Enrico Fermi (italien : [enˈriːko ˈfermi] ; 29 septembre 1901 – 28 novembre 1954) était un éminent physicien italo-américain, largement reconnu pour son rôle central dans la création du premier réacteur nucléaire artificiel au monde, le Chicago Pile-1, et pour son implication dans le projet Manhattan. En 1938, il reçut le prix Nobel de physique pour « ses démonstrations de l'existence de nouveaux éléments radioactifs produits par irradiation neutronique et pour sa découverte connexe des réactions nucléaires provoquées par les neutrons lents ». Fermi a été qualifié à titre posthume à la fois d'« architecte de l'ère nucléaire » et d'« architecte de la bombe atomique ». Il faisait notamment partie des rares physiciens à avoir acquis des compétences exceptionnelles en physique théorique et expérimentale. En collaboration avec ses collègues, Fermi a déposé plusieurs brevets concernant des applications de l'énergie nucléaire, qui ont tous été acquis par la suite par le gouvernement américain. Ses contributions importantes couvrent le développement de la mécanique statistique, de la théorie quantique et des domaines de la physique nucléaire et des particules.
Enrico Fermi (italien : [enˈriːkoˈfermi] ; 29 septembre 1901 - 28 novembre 1954) était un physicien italo-américain, réputé pour être le créateur du premier réacteur nucléaire artificiel au monde, le Chicago Pile-1, et membre du Manhattan Projet. Il a remporté le prix Nobel de physique en 1938 « pour ses démonstrations de l'existence de nouveaux éléments radioactifs produits par irradiation neutronique et pour sa découverte connexe des réactions nucléaires provoquées par les neutrons lents ». Il a été surnommé « l’architecte de l’ère nucléaire » et « l’architecte de la bombe atomique ». Il était l'un des rares physiciens à exceller en physique théorique et expérimentale. Avec ses collègues, Fermi a déposé plusieurs brevets liés à l'utilisation de l'énergie nucléaire, tous repris par le gouvernement américain. Il a apporté des contributions significatives au développement de la mécanique statistique, de la théorie quantique et de la physique nucléaire et des particules.
La première contribution significative de Fermi concernait le domaine de la mécanique statistique. Suite à la formulation du principe d'exclusion par Wolfgang Pauli en 1925, Fermi a publié un article appliquant ce principe à un gaz parfait, en utilisant un cadre statistique maintenant appelé statistiques de Fermi-Dirac. Actuellement, les particules adhérant au principe d'exclusion sont désignées sous le nom de « fermions ». Pauli a ensuite émis l'hypothèse de l'existence d'une particule invisible et non chargée émise simultanément avec un électron lors de la désintégration bêta, un postulat destiné à faire respecter la loi de conservation de l'énergie. Fermi a adopté ce concept en développant un modèle intégrant la particule proposée, qu'il a baptisée « neutrino ». Son cadre théorique, initialement connu sous le nom d'interaction de Fermi et actuellement appelé interaction faible, a élucidé l'une des quatre forces fondamentales de la nature. Grâce à des expériences impliquant l'induction de radioactivité à l'aide du neutron récemment identifié, Fermi a constaté que les neutrons lents étaient plus facilement capturés par les noyaux atomiques que les neutrons rapides, développant ensuite l'équation d'âge de Fermi pour caractériser ce phénomène. En bombardant le thorium et l'uranium avec des neutrons lents, il a déduit la création de nouveaux éléments. Bien qu'ils aient reçu le prix Nobel pour cette prétendue découverte, ces « nouveaux éléments » ont ensuite été identifiés comme des produits de la fission nucléaire.
En 1938, Fermi quitta l'Italie pour échapper aux nouvelles lois raciales italiennes, qui affectèrent directement son épouse juive, Laura Capon. Il a ensuite immigré aux États-Unis, où il a contribué au projet Manhattan tout au long de la Seconde Guerre mondiale. À l'Université de Chicago, Fermi a dirigé l'équipe chargée de concevoir et de construire la Chicago Pile-1, qui a atteint la criticité le 2 décembre 1942, démontrant ainsi la première réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue initiée par l'homme. Il était présent pour la criticité du réacteur à graphite X-10 à Oak Ridge, Tennessee, en 1943, et pour le réacteur B sur le site de Hanford l'année suivante. À Los Alamos, Fermi dirigea la Division F, dont un segment était dédié au développement de la « Super » bombe thermonucléaire d'Edward Teller. Le 16 juillet 1945, il assista à l'essai Trinity, la détonation inaugurale d'une bombe nucléaire complète, où il utilisa sa méthode Fermi distinctive pour estimer le rendement de l'arme.
Après la guerre, Fermi joua un rôle crucial dans la création de l'Institut d'études nucléaires à Chicago et siégea au Comité consultatif général, présidé par J. Robert Oppenheimer, qui conseilla la Commission de l'énergie atomique sur les questions nucléaires. Après l'explosion de la première bombe à fission soviétique en août 1949, il exprima une forte opposition au développement d'une bombe à hydrogène, invoquant des objections à la fois morales et techniques. Il faisait partie des scientifiques qui ont témoigné en faveur d'Oppenheimer lors de l'audience de 1954, qui a finalement conduit à la révocation de l'habilitation de sécurité d'Oppenheimer.
Fermi a mené d'importantes recherches en physique des particules, en particulier concernant les pions et les muons, et a émis l'hypothèse que les rayons cosmiques provenaient de matériaux accélérés par des champs magnétiques dans l'espace interstellaire. De nombreuses distinctions, concepts théoriques et institutions scientifiques portent le nom de Fermi, notamment le Fermi 1 (réacteur surgénérateur), la centrale nucléaire Enrico Fermi, le prix Enrico Fermi, l'Institut Enrico Fermi, le Laboratoire national des accélérateurs Fermi (Fermilab), le télescope spatial à rayons gamma Fermi, le paradoxe de Fermi et l'élément synthétique fermium. Cette distinction le place parmi seulement 16 scientifiques honorés d'un élément portant leur nom.
Petite vie
Né à Rome, en Italie, le 29 septembre 1901, Enrico Fermi était le troisième enfant d'Alberto Fermi, chef de division au ministère des Chemins de fer, et d'Ida de Gattis, institutrice. Il avait une sœur aînée, Maria, et un frère aîné, Giulio. Après une période d'allaitement dans une communauté rurale, Enrico rejoint sa famille à Rome à l'âge de deux ans et demi. Bien qu'il ait été baptisé catholique pour honorer les souhaits de ses grands-parents, sa famille manquait d'une forte observance religieuse ; Fermi a maintenu une position agnostique tout au long de sa vie adulte. Dans sa jeunesse, il partageait des intérêts avec Giulio, s'engageant dans la construction de moteurs électriques et jouant avec divers appareils électriques et mécaniques. Tragiquement, Giulio est décédé en 1915 lors d'une opération chirurgicale pour un abcès de la gorge, et Maria est décédée dans un accident d'avion près de Milan en 1959.
Alors qu'il se trouvait sur un marché local à Campo de' Fiori, Fermi a découvert un traité de physique de 900 pages, Elementorum physicae mathematicae. Rédigé en latin par le père jésuite Andrea Caraffa, professeur au Collegio Romano, ce volume couvrait de manière exhaustive les mathématiques, la mécanique classique, l'astronomie, l'optique et l'acoustique, reflétant la compréhension scientifique qui prévalait lors de sa publication en 1840. Aux côtés de son ami scientifique Enrico Persico, Fermi entreprit divers projets, notamment la construction de gyroscopes et des expériences pour mesurer l'accélération gravitationnelle de la Terre.
Enrico rencontrait fréquemment son père, Alberto, à l'extérieur de son bureau après le travail, et en 1914, il fut présenté au collègue d'Alberto, Adolfo Amidei, qui accompagnait régulièrement son père sur une partie du chemin du retour.
Conscient de l'intérêt d'Adolfo pour les mathématiques et la physique, Enrico a saisi l'occasion pour poser une question sur la géométrie. Adolfo a reconnu que le jeune Fermi s'intéressait à la géométrie projective et lui a ensuite fourni un livre sur le sujet de Theodor Reye. En deux mois, Fermi a rendu le livre, après avoir résolu avec succès tous les problèmes présentés, dont certains considéraient comme difficiles. Après avoir vérifié les réalisations de Fermi, Adolfo l'a qualifié de « prodige, au moins en ce qui concerne la géométrie », et a continué à le guider, en lui fournissant des textes supplémentaires sur la physique et les mathématiques. Adolfo a observé la mémoire exceptionnelle de Fermi, qui lui a permis de retenir minutieusement le contenu des livres et de les restituer rapidement après la lecture.
École Normale Supérieure à Pise
Fermi a terminé ses études secondaires en juillet 1918, après avoir contourné sa troisième année. Suivant la recommandation d'Amidei, Fermi a acquis des compétences en allemand pour accéder à la littérature scientifique contemporaine et a ensuite postulé à la prestigieuse Scuola Normale Superiore de Pise. Amidei pensait que la Scuola offrait des opportunités de développement supérieures à Fermi par rapport à l'Université Sapienza de Rome à cette époque. En raison de la perte récente de leur fils, les parents de Fermi ont accepté à contrecœur qu'il réside pendant quatre ans dans les locaux de l'école, loin de Rome. Fermi a obtenu la première place à l'examen d'entrée exigeant, qui comprenait un essai sur les « Caractéristiques spécifiques des sons ». Fermi, 17 ans, a notamment utilisé l'analyse de Fourier pour dériver et résoudre l'équation aux dérivées partielles régissant une tige vibrante, incitant l'examinateur à déclarer, après l'entretien, qu'il était destiné à devenir un physicien exceptionnel.
Alors qu'il fréquentait l'Scuola Normale Superiore, Fermi s'est livré à des farces avec son camarade Franco Rasetti, ce qui a conduit à une amitié étroite et à une collaboration professionnelle. Il reçut les conseils de Luigi Puccianti, le directeur du laboratoire de physique, qui reconnut avoir peu à transmettre à Fermi et lui demanda fréquemment des instructions. La profonde compréhension de Fermi de la physique quantique a incité Puccianti à lui confier la tâche d'organiser des séminaires sur le sujet. Au cours de cette période, Fermi a acquis des compétences en calcul tensoriel, une technique fondamentale de la relativité générale. Bien qu’il ait initialement choisi les mathématiques comme principal domaine d’études, il s’est rapidement tourné vers la physique. Il a largement poursuivi son apprentissage autonome, en se concentrant sur la relativité générale, la mécanique quantique et la physique atomique.
Dès son admission au département de physique en septembre 1920, Fermi rejoignit une petite cohorte. Compte tenu des effectifs limités du département, comprenant uniquement Fermi, Rasetti et Nello Carrara, Puccianti leur a accordé un accès illimité au laboratoire pour leurs efforts de recherche. Fermi a proposé d'étudier la cristallographie aux rayons X, ce qui a conduit le trio à produire une photographie de Laue, qui est une image aux rayons X d'un cristal. En 1921, au cours de sa troisième année d'études universitaires, les premières contributions scientifiques de Fermi paraissent dans la revue italienne Nuovo Cimento. L'article inaugural s'intitulait « Sur la dynamique d'un système rigide de charges électriques en mouvement de translation » (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio). Ces travaux préfiguraient notamment les développements futurs en exprimant la masse sous forme de tenseur, une construction mathématique fréquemment utilisée pour caractériser des objets en mouvement et en transformation dans un contexte spatial tridimensionnel. Alors que la mécanique classique définit la masse comme une quantité scalaire, la théorie relativiste postule sa variation avec la vitesse. Sa deuxième publication, "Sur l'électrostatique d'un champ gravitationnel uniforme de charges électromagnétiques et sur le poids des charges électromagnétiques" (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnétique), a exploré des concepts connexes. En employant les principes de la relativité générale, Fermi a démontré qu'une charge possède une masse équivalente à U/c§1415§, où U représente l'énergie électrostatique du système et c désigne la vitesse de la lumière.
L'article initial semblait mettre en évidence une divergence entre les théories électrodynamiques et relativistes concernant le calcul des masses électromagnétiques, la première prédisant une valeur de 4/3 U/c2. Fermi a résolu ce problème l'année suivante dans un article intitulé « Concernant une contradiction entre l'électrodynamique et la théorie relativiste de la masse électromagnétique », dans lequel il a expliqué que l'incohérence perçue provenait de principes relativistes. Cet article particulier a reçu une reconnaissance significative, conduisant à sa traduction en allemand et à sa publication ultérieure dans la revue scientifique allemande Physikalische Zeitschrift en 1922. Également en 1922, Fermi a soumis son article "Sur les phénomènes se produisant près d'une ligne mondiale" (Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria) à la revue italienne I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. Dans cette publication, il a analysé le principe d'équivalence et a introduit le concept de « coordonnées de Fermi ». Son travail a démontré que le long d'une ligne du monde proche de la ligne du temps, l'espace présente des caractéristiques proches de l'espace euclidien.
En juillet 1922, Fermi présenta sa thèse, "Un théorème sur les probabilités et certaines de ses applications" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni), à l'Scuola Normale Superiore, gagnant son prix à un âge remarquablement jeune. sur 20. Sa thèse portait sur les images de diffraction des rayons X. À cette époque, la physique théorique n’était pas formellement reconnue comme discipline académique en Italie, ce qui signifie que seules les thèses de physique expérimentale étaient généralement acceptées. Par conséquent, les physiciens italiens hésitaient à adopter de nouveaux concepts tels que la relativité, originaire d’Allemagne. Cependant, la maîtrise de Fermi dans le travail expérimental en laboratoire a atténué les défis importants que ce climat universitaire aurait pu présenter.
En 1923, tout en contribuant à l'annexe de la traduction italienne du livre d'August Kopff, Fundamentals of Einstein Relativity, Fermi est devenu le premier à identifier l'immense énergie potentielle nucléaire inhérente à l'équation d'Einstein (E = mc§78§), suggérant son potentiel d'exploitation. Il a affirmé qu'« il ne semble pas possible, du moins dans un avenir proche, de trouver un moyen de libérer ces terribles quantités d'énergie – ce qui est une bonne chose car le premier effet d'une explosion d'une telle quantité d'énergie serait de réduire en miettes le physicien qui a eu le malheur de trouver un moyen de le faire. »
En 1923-1924, Fermi entreprit un semestre d'études avec Max Born à l'Université de Göttingen, où il rencontra Werner Heisenberg et Pascual Jordan. Par la suite, de septembre à décembre 1924, Fermi poursuivit ses études à Leiden sous la direction de Paul Ehrenfest, soutenu par une bourse de la Fondation Rockefeller obtenue grâce à l'intervention du mathématicien Vito Volterra. À Leyde, il rencontre Hendrik Lorentz et Albert Einstein et noue des amitiés avec Samuel Goudsmit et Jan Tinbergen. De janvier 1925 à fin 1926, Fermi a occupé un poste d'enseignant en physique mathématique et en mécanique théorique à l'Université de Florence, collaborant avec Rasetti sur des expériences étudiant l'influence des champs magnétiques sur la vapeur de mercure. Parallèlement, il a contribué à des séminaires à l'Université Sapienza de Rome, donnant des cours sur la mécanique quantique et la physique du solide. Lors de ses présentations sur le domaine naissant de la mécanique quantique, en particulier lorsqu'il discutait de la précision prédictive exceptionnelle de l'équation de Schrödinger, Fermi faisait fréquemment remarquer : « Cela n'a rien à voir avec une si bonne adéquation ! » Suite à l'annonce par Wolfgang Pauli de son principe d'exclusion en 1925, Fermi a publié un article intitulé "Sur la quantification du gaz monoatomique parfait" (Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico), dans lequel il a appliqué le principe à un gaz parfait. Cette publication était particulièrement significative pour la formulation statistique de Fermi, qui élucide la répartition des particules au sein de systèmes comprenant de nombreuses particules identiques adhérant au principe d'exclusion. Peu de temps après, le physicien britannique Paul Dirac a développé ce concept de manière indépendante, démontrant également sa relation avec les statistiques de Bose-Einstein. Par conséquent, ce cadre statistique est désormais désigné sous le nom de statistiques de Fermi-Dirac. En reconnaissance du travail de Dirac, les particules conformes au principe d'exclusion sont actuellement appelées « fermions », tandis que celles qui ne le sont pas sont appelées « bosons ».
En Italie, les chaires étaient attribuées par le biais d'un processus compétitif (concorso) pour les chaires universitaires vacantes, les candidats étant évalués sur la base de leurs publications par un comité de professeurs. Fermi a d'abord cherché une chaire de physique mathématique à l'Université de Cagliari en Sardaigne, mais a été négligé de peu au profit de Giovanni Giorgi. En 1926, à l'âge de 24 ans, il postule pour une chaire à l'Université La Sapienza de Rome. Ce poste particulier représentait une chaire nouvellement créée, l'une des trois premières en physique théorique en Italie, créée par le ministre de l'Éducation à la demande du professeur Orso Mario Corbino. Corbino a occupé plusieurs postes : professeur de physique expérimentale à l'université, directeur de l'Institut de physique et membre du cabinet de Benito Mussolini. En tant que président du comité de sélection, Corbino envisageait que cette nouvelle chaire élèverait les normes et le prestige de la physique en Italie. Le comité a finalement choisi Fermi plutôt qu'Enrico Persico et Aldo Pontremoli. Corbino a ensuite aidé Fermi à constituer son groupe de recherche, qui comprenait bientôt des étudiants distingués tels qu'Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana et Emilio Segrè, aux côtés de Franco Rasetti, que Fermi a nommé son assistant. Ce groupe est rapidement devenu connu sous le nom de « garçons de la Via Panisperna », un surnom dérivé de la rue où se trouve l'Institut de physique. Fermi épousa Laura Capon, étudiante en sciences à l'université, le 19 juillet 1928. Le couple eut deux enfants : Nella, née en janvier 1931, et Giulio, né en février 1936. Le 18 mars 1929, Mussolini nomma Fermi comme membre de l'Académie royale d'Italie et, le 27 avril, il devient membre du Parti fasciste. Cependant, Fermi s'est ensuite opposé au fascisme à la suite de la promulgation des lois raciales de 1938 par Mussolini, qui visaient à aligner plus étroitement le fascisme italien sur le nazisme allemand sur le plan idéologique. Ces lois discriminatoires constituaient une menace pour Laura, qui était juive, et aboutissaient au licenciement de nombreux assistants de recherche de Fermi. Pendant leur séjour à Rome, Fermi et son groupe de recherche ont apporté d'importantes contributions dans divers domaines pratiques et théoriques de la physique. En 1928, Fermi publie son ouvrage fondateur, Introduction à la physique atomique (Introduzione alla fisica atomica), qui sert de manuel contemporain et accessible aux étudiants universitaires italiens. Pour diffuser les connaissances sur le domaine émergent de la physique, Fermi a également donné des conférences publiques et rédigé des articles de vulgarisation destinés aux scientifiques et aux éducateurs. Son approche pédagogique comprenait des rencontres quotidiennes avec des collègues et des étudiants diplômés pour analyser collectivement des problèmes, souvent tirés de ses recherches en cours. L'afflux croissant d'étudiants étrangers en Italie témoigne de son influence. Parmi ces chercheurs internationaux, le plus éminent était le physicien allemand Hans Bethe, arrivé à Rome en tant que membre de la Fondation Rockefeller et co-auteur d'un article de 1932 avec Fermi intitulé « Sur l'interaction entre deux électrons » (allemand : Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen). Au cours de cette période, les physiciens ont été confrontés à un phénomène déroutant connu sous le nom de désintégration bêta, caractérisé par l'émission d'un électron depuis le noyau atomique. Pour soutenir le principe de conservation de l'énergie, Pauli a émis l'hypothèse de l'émission simultanée d'une particule invisible et sans charge possédant une masse négligeable ou nulle. Fermi a ensuite adopté ce concept, le développant initialement dans un article préliminaire en 1933, suivi d'une publication plus complète l'année suivante qui introduisait officiellement la particule postulée, que Fermi désignait comme un « neutrino ». Son cadre théorique, initialement appelé interaction de Fermi et reconnu plus tard comme théorie de l'interaction faible, élucidait l'une des quatre forces fondamentales de la nature. L'existence du neutrino a été confirmée expérimentalement à titre posthume, et la théorie des interactions de Fermi a fourni l'explication de sa détectabilité insaisissable. Lors de la soumission de son manuscrit à la revue britannique Nature, l'éditeur l'a rejeté, affirmant que son contenu spéculatif était « trop éloigné de la réalité physique pour intéresser les lecteurs ». Selon David N. Schwartz, biographe de Fermi, il est étrange que Fermi cherchait sincèrement à être publié dans Nature, étant donné que la revue de l'époque publiait exclusivement de brèves communications et n'était donc pas adaptée à la diffusion même d'une nouvelle théorie physique. Un lieu plus approprié, le cas échéant, aurait été les Actes de la Royal Society of London. Schwartz est d'accord avec l'hypothèse proposée par certains chercheurs, suggérant que le rejet de la revue britannique a incité les jeunes collègues de Fermi (dont certains étaient juifs et de gauche) à abandonner leur boycott des publications scientifiques allemandes après l'arrivée au pouvoir d'Hitler en janvier 1933. Par conséquent, la théorie de Fermi a été publiée dans des éditions italienne et allemande avant sa traduction anglaise. Dans les remarques introductives de la traduction anglaise de 1968, le physicien Fred L. Wilson a observé : La théorie de Fermi, en plus de renforcer la proposition de Pauli sur le neutrino, a une signification particulière dans l'histoire de la physique moderne. Il faut se rappeler que seuls les émetteurs β naturels étaient connus au moment où la théorie a été proposée. Plus tard, lorsque la désintégration des positrons a été découverte, le processus a été facilement intégré au cadre original de Fermi. Sur la base de sa théorie, la capture d’un électron orbital par un noyau a été prédite et finalement observée. Avec le temps, les données expérimentales se sont accumulées de manière significative. Bien que des particularités aient été observées à plusieurs reprises dans la désintégration β, la théorie de Fermi a toujours été à la hauteur du défi. En janvier 1934, Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot rapportèrent l'induction réussie de radioactivité dans des éléments par bombardement de particules alpha. En mars de la même année, Gian-Carlo Wick, l'assistant de Fermi, proposa un cadre théorique pour ce phénomène, s'appuyant sur la théorie établie de Fermi sur la désintégration bêta. Par conséquent, Fermi s'est concentré sur la physique expérimentale, en utilisant spécifiquement le neutron, une particule découverte par James Chadwick en 1932. En mars 1934, Fermi avait pour objectif d'étudier la possibilité d'induire de la radioactivité à l'aide d'une source de neutrons au polonium-béryllium développée par Rasetti. Les neutrons, dépourvus de charge électrique, ne subiraient pas de déviation par le noyau atomique chargé positivement. Cette caractéristique impliquait que les neutrons nécessitaient beaucoup moins d'énergie pour pénétrer dans le noyau que les particules chargées, éliminant ainsi le besoin d'un accélérateur de particules, un dispositif non disponible pour le groupe Via Panisperna. Fermi a eu l'idée de remplacer la source de neutrons polonium-béryllium par une variante radon-béryllium. Il l'a construit en remplissant une ampoule de verre avec de la poudre de béryllium, en évacuant l'air, puis en introduisant 50 mCi de radon, fourni par Giulio Cesare Trabacchi. Cette nouvelle configuration a produit une source de neutrons nettement plus puissante, bien que son efficacité ait diminué en fonction de la demi-vie de 3,8 jours du radon. Bien qu’il ait reconnu que cette source émettrait également des rayons gamma, Fermi a émis l’hypothèse que ces émissions ne compromettraient pas les résultats expérimentaux. Ses premières expériences consistaient à bombarder du platine, un élément facilement disponible doté d'un numéro atomique élevé, mais ces tentatives se sont révélées infructueuses. Par la suite, il a expérimenté avec l’aluminium, observant qu’il émettait une particule alpha, produisait du sodium, puis se désintégrait en magnésium via l’émission de particules bêta. Sans succès avec le plomb, il a ensuite utilisé du fluor, sous forme de fluorure de calcium, qui émettait une particule alpha, générait de l'azote, puis se désintégrait en oxygène par émission de particules bêta. Au total, Fermi a réussi à induire la radioactivité de 22 éléments distincts. Fermi a rapidement publié sa découverte de la radioactivité induite par les neutrons dans la revue italienne La Ricerca Scientifica le 25 mars 1934. La radioactivité inhérente au thorium et à l'uranium a compliqué l'analyse des expériences de bombardement neutronique impliquant ces éléments. Cependant, après avoir méticuleusement exclu la présence d'éléments plus légers que l'uranium mais plus lourds que le plomb, Fermi en déduisit que de nouveaux éléments, qu'il nomma ausénium et hespérium, avaient été synthétisés. La chimiste Ida Noddack a proposé une interprétation alternative, suggérant que certains résultats expérimentaux auraient pu aboutir à des éléments plus légers que le plomb, plutôt qu'à la formation de nouveaux éléments plus lourds. Son hypothèse a été largement rejetée à l’époque, principalement parce que son groupe de recherche n’avait ni mené d’expériences sur l’uranium ni établi de fondement théorique pour une telle possibilité. À cette époque, la fission nucléaire était considérée comme théoriquement improbable, voire totalement impossible. Bien que les physiciens aient anticipé la formation d'éléments avec des numéros atomiques plus élevés grâce au bombardement neutronique d'éléments plus légers, l'idée selon laquelle les neutrons possédaient suffisamment d'énergie pour diviser un atome plus lourd en deux fragments plus légers, comme le proposait Noddack, n'était pas largement acceptée. Le groupe Via Panisperna a également observé plusieurs effets anormaux au cours de ses expériences. Notamment, le dispositif expérimental semble donner des résultats plus favorables lorsqu’il est réalisé sur une table en bois plutôt que sur une surface en marbre. Rappelant les observations de Joliot-Curie et Chadwick concernant l'efficacité de la cire de paraffine pour modérer les neutrons, Fermi décide de l'incorporer dans ses expériences. Lorsque les neutrons traversaient la cire de paraffine, ils induisaient une radioactivité centuplée dans l’argent par rapport aux bombardements menés sans paraffine. Fermi a émis l'hypothèse que ce phénomène était attribuable aux atomes d'hydrogène présents dans la paraffine. De la même manière, la teneur en hydrogène du bois explique la disparité observée entre les plateaux de table en bois et en marbre. Cette hypothèse a été renforcée en reproduisant l’effet en utilisant de l’eau. Il a conclu que les collisions avec des atomes d’hydrogène décéléraient efficacement les neutrons. Un neutron perd plus d'énergie par collision lorsqu'il interagit avec des noyaux de numéro atomique inférieur, nécessitant par conséquent moins de collisions pour atteindre un degré spécifique de décélération. Fermi a reconnu que cette décélération entraînait une augmentation de la radioactivité car les neutrons lents présentaient une probabilité de capture plus élevée que les neutrons rapides. Pour décrire mathématiquement ce processus, il a formulé une équation de diffusion, appelée par la suite équation de l'âge de Fermi. En 1938, Fermi reçut le prix Nobel de physique à l'âge de 37 ans pour ses « démonstrations de l'existence de nouveaux éléments radioactifs produits par irradiation neutronique et pour sa découverte connexe des réactions nucléaires provoquées par les neutrons lents ». Au lieu de retourner en Italie après avoir reçu le prix à Stockholm, Fermi et sa famille se rendirent à New York en décembre 1938, où ils cherchèrent la résidence permanente. Leur décision de s'installer en Amérique et de devenir citoyen américain était principalement motivée par les lois raciales en vigueur en Italie. À son arrivée à New York le 2 janvier 1939, Fermi reçut immédiatement des offres de cinq universités, acceptant finalement un poste à l'Université de Columbia, où il avait déjà donné des cours d'été en 1936. Il fut informé qu'en décembre 1938, les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann avaient identifié le baryum suite au bombardement neutronique de l'uranium, un phénomène interprété par la suite par Lise Meitner et son neveu Otto Frisch comme nucléaire. fission. Frisch corrobora expérimentalement cette découverte le 13 janvier 1939. La nouvelle de l'interprétation de Meitner et Frisch de la découverte de Hahn et Strassmann fut transmise outre-Atlantique par Niels Bohr, qui devait donner une conférence à l'Université de Princeton. Isidor Isaac Rabi et Willis Lamb, deux physiciens de l'Université Columbia travaillant à Princeton, ont appris la découverte et l'ont relayée à Columbia. Alors que Rabi prétendait avoir informé Fermi, Fermi a ensuite attribué la divulgation à Lamb : Je me souviens très bien du premier mois, janvier 1939, où j'ai commencé à travailler aux laboratoires Pupin parce que les choses ont commencé à aller très vite. À cette époque, Niels Bohr donnait une conférence à l'Université de Princeton et je me souviens qu'un après-midi, Willis Lamb est revenu très excité et a déclaré que Bohr avait divulgué d'excellentes nouvelles. La grande nouvelle qui avait fuité était la découverte de la fission et au moins les grandes lignes de son interprétation. Puis, un peu plus tard le même mois, il y a eu une réunion à Washington où l'importance possible du phénomène de fission récemment découvert a été discutée pour la première fois avec un sérieux semi-plaisantier en tant que source possible d'énergie nucléaire. L'hypothèse antérieure de Noddack a finalement été validée. Fermi avait écarté la perspective d'une fission sur la base de ses calculs, ayant négligé l'énergie de liaison générée lorsqu'un nucléide possédant un nombre impair de neutrons assimilait un neutron supplémentaire. Pour Fermi, cette révélation a entraîné un embarras professionnel important, car les éléments transuraniens pour lesquels il avait partiellement reçu le prix Nobel n'étaient pas des éléments transuraniens mais plutôt des produits de fission. Il a donc ajouté une note de bas de page traitant de cette correction à son discours d'acceptation du prix Nobel. Les scientifiques de Columbia ont décidé d'étudier la libération d'énergie associée à la fission nucléaire de l'uranium lorsqu'il est bombardé par des neutrons. Le 25 janvier 1939, dans le sous-sol de Pupin Hall à Columbia, une équipe expérimentale comprenant Fermi exécuta la première expérience de fission nucléaire aux États-Unis. Les autres membres de l'équipe comprenaient Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe et Francis G. Slack. Le lendemain, la cinquième Conférence de Washington sur la physique théorique a débuté à Washington, D.C., parrainée conjointement par l'Université George Washington et la Carnegie Institution de Washington. Là, les découvertes concernant la fission nucléaire ont été diffusées plus largement, stimulant ainsi de nombreuses démonstrations expérimentales ultérieures. Les scientifiques français Hans von Halban, Lew Kowarski et Frédéric Joliot-Curie ont initialement démontré que l'uranium, lorsqu'il est bombardé de neutrons, émettait plus de neutrons qu'il n'en absorbait, indiquant ainsi le potentiel d'une réaction en chaîne. Enrico Fermi et Herbert L. Anderson ont confirmé indépendamment cette découverte quelques semaines plus tard. Pour faciliter les expériences de fission à plus grande échelle, Leó Szilárd a acheté 200 kilogrammes (440 lb) d'oxyde d'uranium auprès du producteur canadien Eldorado Gold Mines Limited. Par la suite, Fermi et Szilárd ont collaboré au développement d'un dispositif capable de réaliser une réaction nucléaire auto-entretenue, qui sera plus tard connue sous le nom de réacteur nucléaire. Un défi important était le taux élevé d’absorption des neutrons par l’hydrogène présent dans l’eau, rendant improbable une réaction auto-entretenue avec l’uranium naturel et l’eau comme modérateur de neutrons. Fermi, s'appuyant sur ses recherches sur les neutrons, a proposé d'utiliser des blocs d'oxyde d'uranium avec du graphite comme modérateur au lieu de l'eau, ce qui réduirait théoriquement la capture des neutrons et permettrait une réaction en chaîne auto-entretenue. Szilárd a alors conçu une conception pratique : une « pile » constituée de blocs d'oxyde d'uranium entrecoupés de briques de graphite. Szilárd, Anderson et Fermi ont co-écrit un article intitulé « Production de neutrons dans l'uranium ». Cependant, leurs habitudes de travail et leurs personnalités différentes ont souvent conduit à des difficultés dans leur collaboration. Enrico Fermi a été l'un des premiers scientifiques à alerter les responsables militaires sur les implications potentielles de l'énergie nucléaire, en donnant une conférence sur ce sujet au Département de la Marine le 18 mars 1939. Bien que la réponse de la Marine n'ait pas pleinement répondu à ses attentes, ils ont alloué 1 500 $ pour soutenir la poursuite des recherches à l'Université de Columbia. Plus tard cette année-là, Leó Szilárd, Eugene Wigner et Edward Teller rédigèrent une lettre, ensuite signée par Albert Einstein, qui fut envoyée au président américain Franklin D. Roosevelt. Cette lettre avertissait que l’Allemagne nazie pourrait développer une bombe atomique. En réponse, le président Roosevelt a créé le Comité consultatif sur l'uranium pour enquêter sur ces préoccupations. Le Comité consultatif sur l'uranium a alloué des fonds permettant à Fermi d'acquérir du graphite, qu'il a ensuite utilisé pour construire un tas préliminaire de briques de graphite au septième étage du laboratoire Pupin Hall. En août 1941, Fermi avait amassé six tonnes d'oxyde d'uranium et trente tonnes de graphite, matériaux qu'il employa par la suite pour construire une pile expérimentale encore plus grande dans le Schermerhorn Hall de l'Université de Columbia. Le 18 décembre 1941, la section S-1 du Bureau de recherche et de développement scientifique, anciennement connue sous le nom de Comité consultatif sur l'uranium, se réunit. Avec l’entrée des États-Unis dans la Seconde Guerre mondiale, l’urgence de leur mission s’est intensifiée. Alors que l'objectif principal du comité était la production d'uranium enrichi, Arthur Compton, membre du comité, a identifié le plutonium comme une alternative viable, notant son potentiel de production de masse dans les réacteurs nucléaires à la fin de 1944. Par conséquent, Compton a décidé de consolider les efforts de recherche sur le plutonium à l'Université de Chicago. Fermi, bien qu'hésitant au départ, a déménagé et son équipe de recherche a été intégrée au laboratoire métallurgique nouvellement créé de cette institution. Compte tenu des ramifications inconnues d'une réaction nucléaire autonome, la construction du premier réacteur nucléaire sur le campus de l'Université de Chicago, situé dans une zone urbaine densément peuplée, a été jugée imprudente. Arthur Compton a initialement obtenu un site dans la réserve forestière d'Argonne Woods, à environ 32 km de Chicago, et a engagé Stone & Webster pour son développement. Cependant, un conflit du travail a interrompu ces travaux. Par la suite, Fermi a convaincu Compton que le réacteur pouvait être construit en toute sécurité dans le court de squash situé sous les tribunes du Stagg Field de l'Université de Chicago. La construction de la pile expérimentale a commencé le 6 novembre 1942, et a culminé avec l'atteinte de la criticité de la pile Chicago-1 le 2 décembre. Bien que la pile ait été initialement conçue pour être à peu près sphérique, les calculs en cours de Fermi ont indiqué que la criticité pouvait être atteinte sans terminer la structure entière comme prévu initialement. Cette expérience représentait une réalisation cruciale dans la recherche de l'énergie, illustrant l'approche méticuleuse caractéristique de Fermi, où chaque étape était planifiée avec précision et tous les calculs étaient rigoureusement effectués. Après le lancement réussi de la première réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue, Compton a communiqué cette avancée via un appel téléphonique codé à James B. Conant, qui a été président du Comité de recherche de la Défense nationale. Conant a été contacté par téléphone au bureau du président de l'Université Harvard. La communication transmettait un message codé : "Jim, tu seras intéressé de savoir que le navigateur italien vient d'atterrir dans le nouveau monde." Cela a été suivi d'une clarification semi-excuse, puisque le Comité S-1 avait été informé que l'achèvement du réacteur nécessiterait une semaine supplémentaire ou plus : "la terre n'était pas aussi grande qu'il l'avait estimé, et il est arrivé dans le nouveau monde plus tôt qu'il ne l'avait prévu." Conant a répondu avec enthousiasme, demandant : "Est-ce vrai ?" Il a ensuite demandé : « Les indigènes étaient-ils amicaux ? » La réponse a confirmé : « Tout le monde a atterri sain et sauf. » Pour poursuivre les recherches sans présenter de risque pour la santé publique, le réacteur a ensuite été démonté et transféré sur le site d'Argonne Woods. Sur ce nouveau site, Fermi a supervisé des expériences concernant les réactions nucléaires, capitalisant sur la grande disponibilité de neutrons libres générés par le réacteur. Le champ d'action du laboratoire s'est rapidement étendu au-delà de la physique et de l'ingénierie, intégrant le réacteur pour des applications dans la recherche biologique et médicale. Opérant initialement sous la direction de Fermi en tant que partie intégrante de l'Université de Chicago, Argonne a été créée en tant qu'entité indépendante avec Fermi comme directeur en mai 1944. Le 4 novembre 1943, lorsque le réacteur à graphite X-10 refroidi par air d'Oak Ridge est devenu critique, Fermi était présent pour remédier à tout dysfonctionnement potentiel. Des techniciens l'ont réveillé prématurément pour assurer son observation de l'événement. La mise en service du X-10 a représenté une avancée significative dans le cadre du projet plutonium. Cette installation a fourni des données cruciales pour la conception du réacteur, a facilité la formation du personnel de DuPont au fonctionnement du réacteur et a généré les petites quantités initiales de plutonium produit par le réacteur. Fermi a acquis la citoyenneté américaine en juillet 1944, à la date la plus rapprochée autorisée par la législation en vigueur. En septembre 1944, Fermi a lancé le réacteur B sur le site de Hanford en insérant la première cartouche de combustible à l'uranium ; cette installation a été spécialement conçue pour la production à grande échelle de plutonium. Semblable au X-10, ce réacteur a été conçu par l'équipe de Fermi au laboratoire métallurgique et construit par DuPont, bien qu'il présente une échelle nettement plus grande et utilise un refroidissement par eau. Dans les jours suivants, 838 tubes ont été chargés, conduisant à la criticité du réacteur. Peu après minuit le 27 septembre, les opérateurs ont commencé le retrait des barres de commande pour lancer la production de plutonium. Dans un premier temps, les opérations se sont déroulées sans problème ; cependant, vers 03h00, le niveau de puissance a commencé à baisser, aboutissant à un arrêt complet du réacteur à 06h30. L'armée et DuPont ont demandé des explications à l'équipe de Fermi. Des investigations ont été menées sur l'eau de refroidissement pour vérifier la présence de fuites ou de contaminations. Le lendemain, le réacteur a redémarré de manière inattendue, pour cesser à nouveau de fonctionner au bout de quelques heures. Le problème a finalement été attribué à un empoisonnement aux neutrons provoqué par le xénon 135 (Xe-135), un produit de fission caractérisé par une demi-vie de 9,1 à 9,4 heures. Fermi et John Wheeler ont conclu indépendamment que le Xe-135 était responsable de l'absorption des neutrons dans le réacteur, entravant ainsi le processus de fission. Emilio Segrè, un collègue, conseilla à Fermi de consulter Chien-Shiung Wu, qui préparait alors un manuscrit sur ce sujet pour publication dans la Physical Review. En examinant le projet, Fermi et ses collègues scientifiques ont corroboré leurs hypothèses : le Xe-135 a manifestement absorbé des neutrons, présentant une section efficace de neutrons exceptionnellement grande. DuPont s'était écarté de la conception initiale du laboratoire métallurgique, qui prévoyait 1 500 tubes disposés circulairement, en incorporant 504 tubes supplémentaires pour occuper les sections d'angle. Initialement, les scientifiques avaient considéré cette modification de conception comme un exemple de sur-ingénierie, représentant une allocation inefficace des ressources ; Cependant, Fermi a reconnu que le chargement des 2 004 tubes permettrait au réacteur d'atteindre le niveau de puissance requis et d'optimiser la production de plutonium. En avril 1943, Fermi présenta à Robert Oppenheimer une proposition concernant l'utilisation potentielle de sous-produits radioactifs issus des processus d'enrichissement pour contaminer l'approvisionnement alimentaire allemand. Cette proposition découle des inquiétudes concernant l'état avancé perçu du projet allemand de bombe atomique, couplées au scepticisme contemporain de Fermi quant au développement rapide d'une bombe atomique. Oppenheimer a ensuite délibéré sur cette proposition « prometteuse » avec Edward Teller, qui a plaidé pour l'application du strontium-90. James B. Conant et Leslie Groves ont reçu des séances d'information sur la question ; cependant, Oppenheimer a stipulé que le plan ne se poursuivrait que si l'arme pouvait contaminer une quantité suffisante de nourriture pour provoquer la mort d'un demi-million d'individus. Au milieu de l'année 1944, Oppenheimer recruta avec succès Fermi pour le projet Y, situé à Los Alamos, au Nouveau-Mexique. À son arrivée en septembre, Fermi a assumé le rôle de directeur associé, supervisant la physique nucléaire et théorique, et a ensuite été nommé chef de la division F, qui portait son nom. Cette division comprenait quatre branches distinctes : F-1 Super et General Theory, dirigées par Teller, axées sur la bombe « Super » (thermonucléaire) ; F-2 Water Boiler, sous la direction de L. D. P. King, gérait le réacteur de recherche aqueux homogène « chaudière à eau » ; F-3 Super Experimentation, réalisé par Egon Bretscher ; et F-4 Fission Studies, dirigé par Anderson. Le 16 juillet 1945, Fermi fut témoin du test Trinity et conçut une méthode expérimentale pour estimer le rendement de la bombe en lâchant des bandes de papier dans l'onde de souffle. En mesurant la distance parcourue par l'explosion sur ces bandes, il a calculé le rendement à dix kilotonnes de TNT, alors que le rendement réel était d'environ 18,6 kilotonnes. Fermi, aux côtés d'Oppenheimer, Compton et Ernest Lawrence, a fait partie du comité scientifique chargé de conseiller le comité intérimaire concernant la sélection des cibles. Ce panel a souscrit à la recommandation du comité selon laquelle les bombes atomiques devraient être déployées sans avertissement préalable contre des cibles industrielles. Semblable à ses collègues du laboratoire de Los Alamos, Fermi a appris les bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki via le système de sonorisation situé dans la zone technique. Fermi était convaincu que les bombes atomiques ne dissuaderaient pas efficacement les nations de déclencher des conflits, et il ne considérait pas non plus les conditions existantes comme étant propices à l'établissement d'un gouvernement mondial. Par conséquent, il a choisi de ne pas s'affilier à l'Association des scientifiques de Los Alamos. Le 1er juillet 1945, Fermi fut nommé professeur émérite de physique Charles H. Swift à l'Université de Chicago, bien que lui et sa famille ne quittèrent le laboratoire de Los Alamos que le 31 décembre 1945. En 1945, il fut intronisé à l'Académie nationale des sciences des États-Unis. Le Laboratoire métallurgique a été rebaptisé Laboratoire national d'Argonne le 1er juillet 1946, ce qui en fait le premier laboratoire national créé dans le cadre du projet Manhattan. La proximité géographique entre Chicago et Argonne a facilité l'engagement de Fermi dans les deux institutions. À Argonne, il a poursuivi des études de physique expérimentale et mené des recherches sur la diffusion des neutrons en collaboration avec Leona Marshall. En outre, il a engagé des discussions sur la physique théorique avec Maria Mayer, contribuant ainsi à ses connaissances sur le couplage spin-orbite, ce qui lui a valu par la suite le prix Nobel. Le 1er janvier 1947, la Commission de l'énergie atomique (AEC) a remplacé le projet Manhattan. Fermi a occupé un poste au sein du Comité consultatif général de l'AEC, un organisme scientifique de premier plan présidé par Robert Oppenheimer. De plus, il consacre régulièrement plusieurs semaines par an au Laboratoire national de Los Alamos, s'engageant dans des collaborations avec Nicholas Metropolis et avec John von Neumann sur le phénomène d'instabilité de Rayleigh-Taylor, qui décrit la dynamique à l'interface de deux fluides de densités différentes. Après l'explosion de la première bombe à fission soviétique en août 1949, Fermi, en collaboration avec Isidor Rabi, a rédigé un rapport solide pour le comité, exprimant son opposition au développement d'une bombe à hydrogène basée sur des considérations à la fois éthiques et techniques. Malgré cela, Fermi a maintenu son implication dans la recherche sur la bombe à hydrogène à Los Alamos en tant que consultant. En collaboration avec Stanislaw Ulam, il a déterminé que la quantité requise de tritium pour le modèle d'arme thermonucléaire de Teller serait prohibitive et que même avec une quantité aussi importante, la propagation d'une réaction de fusion ne pourrait être garantie. En 1954, Fermi était l'un des nombreux scientifiques qui ont témoigné en faveur d'Oppenheimer lors de l'audience de sécurité d'Oppenheimer, qui a finalement conduit à la révocation de l'habilitation de sécurité d'Oppenheimer. Au cours de sa carrière ultérieure, Fermi a maintenu son affiliation académique à l'Université de Chicago, où il a cofondé l'institution désignée par la suite sous le nom d'Institut Enrico Fermi. Ses doctorants dans l'après-guerre comprenaient Owen Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee, Arthur Rosenfeld et Sam Treiman. Jack Steinberger était un étudiant diplômé et Mildred Dresselhaus a été considérablement influencée par Fermi au cours de leur année de doctorat en chevauchement. Fermi a mené des recherches cruciales en physique des particules, notamment concernant les pions et les muons. Il a formulé les premières prédictions de la résonance pion-nucléon, en employant des méthodologies statistiques, car il estimait que des solutions précises n'étaient pas nécessaires lorsque la théorie sous-jacente était intrinsèquement erronée. Dans une publication collaborative avec Chen Ning Yang, il a émis l'hypothèse que les pions pourraient constituer des particules composites, une idée développée par la suite par Shoichi Sakata. Ce concept a depuis été remplacé par le modèle des quarks, qui postule que les pions sont composés de quarks, complétant ainsi le modèle original de Fermi et validant son approche méthodologique. Fermi est l'auteur d'un article fondateur, "Sur l'origine du rayonnement cosmique", postulant que les rayons cosmiques provenaient de matériaux accélérés par des champs magnétiques interstellaires, une hypothèse qui a généré une divergence d'opinion notable avec Teller. Fermi a également étudié la complexité des champs magnétiques dans les bras spiraux des galaxies. En outre, il a envisagé ce qui est maintenant reconnu comme le « paradoxe de Fermi » : la contradiction apparente entre la forte probabilité de vie extraterrestre et l'absence de contact observé. À l'approche de la fin de sa vie, Fermi a exprimé des réserves quant à la capacité collective de la société à prendre des décisions judicieuses concernant la technologie nucléaire, déclarant : Certains d'entre vous se demanderont peut-être à quoi sert de travailler si dur simplement pour rassembler quelques faits qui ne procureront aucun plaisir sauf à quelques professeurs aux cheveux longs qui aiment collectionner de telles choses et ne seront d'aucune utilité à personne car seuls quelques spécialistes, au mieux, seront capables de les comprendre ? En réponse à de telles questions, je peux hasarder une prédiction assez sûre. L'histoire de la science et de la technologie nous a toujours enseigné que les progrès scientifiques dans la compréhension fondamentale ont tôt ou tard conduit à des applications techniques et industrielles qui ont révolutionné notre mode de vie. Il me semble improbable que cet effort visant à atteindre la structure de la matière constitue une exception à cette règle. Ce qui est moins sûr, et ce que nous espérons tous ardemment, c'est que l'homme deviendra bientôt suffisamment adulte pour faire bon usage des pouvoirs qu'il acquiert sur la nature. En octobre 1954, Fermi subit une intervention chirurgicale « exploratoire » à l'hôpital Billings Memorial, après quoi il rentra chez lui. Cinquante jours plus tard, il a succombé à un cancer de l'estomac inopérable dans sa résidence de Chicago, à l'âge de 53 ans. Fermi soupçonnait que travailler à proximité de la pile nucléaire comportait des risques importants, mais il a persisté, estimant que les avantages potentiels l'emportaient sur les dangers pour sa sécurité personnelle. Notamment, deux de ses étudiants assistants diplômés qui travaillaient également près de la pile sont décédés par la suite d'un cancer. Un service commémoratif a été organisé à la chapelle de l'Université de Chicago, où ses collègues Samuel K. Allison, Emilio Segrè et Herbert L. Anderson ont prononcé des éloges funèbres pour pleurer la perte de l'un des physiciens les plus brillants et les plus productifs au monde. Ses restes ont été enterrés au cimetière d'Oak Woods, à la suite d'un service funéraire privé pour la famille immédiate, présidé par un aumônier luthérien. Enrico Fermi a reçu de nombreuses distinctions pour ses contributions scientifiques, notamment la médaille Matteucci (1926), le prix Nobel de physique (1938), la médaille Hughes (1942), la médaille Franklin (1947) et le prix Rumford (1953). Son rôle central dans le projet Manhattan a été reconnu par la Médaille du mérite en 1946. La carrière distinguée de Fermi a également conduit à son élection en tant que membre de l'American Philosophical Society en 1939 et membre étranger de la Royal Society (FRS) en 1950. Une plaque commémorative honorant Fermi se trouve dans la basilique de Santa Croce, à Florence, souvent appelée le Temple des gloires italiennes en raison de ses nombreuses inhumations de notables italiens. artistes, scientifiques et personnages historiques. En 1999, le magazine Time a inclus Fermi dans sa compilation des 100 personnalités les plus influentes du XXe siècle. Fermi était largement reconnu comme un rare physicien du XXe siècle ayant fait preuve d'une compétence exceptionnelle dans les domaines théoriques et expérimentaux. Emilio Segrè, radiochimiste et physicien nucléaire, a qualifié Fermi de "dernier physicien universel dans la tradition des grands hommes du XIXe siècle", affirmant qu'il "était la dernière personne à connaître toute la physique de son époque". De même, le chimiste et romancier C. P. Snow a fait remarquer : « Si Fermi était né quelques années plus tôt, on pourrait très bien l'imaginer découvrant le noyau atomique de Rutherford, puis développant la théorie de Bohr sur l'atome d'hydrogène. Si cela ressemble à une hyperbole, tout ce qui concerne Fermi ressemblera probablement à une hyperbole. » Fermi était réputé comme un éducateur inspirant, se distinguant par son attention méticuleuse aux détails, sa clarté et la préparation minutieuse de ses cours. Ces notes de cours ont ensuite été compilées dans des livres publiés. Sa vaste collection de papiers et de cahiers est actuellement conservée à l'Université de Chicago. Victor Weisskopf a observé que Fermi « réussissait toujours à trouver l'approche la plus simple et la plus directe, avec le minimum de complication et de sophistication ». Malgré ses prouesses mathématiques considérables, Fermi a toujours privilégié les solutions simples, évitant les cadres théoriques complexes lorsque des alternatives plus simples étaient disponibles. Il était célèbre pour sa capacité à résoudre rapidement et avec précision des problèmes qui laissaient les autres perplexes. Cette approche distinctive consistant à obtenir des solutions approximatives et rapides grâce à des calculs « au dos de l'enveloppe » est devenue officieusement reconnue sous le nom de « méthode Fermi », une technique désormais largement intégrée dans les programmes éducatifs. Fermi a fréquemment souligné le contexte historique dans lequel Alessandro Volta, au cours de ses travaux de laboratoire, n'aurait pas pu prévoir les profondes implications futures de la recherche en électricité. L'héritage de Fermi est principalement associé à ses contributions fondamentales à l'énergie nucléaire et à l'armement nucléaire, notamment la conceptualisation et la construction du premier réacteur nucléaire, ainsi qu'à son implication dans le développement des premières bombes atomiques et à hydrogène. Son vaste œuvre scientifique a démontré une longévité et une influence remarquables. Les éléments clés de ce travail durable comprennent sa théorie de la désintégration bêta, ses recherches sur les systèmes non linéaires, la découverte des effets des neutrons lents, les études des collisions pion-nucléon et la formulation des statistiques de Fermi-Dirac. De plus, son hypothèse prémonitoire concernant la nature non fondamentale du pion a considérablement fait progresser l'exploration ultérieure des quarks et des leptons. Dans son attitude personnelle, Fermi incarnait la simplicité. Il a fait preuve d'une vigueur remarquable et d'un vif enthousiasme pour les jeux et les sports, où son caractère compétitif ressortait fréquemment. Par exemple, il a pratiqué le tennis avec une intensité considérable et a assumé un rôle de guide lors des ascensions en montagne. On pourrait le qualifier de dictateur bienveillant ; une anecdote rappelle Fermi, au sommet d'une montagne, déclarant : « Eh bien, il est deux minutes moins deux, partons tous à deux heures », ce à quoi tout le monde s'est conformé promptement et docilement. Ce leadership inhérent et cette assurance ont valu à Fermi le surnom de « Pape », ce qui signifie l'infaillibilité perçue de ses déclarations en physique. Il a un jour exprimé son approche pragmatique en déclarant : « Je peux calculer n'importe quoi en physique à un facteur 2 près sur quelques feuilles ; obtenir le bon facteur numérique devant la formule peut bien prendre un an à un physicien pour le calculer, mais cela ne m'intéresse pas. » Même si son leadership était convaincant, il représentait parfois un défi pour l'autonomie de ses collaborateurs. Un incident mémorable survenu à sa résidence a vu Fermi intervenir alors que sa femme coupait du pain, affirmant une philosophie différente sur la tâche, prenant le couteau et procédant à la coupe, convaincu de la supériorité de sa méthode. Pourtant, ces actions n’ont pas été perçues comme offensantes ; ils ont plutôt contribué à sa charmante personnalité, le rendant attachant aux autres. Ses intérêts en dehors de la physique étaient particulièrement limités ; en entendant de la musique jouée sur le piano de Teller, il a admis que son appréciation musicale s'étendait uniquement aux mélodies simples. De nombreuses entités ont été nommées en l'honneur de Fermi. Il s'agit notamment de l'accélérateur de particules et du laboratoire de physique Fermilab à Batavia, dans l'Illinois, qui a reçu sa désignation en son honneur en 1974. De plus, le télescope spatial Fermi Gamma-ray, nommé en 2008, reconnaît ses contributions significatives à la recherche sur les rayons cosmiques. Par ailleurs, trois installations de réacteurs nucléaires portent son nom : les centrales nucléaires Fermi 1 et Fermi 2 situées à Newport, Michigan ; la centrale nucléaire Enrico Fermi située à Trino Vercellese, en Italie ; et le réacteur de recherche RA-1 Enrico Fermi en Argentine. L'élément synthétique Fermium, identifié à partir des restes de l'essai nucléaire d'Ivy Mike en 1952, a été nommé pour commémorer l'impact profond de Fermi sur la communauté scientifique. Par conséquent, il fait partie des 16 scientifiques reconnus pour avoir nommé un élément chimique en leur honneur. Depuis 1956, la Commission de l'énergie atomique des États-Unis, puis le Département américain de l'énergie à partir de 1977, ont décerné sa distinction la plus prestigieuse, le prix Fermi, en sa mémoire. Les récipiendaires notables de ce prix incluent Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller et Hans Bethe.Professeur à Rome
Les conséquences de la théorie de Fermi sont vastes. Par exemple, la spectroscopie β s’est avérée être un outil puissant pour l’étude de la structure nucléaire. Mais l’aspect le plus marquant des travaux de Fermi réside peut-être dans le fait que sa forme particulière d’interaction β a établi un modèle approprié pour l’étude d’autres types d’interactions. Ce fut la première théorie réussie de la création et de l’annihilation de particules matérielles. Auparavant, seuls les photons étaient créés et détruits.Projet Manhattan
Activités d'après-guerre
Mort
Impact et héritage
Héritage
Nomenclature honorant Fermi
Publications
Références
Sources
Bernstein, Barton J. "Quatre physiciens et la bombe : les premières années, 1945-1950." Études historiques en sciences physiques et biologiques (1988) 18#2 ; cet article examine les rôles d'Oppenheimer, Fermi, Lawrence et Compton.
"À Fermi – avec amour – Partie 1." Segment radio Voix du projet Manhattan 1971.