشان دهنده سرعت نور است.

به نظر می‌رسد مقاله اولیه اختلاف بین تئوری‌های الکترودینامیکی و نسبیتی را در مورد محاسبه جرم‌های الکترومغناطیسی برجسته می‌کند، که اولی مقدار 4/3 U/c² را پیش‌بینی می‌کرد. فرمی این مسئله را سال بعد در مقاله ای با عنوان "درباره تضاد بین الکترودینامیک و نظریه نسبیتی جرم الکترومغناطیسی" حل کرد، جایی که او توضیح داد که ناسازگاری درک شده از اصول نسبیتی نشات می گیرد. این مقاله خاص به رسمیت شناخته شد، و منجر به ترجمه آن به آلمانی و انتشار بعدی در مجله علمی آلمانی Physikalische Zeitschrift در سال 1922 شد. همچنین در سال 1922، فرمی مقاله خود را "درباره پدیده هایی که در نزدیکی یک خط جهانی رخ می دهند" ( che avvengono in vicinanza di una linea oraria) به مجله ایتالیایی I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. او در این نشریه به تحلیل اصل هم ارزی و معرفی مفهوم «مختصات فرمی» پرداخت. کار او نشان داد که در امتداد یک خط جهانی نزدیک به خط زمانی، فضا ویژگی هایی شبیه به فضای اقلیدسی را نشان می دهد.

در ژوئیه 1922، فرمی پایان نامه خود را با عنوان "قضیه ای در مورد احتمال و برخی از کاربردهای آن" ارائه کرد (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioniSupert. در سن 20 سالگی به طور قابل توجهی برنده جایزه خود را به دست آورد. پایان نامه او بر روی تصاویر پراش اشعه ایکس متمرکز بود. در آن زمان، فیزیک نظری به طور رسمی به عنوان یک رشته دانشگاهی در ایتالیا به رسمیت شناخته نشد، به این معنی که فقط پایان نامه های فیزیک تجربی به طور معمول پذیرفته می شد. در نتیجه، فیزیکدانان ایتالیایی در پذیرش مفاهیم جدیدی مانند نسبیت، که در آلمان سرچشمه گرفته بود، مردد بودند. با این حال، مهارت فرمی در کار آزمایشگاهی تجربی، هر گونه چالش مهمی را که این جو دانشگاهی ممکن بود ایجاد کند، کاهش داد.

در سال 1923، در حالی که در ضمیمه ترجمه ایتالیایی کتاب آگوست کوپف، مبانی نسبیت انیشتین مشارکت داشت، فرمی اولین کسی بود که پتانسیل‌های هسته‌ای بی‌شمار einqu را شناسایی کرد. (E = mc§78§)، که پتانسیل آن را برای بهره برداری نشان می دهد. او اظهار داشت: "به نظر نمی رسد، حداقل در آینده ای نزدیک، راهی برای رهاسازی این مقادیر وحشتناک انرژی بیابیم - که به نفع آن است، زیرا اولین اثر انفجار چنین مقدار وحشتناکی از انرژی این است که فیزیکدانی را که بدبختی پیدا کرده بود راهی برای انجام آن پیدا کند، در کوبیده می کند."

در طول 1923-1924، فرمی یک ترم تحصیلی را با مکس بورن در دانشگاه گوتینگن انجام داد، جایی که با ورنر هایزنبرگ و پاسکوال جردن روبرو شد. متعاقباً، از سپتامبر تا دسامبر 1924، فرمی مطالعات خود را در لیدن زیر نظر پل ارنفست، با حمایت یک بورسیه بنیاد راکفلر که از طریق مداخله ریاضیدان ویتو ولترا تأمین می‌شد، دنبال کرد. در لیدن با هندریک لورنتس و آلبرت انیشتین آشنا شد و با ساموئل گودسمیت و یان تینبرگن دوستی برقرار کرد. از ژانویه 1925 تا اواخر سال 1926، فرمی در دانشگاه فلورانس در رشته ریاضیات فیزیک و مکانیک نظری تدریس می کرد و با راستتی در آزمایشات بررسی تأثیر میدان های مغناطیسی بر بخار جیوه همکاری می کرد. همزمان، او در سمینارهای دانشگاه ساپینزا رم شرکت کرد و سخنرانی هایی در مورد مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد ارائه کرد. فرمی در طول سخنرانی‌هایش در زمینه نوپای مکانیک کوانتومی، به‌ویژه زمانی که در مورد دقت پیش‌بینی استثنایی معادله شرودینگر بحث می‌کرد، مکرراً اظهار داشت: "این کار به این اندازه مناسب نیست!"

به دنبال اعلام ولفگانگ پائولی مبنی بر اصل محرومیت خود در سال 1925، فرمی مقاله ای با عنوان "درباره کمی سازی گاز تک اتمی کامل" منتشر کرد (Sulla quantizzazione del gas perfetto. گاز ایده آل این انتشار به ویژه برای فرمول‌بندی آماری فرمی، که توزیع ذرات در سیستم‌هایی را که شامل ذرات یکسان متعددی هستند که به اصل حذف پایبند هستند، روشن می‌کند، مهم بود. اندکی پس از آن، پل دیراک، فیزیکدان بریتانیایی، به طور مستقل این مفهوم را توسعه داد و همچنین ارتباط آن را با آمار بوز-انیشتین نشان داد. در نتیجه، این چارچوب آماری اکنون به عنوان آمار فرمی دیراک تعیین شده است. برای شناخت کار دیراک، ذراتی که با اصل حذف مطابقت دارند، در حال حاضر "فرمیون" نامیده می شوند، در حالی که به ذراتی که اینگونه نیستند "بوزون" نامیده می شوند.

استاد در رم

در ایتالیا، کرسی‌های استادی از طریق یک فرآیند رقابتی (concorso) برای کرسی‌های دانشگاهی خالی اعطا می‌شد و متقاضیان بر اساس انتشاراتشان توسط کمیته‌ای از اساتید ارزیابی می‌شدند. فرمی در ابتدا به دنبال کرسی فیزیک ریاضی در دانشگاه کالیاری در ساردینیا بود، اما به شدت به نفع جیووانی جورجی نادیده گرفته شد. در سال 1926، در سن 24 سالگی، برای کرسی استادی در دانشگاه ساپینزا رم درخواست داد. این موقعیت خاص نمایانگر یک کرسی تازه تأسیس بود، یکی از سه کرسی افتتاحیه در فیزیک نظری در سراسر ایتالیا، که توسط وزیر آموزش و پرورش به دستور پروفسور Orso Mario Corbino ایجاد شد. کوربینو چندین نقش داشت: استاد فیزیک تجربی در دانشگاه، مدیر موسسه فیزیک و عضو کابینه بنیتو موسولینی. کوربینو به عنوان رئیس کمیته انتخاب، تصور می کرد که این مقام استادی جدید، استانداردها و اعتبار فیزیک را در ایتالیا ارتقا دهد. کمیته در نهایت فرمی را به جای انریکو پرسیکو و آلدو پونترمولی انتخاب کرد. کوربینو متعاقباً به فرمی در جمع آوری گروه تحقیقاتی خود کمک کرد، که به زودی شامل دانشجویان برجسته ای مانند ادواردو آمالدی، برونو پونتکوروو، اتوره مایورانا و امیلیو سگره، در کنار فرانکو راستیتی بود که فرمی او را به عنوان دستیار خود منصوب کرد. این گروه به سرعت به «پسران Via Panisperna» معروف شدند، نامی که برگرفته از خیابانی که مؤسسه فیزیک در آن مستقر است.

فرمی در 19 ژوئیه 1928 با لورا کاپون، دانشجوی علوم دانشگاه ازدواج کرد. این زوج صاحب دو فرزند شدند: نلا، متولد ژانویه 1931، و جولیو، متولد فوریه 1931، ژولیو، زاده 19 مارس 19، فرمی را منصوب کرد. به عنوان عضو آکادمی سلطنتی ایتالیا و در 27 آوریل به عضویت حزب فاشیست درآمد. با این حال، فرمی بعداً به دنبال انتشار قوانین نژادی 1938 توسط موسولینی، که هدف آن همسویی بیشتر فاشیسم ایتالیایی از نظر ایدئولوژیک با نازیسم آلمان بود، با فاشیسم مخالفت کرد. این قوانین تبعیض آمیز تهدیدی برای لورا، یهودی بود و منجر به اخراج بسیاری از دستیاران پژوهشی فرمی شد.

فرمی و گروه تحقیقاتی اش در رم در حوزه های مختلف عملی و نظری فیزیک مشارکت قابل توجهی داشتند. فرمی در سال 1928 اثر مهم خود را به نام مقدمه ای بر فیزیک اتمی منتشر کرد (Introduzione alla fisica atomica)، که به عنوان یک کتاب درسی دانشگاهی معاصر و در دسترس برای دانشجویان ایتالیایی بود. فرمی برای انتشار دانش در زمینه نوظهور فیزیک، سخنرانی‌های عمومی و مقالات پرمخاطب را با هدف قرار دادن دانشمندان و مربیان تألیف کرد. رویکرد آموزشی او شامل گردهمایی روزانه با همکاران و دانشجویان فارغ التحصیل برای تجزیه و تحلیل دسته جمعی مشکلات بود که اغلب از تحقیقات در حال انجام او استخراج می شد. شاهدی بر تأثیر او افزایش هجوم دانشجویان خارجی به ایتالیا بود. در میان این دانشمندان بین المللی، برجسته ترین فیزیکدان آلمانی هانس بته بود که به عنوان یکی از همکاران بنیاد راکفلر وارد رم شد و در سال 1932 مقاله ای با فرمی با عنوان "درباره برهمکنش بین دو الکترون" (به آلمانی: Über die Wechselwirkung von zwei>) نوشت.

در این دوره، فیزیکدانان با پدیده گیج کننده ای به نام واپاشی بتا مواجه شدند که با گسیل یک الکترون از هسته اتم مشخص می شود. پائولی برای حمایت از اصل بقای انرژی، گسیل همزمان ذره ای نامرئی و بدون بار را که جرمی ناچیز یا بدون جرم دارد، فرض کرد. فرمی متعاقباً این مفهوم را پذیرفت و در ابتدا آن را در یک مقاله مقدماتی در سال 1933 توسعه داد و به دنبال آن یک انتشار جامع تر در سال بعد که به طور رسمی ذره فرضی را معرفی کرد، که فرمی آن را به عنوان "نوترینو" نامگذاری کرد. چارچوب نظری او که ابتدا کنش متقابل فرمی نامیده شد و بعداً به عنوان نظریه کنش متقابل ضعیف شناخته شد، یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت را روشن کرد. وجود نوترینو پس از مرگ به صورت تجربی تایید شد و نظریه تعامل فرمی توضیحی برای تشخیص ناپذیر آن ارائه کرد. پس از ارسال دست‌نوشته‌اش به مجله بریتانیایی Nature، ویراستار آن را رد کرد و به این استناد کرد که محتوای گمانه‌زنی آن "بسیار دور از واقعیت فیزیکی است که برای خوانندگان جالب باشد". به گفته دیوید ان. شوارتز، زندگی نامه نویس فرمی، عجیب است که فرمی به طور جدی به دنبال انتشار در Nature بود، با توجه به اینکه مجله در آن زمان منحصراً ارتباطات مختصری را منتشر می کرد و بنابراین برای انتشار حتی یک نظریه فیزیکی بدیع نامناسب بود. مکان مناسب تری، در صورت وجود، مجموعه مقالات انجمن سلطنتی لندن بود. شوارتز با فرضیه ارائه شده توسط برخی محققین موافق است و نشان می دهد که رد مجله بریتانیایی بر همکاران جوان فرمی (که برخی از آنها یهودی و متمایل به چپ بودند) تأثیر گذاشت تا پس از به قدرت رسیدن هیتلر در ژانویه 1933 بایکوت نشریات علمی آلمان را کنار بگذارند. ترجمه.

در سخنان مقدماتی ترجمه انگلیسی 1968، فیزیکدان فرد ال. ویلسون مشاهده کرد:

نظریه فرمی، جدای از تقویت پیشنهاد پائولی در مورد نوترینو، اهمیت ویژه ای در تاریخ فیزیک مدرن دارد. باید به یاد داشته باشید که در زمان ارائه نظریه تنها تابشگرهای β به طور طبیعی شناخته شده بودند. بعدها که واپاشی پوزیترون کشف شد، این فرآیند به راحتی در چارچوب اصلی فرمی گنجانده شد. بر اساس نظریه او، گرفتن یک الکترون مداری توسط یک هسته پیش‌بینی و در نهایت مشاهده شد. با گذشت زمان، داده های تجربی به طور قابل توجهی انباشته شدند. اگرچه ویژگی‌هایی در فروپاشی β بارها مشاهده شده است، نظریه فرمی همیشه با چالش برابر بوده است.
پیامدهای نظریه فرمی گسترده است. به عنوان مثال، طیف سنجی β به عنوان یک ابزار قدرتمند برای مطالعه ساختار هسته ای تاسیس شد. اما شاید تأثیرگذارترین جنبه این کار فرمی این باشد که شکل خاص او از برهم کنش β، الگویی را ایجاد کرد که برای مطالعه انواع دیگر تعاملات مناسب بوده است. این اولین نظریه موفق در مورد ایجاد و نابودی ذرات مادی بود. پیش از این، فقط فوتون ها شناخته شده بودند که ایجاد و نابود می شوند.

در ژانویه 1934، ایرن ژولیوت کوری و فردریک ژولیو القای موفقیت آمیز رادیواکتیویته در عناصر را از طریق بمباران ذرات آلفا گزارش کردند. در ماه مارس همان سال، جیان-کارلو ویک، دستیار فرمی، چارچوبی نظری برای این پدیده ارائه کرد که از نظریه تثبیت شده فرمی در مورد فروپاشی بتا استفاده کرد. در نتیجه، فرمی تمرکز خود را به فیزیک تجربی، به طور خاص با استفاده از نوترون، ذره‌ای که جیمز چادویک در سال 1932 کشف کرد، تغییر داد. در مارس 1934، فرمی با هدف بررسی امکان القای رادیواکتیویته با استفاده از یک منبع نوترونی پلونیوم-بریلیوم که توسط راستتی توسعه داده شد، اقدام کرد. نوترون‌ها که فاقد بار الکتریکی هستند، توسط هسته اتمی با بار مثبت انحراف را تجربه نمی‌کنند. این مشخصه نشان می‌دهد که نوترون‌ها در مقایسه با ذرات باردار به انرژی کمتری برای نفوذ به هسته نیاز دارند، در نتیجه نیاز به شتاب‌دهنده ذرات، وسیله‌ای که برای گروه Via Panisperna در دسترس نیست، از بین می‌رود.

فرمی ایده جایگزینی منبع نوترون پلونیوم-بریلیم با یک نوع رادون-بریلیم را در ذهن داشت. او این کار را با پر کردن یک لامپ شیشه‌ای با پودر بریلیوم، تخلیه هوا، و متعاقباً معرفی 50 mCi گاز رادون که توسط Giulio Cesare Trabacchi ارائه شده بود، ساخت. این پیکربندی جدید منبع نوترونی بسیار قوی‌تری را به همراه داشت، اگرچه کارایی آن مطابق با نیمه عمر 3.8 روزه رادون کاهش یافت. فرمی علیرغم تشخیص اینکه این منبع پرتوهای گاما را نیز ساطع می کند، این نظریه را مطرح کرد که این انتشارات نتایج تجربی را به خطر نمی اندازد. آزمایش های اولیه او شامل بمباران پلاتین بود، عنصری که به راحتی در دسترس بود با عدد اتمی بالا، اما این تلاش ها ناموفق بود. متعاقباً، او با آلومینیوم آزمایش کرد و مشاهده کرد که یک ذره آلفا منتشر می کند، سدیم تولید می کند و سپس از طریق انتشار ذرات بتا به منیزیم تجزیه می شود. او که با سرب ناموفق بود، سپس از فلوئور به شکل فلوراید کلسیم استفاده کرد که ذره آلفا را ساطع کرد، نیتروژن تولید کرد و متعاقباً از طریق انتشار ذرات بتا به اکسیژن تجزیه شد. در مجموع، فرمی با موفقیت رادیواکتیویته را در 22 عنصر متمایز القا کرد. فرمی به سرعت کشف خود را در مورد رادیواکتیویته ناشی از نوترون در مجله ایتالیایی La Ricerca Scientifica در 25 مارس 1934 منتشر کرد.

رادیواکتیویته ذاتی توریم و اورانیوم تجزیه و تحلیل آزمایش های بمباران نوترونی مربوط به این عناصر را پیچیده کرد. با این حال، فرمی پس از رد دقیق وجود عناصر سبک‌تر از اورانیوم اما سنگین‌تر از سرب، استنباط کرد که عناصر جدید، که او آن‌ها را آسنیوم و هسپریوم نامید، سنتز شده‌اند. شیمیدان ایدا ناداک یک تفسیر جایگزین پیشنهاد کرد که نشان می‌دهد برخی از نتایج تجربی ممکن است به عناصر سبک‌تر از سرب منجر شده باشد تا عناصر جدید و سنگین‌تر. فرضیه او در آن زمان تا حد زیادی رد شد، عمدتاً به این دلیل که گروه تحقیقاتی او نه آزمایش‌هایی با اورانیوم انجام داده بودند و نه پایه‌ای نظری برای چنین احتمالی ایجاد کرده بودند. در آن دوران، شکافت هسته‌ای از نظر تئوری غیرممکن، اگر نگوییم کاملاً غیرممکن تلقی می‌شد. اگرچه فیزیکدانان تشکیل عناصری با اعداد اتمی بالاتر را از طریق بمباران نوترونی عناصر سبک‌تر پیش‌بینی می‌کردند، اما این تصور که نوترون‌ها انرژی کافی برای تقسیم یک اتم سنگین‌تر به دو قطعه سبک‌تر دارند، همانطور که ناداک پیشنهاد کرد، به طور گسترده پذیرفته نشد.

گروه Via Panisperna همچنین چندین اثر غیرعادی را در طول آزمایشات خود مشاهده کردند. قابل ذکر است، به نظر می‌رسد که چیدمان آزمایشی هنگامی که روی میز چوبی در مقایسه با سطح مرمر انجام می‌شود، نتایج مطلوب‌تری به همراه دارد. فرمی با یادآوری مشاهدات Joliot-Curie و Chadwick در مورد اثربخشی موم پارافین در تعدیل نوترون‌ها، تصمیم گرفت آن را در آزمایش‌های خود بگنجاند. هنگامی که نوترون ها از موم پارافین عبور کردند، باعث افزایش صد برابری رادیواکتیویته در نقره در مقایسه با بمباران های بدون پارافین شدند. فرمی فرض کرد که این پدیده به اتم های هیدروژن موجود در پارافین نسبت داده می شود. به طور مشابه، محتوای هیدروژن در چوب برای نابرابری مشاهده شده بین میزهای چوبی و مرمری به حساب می آید. این فرضیه با تکرار اثر با استفاده از آب بیشتر اثبات شد. او به این نتیجه رسید که برخورد با اتم های هیدروژن به طور موثری باعث کاهش سرعت نوترون ها می شود. یک نوترون در هر برخورد انرژی بیشتری را در تعامل با هسته‌هایی با تعداد اتمی پایین‌تر از دست می‌دهد، در نتیجه برای رسیدن به درجه خاصی از کاهش سرعت، به برخوردهای کمتری نیاز دارد. فرمی تشخیص داد که این کاهش سرعت منجر به افزایش رادیواکتیویته می‌شود، زیرا نوترون‌های آهسته احتمال بیشتری برای جذب در مقایسه با نوترون‌های سریع نشان می‌دهند. برای توصیف ریاضی این فرآیند، او یک معادله انتشار فرموله کرد که متعاقباً معادله سن فرمی نامیده شد.

در سال 1938، فرمی در سن 37 سالگی جایزه نوبل فیزیک را به دلیل "تظاهرات وجود عناصر رادیواکتیو جدید تولید شده توسط تابش نوترون، و کشف مرتبط با واکنش های هسته ای ناشی از نوترون های آهسته" دریافت کرد. فرمی و خانواده اش به جای بازگشت به ایتالیا پس از دریافت جایزه در استکهلم، در دسامبر 1938 به شهر نیویورک رفتند و در آنجا به دنبال اقامت دائم بودند. تصمیم آنها برای نقل مکان به آمریکا و تبدیل شدن به شهروند ایالات متحده در درجه اول با انگیزه قوانین نژادی رایج ایتالیا بود.

پروژه منهتن

به خوبی اولین ماه، ژانویه 1939 را به خاطر می آورم که در آزمایشگاه های Pupin شروع به کار کردم، زیرا همه چیز خیلی سریع شروع شد. در آن دوره، نیلز بور در دانشگاه پرینستون مشغول سخنرانی بود و به یاد دارم یک روز بعدازظهر، ویلیس لمب بسیار هیجان زده برگشت و گفت که بور خبرهای خوبی را به بیرون درز کرده است. خبر بزرگی که به بیرون درز کرده بود، کشف شکافت و حداقل طرح کلی تفسیر آن بود. سپس، کمی بعد در همان ماه، جلسه ای در واشنگتن برگزار شد که در آن اهمیت احتمالی پدیده شکافت تازه کشف شده برای اولین بار به صورت نیمه شوخی به عنوان منبع احتمالی انرژی هسته ای مورد بحث قرار گرفت.

فرضیه قبلی ناداک در نهایت تایید شد. فرمی احتمال شکافت را بر اساس محاسبات خود نادیده گرفته بود، زیرا انرژی اتصال ایجاد شده هنگام جذب یک نوترون اضافی توسط یک هسته با تعداد فرد نوترون را نادیده گرفت. برای فرمی، این افشاگری منجر به شرمساری حرفه ای قابل توجهی شد، زیرا عناصر فرااورانی که او تا حدی جایزه نوبل را دریافت کرده بود، عناصر فرااورانی نبودند، بلکه محصولات شکافت بودند. در نتیجه، او پاورقی را در مورد این تصحیح به سخنرانی خود برای دریافت جایزه نوبل ضمیمه کرد.

دانشمندان در کلمبیا تصمیم گرفتند در مورد آزاد شدن انرژی مرتبط با شکافت هسته‌ای اورانیوم در هنگام بمباران توسط نوترون‌ها تحقیق کنند. در 25 ژانویه 1939، در زیرزمین پوپین هال در کلمبیا، یک تیم آزمایشی از جمله فرمی اولین آزمایش شکافت هسته ای را در ایالات متحده اجرا کردند. اعضای تیم اضافی شامل هربرت ال. اندرسون، یوجین تی. بوث، جان آر. دانینگ، جی. نوریس گلاسو و فرانسیس جی. اسلک بودند. روز بعد، پنجمین کنفرانس واشنگتن در مورد فیزیک نظری در واشنگتن دی سی با حمایت مشترک دانشگاه جورج واشنگتن و موسسه کارنگی واشنگتن آغاز شد. در آنجا، یافته‌های مربوط به شکافت هسته‌ای به طور گسترده‌تری منتشر شد و در نتیجه باعث تحریک بسیاری از نمایش‌های تجربی بعدی شد.

دانشمندان فرانسوی هانس فون هالبان، لو کووارسکی و فردریک ژولیوت کوری در ابتدا نشان دادند که اورانیوم، هنگام بمباران نوترون‌ها، نوترون‌های بیشتری نسبت به جذب خود منتشر می‌کند و در نتیجه پتانسیل واکنش زنجیره‌ای را نشان می‌دهد. انریکو فرمی و هربرت ال اندرسون به طور مستقل این یافته را چند هفته بعد تایید کردند. برای تسهیل آزمایشات شکافت در مقیاس بزرگتر، لئو زیلارد 200 کیلوگرم (440 پوند) اکسید اورانیوم را از تولیدکننده کانادایی Eldorado Gold Mines Limited تهیه کرد. متعاقباً، فرمی و زیلارد در ساخت دستگاهی با قابلیت دستیابی به یک واکنش هسته‌ای خودپایدار، که بعداً به عنوان راکتور هسته‌ای شناخته می‌شود، همکاری کردند. یک چالش مهم، نرخ بالای جذب نوترون توسط هیدروژن در آب بود که باعث می‌شود یک واکنش خودپایدار با اورانیوم طبیعی و آب به عنوان تعدیل‌کننده نوترون بعید باشد. فرمی، با تکیه بر تحقیقات نوترونی خود، استفاده از بلوک های اکسید اورانیوم با گرافیت را به عنوان تعدیل کننده به جای آب پیشنهاد کرد، که از نظر تئوری جذب نوترون را کاهش می دهد و یک واکنش زنجیره ای خودپایدار را ممکن می کند. زیلارد سپس یک طرح عملی ابداع کرد: یک "شمع" متشکل از بلوک های اکسید اورانیوم که با آجرهای گرافیتی در هم آمیخته شده اند. زیلارد، اندرسون و فرمی مقاله‌ای با عنوان «تولید نوترون در اورانیوم» نوشتند. با این حال، عادات کاری و شخصیت‌های متفاوت آنها اغلب منجر به مشکلاتی در همکاری آنها می‌شد.

انریکو فرمی یکی از اولین دانشمندانی بود که مقامات نظامی را در مورد پیامدهای بالقوه انرژی هسته‌ای آگاه کرد و در 18 مارس 1939 در مورد این موضوع در وزارت نیروی دریایی سخنرانی کرد. اگرچه تمام پاسخ‌های نیروی دریایی از من پشتیبانی نکرد، اما پاسخ نیروی دریایی به من کاملاً برآورده نشد. تحقیق در دانشگاه کلمبیا در اواخر همان سال، لئو زیلارد، یوجین ویگنر و ادوارد تلر پیش نویس نامه ای را تهیه کردند که متعاقباً توسط آلبرت انیشتین امضا شد و برای رئیس جمهور ایالات متحده فرانکلین دی. روزولت فرستاده شد. این نامه هشدار می داد که آلمان نازی ممکن است در حال توسعه بمب اتمی باشد. در پاسخ، پرزیدنت روزولت کمیته مشورتی اورانیوم را برای بررسی این نگرانی‌ها تأسیس کرد.

کمیته مشورتی اورانیوم بودجه‌ای را اختصاص داد که فرمی را قادر ساخت تا گرافیت را بدست آورد و سپس از آن برای ساخت یک توده اولیه از آجرهای گرافیتی در طبقه هفتم آزمایشگاه پوپین هال استفاده کرد. تا آگوست 1941، فرمی شش تن اکسید اورانیوم و سی تن گرافیت جمع آوری کرد، موادی که او متعاقباً برای ساختن شمع آزمایشی حتی بزرگتر در سالن شرمرهورن در دانشگاه کلمبیا استفاده کرد.

در 18 دسامبر 1941، کمیته S-1 علمی پژوهشی و توسعه اورانیوم، اداره سابق تحقیقات و توسعه اورانیوم شناخته شد. تشکیل داد. با ورود ایالات متحده به جنگ جهانی دوم، فوریت مأموریت آن تشدید شد. در حالی که تمرکز اولیه کمیته بر تولید اورانیوم غنی شده بود، آرتور کامپتون، عضو کمیته، پلوتونیوم را به عنوان یک جایگزین مناسب معرفی کرد و به پتانسیل آن برای تولید انبوه در راکتورهای هسته ای تا اواخر سال 1944 اشاره کرد. فرمی، اگرچه در ابتدا مردد بود، اما مکان خود را تغییر داد و تیم تحقیقاتی او در آزمایشگاه متالورژی تازه تاسیس در آن موسسه ادغام شدند.

با توجه به پیامدهای ناشناخته یک واکنش هسته‌ای خودپایه، ساخت راکتور هسته‌ای افتتاحیه در محوطه دانشگاه شیکاگو، واقع در منطقه‌ای متراکم شهری، خالی از سکنه بود. آرتور کامپتون در ابتدا مکانی را در منطقه حفاظت شده جنگل آرگون وودز، تقریباً 20 مایلی (32 کیلومتری) از شیکاگو ایمن کرد و با Stone & وبستر برای توسعه آن. با این حال، یک اختلاف صنعتی این کار را متوقف کرد. متعاقباً، فرمی کامپتون را متقاعد کرد که راکتور را می توان با خیال راحت در زمین اسکواش واقع در زیر غرفه های میدان استاگ دانشگاه شیکاگو ساخت. ساخت شمع آزمایشی در 6 نوامبر 1942 آغاز شد و به اوج رسید که شمع-1 شیکاگو در 2 دسامبر به بحرانی دست یافت. اگرچه شمع در ابتدا تقریباً کروی طراحی شده بود، محاسبات مداوم فرمی نشان داد که می توان بدون تکمیل کل ساختار طبق برنامه ریزی اولیه به بحرانی رسید.

این آزمایش نشان‌دهنده یک دستاورد مهم در جستجوی انرژی است، که نمونه‌ای از رویکرد دقیق فرمی است، که در آن هر مرحله دقیقاً برنامه‌ریزی شده بود و همه محاسبات با دقت انجام می‌شد. پس از شروع موفقیت آمیز اولین واکنش زنجیره ای هسته ای خودپایدار، کامپتون این پیشرفت را از طریق یک تماس تلفنی رمزگذاری شده با جیمز بی. کونانت، که به عنوان رئیس کمیته تحقیقات دفاع ملی خدمت می کرد، در میان گذاشت.

کانانت از طریق تلفن در دفتر رئیس جمهور در دانشگاه هاروارد تماس گرفت. این ارتباط پیام رمزگذاری شده ای را مخابره کرد: "جیم، شما علاقه مند خواهید بود بدانید که ناوبر ایتالیایی به تازگی در دنیای جدید فرود آمده است." به دنبال آن یک توضیح نیمه عذرخواهی دنبال شد، زیرا به کمیته S-1 اطلاع داده شده بود که تکمیل راکتور به یک هفته یا بیشتر نیاز دارد: "زمین به اندازه ای که او تخمین زده بود بزرگ نبود و او زودتر از آنچه انتظار داشت به دنیای جدید رسید."

کانانت با هیجان پاسخ داد و پرسید: "اینطور است؟" او سپس پرسید: "آیا بومیان دوستانه بودند؟"

پاسخ تایید کرد: "همه سالم و شاد به زمین آمدند."

برای ادامه تحقیقات بدون ایجاد خطر برای سلامت عمومی، راکتور متعاقباً جدا شد و به سایت Argonne Woods منتقل شد. در این مکان جدید، فرمی بر آزمایش‌های مربوط به واکنش‌های هسته‌ای نظارت کرد و از دسترسی گسترده نوترون‌های آزاد تولید شده توسط راکتور استفاده کرد. دامنه آزمایشگاه به سرعت فراتر از فیزیک و مهندسی گسترش یافت و راکتور را برای کاربرد در تحقیقات بیولوژیکی و پزشکی ترکیب کرد. Argonne که در ابتدا تحت هدایت فرمی به عنوان یک جزء جدایی ناپذیر از دانشگاه شیکاگو فعالیت می کرد، به عنوان یک نهاد مستقل با مدیر آن Fermi در می 1944 تأسیس شد.

در 4 نوامبر 1943، زمانی که راکتور گرافیتی X-10 با هوا خنک شده در Oak Ridge به بحرانی دست یافت، فرمی برای رفع هرگونه نقص احتمالی وجود داشت. تکنسین ها او را زودتر از موعد بیدار کردند تا از مشاهده این رویداد اطمینان حاصل کنند. عملیاتی شدن X-10 نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در پروژه پلوتونیوم بود. این تأسیسات داده‌های مهمی را برای طراحی راکتور به دست آورد، آموزش پرسنل DuPont را در عملیات راکتور تسهیل کرد، و مقادیر کمی پلوتونیوم تولید شده در راکتور را تولید کرد. فرمی در ژوئیه 1944، در اولین تاریخ مجاز طبق قوانین موجود، تابعیت آمریکا را به دست آورد.

در سپتامبر 1944، فرمی راکتور B را در سایت هانفورد با قرار دادن گاز سوخت اورانیوم افتتاحیه آغاز کرد. این مرکز به طور خاص برای تولید در مقیاس بزرگ پلوتونیوم طراحی شده است. مشابه X-10، این راکتور توسط تیم فرمی در آزمایشگاه متالورژی طراحی شد و توسط DuPont ساخته شد، اگرچه مقیاس بسیار بزرگ‌تری داشت و از خنک‌کننده آب استفاده می‌کرد. در روزهای بعد، 838 لوله بارگیری شد که منجر به بحرانی شدن راکتور شد. اندکی پس از نیمه شب 27 سپتامبر، اپراتورها خروج میله های کنترل را برای شروع تولید پلوتونیوم آغاز کردند. در ابتدا، عملیات بدون مشکل ادامه یافت. با این حال، تقریباً در ساعت 03:00، سطح توان شروع به کاهش کرد و در ساعت 06:30 به خاموشی کامل راکتور منجر شد. هم ارتش و هم دوپونت به دنبال توضیح از تیم فرمی بودند. بررسی‌هایی روی آب خنک‌کننده برای تعیین وجود نشت یا آلودگی انجام شد. روز بعد، راکتور به طور غیرمنتظره ای دوباره راه اندازی شد، اما در عرض چند ساعت دوباره کار خود را متوقف کرد. این موضوع در نهایت به مسمومیت نوترونی ناشی از زنون-135 (Xe-135) نسبت داده شد، یک محصول شکافت که با نیمه عمر 9.1 تا 9.4 ساعت مشخص می شود. فرمی و جان ویلر هر دو به طور مستقل به این نتیجه رسیدند که Xe-135 مسئول جذب نوترون در راکتور است و در نتیجه فرآیند شکافت را مختل می کند. Emilio Segrè، یکی از همکاران، به فرمی توصیه کرد که با Chien-Shiung Wu، که در آن زمان دستنوشته ای در این زمینه برای انتشار در Physical Review آماده می کرد، مشورت کند. فرمی و همکاران علمی‌اش با بررسی پیش‌نویس، فرضیه‌های خود را تأیید کردند: Xe-135 به‌طور آشکاری نوترون‌ها را جذب کرد و سطح مقطع نوترونی بسیار بزرگی را نشان داد. DuPont از طرح اولیه آزمایشگاه متالورژی که 1500 لوله را به صورت دایره‌ای مرتب می‌کرد، با ترکیب 504 لوله اضافی برای اشغال بخش‌های گوشه‌ها، جدا شده بود. در ابتدا، دانشمندان این اصلاح طراحی را نمونه ای از مهندسی بیش از حد می دانستند که نشان دهنده تخصیص ناکارآمد منابع است. با این حال، فرمی تشخیص داد که بارگیری تمام 2004 لوله، راکتور را قادر می‌سازد تا به سطح توان لازم دست یابد و تولید پلوتونیوم را بهینه کند.

در آوریل 1943، فرمی پیشنهادی در مورد استفاده بالقوه از محصولات جانبی رادیواکتیو حاصل از فرآیندهای غنی‌سازی برای آلوده کردن مواد غذایی آلمان به رابرت اوپنهایمر ارائه کرد. این گزاره از نگرانی‌هایی در مورد وضعیت پیشرفته تصور شده پروژه بمب اتمی آلمان، همراه با شک و تردید معاصر فرمی در مورد توسعه سریع یک بمب اتمی ناشی شد. اوپنهایمر متعاقباً در مورد این پیشنهاد "امیدبخش" با ادوارد تلر، که از کاربرد استرانسیوم-90 حمایت می کرد، مشورت کرد. جیمز بی. کونانت و لزلی گرووز در مورد این موضوع توضیحاتی دریافت کردند. با این حال، اوپنهایمر تصریح کرد که این طرح تنها در صورتی ادامه خواهد داشت که سلاح بتواند مقدار کافی غذا را برای مرگ نیم میلیون نفر آلوده کند.

در اواسط سال 1944، اوپنهایمر با موفقیت فرمی را در پروژه Y، واقع در لوس آلاموس، نیومکزیکو استخدام کرد. فرمی پس از ورودش در سپتامبر، نقش معاون مدیر، نظارت بر فیزیک هسته ای و نظری را بر عهده گرفت و متعاقباً به عنوان رئیس بخش F منصوب شد که نام او را به خود اختصاص داد. این بخش شامل چهار شاخه مجزا بود: F-1 Super و General Theory، به رهبری تلر، با تمرکز بر بمب "سوپر" (گرما هسته ای). F-2 Water Boiler، تحت رهبری L. D. P. King، راکتور تحقیقاتی همگن آبی "دیگ آب" را مدیریت کرد. F-3 Super Experimentation به کارگردانی Egon Bretscher; و F-4 Fission Studies به سرپرستی اندرسون. در 16 ژوئیه 1945، فرمی شاهد آزمایش ترینیتی بود و روشی آزمایشی برای تخمین بازده بمب با رها کردن نوارهای کاغذی در موج انفجار ابداع کرد. او با اندازه‌گیری فاصله‌ای که این نوارها در اثر انفجار به پیش رانده شدند، بازده را ده کیلوتن TNT محاسبه کرد، در حالی که بازده واقعی تقریباً 18.6 کیلوتن بود.

فرمی، در کنار اوپنهایمر، کامپتون، و ارنست لارنس، در پنل علمی مسئول مشاوره کمیته موقت در مورد انتخاب هدف بود. این هیئت با توصیه کمیته مبنی بر اینکه بمب های اتمی باید بدون هشدار قبلی علیه اهداف صنعتی مستقر شوند موافقت کرد. فرمی مانند همکارانش در آزمایشگاه لوس آلاموس، از بمباران اتمی هیروشیما و ناکازاکی از طریق سیستم آدرس عمومی در منطقه فنی مطلع شد. فرمی معتقد بود که بمب‌های اتمی به‌طور مؤثر ملت‌ها را از آغاز درگیری‌ها باز نمی‌دارد، و او شرایط موجود را برای استقرار یک دولت جهانی مناسب نمی‌دانست. در نتیجه، او ترجیح داد به انجمن دانشمندان لوس آلاموس وابسته نباشد.

فعالیت های پس از جنگ

در 1 ژوئیه 1945، فرمی به عنوان استاد برجسته فیزیک دانشگاه شیکاگو چارلز اچ سوئیفت منصوب شد، اگرچه او و خانواده اش تا 31 دسامبر 1945 آزمایشگاه لوس آلاموس را ترک نکردند. در سال 1945، او به آکادمی ملی علوم ایالات متحده راه یافت. آزمایشگاه متالورژی در 1 ژوئیه 1946 به عنوان آزمایشگاه ملی آرگون مجدداً طراحی شد و آن را به عنوان آزمایشگاه ملی افتتاحیه که تحت پروژه منهتن تأسیس شد، مشخص کرد. نزدیکی جغرافیایی بین شیکاگو و آرگون، تعامل فرمی را در هر دو موسسه تسهیل کرد. در آرگون، او فیزیک تجربی را دنبال کرد و با همکاری لئونا مارشال، تحقیقاتی در مورد پراکندگی نوترون انجام داد. علاوه بر این، او با ماریا مایر درگیر بحث‌هایی درباره فیزیک نظری شد و به توسعه بینش او در مورد جفت‌شدن مدار-مدار کمک کرد، که متعاقباً جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد.

در ۱ ژانویه ۱۹۴۷، کمیسیون انرژی اتمی (AEC) جایگزین پروژه منهتن شد. فرمی در کمیته مشورتی عمومی AEC، یک نهاد علمی برجسته به ریاست رابرت اوپنهایمر، سمتی داشت. علاوه بر این، او به طور منظم سالیانه چندین هفته را به آزمایشگاه ملی لوس آلاموس اختصاص داد و با نیکلاس متروپلیس و جان فون نویمان در مورد پدیده ناپایداری ریلی-تیلور همکاری کرد، که دینامیک در فصل مشترک دو سیال با چگالی متفاوت را توصیف می کند.

پس از انفجار بمب شکافت اولیه شوروی در اوت 1949، فرمی به همراه ایسیدور ربی، گزارشی قوی برای کمیته نوشت که مخالفت با ساخت بمب هیدروژنی را بر اساس ملاحظات اخلاقی و فنی بیان کرد. با وجود این، فرمی به عنوان مشاور مشارکت خود را در تحقیقات بمب هیدروژنی در لوس آلاموس ادامه داد. با همکاری استانیسلاو اولام، او تعیین کرد که مقدار لازم تریتیوم برای مدل سلاح گرما هسته‌ای تلر بسیار زیاد است و حتی با چنین مقدار قابل توجهی، انتشار یک واکنش همجوشی نمی‌تواند تضمین شود. در سال 1954، فرمی یکی از چندین دانشمندی بود که در جلسه استماع امنیتی اوپنهایمر در حمایت از اوپنهایمر شهادت داد، که در نهایت منجر به لغو مجوز امنیتی اوپنهایمر شد.

فرمی در طول کار بعدی خود، وابستگی آکادمیک خود را با دانشگاه شیکاگو حفظ کرد و در آنجا مؤسسه‌ای را که متعاقباً به‌عنوان مؤسسه انریکو فرمی معرفی شد، تأسیس کرد. اوون چمبرلین، جفری چو، جروم فریدمن، ماروین گلدبرگر، سونگ دائو لی، آرتور روزنفلد و سام تریمن از دانشجویان دکترای او در دوران پس از جنگ بودند. جک اشتاینبرگر دانشجوی کارشناسی ارشد بود و میلدرد درسلهاوس در طول سالی که با هم تداخل داشتند به عنوان دانشجوی دکترا تحت تأثیر فرمی قرار گرفت. فرمی تحقیقات اساسی در فیزیک ذرات، به ویژه در مورد پیون ها و میون ها انجام داد. او پیش‌بینی‌های اولیه تشدید پیون-نوکلئون را با استفاده از روش‌شناسی آماری، فرمول‌بندی کرد، زیرا اظهار داشت که راه‌حل‌های دقیق زمانی که نظریه اساسی ذاتاً ناقص است، غیرضروری است. در یک انتشار مشترک با چن نینگ یانگ، او این نظریه را مطرح کرد که پیون ها ممکن است ذرات مرکب را تشکیل دهند، ایده ای که پس از آن توسط شویچی ساکاتا توضیح داده شد. این مفهوم از آن زمان با مدل کوارک جایگزین شد، که فرض می‌کند پیون‌ها از کوارک‌ها تشکیل شده‌اند، در نتیجه مدل اصلی فرمی را تکمیل می‌کند و رویکرد روش‌شناختی او را تأیید می‌کند.

فرمی مقاله مهمی با عنوان "درباره منشاء تشعشعات کیهانی" نوشت و اظهار داشت که پرتوهای کیهانی از مواد شتاب‌گرفته توسط میدان‌های مغناطیسی بین‌ستاره‌ای سرچشمه می‌گیرند، فرضیه‌ای که اختلاف نظر قابل توجهی را با تلر ایجاد کرد. فرمی همچنین پیچیدگی میدان های مغناطیسی را در بازوهای مارپیچی کهکشان ها بررسی کرد. علاوه بر این، او آنچه را که اکنون به عنوان "پارادوکس فرمی" شناخته می شود، در نظر گرفت: تضاد آشکار بین احتمال بالای حیات فرازمینی و عدم وجود تماس مشاهده شده.

فرمی در اواخر عمر خود نسبت به ظرفیت جمعی جامعه برای تصمیم گیری عاقلانه در مورد فناوری هسته ای ابراز تردید کرد و اظهار داشت:

بعضی از شما ممکن است بپرسید، چه فایده ای دارد که این همه سخت کوشید تا صرفاً چند واقعیت را جمع آوری کنید که لذتی جز برای چند استاد مو دراز که عاشق جمع آوری چنین چیزهایی هستند و برای هیچ کس فایده ای ندارند زیرا در بهترین حالت فقط تعداد کمی از متخصصان قادر به درک آنها خواهند بود؟ در پاسخ به چنین سؤالاتی، ممکن است پیش‌بینی نسبتاً مطمئنی داشته باشم.

تاریخ علم و فناوری پیوسته به ما آموخته است که پیشرفت‌های علمی در درک پایه دیر یا زود به کاربردهای فنی و صنعتی منجر شده است که شیوه زندگی ما را متحول کرده است. به نظر من بعید به نظر می رسد که این تلاش برای دستیابی به ساختار ماده از این قاعده مستثنی باشد. چیزی که کمتر قطعی است و همه ما مشتاقانه امیدواریم این است که انسان به زودی به اندازه کافی بالغ خواهد شد تا از قدرت هایی که بر طبیعت به دست می آورد به خوبی استفاده کند.

مرگ

در اکتبر 1954، فرمی تحت یک عمل جراحی "اکتشافی" در بیمارستان بیلینگز مموریال قرار گرفت و پس از آن به خانه بازگشت. پنجاه روز بعد، او در سن 53 سالگی به سرطان معده غیرقابل جراحی در محل اقامتش در شیکاگو تسلیم شد. فرمی مشکوک بود که کار در نزدیکی شمع هسته ای خطرات قابل توجهی دارد، با این حال او همچنان ادامه می داد و معتقد بود که مزایای بالقوه آن بیشتر از خطرات برای ایمنی شخصی او است. قابل ذکر است، دو تن از دستیاران دانشجوی فارغ التحصیل او که در نزدیکی شمع نیز کار می‌کردند، متعاقباً بر اثر سرطان درگذشتند.

یک مراسم یادبود در کلیسای کوچک دانشگاه شیکاگو برگزار شد، جایی که همکاران ساموئل کی. آلیسون، امیلیو سگره و هربرت ال. بقایای او در قبرستان اوک وودز به خاک سپرده شد، پس از یک مراسم خصوصی بر سر قبر برای خانواده نزدیک، که توسط یک کشیش لوتری برگزار شد.

تاثیر و میراث

میراث

انریکو فرمی برای کمک‌های علمی‌اش جوایز متعددی از جمله مدال ماتوچی (1926)، جایزه نوبل فیزیک (1938)، مدال هیوز (1942)، مدال فرانکلین (1947) و جایزه رامفورد (1953) به دست آورد. نقش محوری او در پروژه منهتن با مدال شایستگی در سال 1946 به رسمیت شناخته شد. حرفه برجسته فرمی همچنین منجر به انتخاب وی به عنوان عضو انجمن فلسفی آمریکا در سال 1939 و عضو خارجی انجمن سلطنتی (FRS) در سال 1950 شد. لوح یادبودی که اغلب به افتخار سانتا به نام فلوریس به نام سانتا نامیده می شود. معبد افتخارات ایتالیایی به دلیل حضور هنرمندان، دانشمندان و شخصیت‌های تاریخی برجسته ایتالیایی. در سال 1999، مجله تایم فرمی را در فهرست 100 فرد تاثیرگذار برتر قرن بیستم قرار داد. فرمی به طور گسترده ای به عنوان یک فیزیکدان نادر قرن بیستم شناخته شد که مهارت استثنایی در هر دو حوزه نظری و تجربی از خود نشان داد. امیلیو سگره، رادیو شیمیدان و فیزیکدان هسته ای، فرمی را "آخرین فیزیکدان جهانی در سنت بزرگان قرن نوزدهم" توصیف کرد و اظهار داشت که او "آخرین فردی بود که تمام فیزیک زمان خود را می دانست." به همین ترتیب، شیمی‌دان و رمان‌نویس سی پی اسنو اظهار داشت: "اگر فرمی چند سال زودتر به دنیا می‌آمد، می‌توان تصور کرد که او هسته اتمی رادرفورد را کشف کرده و سپس نظریه بور را درباره اتم هیدروژن توسعه دهد. اگر این شبیه هذلولی به نظر می‌رسد، هر چیزی در مورد فرمی احتمالاً هذلولی به نظر می‌رسد."

فرمی به‌عنوان یک مربی الهام‌بخش شناخته شده بود که با توجه دقیق به جزئیات، وضوح و آماده‌سازی کامل سخنرانی‌هایش متمایز بود. این یادداشت های سخنرانی متعاقباً در کتاب های منتشر شده جمع آوری شد. مجموعه گسترده مقالات و دفترهای او در حال حاضر در دانشگاه شیکاگو نگهداری می شود. ویکتور ویسکوپف مشاهده کرد که فرمی "همیشه موفق شده ساده ترین و مستقیم ترین رویکرد را با حداقل پیچیدگی و پیچیدگی پیدا کند." فرمی علی‌رغم داشتن مهارت ریاضی قابل‌توجهی، همواره راه‌حل‌های ساده را ترجیح می‌دهد و از چارچوب‌های نظری پیچیده در زمانی که جایگزین‌های ساده‌تر در دسترس بود، اجتناب می‌کرد. او به دلیل توانایی اش در حل سریع و دقیق مشکلاتی که دیگران را گیج می کرد مورد تحسین قرار گرفت. این رویکرد متمایز برای استخراج راه حل های تقریبی و سریع از طریق محاسبات "پشت از پاکت" به طور غیر رسمی به عنوان "روش فرمی" شناخته شد، تکنیکی که اکنون به طور گسترده در برنامه های درسی آموزشی ادغام شده است.

فرمی مکرراً زمینه تاریخی را برجسته می کرد که الساندرو ولتا، در طول تحقیقات غیرمستقیم آزمایشگاهی خود، نمی تواند در تحقیقات آزمایشگاهی خود به آن نیاز داشته باشد. میراث فرمی عمدتاً با کمک‌های اساسی او به انرژی هسته‌ای و تسلیحات هسته‌ای، به ویژه مفهوم‌سازی و ساخت رآکتور هسته‌ای افتتاحیه، در کنار مشارکت او در توسعه اولین بمب‌های اتمی و هیدروژنی مرتبط است. آثار علمی گسترده او طول عمر و تأثیر قابل توجهی را نشان داده است. عناصر کلیدی این اثر ماندگار شامل نظریه فروپاشی بتا، تحقیقات در مورد سیستم‌های غیرخطی، کشف اثرات آهسته نوترون، مطالعات برخورد پیون-نوکلئون، و فرمول‌بندی آمار فرمی دیراک است. علاوه بر این، فرضیه پیش‌بینی‌کننده او در مورد ماهیت غیربنیادی پایون، اکتشاف بعدی کوارک‌ها و لپتون‌ها را به‌طور قابل‌توجهی پیش برد.

فرمی در رفتار شخصی خود سادگی را مجسم می کرد. او قدرت قابل توجه و اشتیاق شدید به بازی ها و ورزش ها را از خود نشان داد، جایی که ماهیت رقابتی او اغلب ظاهر می شد. به عنوان مثال، او با شدت قابل توجهی به تنیس پرداخت و در طول کوهنوردی نقش راهنمایی را بر عهده گرفت. او را می توان به عنوان یک دیکتاتور خیرخواه توصیف کرد. حکایتی به یاد می‌آورد که فرمی در قله‌ای کوهستانی اعلام کرد: «خب، دو دقیقه به دو است، بیایید همه ساعت دو برویم» که همه به سرعت و مطیع عمل کردند. این رهبری ذاتی و اطمینان به خود باعث شد که فرمی ملقب به «پاپ» شود، که نشان‌دهنده خطاناپذیری محسوس گفته‌های او در فیزیک است. او زمانی رویکرد عمل‌گرایانه‌اش را بیان کرد و گفت: «من می‌توانم هر چیزی را در فیزیک در یک ضریب 2 در چند صفحه محاسبه کنم؛ برای اینکه ضریب عددی مقابل فرمول درست باشد، ممکن است محاسبه یک فیزیک‌دان یک سال طول بکشد، اما من به آن علاقه‌ای ندارم.» در حالی که رهبری او قانع کننده بود، گاهی اوقات استقلال همکارانش را به چالش می کشید. یک حادثه به یاد ماندنی در محل سکونت او شامل مداخله فرمی زمانی بود که همسرش در حال بریدن نان بود، فلسفه دیگری در این کار ابراز کرد، چاقو را گرفت و با اطمینان از برتری روش خود، برش را ادامه داد. با این حال، این اقدامات به عنوان توهین آمیز تلقی نشد. در عوض، آنها به شخصیت جذاب او کمک کردند و او را برای دیگران دوست داشتند. علایق او در خارج از فیزیک بطور مشخص محدود بود. با شنیدن موسیقی نواخته شده روی پیانوی تلر، اعتراف کرد که قدردانی از موسیقی او فقط به ملودی های ساده تعمیم یافته است.

نامگذاری به افتخار فرمی

نهادهای متعددی به افتخار فرمی نامگذاری شده اند. اینها شامل شتاب دهنده ذرات و آزمایشگاه فیزیک Fermilab در باتاویا، ایلینویز است که به افتخار او در سال 1974 نامگذاری شد. علاوه بر این، تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی، که در سال 2008 نامگذاری شد، مشارکت قابل توجه او را در تحقیقات پرتوهای کیهانی تصدیق می کند. علاوه بر این، سه تاسیسات راکتور هسته‌ای نام او را دارند: نیروگاه‌های هسته‌ای فرمی 1 و فرمی 2 واقع در نیوپورت، میشیگان. نیروگاه هسته ای انریکو فرمی واقع در Trino Vercellese، ایتالیا؛ و راکتور تحقیقاتی RA-1 انریکو فرمی در آرژانتین. عنصر مصنوعی فرمیوم که از بقایای آزمایش هسته ای آیوی مایک در سال 1952 شناسایی شد، به یاد تأثیر عمیق فرمی بر جامعه علمی نامگذاری شد. در نتیجه، او یکی از 16 دانشمندی است که با داشتن یک عنصر شیمیایی به افتخار آنها نامگذاری شده است.

از سال 1956، کمیسیون انرژی اتمی ایالات متحده و متعاقباً وزارت انرژی ایالات متحده از سال 1977 به بعد، معتبرترین نشان خود، جایزه فرمی را به یاد او اعطا کردند. از دریافت کنندگان برجسته این جایزه می توان به اتو هان، رابرت اوپنهایمر، ادوارد تلر و هانس بته اشاره کرد.

انتشارات

• مقدمه ای بر فیزیک اتمی (نسخه ایتالیایی). بولونیا: N. Zanichelli. 1928. OCLC 9653646.فیزیک برای دبیرستان ها (نسخه ایتالیایی). بولونیا: N. Zanichelli. 1929. OCLC 9653646.مولکول ها و کریستال ها (نسخه ایتالیایی). بولونیا: N. Zanichelli. 1934. OCLC 19918218.ترمودینامیک. نیویورک: پرنتیس هال. 1937. OCLC 2379038.فیزیک برای مؤسسات فنی (نسخه ایتالیایی). بولونیا: N. Zanichelli. 1938.فیزیک برای دبیرستان های علمی (نسخه ایتالیایی). بولونیا: N. Zanichelli. 1938.ذرات ابتدایی. نیوهیون: انتشارات دانشگاه ییل. 1951. OCLC 362513.یادداشت هایی در مورد مکانیک کوانتومی. شیکاگو: انتشارات دانشگاه شیکاگو. 1961. OCLC 1448078.اختراعات
  • پتنت ایالات متحده 2206634، "فرآیند تولید مواد رادیواکتیو"، صادر شده در ژوئیه 1940
  • ثبت اختراع ایالات متحده 2836554، "راکتور نوترونیک خنک شده با هوا"، صادر شده در آوریل 1950
  • پتنت ایالات متحده 2524379، "انتخاب کننده سرعت نوترون"، صادر شده در اکتبر 1950
  • اختراع ایالات متحده 2852461، "راکتور نوترونیک"، صادر شده در سپتامبر 1953
  • اختراع ایالات متحده 2708656، "راکتور نوترونیک"، صادر شده در می 1955
  • اختراع ایالات متحده 2768134، "آزمایش مواد در یک راکتور نوترونیک"، صادر شده در اکتبر 1956
  • پتنت ایالات متحده 2780595، "Test Exponential Pile"، صادر شده در فوریه 1957
  • پتنت ایالات متحده 2798847، "روش عملکرد یک راکتور نوترونیک"، صادر شده در ژوئیه 1957
  • اختراع ایالات متحده 2807581، "راکتور نوترونیک"، صادر شده در سپتامبر 1957
  • پتنت ایالات متحده 2807727، "سپر راکتور نوترونیک"، صادر شده در سپتامبر 1957
  • پتنت ایالات متحده 2813070، "روش پایداری یک سیستم واکنش زنجیری نوترونیک"، صادر شده در نوامبر 1957
  • پتنت ایالات متحده 2837477، "سیستم واکنش زنجیره ای"، صادر شده در ژوئن 1958
  • پتنت ایالات متحده 2931762، "راکتور نوترونیک"، صادر شده در آوریل 1960
  • پتنت ایالات متحده 2969307، "روش آزمایش مواد شکافت پذیر حرارتی نوترون برای خلوص"، صادر شده در ژانویه 1961

  مراجع

  منابع

  برنشتاین، بارتون جی. "چهار فیزیکدان و بمب: سالهای اولیه، 1945-1950." مطالعات تاریخی در علوم فیزیکی و زیستی (1988) 18#2; این مقاله به بررسی نقش‌های اوپنهایمر، فرمی، لارنس و کامپتون می‌پردازد.

  • برنشتاین، بارتون جی. "چهار فیزیکدان و بمب: سالهای اولیه، 1945-1950" مطالعات تاریخی در علوم فیزیکی و زیستی (1988) 18#2; اوپنهایمر، فرمی، لارنس و کامپتون را پوشش می دهد. آنلاین
  • گالیسون، پیتر و بارتون برنشتاین. "از هر نظر: دانشمندان و تصمیم برای ساخت بمب فوق العاده، 1952-1954." مطالعات تاریخی در علوم فیزیکی و زیستی 19.2 (1989): 267-347.

  "به فرمی - با عشق - قسمت 1." بخش رادیویی Voices of the Manhattan Project 1971.

  • "به فرمی - با عشق - قسمت اول". بخش رادیویی Voices of the Manhattan Project 1971
  • "اولین راکتور: نسخه بزرگداشت چهلمین سالگرد." وزارت انرژی ایالات متحده، دسامبر 1982.
  • "داستان اولین توده."
  • داستان اولین توده
  • پرونده پرونده انریکو فرمی در موسسه فرانکلین، که جزئیات مشارکت او در فیزیک نظری و تجربی را نشان می‌دهد.
  • "به یاد انریکو فرمی." جلسه J1. نشست APS آوریل 2010، انجمن فیزیک آمریکا.
  • رودز، ریچارد. "زمان 100: انریکو فرمی." *زمان*، 29 مارس 1999.
  • دوره اقامت انریکو فرمی با پل ارنفست در لیدن.