Enrico Fermi

Enrico Fermi (italiano: [enˈriːko ˈfermi]; 29 settembre 1901 – 28 novembre 1954) è stato un illustre fisico italo-americano, ampiamente riconosciuto per il suo ruolo fondamentale nella creazione del primo reattore nucleare artificiale al mondo, il Chicago Pile-1, e per il suo coinvolgimento nel Progetto Manhattan. Nel 1938 gli fu assegnato il Premio Nobel per la fisica per "le sue dimostrazioni dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall'irradiazione di neutroni e per la connessa scoperta delle reazioni nucleari provocate dai neutroni lenti". Fermi è stato definito postumo sia come "l'architetto dell'era nucleare" che come "l'architetto della bomba atomica". In particolare, fu tra i rari fisici che raggiunsero un'eccezionale competenza sia nella fisica teorica che sperimentale. Collaborando con i suoi colleghi, Fermi presentò numerosi brevetti riguardanti le applicazioni dell'energia nucleare, che furono tutti successivamente acquisiti dal governo degli Stati Uniti. I suoi contributi significativi abbracciarono lo sviluppo della meccanica statistica, della teoria quantistica e dei campi della fisica nucleare e delle particelle.

Enrico Fermi (italiano: [enˈriːkoˈfermi]; 29 settembre 1901 – 28 novembre 1954) è stato un fisico italo-americano, noto per essere stato il creatore del primo reattore nucleare artificiale al mondo, il Chicago Pile-1, e membro del Progetto Manhattan. Vinse il Premio Nobel per la fisica nel 1938 "per le sue dimostrazioni dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall'irradiazione di neutroni e per la connessa scoperta delle reazioni nucleari provocate dai neutroni lenti". È stato definito "l'architetto dell'era nucleare" e "l'architetto della bomba atomica". Fu uno dei pochissimi fisici ad eccellere sia nella fisica teorica che sperimentale. Insieme ai suoi colleghi, Fermi depositò diversi brevetti relativi all'uso dell'energia nucleare, che furono tutti rilevati dal governo degli Stati Uniti. Diede un contributo significativo allo sviluppo della meccanica statistica, della teoria quantistica e della fisica nucleare e delle particelle.

Il contributo significativo iniziale di Fermi fu nel campo della meccanica statistica. Dopo la formulazione del principio di esclusione da parte di Wolfgang Pauli nel 1925, Fermi pubblicò un articolo applicando questo principio a un gas ideale, utilizzando un quadro statistico ora chiamato statistica di Fermi-Dirac. Attualmente, le particelle che aderiscono al principio di esclusione sono designate come "fermioni". Pauli successivamente ipotizzò l'esistenza di una particella invisibile e scarica emessa contemporaneamente a un elettrone durante il decadimento beta, un postulato inteso a sostenere la legge di conservazione dell'energia. Fermi adottò questo concetto, sviluppando un modello che integrava la particella proposta, che battezzò "neutrino". Il suo quadro teorico, inizialmente noto come interazione di Fermi e attualmente denominato interazione debole, ha chiarito una delle quattro forze fondamentali della natura. Attraverso esperimenti che prevedevano l'induzione di radioattività utilizzando il neutrone recentemente identificato, Fermi accertò che i neutroni lenti venivano catturati più facilmente dai nuclei atomici rispetto a quelli veloci, sviluppando successivamente l'equazione dell'età di Fermi per caratterizzare questo fenomeno. Bombardando il torio e l'uranio con neutroni lenti, dedusse la creazione di nuovi elementi. Nonostante abbiano ricevuto il Premio Nobel per questa presunta scoperta, questi "nuovi elementi" furono successivamente identificati come prodotti della fissione nucleare.

Nel 1938, Fermi lasciò l'Italia per eludere le leggi razziali italiane recentemente emanate, che colpirono direttamente la moglie ebrea, Laura Capon. Successivamente emigrò negli Stati Uniti, dove contribuì al Progetto Manhattan durante la seconda guerra mondiale. All'Università di Chicago, Fermi guidò il team responsabile della progettazione e della costruzione della Chicago Pile-1, che raggiunse la criticità il 2 dicembre 1942, dimostrando così la prima reazione nucleare a catena autosufficiente avviata dall'uomo. Era presente per la criticità del reattore di grafite X-10 a Oak Ridge, nel Tennessee, nel 1943, e per il reattore B nel sito di Hanford l'anno successivo. A Los Alamos, Fermi diresse la Divisione F, una parte della quale fu dedicata allo sviluppo della bomba termonucleare "Super" di Edward Teller. Il 16 luglio 1945 partecipò al test Trinity, la detonazione inaugurale di una bomba nucleare completa, dove impiegò il suo caratteristico metodo Fermi per stimare la resa dell'arma.

Nel dopoguerra, Fermi giocò un ruolo cruciale nella creazione dell'Institute for Nuclear Studies a Chicago e prestò servizio nel Comitato consultivo generale, presieduto da J. Robert Oppenheimer, che fornì consulenza alla Commissione per l'energia atomica su questioni nucleari. Dopo la detonazione della prima bomba a fissione sovietica nell'agosto 1949, espresse una forte opposizione allo sviluppo di una bomba all'idrogeno, citando obiezioni sia morali che tecniche. Fu tra gli scienziati che testimoniarono a sostegno di Oppenheimer durante l'udienza del 1954, che alla fine portò alla revoca del nulla osta di sicurezza di Oppenheimer.

Fermi condusse ricerche significative nella fisica delle particelle, in particolare riguardo a pioni e muoni, e teorizzò che i raggi cosmici provenivano da materiale accelerato da campi magnetici nello spazio interstellare. Numerosi riconoscimenti, concetti teorici e istituzioni scientifiche portano il nome di Fermi, tra cui il Fermi 1 (reattore autofertilizzante), la stazione di generazione nucleare Enrico Fermi, il Premio Enrico Fermi, l'Istituto Enrico Fermi, il Laboratorio Nazionale Acceleratore Fermi (Fermilab), il Telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, il paradosso di Fermi e l'elemento sintetico fermio. Questa distinzione lo colloca tra i soli 16 scienziati onorati con un elemento che porta il loro nome.

Primi anni

Nato a Roma, in Italia, il 29 settembre 1901, Enrico Fermi era il terzo figlio di Alberto Fermi, capo divisione del Ministero delle Ferrovie, e Ida de Gattis, maestra elementare. Aveva una sorella maggiore, Maria, e un fratello maggiore, Giulio. Dopo un periodo di balia in una comunità rurale, Enrico raggiunse la famiglia a Roma all'età di due anni e mezzo. Nonostante fosse stato battezzato cattolico per onorare i desideri dei nonni, la sua famiglia mancava di una forte osservanza religiosa; Fermi mantenne una posizione agnostica per tutta la sua vita adulta. In gioventù condivise gli interessi con Giulio, dedicandosi alla costruzione di motori elettrici e divertendosi con vari dispositivi elettrici e meccanici. Tragicamente, Giulio morì nel 1915 durante un intervento chirurgico per un ascesso alla gola, e Maria morì in un incidente aereo vicino a Milano nel 1959.

Mentre era in un mercato locale a Campo de' Fiori, Fermi scoprì un trattato di fisica di 900 pagine, Elementorum physicae mathematicae. Scritto in latino dal gesuita padre Andrea Caraffa, professore al Collegio Romano, questo volume trattava in modo esauriente la matematica, la meccanica classica, l'astronomia, l'ottica e l'acustica, riflettendo la comprensione scientifica prevalente al momento della sua pubblicazione nel 1840. Insieme al suo amico con inclinazioni scientifiche, Enrico Persico, Fermi intraprese vari progetti, tra cui la costruzione di giroscopi ed esperimenti per misurare l'accelerazione gravitazionale della Terra.

Enrico incontrava spesso suo padre, Alberto, fuori dal suo ufficio dopo il lavoro, e nel 1914 gli fu presentato il collega di Alberto, Adolfo Amidei, che accompagnava regolarmente suo padre per un tratto del percorso verso casa.

Consapevole dell'interesse di Adolfo per la matematica e la fisica, Enrico colse l'occasione per porre una domanda sulla geometria. Adolfo riconobbe che il giovane Fermi stava indagando sulla geometria proiettiva e successivamente gli fornì un libro sull'argomento di Theodor Reye. Nel giro di due mesi Fermi restituì il libro, avendo risolto con successo tutti i problemi presentati, alcuni dei quali Adolfo considerava impegnativi. Dopo aver verificato i risultati di Fermi, Adolfo lo definì "un prodigio, almeno per quanto riguarda la geometria" e continuò a fargli da mentore, fornendo testi aggiuntivi di fisica e matematica. Adolfo osservò l'eccezionale memoria di Fermi, che gli permetteva di conservare accuratamente il contenuto dei libri e di restituirli subito dopo la lettura.

Scuola Normale Superiore a Pisa

Fermi completò il liceo nel luglio 1918, superando il terzo anno. Seguendo la raccomandazione di Amidei, Fermi acquisì la conoscenza della lingua tedesca per accedere alla letteratura scientifica contemporanea e successivamente si iscrisse alla prestigiosa Scuola Normale Superiore di Pisa. Amidei riteneva che la Scuola offrisse opportunità di sviluppo superiori per Fermi rispetto all'Università La Sapienza di Roma in quel periodo. A causa della recente perdita del figlio, i genitori di Fermi acconsentirono con riluttanza alla sua residenza quadriennale negli alloggi della scuola, lontano da Roma. Fermi ottenne il primo posto nell'impegnativo esame di ammissione, che prevedeva un saggio su "Caratteristiche specifiche dei suoni". Il diciassettenne Fermi impiegò in particolare l'analisi di Fourier per derivare e risolvere l'equazione differenziale parziale che governa un'asta vibrante, spingendo l'esaminatore a dichiarare, dopo l'intervista, che era destinato a diventare un fisico eccezionale.

Mentre frequentava la Scuola Normale Superiore, Fermi fece scherzi con il compagno di studi Franco Rasetti, portando ad una stretta amicizia e collaborazione professionale. Ricevette guida da Luigi Puccianti, il direttore del laboratorio di fisica, che riconobbe di avere poco da impartire a Fermi e spesso gli chiese invece istruzioni. La profonda conoscenza di Fermi della fisica quantistica spinse Puccianti ad affidargli l'incarico di organizzare seminari sull'argomento. Durante questo periodo, Fermi acquisì competenza nel calcolo tensoriale, una tecnica fondamentale per la relatività generale. Sebbene inizialmente avesse scelto la matematica come campo di studio principale, presto passò alla fisica. Ha perseguito in gran parte l'apprendimento autodiretto, concentrandosi sulla relatività generale, sulla meccanica quantistica e sulla fisica atomica.

Dopo la sua ammissione al dipartimento di fisica nel settembre 1920, Fermi si unì a un piccolo gruppo. Considerando il numero limitato di iscritti al dipartimento, che comprendeva solo Fermi, Rasetti e Nello Carrara, Puccianti concesse loro accesso illimitato al laboratorio per le loro attività di ricerca. Fermi propose di indagare sulla cristallografia a raggi X, portando il trio a produrre una fotografia di Laue, che è un'immagine a raggi X di un cristallo. Nel 1921, durante il terzo anno di studi universitari, i primi contributi scientifici di Fermi apparvero sulla rivista italiana Nuovo Cimento. L'articolo inaugurale era intitolato "Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio" (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio). In particolare, questo lavoro prefigurava sviluppi futuri esprimendo la massa come un tensore, un costrutto matematico frequentemente impiegato per caratterizzare oggetti in movimento e sottoposti a trasformazione all'interno di un contesto spaziale tridimensionale. Mentre la meccanica classica definisce la massa come una quantità scalare, la teoria relativistica postula la sua variazione con la velocità. La sua seconda pubblicazione, "Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme di cariche elettromagnetiche e sul peso delle cariche elettromagnetiche" (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche), esplora concetti correlati. Utilizzando i principi della relatività generale, Fermi dimostrò che una carica possiede una massa equivalente a U/c§1415§, dove U rappresenta l'energia elettrostatica del sistema e c denota la velocità della luce.

L'articolo iniziale sembrava evidenziare una discrepanza tra le teorie elettrodinamiche e relativistiche riguardo al calcolo delle masse elettromagnetiche, con la prima che prevedeva un valore di 4/3 U/c². Fermi risolse la questione l'anno successivo in un articolo intitolato "Concernente una contraddizione tra l'elettrodinamica e la teoria relativistica della massa elettromagnetica", dove spiegò che l'incoerenza percepita derivava da principi relativistici. Questo particolare articolo ottenne un notevole riconoscimento, portando alla sua traduzione in tedesco e alla successiva pubblicazione sulla rivista scientifica tedesca Physikalische Zeitschrift nel 1922. Sempre nel 1922, Fermi sottopose alla rivista italiana il suo articolo "Sui fenomeni che accadono vicino a una linea oraria" (Sopra i fenomeni che accadono in prossimità di una linea oraria). I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. All'interno di questa pubblicazione analizzò il Principio di Equivalenza e introdusse il concetto di "coordinate di Fermi". Il suo lavoro ha dimostrato che lungo una linea d'universo prossima alla linea temporale, lo spazio presenta caratteristiche simili allo spazio euclideo.

Nel luglio 1922, Fermi presentò la sua tesi, "Un teorema sulla probabilità e alcune delle sue applicazioni" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni), alla Scuola Normale Superiore, conseguendo la laurea all'età di vent'anni. La sua tesi era incentrata sulla diffrazione dei raggi X. immagini. A quel tempo, la fisica teorica non era formalmente riconosciuta come disciplina accademica in Italia, il che significava che erano generalmente accettate solo tesi di fisica sperimentale. Di conseguenza, i fisici italiani erano riluttanti ad adottare concetti nuovi come quello della relatività, che ebbe origine in Germania. Tuttavia, la competenza di Fermi nel lavoro sperimentale di laboratorio mitigava qualsiasi sfida significativa che questo clima accademico avrebbe potuto presentare.

Nel 1923, mentre contribuiva all'appendice per la traduzione italiana del libro di August Kopff, Fondamenti della relatività di Einstein, Fermi divenne il primo a identificare l'immenso potenziale di energia nucleare insito nell'equazione di Einstein (E = mc§78§), suggerendo il suo potenziale di sfruttamento. Ha postulato che: "Non sembra possibile, almeno nel prossimo futuro, trovare un modo per rilasciare queste terribili quantità di energia, il che è positivo perché il primo effetto di un'esplosione di una tale terribile quantità di energia sarebbe quello di ridurre in mille pezzi il fisico che ha avuto la sfortuna di trovare un modo per farlo."

Durante il 1923-1924, Fermi intraprese un semestre di studio con Max Born presso l'Università di Göttingen, dove incontrò Werner Heisenberg e Pascual Jordan. Successivamente, da settembre a dicembre 1924, Fermi proseguì gli studi a Leida con Paul Ehrenfest, sostenuto da una borsa di studio della Fondazione Rockefeller ottenuta grazie all'intervento del matematico Vito Volterra. A Leida incontrò Hendrik Lorentz e Albert Einstein e stabilì amicizie con Samuel Goudsmit e Jan Tinbergen. Dal gennaio 1925 alla fine del 1926 Fermi tenne un incarico di insegnamento di fisica matematica e meccanica teorica presso l'Università di Firenze, collaborando con Rasetti ad esperimenti che studiavano l'influenza dei campi magnetici sui vapori di mercurio. Contemporaneamente, ha contribuito a seminari presso l'Università La Sapienza di Roma, tenendo lezioni di meccanica quantistica e fisica dello stato solido. Durante le sue presentazioni sul nascente campo della meccanica quantistica, in particolare quando discuteva dell'eccezionale precisione predittiva dell'equazione di Schrödinger, Fermi osservava spesso: "Non ha senso adattarsi così bene!"

Dopo l'annuncio del suo principio di esclusione da parte di Wolfgang Pauli nel 1925, Fermi pubblicò un articolo intitolato "Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico" (Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico), in cui applicò il principio a un gas ideale. Questa pubblicazione è stata particolarmente significativa per la formulazione statistica di Fermi, che chiarisce la distribuzione delle particelle all'interno di sistemi comprendenti numerose particelle identiche che aderiscono al principio di esclusione. Poco dopo, il fisico britannico Paul Dirac sviluppò in modo indipendente questo concetto, dimostrandone anche la relazione con le statistiche di Bose-Einstein. Di conseguenza, questo quadro statistico è ora designato come statistica di Fermi-Dirac. In riconoscimento del lavoro di Dirac, le particelle che si conformano al principio di esclusione sono attualmente chiamate "fermioni", mentre quelle che non lo fanno sono chiamate "bosoni".

Docente a Roma

In Italia, le cattedre venivano assegnate attraverso un processo competitivo (concorso) per cattedre accademiche vacanti, con i candidati valutati in base alle loro pubblicazioni da un comitato di professori. Inizialmente Fermi cercò una cattedra di fisica matematica presso l'Università di Cagliari in Sardegna, ma fu trascurata di poco in favore di Giovanni Giorgi. Nel 1926, all'età di 24 anni, fece domanda per una cattedra presso l'Università La Sapienza di Roma. Questa particolare posizione rappresentava una cattedra di nuova istituzione, una delle tre inaugurali in fisica teorica in tutta Italia, creata dal Ministro dell'Istruzione per volere del professor Orso Mario Corbino. Corbino ricoprì molteplici ruoli: professore di fisica sperimentale all'università, direttore dell'Istituto di Fisica e membro del gabinetto di Benito Mussolini. In qualità di presidente del comitato di selezione, Corbino prevedeva che questa nuova cattedra avrebbe elevato gli standard e il prestigio della fisica in Italia. Alla fine il comitato scelse Fermi invece di Enrico Persico e Aldo Pontremoli. Successivamente Corbino aiutò Fermi a mettere insieme il suo gruppo di ricerca, che presto incluse illustri studenti come Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana ed Emilio Segrè, insieme a Franco Rasetti, che Fermi nominò suo assistente. Questo gruppo divenne presto noto come i "ragazzi di Via Panisperna", soprannome derivato dalla strada che ospita l'Istituto di Fisica.

Fermi sposò Laura Capon, studentessa di scienze all'università, il 19 luglio 1928. La coppia ebbe due figli: Nella, nata nel gennaio 1931, e Giulio, nato nel febbraio 1936. Il 18 marzo 1929 Mussolini nominò Fermi membro della Real Accademia d'Italia e il 27 aprile si iscrisse al Partito Fascista. Tuttavia, Fermi in seguito si oppose al fascismo in seguito alla promulgazione delle leggi razziali del 1938 da parte di Mussolini, che miravano ad allineare ideologicamente il fascismo italiano con il nazismo tedesco. Questi statuti discriminatori rappresentavano una minaccia per Laura, che era ebrea, e portarono al licenziamento di molti degli assistenti di ricerca di Fermi.

Mentre erano a Roma, Fermi e il suo gruppo di ricerca hanno apportato contributi significativi in vari ambiti pratici e teorici della fisica. Nel 1928, Fermi pubblicò la sua opera fondamentale, Introduzione alla fisica atomica (Introduzione alla fisica atomica), che servì come libro di testo contemporaneo e accessibile per gli studenti universitari italiani. Per diffondere la conoscenza del campo emergente della fisica, Fermi ha anche tenuto conferenze pubbliche e scritto articoli divulgativi rivolti a scienziati ed educatori. Il suo approccio pedagogico prevedeva incontri quotidiani con colleghi e studenti laureati per analizzare collettivamente i problemi, spesso tratti dalla sua ricerca in corso. Una testimonianza della sua influenza fu il crescente afflusso di studenti stranieri in Italia. Tra questi studiosi internazionali, il più importante fu il fisico tedesco Hans Bethe, che arrivò a Roma come membro della Fondazione Rockefeller e fu coautore di un articolo del 1932 con Fermi intitolato "Sull'interazione tra due elettroni" (tedesco: Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen).

Durante questo periodo, i fisici si imbatterono in un fenomeno sconcertante noto come decadimento beta, caratterizzato dall'emissione di un elettrone dal nucleo atomico. Per sostenere il principio di conservazione dell'energia, Pauli ipotizzò l'emissione simultanea di una particella invisibile e priva di carica, dotata di massa trascurabile o nulla. Fermi successivamente adottò questo concetto, sviluppandolo inizialmente in un articolo preliminare nel 1933, seguito da una pubblicazione più completa l'anno successivo che introdusse formalmente la particella postulata, che Fermi designò come "neutrino". Il suo quadro teorico, inizialmente chiamato interazione di Fermi e successivamente riconosciuto come teoria dell'interazione debole, chiariva una delle quattro forze fondamentali della natura. L'esistenza del neutrino fu confermata sperimentalmente postuma, e la teoria dell'interazione di Fermi fornì la spiegazione della sua sfuggente rilevabilità. Dopo aver presentato il suo manoscritto alla rivista britannica Nature, l'editore lo rifiutò, affermando che il suo contenuto speculativo era "troppo lontano dalla realtà fisica per interessare i lettori". Secondo David N. Schwartz, biografo di Fermi, è curioso che Fermi abbia cercato seriamente la pubblicazione su Nature, dato che la rivista all'epoca pubblicava esclusivamente brevi comunicazioni ed era quindi inadatta a diffondere anche una nuova teoria fisica. Una sede più appropriata, se esistente, sarebbe stata la Proceedings of the Royal Society of London. Schwartz concorda con l'ipotesi proposta da alcuni studiosi, secondo cui il rifiuto della rivista britannica influenzò i colleghi più giovani di Fermi (alcuni dei quali erano ebrei e di sinistra) ad abbandonare il boicottaggio delle pubblicazioni scientifiche tedesche dopo l'ascesa al potere di Hitler nel gennaio 1933. Di conseguenza, la teoria di Fermi fu pubblicata nelle edizioni italiana e tedesca prima della sua traduzione inglese.

Nelle note introduttive alla traduzione inglese del 1968, il fisico Fred L. Wilson osservò:

La teoria di Fermi, oltre a rafforzare la proposta di Pauli sul neutrino, ha un significato speciale nella storia della fisica moderna. Bisogna ricordare che al momento in cui fu proposta la teoria erano conosciuti solo gli emettitori β presenti in natura. Successivamente, quando fu scoperto il decadimento dei positroni, il processo fu facilmente incorporato nella struttura originale di Fermi. Sulla base della sua teoria, fu prevista e infine osservata la cattura di un elettrone orbitale da parte di un nucleo. Con il tempo, i dati sperimentali si sono accumulati in modo significativo. Sebbene le peculiarità siano state osservate molte volte nel decadimento β, la teoria di Fermi è sempre stata all'altezza della sfida.
Le conseguenze della teoria di Fermi sono vaste. Ad esempio, la spettroscopia β si è affermata come un potente strumento per lo studio della struttura nucleare. Ma forse l’aspetto più influente di questo lavoro di Fermi è che la sua particolare forma di interazione β ha stabilito un modello appropriato per lo studio di altri tipi di interazioni. Fu la prima teoria di successo della creazione e annientamento delle particelle materiali. In precedenza, si sapeva che solo i fotoni venivano creati e distrutti.

Nel gennaio 1934, Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot segnalarono il successo dell'induzione della radioattività negli elementi attraverso il bombardamento di particelle alfa. Nel marzo dello stesso anno, Gian-Carlo Wick, assistente di Fermi, offrì un quadro teorico per questo fenomeno, attingendo alla teoria consolidata di Fermi del decadimento beta. Di conseguenza, Fermi spostò la sua attenzione alla fisica sperimentale, utilizzando in particolare il neutrone, una particella scoperta da James Chadwick nel 1932. Nel marzo 1934, Fermi mirò a studiare la possibilità di indurre radioattività utilizzando una sorgente di neutroni di polonio-berillio sviluppata da Rasetti. I neutroni, privi di carica elettrica, non subirebbero la deflessione da parte del nucleo atomico carico positivamente. Questa caratteristica implicava che i neutroni richiedessero molta meno energia per penetrare nel nucleo rispetto alle particelle cariche, eliminando così la necessità di un acceleratore di particelle, un dispositivo non disponibile per il gruppo di Via Panisperna.

Fermi concepì l'idea di sostituire la sorgente di neutroni polonio-berillio con una variante radon-berillio. Lo costruì riempiendo un bulbo di vetro con polvere di berillio, evacuando l'aria e successivamente introducendo 50 mCi di gas radon, fornito da Giulio Cesare Trabacchi. Questa nuova configurazione ha prodotto una fonte di neutroni significativamente più potente, sebbene la sua efficacia sia diminuita in conformità con l'emivita di 3,8 giorni del radon. Pur riconoscendo che questa fonte emetterebbe anche raggi gamma, Fermi teorizzò che queste emissioni non avrebbero compromesso i risultati sperimentali. I suoi esperimenti iniziali prevedevano il bombardamento del platino, un elemento facilmente disponibile con un alto numero atomico, ma questi tentativi si rivelarono infruttuosi. Successivamente, fece esperimenti con l'alluminio, osservando che emetteva una particella alfa, produceva sodio e poi decadeva in magnesio tramite l'emissione di particelle beta. Senza successo con il piombo, utilizzò quindi il fluoro, sotto forma di fluoruro di calcio, che emetteva una particella alfa, generava azoto e successivamente decadeva in ossigeno attraverso l'emissione di particelle beta. In totale, Fermi ha indotto con successo la radioattività in 22 elementi distinti. Fermi pubblicò prontamente la sua scoperta della radioattività indotta dai neutroni sulla rivista italiana La Ricerca Scientifica il 25 marzo 1934.

La radioattività intrinseca del torio e dell'uranio complicò l'analisi degli esperimenti di bombardamento di neutroni che coinvolgevano questi elementi. Tuttavia, dopo aver meticolosamente escluso la presenza di elementi più leggeri dell'uranio ma più pesanti del piombo, Fermi dedusse che erano stati sintetizzati nuovi elementi, che chiamò ausenio ed esperio. La chimica Ida Noddack ha proposto un'interpretazione alternativa, suggerendo che alcuni risultati sperimentali avrebbero potuto portare alla formazione di elementi più leggeri del piombo, piuttosto che alla formazione di nuovi elementi più pesanti. All'epoca la sua ipotesi fu in gran parte respinta, principalmente perché il suo gruppo di ricerca non aveva condotto esperimenti con l'uranio né stabilito una base teorica per tale possibilità. All’epoca la fissione nucleare era considerata teoricamente improbabile, se non del tutto impossibile. Sebbene i fisici prevedessero la formazione di elementi con numeri atomici più elevati attraverso il bombardamento di neutroni di elementi più leggeri, l'idea che i neutroni possedessero energia sufficiente per scindere un atomo più pesante in due frammenti più leggeri, come proposto da Noddack, non era ampiamente accettata.

Anche il gruppo di Via Panisperna ha osservato diversi effetti anomali durante i loro esperimenti. In particolare, l’impostazione sperimentale sembrava produrre risultati più favorevoli se condotta su un tavolo di legno rispetto a una superficie di marmo. Ricordando le osservazioni di Joliot-Curie e Chadwick riguardo all'efficacia della cera di paraffina nel moderare i neutroni, Fermi decise di incorporarla nei suoi esperimenti. Quando i neutroni attraversavano la cera di paraffina, inducevano un aumento di cento volte della radioattività dell’argento rispetto ai bombardamenti condotti senza paraffina. Fermi ipotizzò che questo fenomeno fosse imputabile agli atomi di idrogeno presenti nella paraffina. Analogamente, il contenuto di idrogeno nel legno spiega la disparità osservata tra i piani dei tavoli in legno e quelli in marmo. Questa ipotesi è stata ulteriormente corroborata replicando l'effetto utilizzando l'acqua. Ha concluso che le collisioni con gli atomi di idrogeno hanno effettivamente decelerato i neutroni. Un neutrone perde più energia per collisione quando interagisce con nuclei di numero atomico inferiore, richiedendo di conseguenza meno collisioni per raggiungere uno specifico grado di decelerazione. Fermi riconobbe che questa decelerazione portava ad un aumento della radioattività perché i neutroni lenti mostravano una maggiore probabilità di cattura rispetto ai neutroni veloci. Per descrivere matematicamente questo processo, formulò un'equazione di diffusione, successivamente chiamata equazione dell'età di Fermi.

Nel 1938, Fermi ricevette il Premio Nobel per la fisica all'età di 37 anni per le sue "dimostrazioni dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti dall'irradiazione di neutroni e per la relativa scoperta delle reazioni nucleari provocate dai neutroni lenti". Invece di tornare in Italia dopo aver ricevuto il premio a Stoccolma, Fermi e la sua famiglia si recarono a New York nel dicembre 1938, dove cercarono la residenza permanente. La loro decisione di trasferirsi in America e diventare cittadini statunitensi è stata motivata principalmente dalle leggi razziali vigenti in Italia.

Progetto Manhattan

Al suo arrivo a New York City il 2 gennaio 1939, Fermi ricevette offerte immediate da cinque università, accettando infine un posto alla Columbia University, dove aveva precedentemente tenuto lezioni estive nel 1936. Fu informato che nel dicembre 1938, i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann avevano identificato il bario in seguito al bombardamento di neutroni dell'uranio, un fenomeno successivamente interpretato da Lise Meitner e suo nipote Otto Frisch come nucleare. fissione. Frisch confermò sperimentalmente questa scoperta il 13 gennaio 1939. La notizia dell'interpretazione di Meitner e Frisch della scoperta di Hahn e Strassmann fu trasmessa oltreoceano da Niels Bohr, che avrebbe dovuto tenere una conferenza all'Università di Princeton. Isidor Isaac Rabi e Willis Lamb, due fisici della Columbia University che lavoravano a Princeton, vennero a conoscenza della scoperta e la riferirono alla Columbia. Mentre Rabi affermava di aver informato Fermi, Fermi in seguito attribuì la rivelazione a Lamb:

Ricordo molto vividamente il primo mese, gennaio 1939, in cui iniziai a lavorare ai Pupin Laboratories perché le cose iniziarono ad accadere molto velocemente. In quel periodo Niels Bohr era impegnato in una conferenza all'Università di Princeton e ricordo che un pomeriggio Willis Lamb tornò molto emozionato e disse che Bohr aveva fatto trapelare un'ottima notizia. La grande notizia che era trapelata era la scoperta della fissione e almeno l'abbozzo della sua interpretazione. Poi, un po' più tardi quello stesso mese, ci fu un incontro a Washington in cui la possibile importanza del fenomeno della fissione appena scoperto fu discussa per la prima volta in modo quasi scherzoso come possibile fonte di energia nucleare.

La precedente ipotesi di Noddack alla fine è stata convalidata. Fermi aveva scartato la prospettiva della fissione sulla base dei suoi calcoli, avendo trascurato l'energia di legame generata quando un nuclide che possedeva un numero dispari di neutroni assimilava un neutrone aggiuntivo. Per Fermi questa rivelazione provocò un notevole imbarazzo professionale, poiché gli elementi transuranici per i quali aveva parzialmente ricevuto il Premio Nobel non erano elementi transuranici ma piuttosto prodotti di fissione. Di conseguenza ha aggiunto una nota a piè di pagina che affronta questa correzione al suo discorso di accettazione del Premio Nobel.

Gli scienziati della Columbia hanno deciso di indagare sul rilascio di energia associato alla fissione nucleare dell'uranio quando bombardato da neutroni. Il 25 gennaio 1939, nel seminterrato della Pupin Hall della Columbia, un gruppo sperimentale tra cui Fermi eseguì l'esperimento inaugurale di fissione nucleare negli Stati Uniti. Altri membri del team includevano Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe e Francis G. Slack. Il giorno seguente, la quinta Conferenza di Washington sulla fisica teorica è iniziata a Washington, DC, sponsorizzata congiuntamente dalla George Washington University e dalla Carnegie Institution di Washington. Lì, le scoperte sulla fissione nucleare furono diffuse più ampiamente, stimolando così numerose successive dimostrazioni sperimentali.

Gli scienziati francesi Hans von Halban, Lew Kowarski e Frédéric Joliot-Curie inizialmente dimostrarono che l'uranio, quando bombardato da neutroni, emetteva più neutroni di quanti ne assorbiva, indicando così il potenziale per una reazione a catena. Enrico Fermi e Herbert L. Anderson confermarono indipendentemente questa scoperta poche settimane dopo. Per facilitare esperimenti di fissione su larga scala, Leó Szilárd si procurò 200 chilogrammi (440 libbre) di ossido di uranio dal produttore canadese Eldorado Gold Mines Limited. Successivamente, Fermi e Szilárd collaborarono allo sviluppo di un dispositivo in grado di realizzare una reazione nucleare autosufficiente, che in seguito sarebbe stato conosciuto come reattore nucleare. Una sfida significativa era l'elevato tasso di assorbimento dei neutroni da parte dell'idrogeno nell'acqua, che rendeva improbabile una reazione autosufficiente con l'uranio naturale e l'acqua come moderatore dei neutroni. Fermi, attingendo alla sua ricerca sui neutroni, propose di utilizzare blocchi di ossido di uranio con grafite come moderatore invece dell'acqua, il che teoricamente ridurrebbe la cattura dei neutroni e consentirebbe una reazione a catena autosufficiente. Szilárd ideò quindi un progetto pratico: una "pila" composta da blocchi di ossido di uranio intervallati da mattoni di grafite. Szilárd, Anderson e Fermi sono coautori di un articolo intitolato "Produzione di neutroni nell'uranio". Tuttavia, le loro diverse abitudini di lavoro e personalità spesso portavano a difficoltà nella loro collaborazione.

Enrico Fermi fu uno dei primi scienziati ad allertare gli ufficiali militari sulle potenziali implicazioni dell'energia nucleare, tenendo una conferenza su questo argomento al Dipartimento della Marina il 18 marzo 1939. Sebbene la risposta della Marina non soddisfi pienamente le sue aspettative, stanziarono 1.500 dollari per sostenere ulteriori ricerche alla Columbia University. Nello stesso anno, Leó Szilárd, Eugene Wigner e Edward Teller redassero una lettera, successivamente firmata da Albert Einstein, che fu inviata al presidente degli Stati Uniti Franklin D. Roosevelt. Questa lettera avvertiva che la Germania nazista avrebbe potuto sviluppare una bomba atomica. In risposta, il presidente Roosevelt istituì il comitato consultivo sull'uranio per indagare su queste preoccupazioni.

Il comitato consultivo sull'uranio stanziò fondi che consentirono a Fermi di acquisire grafite, che poi utilizzò per costruire una pila preliminare di mattoni di grafite al settimo piano del laboratorio Pupin Hall. Nell'agosto 1941, Fermi aveva accumulato sei tonnellate di ossido di uranio e trenta tonnellate di grafite, materiali che successivamente impiegò per costruire una pila sperimentale ancora più grande nella Schermerhorn Hall della Columbia University.

Il 18 dicembre 1941, si riunì la Sezione S-1 dell'Ufficio di ricerca e sviluppo scientifico, precedentemente noto come Comitato consultivo sull'uranio. Con l'entrata degli Stati Uniti nella seconda guerra mondiale, l'urgenza della loro missione si intensificò. Sebbene l'obiettivo principale del comitato fosse stato la produzione di uranio arricchito, il membro del comitato Arthur Compton identificò il plutonio come una valida alternativa, notando il suo potenziale per la produzione di massa nei reattori nucleari entro la fine del 1944. Di conseguenza, Compton decise di consolidare gli sforzi di ricerca sul plutonio presso l'Università di Chicago. Fermi, sebbene inizialmente esitante, si trasferì e il suo gruppo di ricerca fu integrato nel nuovo laboratorio metallurgico di quell'istituzione.

Date le ramificazioni sconosciute di una reazione nucleare autosufficiente, la costruzione del reattore nucleare inaugurale nel campus dell'Università di Chicago, situato all'interno di un'area urbana densamente popolata, fu ritenuta imprudente. Arthur Compton inizialmente si assicurò un sito all'interno dell'Argonne Woods Forest Preserve, a circa 20 miglia (32 km) da Chicago, e contrattò Stone & Webster per il suo sviluppo. Tuttavia, una controversia sindacale ha interrotto questo lavoro. Successivamente, Fermi convinse Compton che il reattore poteva essere costruito in sicurezza nel campo da squash situato sotto le tribune dello Stagg Field dell'Università di Chicago. La costruzione della pila sperimentale iniziò il 6 novembre 1942, culminando con il Chicago Pile-1 che raggiunse la criticità il 2 dicembre. Sebbene la pila fosse stata inizialmente progettata per essere approssimativamente sferica, i calcoli in corso di Fermi indicavano che la criticità poteva essere raggiunta senza completare l'intera struttura come originariamente previsto.

Questo esperimento ha rappresentato un risultato fondamentale nella ricerca dell'energia, esemplificando l'approccio meticoloso caratteristico di Fermi, in cui ogni fase è stata pianificata con precisione e tutti i calcoli sono stati eseguiti rigorosamente. Dopo aver avviato con successo la prima reazione nucleare a catena autosostenuta, Compton comunicò questa svolta tramite una telefonata in codice a James B. Conant, che ricoprì il ruolo di presidente del Comitato di ricerca sulla difesa nazionale.

Conant è stato contattato telefonicamente presso l'ufficio del Presidente, Università di Harvard. La comunicazione trasmetteva un messaggio in codice: "Jim, ti interesserà sapere che il navigatore italiano è appena sbarcato nel nuovo mondo". Ciò è stato seguito da un chiarimento semi-di scusa, poiché il Comitato S-1 era stato informato che il completamento del reattore avrebbe richiesto una settimana aggiuntiva o più: "la terra non era grande come aveva stimato, ed è arrivato nel nuovo mondo prima di quanto si aspettasse."

Conant ha risposto con entusiasmo, chiedendo: "È così?" Poi ha chiesto: "I nativi erano amichevoli?"

La risposta ha confermato: "Tutti sono atterrati sani e salvi e felici."

Per proseguire la ricerca senza rappresentare un pericolo per la salute pubblica, il reattore è stato successivamente smontato e trasferito nel sito di Argonne Woods. In questa nuova sede, Fermi supervisionò gli esperimenti riguardanti le reazioni nucleari, sfruttando l'ampia disponibilità di neutroni liberi generati dal reattore. L'ambito del laboratorio si espanse rapidamente oltre la fisica e l'ingegneria, incorporando il reattore per applicazioni nella ricerca biologica e medica. Inizialmente operante sotto la direzione di Fermi come componente integrale dell'Università di Chicago, Argonne fu fondata come entità indipendente con Fermi come direttore nel maggio 1944.

Il 4 novembre 1943, quando il reattore di grafite X-10 raffreddato ad aria a Oak Ridge raggiunse un punto critico, Fermi era presente per affrontare eventuali potenziali malfunzionamenti. I tecnici lo hanno svegliato prematuramente per garantire la sua osservazione dell'evento. L'operatività dell'X-10 ha rappresentato un progresso significativo nell'ambito del progetto sul plutonio. Questa struttura ha fornito dati cruciali per la progettazione del reattore, ha facilitato la formazione del personale DuPont sul funzionamento del reattore e ha generato le prime piccole quantità di plutonio prodotto dal reattore. Fermi acquisì la cittadinanza americana nel luglio 1944, nella prima data consentita dalla legislazione esistente.

Nel settembre 1944, Fermi avviò il reattore B nel sito di Hanford inserendo il primo proietto di combustibile all'uranio; questa struttura è stata progettata specificamente per la produzione su larga scala di plutonio. Simile all'X-10, questo reattore fu concepito dal team di Fermi presso il Laboratorio metallurgico e costruito da DuPont, sebbene presentasse una scala significativamente più grande e utilizzasse il raffreddamento ad acqua. Nei giorni successivi furono caricati 838 tubi, portando il reattore alla criticità. Poco dopo la mezzanotte del 27 settembre, gli operatori hanno iniziato a ritirare le barre di controllo per avviare la produzione di plutonio. Inizialmente le operazioni si sono svolte senza problemi; tuttavia, intorno alle 03:00, il livello di potenza ha iniziato a diminuire, culminando con lo spegnimento completo del reattore entro le 06:30. Sia l'Esercito che la DuPont cercarono spiegazioni presso la squadra di Fermi. Sono state condotte indagini sull'acqua di raffreddamento per accertare la presenza di perdite o contaminazioni. Il giorno successivo il reattore si riavviò inaspettatamente, per poi cessare nuovamente di funzionare nel giro di poche ore. Il problema è stato infine attribuito all'avvelenamento da neutroni causato dallo xeno-135 (Xe-135), un prodotto di fissione caratterizzato da un'emivita compresa tra 9,1 e 9,4 ore. Sia Fermi che John Wheeler conclusero indipendentemente che Xe-135 era responsabile dell'assorbimento dei neutroni all'interno del reattore, impedendo di conseguenza il processo di fissione. Emilio Segrè, un collega, consigliò a Fermi di consultare Chien-Shiung Wu, che stava allora preparando un manoscritto su questo argomento per la pubblicazione sulla Physical Review. Rivedendo la bozza, Fermi e i suoi colleghi scientifici corroborarono le loro ipotesi: Xe-135 assorbiva in modo dimostrabile i neutroni, esibendo una sezione d'urto neutronica eccezionalmente grande. DuPont si era discostato dal progetto iniziale del Laboratorio metallurgico, che prevedeva 1.500 tubi disposti circolarmente, incorporando altri 504 tubi per occupare le sezioni angolari. Inizialmente, gli scienziati avevano considerato questa modifica progettuale un esempio di ingegneria eccessiva, che rappresentava un'allocazione inefficiente delle risorse; tuttavia, Fermi riconobbe che caricare tutti i 2.004 tubi avrebbe consentito al reattore di raggiungere il livello di potenza richiesto e di ottimizzare la produzione di plutonio.

Nell'aprile 1943, Fermi presentò a Robert Oppenheimer una proposta riguardante il potenziale utilizzo di sottoprodotti radioattivi derivanti dai processi di arricchimento per contaminare l'approvvigionamento alimentare tedesco. Questa proposta nasce dalle preoccupazioni riguardanti lo stato avanzato percepito del progetto tedesco della bomba atomica, insieme allo scetticismo contemporaneo di Fermi riguardo al rapido sviluppo di una bomba atomica. Oppenheimer successivamente deliberò su questa proposta "promettente" con Edward Teller, che sosteneva l'applicazione dello stronzio-90. James B. Conant e Leslie Groves hanno ricevuto briefing sulla questione; tuttavia, Oppenheimer stabilì che il piano sarebbe andato avanti solo se l'arma avesse potuto contaminare una quantità di cibo sufficiente a causare la morte di mezzo milione di persone.

Entro la metà del 1944, Oppenheimer reclutò con successo Fermi nel Progetto Y, situato a Los Alamos, nel New Mexico. Al suo arrivo a settembre, Fermi assunse il ruolo di direttore associato, supervisionando la fisica nucleare e teorica, e successivamente fu nominato capo della Divisione F, che portava il suo nome. Questa divisione comprendeva quattro rami distinti: F-1 Super e General Theory, guidati da Teller, focalizzati sulla bomba "Super" (termonucleare); F-2 Water Boiler, sotto LDP King, gestiva il reattore di ricerca omogeneo acquoso "water boiler"; F-3 Super Experimentation, diretto da Egon Bretscher; e F-4 Fission Studies, guidati da Anderson. Il 16 luglio 1945, Fermi assistette al test Trinity e ideò un metodo sperimentale per stimare la resa della bomba rilasciando strisce di carta nell'onda d'urto. Misurando la distanza percorsa da queste strisce durante l'esplosione, calcolò che la resa fosse di dieci kilotoni di TNT, mentre la resa effettiva era di circa 18,6 kilotoni.

Fermi, insieme a Oppenheimer, Compton ed Ernest Lawrence, fece parte del comitato scientifico responsabile di consigliare il comitato ad interim in merito alla selezione degli obiettivi. Questo gruppo concordava con la raccomandazione del comitato secondo cui le bombe atomiche dovrebbero essere schierate senza preavviso contro obiettivi industriali. Come i suoi colleghi del Laboratorio di Los Alamos, Fermi venne a conoscenza dei bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki attraverso l'impianto di diffusione sonora all'interno dell'area tecnica. Fermi era convinto che le bombe atomiche non avrebbero dissuaso efficacemente le nazioni dall’iniziare conflitti, né considerava le condizioni prevalenti adatte per l’instaurazione di un governo mondiale. Di conseguenza, ha scelto di non affiliarsi all'Associazione degli scienziati di Los Alamos.

Attività del dopoguerra

Il 1 luglio 1945, Fermi fu nominato Charles H. Swift Distinguished Professor di Fisica presso l'Università di Chicago, sebbene lui e la sua famiglia non lasciassero il Laboratorio di Los Alamos fino al 31 dicembre 1945. Nel 1945, fu inserito nella National Academy of Sciences degli Stati Uniti. Il Laboratorio Metallurgico fu ribattezzato Laboratorio Nazionale Argonne il 1 luglio 1946, contrassegnandolo come il laboratorio nazionale inaugurale istituito nell'ambito del Progetto Manhattan. La vicinanza geografica tra Chicago e Argonne ha facilitato l'impegno di Fermi in entrambe le istituzioni. Ad Argonne si dedicò alla fisica sperimentale, conducendo ricerche sulla diffusione dei neutroni in collaborazione con Leona Marshall. Inoltre, si impegnò in discussioni sulla fisica teorica con Maria Mayer, contribuendo al suo sviluppo di intuizioni sull'accoppiamento spin-orbita, che successivamente le valsero il Premio Nobel.

Il 1° gennaio 1947, la Commissione per l'energia atomica (AEC) sostituì il Progetto Manhattan. Fermi ricoprì una posizione nel Comitato consultivo generale dell'AEC, un importante organismo scientifico presieduto da Robert Oppenheimer. Inoltre, dedicava regolarmente diverse settimane all'anno al Los Alamos National Laboratory, collaborando con Nicholas Metropolis e John von Neumann sul fenomeno dell'instabilità di Rayleigh-Taylor, che descrive la dinamica all'interfaccia di due fluidi con densità diverse.

In seguito alla detonazione della prima bomba a fissione sovietica nell'agosto del 1949, Fermi, insieme a Isidor Rabi, scrisse un corposo rapporto per il comitato, articolando l'opposizione allo sviluppo di una bomba all'idrogeno sulla base di considerazioni sia etiche che tecniche. Nonostante ciò, Fermi mantenne il suo coinvolgimento nella ricerca sulla bomba all'idrogeno a Los Alamos in veste di consulente. Collaborando con Stanislaw Ulam, stabilì che la quantità necessaria di trizio per il modello di arma termonucleare di Teller sarebbe stata proibitivamente grande e, anche con una quantità così sostanziale, la propagazione di una reazione di fusione non poteva essere garantita. Nel 1954, Fermi fu uno dei numerosi scienziati che fornirono testimonianze a sostegno di Oppenheimer durante l'udienza sulla sicurezza di Oppenheimer, che alla fine portò alla revoca del nulla osta di sicurezza di Oppenheimer.

Durante la sua carriera successiva, Fermi mantenne la sua affiliazione accademica con l'Università di Chicago, dove co-fondò l'istituzione successivamente denominata Enrico Fermi Institute. I suoi studenti di dottorato nel dopoguerra includevano Owen Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee, Arthur Rosenfeld e Sam Treiman. Jack Steinberger era uno studente laureato e Mildred Dresselhaus fu significativamente influenzata da Fermi durante il loro anno sovrapposto come dottoranda. Fermi condusse ricerche cruciali nel campo della fisica delle particelle, in particolare riguardo a pioni e muoni. Formulò le previsioni iniziali della risonanza pione-nucleone, impiegando metodologie statistiche, poiché postulò che soluzioni precise non erano necessarie quando la teoria sottostante era intrinsecamente difettosa. In una pubblicazione collaborativa con Chen Ning Yang, teorizzò che i pioni potessero costituire particelle composite, un'idea successivamente elaborata da Shoichi Sakata. Da allora questo concetto è stato sostituito dal modello dei quark, che presuppone che i pioni siano composti da quark, completando così il modello originale di Fermi e convalidando il suo approccio metodologico.

Fermi è autore di un articolo fondamentale, "Sull'origine della radiazione cosmica", in cui ipotizza che i raggi cosmici abbiano origine da materiale accelerato da campi magnetici interstellari, un'ipotesi che ha generato una notevole divergenza di opinioni con Teller. Fermi studiò anche la complessità dei campi magnetici all'interno dei bracci a spirale delle galassie. Inoltre, contemplò quello che oggi è riconosciuto come il "paradosso di Fermi": l'apparente contraddizione tra l'alta probabilità di vita extraterrestre e l'assenza di contatto osservato.

Verso la fine della sua vita, Fermi espresse riserve riguardo alla capacità collettiva della società di prendere decisioni giudiziose riguardo alla tecnologia nucleare, affermando:

Alcuni di voi potrebbero chiedersi, a che serve lavorare così duramente semplicemente per raccogliere alcuni fatti che non porteranno alcun piacere se non a pochi professori capelloni che amano raccogliere tali cose e non saranno utili a nessuno perché solo pochi specialisti nella migliore delle ipotesi saranno in grado di capirli? In risposta a tali domande, potrei azzardare una previsione abbastanza sicura.

La storia della scienza e della tecnologia ci ha costantemente insegnato che i progressi scientifici nella comprensione di base hanno prima o poi portato ad applicazioni tecniche e industriali che hanno rivoluzionato il nostro modo di vivere. Mi sembra improbabile che questo tentativo di arrivare alla struttura della materia costituisca un'eccezione a questa regola. Ciò che è meno certo, e che tutti speriamo ardentemente, è che l'uomo diventi presto sufficientemente adulto per fare buon uso dei poteri che acquisisce sulla natura.

Morte

Nell'ottobre del 1954, Fermi subì un intervento chirurgico "esplorativo" al Billings Memorial Hospital, dopo il quale tornò a casa. Cinquanta giorni dopo, morì di cancro allo stomaco inoperabile nella sua residenza di Chicago, all'età di 53 anni. Fermi aveva sospettato che lavorare in prossimità della pila nucleare comportasse rischi significativi, ma persistette, credendo che i potenziali benefici superassero i pericoli per la sua sicurezza personale. In particolare, due dei suoi studenti assistenti laureati che lavoravano anch'essi vicino al mucchio successivamente morirono di cancro.

Una cerimonia commemorativa è stata condotta presso la cappella dell'Università di Chicago, dove i colleghi Samuel K. Allison, Emilio Segrè e Herbert L. Anderson hanno pronunciato elogi in lutto per la perdita di uno dei fisici più brillanti e produttivi del mondo. I suoi resti furono sepolti nel cimitero di Oak Woods, dopo una cerimonia funebre privata per i parenti stretti, officiata da un cappellano luterano.

Impatto ed eredità

Legacy

Enrico Fermi ha ottenuto numerosi riconoscimenti per i suoi contributi scientifici, tra cui la Medaglia Matteucci (1926), il Premio Nobel per la fisica (1938), la Medaglia Hughes (1942), la Medaglia Franklin (1947) e il Premio Rumford (1953). Il suo ruolo chiave nel Progetto Manhattan fu riconosciuto con la Medaglia al Merito nel 1946. La brillante carriera di Fermi portò anche alla sua elezione a membro dell'American Philosophical Society nel 1939 e a Foreign Member della Royal Society (FRS) nel 1950. Una targa commemorativa in onore di Fermi si trova nella Basilica di Santa Croce a Firenze, spesso definita il Tempio delle glorie italiane a causa delle sue numerose sepolture di illustri italiani. artisti, scienziati e personaggi storici. Nel 1999, la rivista Time ha incluso Fermi nella sua raccolta dei 100 personaggi più influenti del ventesimo secolo. Fermi era ampiamente riconosciuto come uno dei rari fisici del XX secolo che dimostrò un'eccezionale competenza sia nel campo teorico che in quello sperimentale. Emilio Segrè, radiochimico e fisico nucleare, definì Fermi "l'ultimo fisico universale nella tradizione dei grandi uomini del XIX secolo", affermando che "era l'ultima persona che conosceva tutta la fisica del suo tempo". Allo stesso modo, il chimico e romanziere C. P. Snow osservò: "se Fermi fosse nato qualche anno prima, si potrebbe ben immaginarlo mentre scopre il nucleo atomico di Rutherford e poi sviluppa la teoria di Bohr dell'atomo di idrogeno. Se questa suona come un'iperbole, qualsiasi cosa riguardo Fermi probabilmente suonerà come un'iperbole."

Fermi era rinomato come un educatore stimolante, distinto per la sua meticolosa attenzione ai dettagli, chiarezza e preparazione approfondita delle sue lezioni. Questi appunti delle lezioni sono stati successivamente raccolti in libri pubblicati. La sua vasta collezione di carte e quaderni è attualmente conservata presso l'Università di Chicago. Victor Weisskopf ha osservato che Fermi "è sempre riuscito a trovare l'approccio più semplice e diretto, con il minimo di complicazioni e sofisticazioni". Nonostante possedesse una notevole abilità matematica, Fermi preferiva costantemente soluzioni semplici, evitando quadri teorici complessi quando erano disponibili alternative più semplici. Era celebrato per la sua capacità di risolvere rapidamente e accuratamente i problemi che lasciavano perplessi gli altri. Questo approccio distintivo nel ricavare soluzioni approssimative e rapide attraverso calcoli "dietro la busta" venne informalmente riconosciuto come il "metodo Fermi", una tecnica ora ampiamente integrata nei programmi di studio.

Fermi spesso sottolineava il contesto storico secondo cui Alessandro Volta, durante il suo lavoro di laboratorio, non avrebbe potuto prevedere le profonde implicazioni future della ricerca sull'elettricità. L'eredità di Fermi è prevalentemente associata ai suoi contributi fondamentali all'energia nucleare e alle armi nucleari, in particolare alla concettualizzazione e alla costruzione del reattore nucleare inaugurale, insieme al suo coinvolgimento nello sviluppo delle prime bombe atomiche e all'idrogeno. La sua vasta opera scientifica ha dimostrato una notevole longevità e influenza. Gli elementi chiave di questo duraturo lavoro comprendono la sua teoria del decadimento beta, le indagini sui sistemi non lineari, la scoperta degli effetti dei neutroni lenti, gli studi sulle collisioni pione-nucleone e la formulazione delle statistiche di Fermi-Dirac. Inoltre, la sua ipotesi preveggente riguardante la natura non fondamentale del pione ha fatto avanzare significativamente la successiva esplorazione di quark e leptoni.

Nel suo comportamento personale, Fermi incarnava la semplicità. Ha mostrato un vigore notevole e un vivo entusiasmo per i giochi e gli sport, dove la sua natura competitiva spesso emergeva. Ad esempio, si dedicò con notevole intensità al tennis e assunse un ruolo di guida durante le scalate in montagna. Potrebbe essere caratterizzato come un dittatore benevolo; un aneddoto ricorda che Fermi, in cima a una montagna, dichiarò: "Bene, sono le due meno due minuti, partiamo tutti alle due", alla quale tutti prontamente e obbedienti obbedirono. Questa intrinseca leadership e sicurezza di sé valsero a Fermi il soprannome di "Il Papa", a significare l'infallibilità percepita delle sue dichiarazioni in fisica. Una volta articolò il suo approccio pragmatico, affermando: "Posso calcolare qualsiasi cosa in fisica entro un fattore 2 su pochi fogli; per ottenere il fattore numerico giusto davanti alla formula potrebbe volerci un fisico un anno per calcolare, ma non mi interessa." Sebbene la sua leadership fosse avvincente, a volte rappresentava una sfida all’autonomia dei suoi collaboratori. Un episodio memorabile avvenuto nella sua residenza vide Fermi intervenire mentre la moglie stava tagliando il pane, affermando una diversa filosofia del compito, prendendo il coltello e procedendo al taglio, convinto della superiorità del suo metodo. Tuttavia, queste azioni non sono state percepite come offensive; piuttosto, hanno contribuito alla sua personalità affascinante, rendendolo caro agli altri. I suoi interessi al di fuori della fisica erano notevolmente limitati; dopo aver ascoltato la musica suonata al pianoforte di Teller, ha ammesso che il suo apprezzamento musicale si estendeva solo a melodie semplici.

Nomenclatura in onore di Fermi

Numerose entità sono state chiamate in onore di Fermi. Questi includono l'acceleratore di particelle Fermilab e il laboratorio di fisica a Batavia, Illinois, che ha ricevuto la sua designazione in suo onore nel 1974. Inoltre, il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, nominato nel 2008, riconosce i suoi significativi contributi alla ricerca sui raggi cosmici. Inoltre, tre reattori nucleari portano il suo nome: le centrali nucleari Fermi 1 e Fermi 2 situate a Newport, Michigan; la centrale nucleare Enrico Fermi situata a Trino Vercellese, Italia; e il reattore di ricerca RA-1 Enrico Fermi in Argentina. L'elemento sintetico Fermio, identificato dai resti del test nucleare di Ivy Mike del 1952, è stato chiamato per commemorare il profondo impatto di Fermi sulla comunità scientifica. Di conseguenza, è tra i 16 scienziati a cui è stato assegnato un elemento chimico intitolato in loro onore.

Dal 1956, la Commissione per l'energia atomica degli Stati Uniti, e successivamente il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti dal 1977 in poi, ha conferito alla sua memoria il suo riconoscimento più prestigioso, il Premio Fermi. Tra i destinatari più importanti di questo premio figurano Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller e Hans Bethe.

Pubblicazioni

• Introduzione alla fisica atomica (edizione italiana). Bologna: N. Zanichelli. 1928. OCLC 9653646.Fisica per le scuole superiori (edizione italiana). Bologna: N. Zanichelli. 1929. OCLC 9653646.Molecole e cristalli (edizione italiana). Bologna: N. Zanichelli. 1934. OCLC 19918218.Termodinamica. New York: Prentice Hall. 1937. OCLC 2379038.Fisica per gli Istituti Tecnici (edizione italiana). Bologna: N. Zanichelli. 1938.Fisica per i Licei Scientifici (edizione italiana). Bologna: N. Zanichelli. 1938.Particelle elementari. New Haven: Yale University Press. 1951. OCLC 362513.Note sulla meccanica quantistica. Chicago: Università di Chicago Press. 1961. OCLC 1448078.Brevetti
  • Brevetto USA 2206634, "Processo per la produzione di sostanze radioattive", rilasciato nel luglio 1940
  • Brevetto USA 2836554, "Reattore neutronico raffreddato ad aria", rilasciato nell'aprile 1950
  • Brevetto USA 2524379, "Neutron Velocity Selector", rilasciato nell'ottobre 1950
  • Brevetto USA 2852461, "Reattore neutronico", rilasciato nel settembre 1953
  • Brevetto USA 2708656, "Reattore neutronico", rilasciato nel maggio 1955
  • Brevetto USA 2768134, "Testing Material in a Neutronic Reactor", rilasciato nell'ottobre 1956
  • Brevetto USA 2780595, "Test Exponential Pile", rilasciato nel febbraio 1957
  • Brevetto USA 2798847, "Metodo di funzionamento di un reattore neutronico", rilasciato nel luglio 1957
  • Brevetto USA 2807581, "Reattore neutronico", rilasciato nel settembre 1957
  • Brevetto USA 2807727, "Neutronic Reactor Shield", rilasciato nel settembre 1957
  • Brevetto USA 2813070, "Metodo di mantenimento di un sistema di reazione a catena neutronica", rilasciato nel novembre 1957
  • Brevetto USA 2837477, "Sistema di reazione a catena", rilasciato nel giugno 1958
  • Brevetto USA 2931762, "Reattore neutronico", rilasciato nell'aprile 1960
  • Brevetto USA 2969307, "Metodo per testare la purezza del materiale fissile con neutroni termici", rilasciato nel gennaio 1961

  Riferimenti

  Fonti

  Bernstein, Barton J. "Quattro fisici e la bomba: i primi anni, 1945-1950." Studi storici nelle scienze fisiche e biologiche (1988) 18#2; questo articolo esamina i ruoli di Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton.

  • Bernstein, Barton J. "Quattro fisici e la bomba: i primi anni, 1945-1950" Studi storici nelle scienze fisiche e biologiche (1988) 18#2; copre Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton. in linea
  • Galison, Peter e Barton Bernstein. "Sotto qualsiasi luce: gli scienziati e la decisione di costruire la Superbomba, 1952-1954." Studi storici sulle scienze fisiche e biologiche 19.2 (1989): 267–347.

  "A Fermi – con amore – Parte 1." Segmento radiofonico Voci del Progetto Manhattan 1971.

  • "A Fermi – con amore – Parte 1". Segmento radiofonico Voci del Progetto Manhattan 1971
  • "Il primo reattore: edizione commemorativa del 40° anniversario." Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dicembre 1982.
  • "La storia della prima pila."
  • La storia della prima pila
  • Il fascicolo di Enrico Fermi al Franklin Institute, che descrive in dettaglio i suoi contributi alla fisica teorica e sperimentale.
  • "Ricordando Enrico Fermi." Sessione J1. Riunione di aprile 2010 dell'APS, American Physical Society.
  • Rodi, Richard. "Tempo 100: Enrico Fermi." *Time*, 29 marzo 1999.
  • Periodo di residenza di Enrico Fermi con Paul Ehrenfest a Leida.