Enrico Fermi

Enrico Fermi (İtalyanca: [enˈriːko ˈfermi]; 29 Eylül 1901 – 28 Kasım 1954), dünyanın ilk yapay nükleer reaktörü Chicago Pile-1'in yaratılmasındaki önemli rolü ve Manhattan Projesi'ne katılımıyla geniş çapta tanınan seçkin bir İtalyan-Amerikalı fizikçiydi. 1938'de "nötron ışınımıyla üretilen yeni radyoaktif elementlerin varlığına ilişkin gösterileri ve yavaş nötronların neden olduğu nükleer reaksiyonlarla ilgili keşfi nedeniyle" Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Fermi, ölümünden sonra hem "nükleer çağın mimarı" hem de "atom bombasının mimarı" olarak anıldı. Hem teorik hem de deneysel fizikte olağanüstü yeterliliğe ulaşan ender fizikçiler arasında yer alması dikkat çekicidir. Fermi, meslektaşlarıyla işbirliği yaparak nükleer enerji uygulamalarıyla ilgili çok sayıda patent sundu ve bunların tümü daha sonra ABD hükümeti tarafından satın alındı. Onun önemli katkıları istatistiksel mekaniğin, kuantum teorisinin ve nükleer ve parçacık fiziği alanlarının gelişimini kapsıyordu.

Enrico Fermi (İtalyanca: [enˈriːkoˈfermi]; 29 Eylül 1901 - 28 Kasım 1954), dünyanın ilk yapay nükleer reaktörü Chicago Pile-1'in yaratıcısı ve Manhattan Projesi'nin bir üyesi olarak tanınan İtalyan-Amerikalı bir fizikçiydi. "Nötron ışınımıyla üretilen yeni radyoaktif elementlerin varlığını kanıtlaması ve yavaş nötronların neden olduğu nükleer reaksiyonları keşfetmesi nedeniyle" 1938 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Kendisi "nükleer çağın mimarı" ve "atom bombasının mimarı" olarak adlandırılmıştır. Hem teorik hem de deneysel fizikte üstün olan çok az fizikçiden biriydi. Fermi, meslektaşlarıyla birlikte nükleer enerjinin kullanımına ilişkin, tamamı ABD hükümeti tarafından devralınan birçok patent başvurusunda bulundu. İstatistik mekaniğinin, kuantum teorisinin, nükleer ve parçacık fiziğinin gelişimine önemli katkılarda bulundu.

Fermi'nin ilk önemli katkısı istatistiksel mekanik alanındaydı. Wolfgang Pauli'nin 1925'te dışlama ilkesini formüle etmesinin ardından Fermi, bu ilkeyi ideal bir gaza uygulayan ve şimdi Fermi-Dirac istatistikleri olarak adlandırılan istatistiksel bir çerçeveyi kullanan bir makale yayınladı. Şu anda, dışlama ilkesine bağlı kalan parçacıklar "fermiyonlar" olarak adlandırılmaktadır. Pauli daha sonra beta bozunması sırasında bir elektronla eşzamanlı olarak yayılan yüksüz, görünmez bir parçacığın varlığını varsaydı; bu, enerjinin korunumu yasasını desteklemeyi amaçlayan bir varsayımdı. Fermi, "nötrino" adını verdiği önerilen parçacığı bütünleştiren bir model geliştirerek bu kavramı benimsedi. Başlangıçta Fermi etkileşimi olarak bilinen ve şu anda zayıf etkileşim olarak anılan teorik çerçevesi, doğanın dört temel kuvvetinden birini aydınlattı. Yakın zamanda tanımlanan nötron kullanılarak radyoaktivitenin indüklenmesini içeren deneyler yoluyla Fermi, yavaş nötronların atom çekirdekleri tarafından hızlı olanlara kıyasla daha kolay yakalandığını tespit etti ve ardından bu fenomeni karakterize etmek için Fermi yaşı denklemini geliştirdi. Toryum ve uranyumun yavaş nötronlarla bombalanması üzerine yeni elementlerin yaratıldığı sonucunu çıkardı. Bu sözde keşif nedeniyle Nobel Ödülü almış olmasına rağmen, bu "yeni elementlerin" daha sonra nükleer fisyon ürünleri olduğu tanımlandı.

1938'de Fermi, Yahudi karısı Laura Capon'u doğrudan etkileyen, yeni yürürlüğe giren İtalyan ırk yasalarından kaçmak için İtalya'dan ayrıldı. Daha sonra Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etti ve burada İkinci Dünya Savaşı boyunca Manhattan Projesi'ne katkıda bulundu. Fermi, Chicago Üniversitesi'nde, 2 Aralık 1942'de kritikliğe ulaşan ve böylece insan tarafından başlatılan, kendi kendini sürdüren ilk nükleer zincir reaksiyonunu gösteren Chicago Pile-1'in tasarlanması ve inşasından sorumlu ekibe öncülük etti. 1943'te Oak Ridge, Tennessee'deki X-10 Grafit Reaktörünün kritikliği için ve ertesi yıl Hanford Sitesindeki B Reaktörü için hazır bulundu. Fermi, Los Alamos'ta, bir bölümü Edward Teller'ın termonükleer "Süper" bombasının geliştirilmesine ayrılan F Bölümü'nü yönetti. 16 Temmuz 1945'te, tam bir nükleer bombanın ilk patlaması olan Trinity testine katıldı ve burada silahın verimini tahmin etmek için kendine özgü Fermi yöntemini kullandı.

Savaş sonrasında Fermi, Chicago'da Nükleer Araştırmalar Enstitüsü'nün kurulmasında önemli bir rol oynadı ve J. Robert Oppenheimer'ın başkanlığını yaptığı ve Atom Enerjisi Komisyonu'na nükleer konularda danışmanlık sağlayan Genel Danışma Komitesi'nde görev yaptı. Ağustos 1949'da ilk Sovyet fisyon bombasının patlatılmasının ardından, hem ahlaki hem de teknik itirazları öne sürerek hidrojen bombasının geliştirilmesine güçlü bir şekilde karşı çıktığını dile getirdi. 1954'teki duruşmada Oppenheimer'ı destekleyen ifadeler veren bilim adamları arasında yer aldı ve bu durum, Oppenheimer'ın güvenlik izninin iptal edilmesine yol açtı.

Fermi, parçacık fiziği alanında, özellikle de pionlar ve müonlarla ilgili önemli araştırmalar yürüttü ve kozmik ışınların, yıldızlararası uzaydaki manyetik alanlar tarafından hızlandırılan malzemeden kaynaklandığını teorileştirdi. Fermi 1 (üretici reaktör), Enrico Fermi Nükleer Üretim İstasyonu, Enrico Fermi Ödülü, Enrico Fermi Enstitüsü, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (Fermilab), Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, Fermi paradoksu ve sentetik element fermium dahil olmak üzere çok sayıda övgü, teorik kavram ve bilimsel kurum Fermi'nin adını taşıyor. Bu ayrım onu, kendi adını taşıyan bir elementle onurlandırılan yalnızca 16 bilim insanı arasında yer alıyor.

Erken Dönem

29 Eylül 1901'de İtalya'nın Roma kentinde doğan Enrico Fermi, Demiryolları Bakanlığı'nda bölüm başkanı olan Alberto Fermi ile ilkokul öğretmeni Ida de Gattis'in üçüncü çocuğuydu. Maria adında bir ablası ve Giulio adında bir ağabeyi vardı. Kırsal bir toplulukta süt emzirme döneminin ardından Enrico, iki buçuk yaşındayken Roma'daki ailesinin yanına döndü. Büyükanne ve büyükbabasının isteklerini yerine getirmek için Katolik olarak vaftiz edilmiş olmasına rağmen, ailesi güçlü bir dini ibadetten yoksundu; Fermi yetişkin yaşamı boyunca agnostik bir duruş sergiledi. Gençliğinde Giulio ile elektrik motorlarının yapımında ve çeşitli elektrikli ve mekanik cihazlarla ilgilenerek ilgi alanlarını paylaştı. Trajik bir şekilde, Giulio 1915'te boğaz apsesi ameliyatı sırasında vefat etti ve Maria da 1959'da Milano yakınlarında bir uçak kazasında öldü.

Campo de' Fiori'deki yerel bir pazarda Fermi, Elementorumphysicae mathematicae adlı 900 sayfalık bir fizik tezi keşfetti. Collegio Romano'da profesör olan Cizvit Peder Andrea Caraffa tarafından Latince yazılan bu cilt, 1840 tarihli yayınında yaygın olan bilimsel anlayışı yansıtarak matematik, klasik mekanik, astronomi, optik ve akustiği kapsamlı bir şekilde kapsıyordu. Fermi, bilime meraklı arkadaşı Enrico Persico'nun yanı sıra, jiroskopların inşası ve Dünya'nın yerçekimi ivmesini ölçmek için deneyler de dahil olmak üzere çeşitli projeler üstlendi.

Enrico, işten sonra ofisi dışında babası Alberto ile sık sık buluştu ve 1914'te, eve dönüş yolunun bir kısmında babasına düzenli olarak eşlik eden Alberto'nun meslektaşı Adolfo Amidei ile tanıştı.

Adolfo'nun matematik ve fiziğe olan ilgisinin farkında olan Enrico, geometriyle ilgili bir soru sorma fırsatını yakaladı. Adolfo, genç Fermi'nin projektif geometri hakkında bilgi aldığını fark etti ve ardından ona Theodor Reye'nin konuyla ilgili bir kitabını verdi. Fermi, Adolfo'nun bazılarının zorlu olduğunu düşündüğü tüm sorunları başarıyla çözerek kitabı iki ay içinde iade etti. Adolfo, Fermi'nin başarısını doğruladıktan sonra onu "en azından geometri açısından bir dahi" olarak nitelendirdi ve fizik ve matematik üzerine ek metinler sağlayarak ona akıl hocalığı yapmaya devam etti. Adolfo, Fermi'nin olağanüstü hafızasını gözlemledi; bu hafızası ona kitapların içeriğini tam anlamıyla aklında tutmasını ve okuduktan hemen sonra geri getirmesini sağladı.

Scuola Normale Superiore, Pisa

Fermi, üçüncü yılını atlayarak liseyi Temmuz 1918'de tamamladı. Amidei'nin tavsiyesi üzerine Fermi, çağdaş bilimsel literatüre erişmek için Almanca dil becerilerini edindi ve ardından Pisa'daki prestijli Scuola Normale Superiore'ye başvurdu. Amidei, Scuola'nın Fermi'ye o dönemdeki Roma Sapienza Üniversitesi ile karşılaştırıldığında üstün gelişim fırsatları sunduğuna inanıyordu. Oğullarını yakın zamanda kaybetmeleri nedeniyle, Fermi'nin ebeveynleri isteksizce onun Roma'dan uzakta, okuldaki pansiyonlarda dört yıl kalmasına razı oldular. Fermi, "Seslerin Özel Özellikleri" konulu bir makalenin yer aldığı zorlu giriş sınavında birinci oldu. 17 yaşındaki Fermi, titreşen bir çubuğu yöneten kısmi diferansiyel denklemi türetmek ve çözmek için özellikle Fourier analizini kullandı ve bu durum, incelemeyi yapan kişinin röportaj sonrasında kendisinin olağanüstü bir fizikçi olacağını açıklamasına yol açtı.

Scuola Normale Superiore'ye devam ederken Fermi, öğrenci arkadaşı Franco Rasetti ile şakalar yaptı ve bu da yakın bir dostluğa ve profesyonel işbirliğine yol açtı. Fermi'ye verecek çok az şeyi olduğunu kabul eden ve onun yerine sık sık ondan eğitim talep eden fizik laboratuvarı müdürü Luigi Puccianti'den rehberlik aldı. Fermi'nin kuantum fiziğine dair derin anlayışı, Puccianti'yi ona konuyla ilgili seminerler düzenleme görevi vermeye sevk etti. Bu dönemde Fermi, genel göreliliğin temel tekniği olan tensör hesabında yeterlilik kazandı. Başlangıçta ana çalışma alanı olarak matematiği seçse de, kısa süre sonra fiziğe geçti. Genel görelilik, kuantum mekaniği ve atom fiziğine odaklanarak büyük ölçüde kendi kendine öğrenmeyi sürdürdü.

Eylül 1920'de fizik bölümüne kabul edilmesinin ardından Fermi küçük bir gruba katıldı. Bölümün yalnızca Fermi, Rasetti ve Nello Carrara'dan oluşan sınırlı kaydı göz önüne alındığında, Puccianti onlara araştırma çalışmaları için laboratuvara sınırsız erişim izni verdi. Fermi, X-ışını kristalografisini araştırmayı önerdi ve üçlünün bir kristalin X-ışını görüntüsü olan bir Laue fotoğrafı üretmesine yol açtı. 1921'de, üniversite eğitiminin üçüncü yılında, Fermi'nin ilk bilimsel katkıları İtalyan Nuovo Cimento dergisinde yayınlandı. Açılış makalesinin başlığı "Çevirisel harekette elektrik yüklerinden oluşan katı bir sistemin dinamiği üzerine" (Sulla dinamica di un sistema stricto di cariche elettriche in moto traslatorio) başlığıydı. Özellikle, bu çalışma, kütleyi bir tensör olarak ifade ederek gelecekteki gelişmelerin habercisi oldu; bu, hareket halindeki nesneleri karakterize etmek için sıklıkla kullanılan ve üç boyutlu bir mekansal bağlamda dönüşüm geçiren matematiksel bir yapıdır. Klasik mekanik kütleyi skaler bir nicelik olarak tanımlarken, görelilik kuramı kütlenin hızla değiştiğini öne sürer. İkinci yayını, "Elektromanyetik yüklerin tekdüze yerçekimsel alanının elektrostatiği ve elektromanyetik yüklerin ağırlığı üzerine" (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale üniformae e sul peso delle masse elettromagnetiche) ilgili kavramları araştırdı. Genel görelilik ilkelerini kullanan Fermi, bir yükün U/c§1415§'ye eşdeğer bir kütleye sahip olduğunu gösterdi; burada U, sistemin elektrostatik enerjisini temsil eder ve c, ışığın hızını belirtir.

İlk makale, elektromanyetik kütlelerin hesaplanmasına ilişkin elektrodinamik ve göreli teoriler arasındaki tutarsızlığı vurguluyor gibi görünüyordu; ilki, 4/3 U/c² değerini tahmin ediyordu. Fermi bu sorunu ertesi yıl "Elektrodinamik ve elektromanyetik kütlenin göreli teorisi arasındaki çelişkiyle ilgili" başlıklı makalesinde çözdü ve burada algılanan tutarsızlığın göreli ilkelerden kaynaklandığını açıkladı. Bu özel makale önemli bir kabul gördü, Almancaya çevrildi ve ardından 1922'de Alman bilimsel dergisi Physikalische Zeitschrift'de yayınlandı. Yine 1922'de Fermi, "Bir dünya çizgisi yakınında meydana gelen fenomenler üzerine" (Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea) adlı makalesini sundu. oraria) İtalyan dergisi I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei'ye. Bu yayında Eşdeğerlik Prensibini analiz etti ve "Fermi koordinatları" kavramını tanıttı. Çalışması, zaman çizelgesine yakın bir dünya çizgisi boyunca uzayın Öklid uzayına benzer özellikler sergilediğini gösterdi.

Temmuz 1922'de Fermi, "Olasılık üzerine bir teorem ve bazı uygulamaları" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni) adlı tezini Scuola Normale Superiore'ye sundu ve ödülünü oldukça erken yaşta kazandı. 20. Tezi X-ışını kırınım görüntülerine odaklandı. O zamanlar teorik fizik, İtalya'da resmi olarak akademik bir disiplin olarak tanınmıyordu, bu da genellikle yalnızca deneysel fizik tezlerinin kabul edildiği anlamına geliyordu. Sonuç olarak İtalyan fizikçiler, Almanya'da ortaya çıkan görelilik gibi yeni kavramları benimsemekte tereddüt ettiler. Bununla birlikte, Fermi'nin deneysel laboratuvar çalışmalarındaki yeterliliği, bu akademik ortamın ortaya çıkarabileceği önemli zorlukları hafifletti.

1923'te, August Kopff'un Fundamentals of Einstein Relativity adlı kitabının İtalyanca çevirisinin ekine katkıda bulunan Fermi, Einstein'ın denkleminin doğasında bulunan muazzam nükleer potansiyel enerjiyi tanımlayan ilk kişi oldu (E = mc§78§), sömürülme potansiyeline işaret ediyor. Şunu öne sürdü: "Bu korkunç miktardaki enerjiyi serbest bırakmanın bir yolunu bulmak en azından yakın gelecekte mümkün görünmüyor; bu da iyi bir şey çünkü bu kadar korkunç miktardaki bir enerji patlamasının ilk etkisi, bunu yapmanın bir yolunu bulma talihsizliğine uğrayan fizikçiyi paramparça etmek olacaktır."

1923–1924 yılları arasında Fermi, Göttingen Üniversitesi'nde Max Born'un yanında bir dönem eğitim aldı ve burada Werner Heisenberg ve Pascual Jordan'la karşılaştı. Daha sonra, Eylül'den Aralık 1924'e kadar Fermi, Leiden'de Paul Ehrenfest yönetiminde, matematikçi Vito Volterra'nın müdahalesiyle Rockefeller Vakfı bursuyla desteklenen çalışmalarını sürdürdü. Leiden'da Hendrik Lorentz ve Albert Einstein ile tanıştı ve Samuel Goudsmit ve Jan Tinbergen ile arkadaşlıklar kurdu. Ocak 1925'ten 1926'nın sonlarına kadar Fermi, Floransa Üniversitesi'nde matematiksel fizik ve teorik mekanik alanında öğretmenlik pozisyonunda bulundu ve manyetik alanların cıva buharı üzerindeki etkisini araştıran deneyler üzerinde Rasetti ile işbirliği yaptı. Eş zamanlı olarak Roma Sapienza Üniversitesi'ndeki seminerlere katkıda bulunarak kuantum mekaniği ve katı hal fiziği üzerine dersler verdi. Yeni yeni ortaya çıkan kuantum mekaniği alanıyla ilgili sunumları sırasında, özellikle de Schrödinger denkleminin olağanüstü tahmin doğruluğunu tartışırken Fermi sık sık şunu söylüyordu: "Bu kadar iyi uymanın işi yok!"

Wolfgang Pauli'nin 1925'te dışlama ilkesini açıklamasının ardından Fermi, "Mükemmel monoatomik gazın kuantizasyonu üzerine" (Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico) başlıklı bir makale yayınladı ve burada ilkeyi ideal bir gaza uyguladı. Bu yayın, Fermi'nin, dışlama ilkesine bağlı çok sayıda özdeş parçacık içeren sistemler içindeki parçacıkların dağılımını açıklayan istatistiksel formülasyonu açısından özellikle anlamlıydı. Kısa bir süre sonra İngiliz fizikçi Paul Dirac bağımsız olarak bu kavramı geliştirdi ve bunun Bose-Einstein istatistikleriyle ilişkisini de gösterdi. Sonuç olarak, bu istatistiksel çerçeve artık Fermi-Dirac istatistikleri olarak adlandırılmaktadır. Dirac'ın çalışmasının takdiri olarak, dışlama ilkesine uyan parçacıklara şu anda "fermiyonlar", uymayanlara ise "bozonlar" adı veriliyor.

Roma'da Profesörlük

İtalya'da profesörlükler, boş akademik sandalyeler için rekabetçi bir süreçle (concorso) verildi ve başvuru sahipleri, profesörlerden oluşan bir komite tarafından yayınlarına göre değerlendirildi. Fermi başlangıçta Sardinya'daki Cagliari Üniversitesi'nde matematiksel fizik alanında bir kürsü aradı ancak Giovanni Giorgi lehine kıl payı göz ardı edildi. 1926'da 24 yaşındayken Roma Sapienza Üniversitesi'ne profesörlük başvurusunda bulundu. Bu özel pozisyon, Profesör Orso Mario Corbino'nun emriyle Eğitim Bakanı tarafından oluşturulan, İtalya genelinde teorik fizik alanında ilk üç kürsüden biri olan yeni kurulan bir kürsüsü temsil ediyordu. Corbino'nun birden fazla görevi vardı: üniversitede deneysel fizik profesörü, Fizik Enstitüsü müdürü ve Benito Mussolini'nin kabinesinin bir üyesi. Seçim komitesinin başkanı olarak Corbino, bu yeni profesörlüğün İtalya'daki fizik standartlarını ve prestijini artıracağını öngördü. Komite sonuçta Enrico Persico ve Aldo Pontremoli yerine Fermi'yi seçti. Corbino daha sonra Fermi'ye, Fermi'nin asistanı olarak atadığı Franco Rasetti'nin yanı sıra Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana ve Emilio Segrè gibi seçkin öğrencilerin de dahil olduğu araştırma grubunu oluşturmasında yardımcı oldu. Bu grup kısa sürede "Via Panisperna çocukları" olarak tanındı ve bu isim Fizik Enstitüsü'nün bulunduğu caddeden türetildi.

Fermi, 19 Temmuz 1928'de üniversitede fen bilimleri öğrencisi olan Laura Capon ile evlendi. Çiftin iki çocuğu vardı: Ocak 1931'de doğan Nella ve Şubat 1936'da doğan Giulio. 18 Mart 1929'da Mussolini, Fermi'yi bu göreve atadı. İtalya Kraliyet Akademisi üyesi ve 27 Nisan'da Faşist Parti'ye üye oldu. Ancak Fermi daha sonra, İtalyan Faşizmini ideolojik olarak Alman Nazizmiyle daha yakın hizaya getirmeyi amaçlayan Mussolini'nin 1938 ırk yasalarını yayınlamasının ardından Faşizme karşı çıktı. Bu ayrımcı yasalar, Yahudi olan Laura için bir tehdit oluşturdu ve Fermi'nin birçok araştırma görevlisinin işten çıkarılmasıyla sonuçlandı.

Fermi ve araştırma grubu, Roma'dayken fiziğin çeşitli pratik ve teorik alanlarında önemli katkılarda bulundu. 1928'de Fermi, İtalyan üniversite öğrencileri için çağdaş ve erişilebilir bir ders kitabı olarak hizmet veren ufuk açıcı çalışması Atom Fiziğine Giriş'i (Introduzione alla fisica atoma) yayınladı. Fermi, yeni ortaya çıkan fizik alanına ilişkin bilgiyi yaymak için halka açık konferanslar verdi ve bilim adamlarını ve eğitimcileri hedef alan popüler makaleler yazdı. Pedagojik yaklaşımı, sıklıkla devam eden araştırmalarından elde edilen sorunları kolektif olarak analiz etmek için meslektaşları ve lisansüstü öğrencilerle günlük toplantıları içeriyordu. Onun etkisinin bir kanıtı, yabancı öğrencilerin İtalya'ya artan akınıydı. Bu uluslararası akademisyenler arasında en öne çıkanı, Rockefeller Vakfı üyesi olarak Roma'ya gelen ve 1932'de Fermi ile birlikte "İki Elektron Arasındaki Etkileşim Üzerine" (Almanca: Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen) başlıklı bir makalenin ortak yazarı olan Alman fizikçi Hans Bethe'ydi.

Bu dönemde fizikçiler, beta bozunması olarak bilinen ve atom çekirdeğinden bir elektronun yayılmasıyla karakterize edilen kafa karıştırıcı bir olayla karşılaştılar. Pauli, enerjinin korunumu ilkesini desteklemek için, ihmal edilebilir veya hiç kütlesi olmayan, görünmez, yüksüz bir parçacığın eşzamanlı emisyonunu varsaydı. Fermi daha sonra bu kavramı benimsedi ve ilk olarak 1933'te bir ön makalede geliştirdi, ardından sonraki yıl, Fermi'nin "nötrino" olarak adlandırdığı varsayılan parçacığı resmi olarak tanıtan daha kapsamlı bir yayın izledi. Başlangıçta Fermi etkileşimi olarak adlandırılan ve daha sonra zayıf etkileşim teorisi olarak tanınan teorik çerçevesi, doğanın dört temel kuvvetinden birini aydınlattı. Nötrinonun varlığı ölümünden sonra deneysel olarak doğrulandı ve Fermi'nin etkileşim teorisi, onun yakalanması zor tespit edilebilirliğine açıklama sağladı. Taslağı İngiliz dergisi Nature'e sunulduktan sonra editör, spekülatif içeriğinin "okuyucuların ilgisini çekmeyecek kadar fiziksel gerçeklikten uzak" olduğunu öne sürerek onu reddetti. Fermi'nin biyografisini yazan David N. Schwartz'a göre, Fermi'nin Nature'de ciddi bir şekilde yayınlanmak istemesi tuhaftır; çünkü o dönemde dergi sadece kısa yazılar yayınlıyordu ve dolayısıyla yeni bir fiziksel teoriyi yaymak için bile uygun değildi. Eğer varsa, daha uygun bir yer Londra Kraliyet Cemiyeti Tutanakları olabilirdi. Schwartz, bazı bilim adamlarının önerdiği hipoteze katılıyor ve İngiliz dergisinin reddedilmesinin, Fermi'nin (bazıları Yahudi ve sol eğilimli) genç meslektaşlarının, Hitler'in Ocak 1933'te iktidara gelmesinin ardından Alman bilimsel yayınlarını boykot etmekten vazgeçme konusunda etkilediğini öne sürüyor. Sonuç olarak, Fermi'nin teorisi, İngilizce çevirisinden önce İtalyanca ve Almanca baskılarında yayınlandı.

1968 İngilizce çevirisinin giriş konuşmasında fizikçi Fred, fizikçi Fred L. Wilson şunu gözlemledi:

Fermi'nin teorisi, Pauli'nin nötrino önerisini desteklemenin yanı sıra, modern fizik tarihinde özel bir öneme sahiptir. Teorinin öne sürüldüğü dönemde yalnızca doğal olarak oluşan β yayıcıların bilindiği unutulmamalıdır. Daha sonra pozitron bozunması keşfedildiğinde süreç, Fermi'nin orijinal çerçevesine kolaylıkla dahil edildi. Teorisine dayanarak, bir yörünge elektronunun bir çekirdek tarafından yakalanacağı tahmin edildi ve sonunda gözlemlendi. Zamanla deneysel veriler önemli ölçüde birikti. Her ne kadar β bozunmasında tuhaflıklar birçok kez gözlemlenmiş olsa da, Fermi'nin teorisi her zaman zorluklara eşit olmuştur.
Fermi teorisinin sonuçları çok büyüktür. Örneğin, β spektroskopisi nükleer yapının incelenmesi için güçlü bir araç olarak kurulmuştur. Ancak Fermi'nin bu çalışmasının belki de en etkili yönü, onun özel β etkileşimi formunun, diğer etkileşim türlerinin incelenmesi için uygun bir model oluşturmasıdır. Maddi parçacıkların yaratılması ve yok edilmesine ilişkin ilk başarılı teoriydi. Daha önce yalnızca fotonların yaratılıp yok edildiği biliniyordu.

Ocak 1934'te Irène Joliot-Curie ve Frédéric Joliot, alfa parçacığı bombardımanı yoluyla elementlerde radyoaktivitenin başarılı bir şekilde uyarıldığını bildirdi. Aynı yılın Mart ayında, Fermi'nin asistanı Gian-Carlo Wick, Fermi'nin yerleşik beta bozunması teorisinden yararlanarak bu fenomen için teorik bir çerçeve önerdi. Sonuç olarak, Fermi, özellikle 1932'de James Chadwick tarafından keşfedilen bir parçacık olan nötronu kullanarak, odağını deneysel fiziğe kaydırdı. Mart 1934'te Fermi, Rasetti tarafından geliştirilen bir polonyum-berilyum nötron kaynağını kullanarak radyoaktiviteyi tetikleme olasılığını araştırmayı hedefledi. Elektrik yükü olmayan nötronlar, pozitif yüklü atom çekirdeği tarafından sapmaya uğramazlar. Bu özellik, nötronların yüklü parçacıklara kıyasla çekirdeğe nüfuz etmek için önemli ölçüde daha az enerjiye ihtiyaç duyduğunu ve böylece Via Panisperna grubunda bulunmayan bir parçacık hızlandırıcıya olan ihtiyacı ortadan kaldırdığını ima etti.

Fermi, polonyum-berilyum nötron kaynağını radon-berilyum varyantıyla değiştirme fikrini ortaya attı. Bunu, bir cam ampulü berilyum tozuyla doldurarak, havayı boşaltarak ve ardından Giulio Cesare Trabacchi tarafından sağlanan 50 mCi radon gazını vererek yaptı. Bu yeni konfigürasyon, önemli ölçüde daha güçlü bir nötron kaynağı sağladı, ancak radon'un 3,8 günlük yarı ömrüne göre etkinliği azaldı. Fermi, bu kaynağın aynı zamanda gama ışınları da yayacağının farkında olmasına rağmen, bu emisyonların deneysel sonuçlardan taviz vermeyeceğini öne sürdü. İlk deneyleri, yüksek atom numarasına sahip, kolayca bulunabilen bir element olan platini bombalamayı içeriyordu, ancak bu girişimler başarısız oldu. Daha sonra alüminyumla deneyler yaparak onun bir alfa parçacığı yaydığını, sodyum ürettiğini ve ardından beta parçacığı emisyonu yoluyla magnezyuma bozunduğunu gözlemledi. Kurşun konusunda başarısız olunca, bir alfa parçacığı yayan, nitrojen üreten ve ardından beta parçacığı emisyonu yoluyla oksijene bozunan kalsiyum florür formundaki florini kullandı. Fermi toplamda 22 farklı elementte radyoaktiviteyi başarıyla indükledi. Fermi, nötron kaynaklı radyoaktivite keşfini 25 Mart 1934'te İtalyan La Ricerca Scientifica dergisinde derhal yayınladı.

Toryum ve uranyumun doğasında olan radyoaktivitesi, bu elementleri içeren nötron bombardımanı deneylerinin analizini karmaşık hale getirdi. Ancak Fermi, uranyumdan hafif, kurşundan ağır elementlerin varlığını titizlikle eledikten sonra, ausenyum ve hesperyum adını verdiği yeni elementlerin sentezlendiği sonucunu çıkardı. Kimyager Ida Noddack, bazı deneysel sonuçların yeni, daha ağır elementlerin oluşumu yerine kurşundan daha hafif elementlerle sonuçlanmış olabileceğini öne sürerek alternatif bir yorum önerdi. Onun hipotezi o zamanlar büyük ölçüde reddedildi; bunun başlıca nedeni, araştırma grubunun ne uranyumla ilgili deneyler yürütmesi ne de böyle bir olasılık için teorik bir temel oluşturmasıydı. O dönemde nükleer fisyonun tamamen imkansız olmasa da teorik olarak imkansız olduğu düşünülüyordu. Fizikçiler, daha hafif elementlerin nötron bombardımanı yoluyla daha yüksek atom numaralı elementlerin oluşumunu öngörmüş olsa da, nötronların, Noddack'ın önerdiği gibi daha ağır bir atomu iki daha hafif parçaya ayırmaya yetecek enerjiye sahip olduğu fikri geniş çapta kabul görmedi.

Via Panisperna grubu da deneyleri sırasında çeşitli anormal etkiler gözlemledi. Özellikle, deney düzeneğinin mermer bir yüzeyle karşılaştırıldığında ahşap bir masa üzerinde yürütüldüğünde daha olumlu sonuçlar verdiği görüldü. Joliot-Curie ve Chadwick'in parafin mumunun nötronları denetlemedeki etkinliğine ilişkin gözlemlerini hatırlatan Fermi, bunu deneylerine dahil etmeye karar verdi. Nötronlar parafin mumundan geçtiğinde, parafin olmadan yapılan bombardımanlarla karşılaştırıldığında gümüşteki radyoaktivitede yüz kat artışa neden oldu. Fermi, bu fenomenin parafinde bulunan hidrojen atomlarına atfedilebileceğini öne sürdü. Benzer şekilde, ahşap ve mermer masa tablaları arasında gözlemlenen eşitsizliğin nedeni ahşabın hidrojen içeriğiydi. Bu hipotez, etkinin su kullanılarak kopyalanmasıyla daha da doğrulandı. Hidrojen atomlarıyla çarpışmaların nötronları etkili bir şekilde yavaşlattığı sonucuna vardı. Bir nötron, daha düşük atom numaralı çekirdeklerle etkileşime girdiğinde çarpışma başına daha fazla enerji kaybeder, dolayısıyla belirli bir yavaşlama derecesine ulaşmak için daha az çarpışma gerekir. Fermi, yavaş nötronların hızlı nötronlara kıyasla daha yüksek bir yakalanma olasılığı sergilemesi nedeniyle bu yavaşlamanın radyoaktivitenin artmasına yol açtığını fark etti. Bu süreci matematiksel olarak açıklamak için daha sonra Fermi yaşı denklemi olarak adlandırılan bir difüzyon denklemi formüle etti.

1938'de Fermi, "nötron ışınlaması tarafından üretilen yeni radyoaktif elementlerin varlığına ilişkin kanıtları ve bununla bağlantılı olarak yavaş nötronların neden olduğu nükleer reaksiyonları keşfi nedeniyle" 37 yaşındayken Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Fermi ve ailesi, Stockholm'de ödülü aldıktan sonra İtalya'ya dönmek yerine, Aralık 1938'de New York City'ye gittiler ve orada daimi ikamet izni istediler. Amerika'ya taşınma ve ABD vatandaşı olma kararlarının temelinde İtalya'da geçerli olan ırk yasaları yatıyordu.

Manhattan Projesi

2 Ocak 1939'da New York City'ye vardığında Fermi, beş üniversiteden hemen teklif aldı ve sonuçta daha önce 1936'da yaz dersleri verdiği Columbia Üniversitesi'ndeki bir pozisyonu kabul etti. Kendisine, Aralık 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın uranyumun nötron bombardımanından sonra baryumu tanımladığı, daha sonra Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch tarafından yorumlanan bir olgu olduğu bilgisi verildi. nükleer fisyon olarak. Frisch bu bulguyu 13 Ocak 1939'da deneysel olarak doğruladı. Meitner ve Frisch'in Hahn ve Strassmann'ın keşfine ilişkin yorumuna ilişkin haber, Princeton Üniversitesi'nde ders vermesi planlanan Niels Bohr tarafından Atlantik'in öbür ucuna iletildi. Princeton'da çalışan Columbia Üniversitesi fizikçileri Isidor Isaac Rabi ve Willis Lamb, keşfi öğrendi ve bunu Columbia'ya iletti. Rabi, Fermi'yi bilgilendirdiğini iddia ederken Fermi daha sonra bu açıklamayı Lamb'e bağladı:

Pupin Laboratuvarlarında çalışmaya başladığım ilk ay olan Ocak 1939'u çok canlı hatırlıyorum çünkü her şey çok hızlı gelişmeye başladı. O dönemde Niels Bohr, Princeton Üniversitesi'nde bir konferanstaydı ve bir öğleden sonra Willis Lamb'in çok heyecanlı bir şekilde geri döndüğünü ve Bohr'un harika bir haber sızdırdığını söylediğini hatırlıyorum. Dışarıya sızan harika haber, fisyonun keşfi ve en azından yorumunun ana hatlarıydı. Ardından, aynı ayın sonlarında, Washington'da, yeni keşfedilen fisyon olgusunun olası öneminin, olası bir nükleer enerji kaynağı olarak ilk kez yarı şakacı bir şekilde tartışıldığı bir toplantı yapıldı.

Noddack'in önceki hipotezi sonuçta doğrulandı. Fermi, tek sayıda nötrona sahip bir nüklit ek bir nötronu asimile ettiğinde ortaya çıkan bağlanma enerjisini göz ardı ederek, hesaplamalarına dayanarak fisyon ihtimalini göz ardı etmişti. Fermi için bu açıklama, mesleki anlamda önemli bir utançla sonuçlandı; kısmen Nobel Ödülü aldığı uranyum ötesi elementler, uranyum ötesi elementler değil, fisyon ürünleriydi. Sonuç olarak, Nobel Ödülü kabul konuşmasına bu düzeltmeyi ele alan bir dipnot ekledi.

Columbia'daki bilim adamları, nötronlar tarafından bombardımana tutulduğunda uranyumun nükleer fisyonuyla ilişkili enerji salınımını araştırmaya karar verdiler. 25 Ocak 1939'da, Columbia'daki Pupin Hall'un bodrumunda, Fermi'nin de aralarında bulunduğu bir deney ekibi, Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk nükleer fisyon deneyini gerçekleştirdi. Ek ekip üyeleri arasında Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe ve Francis G. Slack vardı. Ertesi gün, George Washington Üniversitesi ve Washington Carnegie Enstitüsü'nün ortak sponsorluğunda Washington DC'de beşinci Washington Teorik Fizik Konferansı başladı. Orada, nükleer fisyonla ilgili bulgular daha geniş bir alana yayıldı ve böylece daha sonraki birçok deneysel gösterinin teşviki sağlandı.

Fransız bilim adamları Hans von Halban, Lew Kowarski ve Frédéric Joliot-Curie başlangıçta uranyumun nötron bombardımanına tutulduğunda absorbe ettiğinden daha fazla nötron yaydığını ve dolayısıyla bir zincirleme reaksiyon potansiyeline işaret ettiğini gösterdiler. Enrico Fermi ve Herbert L. Anderson bu bulguyu birkaç hafta sonra bağımsız olarak doğruladılar. Daha büyük ölçekli fisyon deneylerini kolaylaştırmak için Leó Szilárd, Kanadalı üretici Eldorado Gold Mines Limited'den 200 kilogram (440 lb) uranyum oksit tedarik etti. Daha sonra Fermi ve Szilárd, daha sonra nükleer reaktör olarak anılacak olan, kendi kendini idame ettirebilen bir nükleer reaksiyon gerçekleştirebilen bir cihaz geliştirmek için işbirliği yaptı. Önemli bir zorluk, sudaki hidrojenin yüksek nötron soğurma oranıydı, bu da doğal uranyum ve nötron moderatörü olarak su ile kendi kendini idame ettiren bir reaksiyonun olasılığını imkansız hale getiriyordu. Fermi, nötron araştırmasından yararlanarak, su yerine moderatör olarak grafitli uranyum oksit bloklarının kullanılmasını önerdi; bu, teorik olarak nötron yakalanmasını azaltacak ve kendi kendini idame ettiren bir zincirleme reaksiyonu mümkün kılacaktı. Szilárd daha sonra pratik bir tasarım tasarladı: grafit tuğlalarla serpiştirilmiş uranyum oksit bloklarından oluşan bir "yığın". Szilárd, Anderson ve Fermi "Uranyumda Nötron Üretimi" başlıklı bir makalenin ortak yazarlığını yaptılar. Ancak farklı çalışma alışkanlıkları ve kişilikleri çoğu zaman işbirliklerinde zorluklara yol açıyordu.

Enrico Fermi, 18 Mart 1939'da Deniz Kuvvetleri Departmanında bu konu hakkında bir konferans vererek askeri yetkilileri nükleer enerjinin potansiyel sonuçları konusunda uyaran ilk bilim adamlarından biriydi. Donanmanın tepkisi beklentilerini tam olarak karşılamasa da, Columbia Üniversitesi'ndeki daha ileri araştırmaları desteklemek için 1.500 dolar ayırdılar. Aynı yılın ilerleyen saatlerinde Leó Szilárd, Eugene Wigner ve Edward Teller, daha sonra Albert Einstein tarafından imzalanan ve ABD Başkanı Franklin D. Roosevelt'e gönderilen bir mektup taslağı hazırladılar. Bu mektup, Nazi Almanyası'nın atom bombası geliştiriyor olabileceği konusunda uyarıyordu. Buna cevaben Başkan Roosevelt, bu endişeleri araştırmak için Uranyum Danışma Komitesi'ni kurdu.

Uranyum Danışma Komitesi, Fermi'nin grafit elde etmesini sağlayacak fonlar tahsis etti ve Fermi bunu daha sonra Pupin Hall laboratuvarının yedinci katında bir ön grafit tuğla yığını inşa etmek için kullandı. Ağustos 1941'e gelindiğinde Fermi, altı ton uranyum oksit ve otuz ton grafit biriktirmişti; bu malzemeleri daha sonra Columbia Üniversitesi'ndeki Schermerhorn Salonu'nda daha da büyük bir deney yığını inşa etmek için kullandı.

18 Aralık 1941'de, Bilimsel Araştırma ve Geliştirme Ofisi'nin daha önce Uranyum Danışma Komitesi olarak bilinen S-1 Bölümü toplandı. Amerika Birleşik Devletleri'nin İkinci Dünya Savaşı'na girmesiyle birlikte misyonunun aciliyeti arttı. Komitenin ana odağı zenginleştirilmiş uranyum üretmek olsa da, komite üyesi Arthur Compton plütonyumu geçerli bir alternatif olarak tanımladı ve 1944'ün sonlarına doğru nükleer reaktörlerde seri üretim potansiyeline dikkat çekti. Sonuç olarak Compton, Chicago Üniversitesi'ndeki plütonyum araştırma çabalarını birleştirmeye karar verdi. Fermi, başlangıçta tereddüt etse de başka bir yere taşındı ve araştırma ekibi bu kurumda yeni kurulan Metalurji Laboratuvarı'na entegre edildi.

Kendi kendini idame ettirebilen bir nükleer reaksiyonun bilinmeyen sonuçları göz önüne alındığında, açılış nükleer reaktörünü yoğun nüfuslu bir kentsel alanda yer alan Chicago Üniversitesi kampüsünde inşa etmek tedbirsiz görüldü. Arthur Compton başlangıçta Chicago'dan yaklaşık 20 mil (32 km) uzaklıktaki Argonne Woods Orman Koruma Alanı'nda bir alan sağladı ve Stone & Geliştirilmesi için Webster'a teşekkür ederiz. Ancak bir iş anlaşmazlığı bu çalışmayı durdurdu. Daha sonra Fermi, Compton'u reaktörün Chicago Üniversitesi Stagg Field tribünlerinin altındaki squash kortunda güvenli bir şekilde inşa edilebileceğine ikna etti. Deneysel kazık inşaatı 6 Kasım 1942'de başladı ve Chicago Pile-1'in 2 Aralık'ta kritikliğe ulaşmasıyla sonuçlandı. Kazık başlangıçta kabaca küresel olacak şekilde tasarlanmış olmasına rağmen, Fermi'nin devam eden hesaplamaları kritikliğe tüm yapıyı başlangıçta planlandığı gibi tamamlamadan da ulaşılabileceğini gösterdi.

Bu deney, enerji arayışında çok önemli bir başarıyı temsil ediyordu ve Fermi'nin her aşamanın kesin olarak planlandığı ve tüm hesaplamaların titizlikle yapıldığı karakteristik titiz yaklaşımını örneklendiriyordu. Kendi kendine yeten ilk nükleer zincir reaksiyonunun başarılı bir şekilde başlatılmasının ardından Compton, bu buluşu şifreli bir telefon görüşmesi yoluyla Ulusal Savunma Araştırma Komitesi'nin başkanı olarak görev yapan James B. Conant'a iletti.

Conant'la Harvard Üniversitesi Rektörlük ofisinden telefonla temasa geçildi. İletişimde şifreli bir mesaj yer alıyordu: "Jim, İtalyan denizcinin yeni dünyaya ayak bastığını bilmek ilgini çekecek." Bunu yarı özür dileyen bir açıklama izledi; çünkü S-1 Komitesi, reaktörün tamamlanmasının ek bir hafta veya daha fazla süre gerektireceği konusunda bilgilendirildi: "Dünya onun tahmin ettiği kadar büyük değildi ve yeni dünyaya beklediğinden daha erken ulaştı."

Conant heyecanla yanıt vererek "Öyle mi?" diye sordu. Daha sonra şu soruyu sordu: "Yerliler dost canlısı mıydı?"

Cevap şunu doğruladı: "Herkes güvenli ve mutlu bir şekilde indi."

Araştırmanın halk sağlığına tehlike oluşturmadan devam etmesi için reaktör daha sonra sökülerek Argonne Woods tesisine taşındı. Fermi, bu yeni lokasyonda nükleer reaksiyonlarla ilgili deneyleri yöneterek, reaktör tarafından üretilen serbest nötronların geniş çapta bulunmasından yararlandı. Laboratuvarın kapsamı hızla fizik ve mühendisliğin ötesine geçerek biyolojik ve tıbbi araştırmalardaki uygulamalar için reaktörü bünyesine kattı. Başlangıçta Chicago Üniversitesi'nin ayrılmaz bir parçası olarak Fermi'nin yönetimi altında faaliyet gösteren Argonne, Mayıs 1944'te Fermi'nin direktörlüğünde bağımsız bir kuruluş olarak kuruldu.

4 Kasım 1943'te Oak Ridge'deki hava soğutmalı X-10 Grafit Reaktörü kritik duruma ulaştığında, Fermi olası arızaları gidermek için oradaydı. Teknisyenler olayı gözlemlediğinden emin olmak için onu zamanından önce uyandırdı. X-10'un operasyonel hale getirilmesi, plütonyum projesi kapsamında önemli bir ilerlemeyi temsil ediyordu. Bu tesis, reaktör tasarımı için önemli veriler sağladı, DuPont personelinin reaktör işletimi konusunda eğitimini kolaylaştırdı ve reaktör tarafından üretilen plütonyumun ilk küçük miktarlarını üretti. Fermi, Temmuz 1944'te, mevcut mevzuat uyarınca izin verilen en erken tarihte Amerikan vatandaşlığını aldı.

Eylül 1944'te Fermi, ilk uranyum yakıt bloğunu yerleştirerek Hanford Bölgesindeki B Reaktörünü başlattı; bu tesis büyük ölçekli plütonyum üretimi için özel olarak tasarlandı. X-10'a benzer şekilde bu reaktör, Fermi'nin Metalurji Laboratuvarı'ndaki ekibi tarafından tasarlandı ve DuPont tarafından inşa edildi; ancak önemli ölçüde daha büyük bir ölçeğe sahipti ve su soğutmalıydı. Sonraki günlerde 838 tüp yüklendi ve bu da reaktörün kritik hale gelmesine neden oldu. 27 Eylül gece yarısından kısa bir süre sonra operatörler, plütonyum üretimini başlatmak için kontrol çubuklarını geri çekmeye başladı. Başlangıçta operasyonlar sorunsuz ilerledi; ancak yaklaşık 03:00 civarında güç seviyesi düşmeye başladı ve 06:30 itibarıyla reaktörün tamamen kapatılmasıyla sonuçlandı. Hem Ordu hem de DuPont, Fermi'nin ekibinden açıklama istedi. Sızıntı veya kirlenmenin varlığını tespit etmek için soğutma suyu üzerinde araştırmalar yapıldı. Ertesi gün reaktör beklenmedik bir şekilde yeniden çalıştırıldı, ancak birkaç saat içinde çalışmayı tekrar durdurdu. Sonuçta sorun, yarı ömrü 9,1 ila 9,4 saat olan bir fisyon ürünü olan ksenon-135'in (Xe-135) neden olduğu nötron zehirlenmesine atfedildi. Hem Fermi hem de John Wheeler bağımsız olarak Xe-135'in reaktör içindeki nötron emiliminden sorumlu olduğu ve dolayısıyla fisyon sürecini engellediği sonucuna vardı. Bir meslektaşı olan Emilio Segrè, Fermi'ye o sırada bu konu hakkında Physical Review'da yayınlanmak üzere bir makale hazırlayan Chien-Shiung Wu'ya danışmasını tavsiye etti. Taslağı gözden geçiren Fermi ve bilimsel meslektaşları hipotezlerini doğruladılar: Xe-135, olağanüstü derecede büyük bir nötron kesiti sergileyerek, nötronları açıkça emdi. DuPont, Metalurji Laboratuvarı'nın dairesel olarak düzenlenmiş 1.500 tüpün belirtildiği ilk tasarımından, köşe bölümlerini doldurmak için ilave 504 tüp ekleyerek farklılaşmıştı. Başlangıçta bilim insanları bu tasarım değişikliğini, kaynakların verimsiz tahsisini temsil eden aşırı mühendislik örneği olarak değerlendirdiler; ancak Fermi, 2.004 tüpün tamamının yüklenmesinin reaktörün gerekli güç seviyesine ulaşmasını ve plütonyum üretimini optimize etmesini sağlayacağını fark etti.

Nisan 1943'te Fermi, Robert Oppenheimer'a, zenginleştirme süreçlerinden elde edilen radyoaktif yan ürünlerin Alman gıda tedarikini kirletmek için potansiyel kullanımına ilişkin bir teklif sundu. Bu öneri, Alman atom bombası projesinin algılanan ileri durumuna ilişkin endişelerden ve Fermi'nin atom bombasının hızlı gelişimi hakkındaki çağdaş şüpheciliğinden ortaya çıktı. Oppenheimer daha sonra bu "umut verici" öneri üzerinde stronsiyum-90'ın uygulanmasını savunan Edward Teller ile görüştü. James B. Conant ve Leslie Groves konuyla ilgili brifing aldı; ancak Oppenheimer, planın ancak silahın yarım milyon kişinin ölümüne yol açacak miktarda gıdayı kirletmesi durumunda devam edeceğini öngördü.

1944'ün ortalarında Oppenheimer, Fermi'yi Los Alamos, New Mexico'da bulunan Y Projesi'ne başarıyla işe aldı. Eylül ayında gelişinin ardından Fermi, nükleer ve teorik fizikten sorumlu müdür yardımcısı rolünü üstlendi ve ardından kendi adını taşıyan F Bölümü'nün başına atandı. Bu bölüm dört ayrı daldan oluşuyordu: Teller liderliğindeki F-1 Süper ve Genel Teori, "Süper" (termonükleer) bombaya odaklandı; L.D.P. King yönetimindeki F-2 Su Kazanı, "su kazanı" sulu homojen araştırma reaktörünü yönetiyordu; Egon Bretscher'in yönettiği F-3 Super Experimentation; ve Anderson başkanlığındaki F-4 Fisyon Çalışmaları. 16 Temmuz 1945'te Fermi, Trinity testine tanık oldu ve patlama dalgasına kağıt şeritler bırakarak bombanın verimini tahmin etmek için deneysel bir yöntem tasarladı. Patlama nedeniyle bu şeritlerin fırlatıldığı mesafeyi ölçerek, TNT'nin veriminin on kiloton olduğunu hesapladı, halbuki gerçek verim yaklaşık 18,6 kilotondu.

Fermi, Oppenheimer, Compton ve Ernest Lawrence'ın yanı sıra, hedef seçimi konusunda Geçici Komite'ye danışmanlık yapmaktan sorumlu bilimsel panelde görev yaptı. Bu panel, komitenin atom bombalarının endüstriyel hedeflere karşı önceden uyarı yapılmadan kullanılması yönündeki tavsiyesine katılıyordu. Los Alamos Laboratuvarı'ndaki meslektaşlarına benzer şekilde Fermi, Hiroşima ve Nagazaki'ye atılan atom bombalarını teknik alandaki genel seslendirme sistemi aracılığıyla öğrendi. Fermi, atom bombalarının ulusları çatışma başlatmaktan etkili bir şekilde caydırmayacağına inanıyordu ve mevcut koşulları bir dünya hükümetinin kurulması için uygun görmüyordu. Sonuç olarak Los Alamos Bilim Adamları Derneği'ne üye olmamayı seçti.

Savaş Sonrası Faaliyetler

1 Temmuz 1945'te Fermi, Chicago Üniversitesi'ne Charles H. Swift Seçkin Fizik Profesörü olarak atandı, ancak kendisi ve ailesi 31 Aralık 1945'e kadar Los Alamos Laboratuvarı'ndan ayrılmadı. 1945'te ABD Ulusal Bilimler Akademisi'ne alındı. Metalurji Laboratuvarı, 1 Temmuz 1946'da Argonne Ulusal Laboratuvarı olarak yeniden tasarlandı ve Manhattan Projesi kapsamında kurulan ilk ulusal laboratuvar oldu. Chicago ve Argonne arasındaki coğrafi yakınlık, Fermi'nin her iki kuruma da katılımını kolaylaştırdı. Argonne'da deneysel fizikle uğraştı ve Leona Marshall'la işbirliği içinde nötron saçılımı üzerine araştırmalar yürüttü. Ayrıca Maria Mayer'le teorik fizik üzerine tartışmalara katıldı ve onun spin-yörünge çiftleşmesine ilişkin içgörü geliştirmesine katkıda bulundu ve bu ona daha sonra Nobel Ödülü'nü kazandırdı.

1 Ocak 1947'de Atom Enerjisi Komisyonu (AEC), Manhattan Projesi'nin yerini aldı. Fermi, Robert Oppenheimer'ın başkanlığını yaptığı önde gelen bir bilimsel kuruluş olan AEC Genel Danışma Komitesi'nde görev aldı. Ek olarak, her yıl düzenli olarak birkaç haftasını Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'na ayırdı ve Nicholas Metropolis ve John von Neumann ile, farklı yoğunluklara sahip iki akışkanın arayüzündeki dinamikleri tanımlayan Rayleigh-Taylor kararsızlığı olgusu üzerine işbirlikleri gerçekleştirdi.

Ağustos 1949'da ilk Sovyet fisyon bombasının patlatılmasının ardından Fermi, Isidor Rabi ile birlikte komite için hem etik hem de teknik hususlara dayalı olarak hidrojen bombasının geliştirilmesine karşı muhalefeti dile getiren sağlam bir rapor yazdı. Buna rağmen Fermi, Los Alamos'taki hidrojen bombası araştırmalarına danışmanlık sıfatıyla katılmayı sürdürdü. Stanislaw Ulam ile işbirliği yaparak, Teller'in termonükleer silah modeli için gerekli trityum miktarının engelleyici derecede büyük olacağını ve bu kadar önemli bir miktarla bile füzyon reaksiyonunun yayılmasının garanti edilemeyeceğini belirledi. 1954'te Fermi, Oppenheimer güvenlik duruşmasında Oppenheimer'ı destekleyen ifadeler veren birkaç bilim adamından biriydi ve bu duruşma sonunda Oppenheimer'ın güvenlik izninin iptal edilmesine yol açtı.

Fermi, daha sonraki kariyeri boyunca Chicago Üniversitesi ile akademik ilişkisini sürdürdü ve burada daha sonra Enrico Fermi Enstitüsü olarak adlandırılan kurumun kurucu ortağı oldu. Savaş sonrası dönemdeki doktora öğrencileri arasında Owen Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee, Arthur Rosenfeld ve Sam Treiman vardı. Jack Steinberger yüksek lisans öğrencisiydi ve Mildred Dresselhaus, doktora öğrencisi olarak çakışan yıllarında Fermi'den önemli ölçüde etkilendi. Fermi parçacık fiziğinde, özellikle pionlar ve müonlarla ilgili önemli araştırmalar yürüttü. Temel teori doğası gereği kusurlu olduğunda kesin çözümlerin gereksiz olduğunu öne sürerek istatistiksel metodolojileri kullanarak pion-nükleon rezonansının ilk tahminlerini formüle etti. Chen Ning Yang ile ortaklaşa yayınlanan bir yayında, pionların kompozit parçacıklar oluşturabileceği teorisini ortaya attı; bu fikir daha sonra Shoichi Sakata tarafından detaylandırıldı. O zamandan bu yana bu kavramın yerini, pionların kuarklardan oluştuğunu öne süren kuark modeli aldı, böylece Fermi'nin orijinal modeli tamamlanıp metodolojik yaklaşımı doğrulandı.

Fermi, kozmik ışınların yıldızlararası manyetik alanlar tarafından hızlandırılan malzemeden kaynaklandığını öne süren "Kozmik Radyasyonun Kökeni Üzerine" adlı ufuk açıcı bir makale yazdı; bu, Teller ile dikkate değer bir fikir ayrılığına yol açan bir hipotezdi. Fermi ayrıca galaksilerin sarmal kollarındaki manyetik alanların karmaşıklığını da araştırdı. Dahası, şu anda "Fermi paradoksu" olarak kabul edilen şeyi de düşündü: Dünya dışı yaşam olasılığının yüksek olması ile gözlenen temasın yokluğu arasındaki bariz çelişki.

Hayatının sonuna yaklaşırken Fermi, toplumun nükleer teknolojiyle ilgili mantıklı kararlar alma konusundaki kolektif kapasitesiyle ilgili çekincelerini dile getirerek şunları ifade etti:

Bazılarınız şunu sorabilir: Bu tür şeyleri toplamayı seven birkaç uzun saçlı profesör dışında hiçbir zevk getirmeyecek ve bunları en iyi ihtimalle yalnızca birkaç uzman anlayabileceği için kimseye faydası olmayacak birkaç gerçeği toplamak için bu kadar çok çalışmanın ne yararı var? Bu tür sorulara yanıt olarak oldukça güvenli bir tahminde bulunabilirim.

Bilim ve teknoloji tarihi bize sürekli olarak, temel anlayıştaki bilimsel ilerlemelerin er ya da geç yaşam tarzımızda devrim yaratan teknik ve endüstriyel uygulamalara yol açtığını öğretti. Maddenin yapısına ulaşmaya yönelik bu çabanın bu kuralın bir istisnası olması bana pek olası görünmüyor. Daha az kesin olan ve hepimizin hararetle umduğu şey, insanın yakında doğa üzerinde edindiği güçleri iyi bir şekilde kullanabilecek kadar yetişkin olacağıdır.

Ölüm

Ekim 1954'te Fermi, Billings Memorial Hastanesi'nde "keşif amaçlı" bir ameliyat geçirdi ve ardından evine döndü. Elli gün sonra, 53 yaşındayken Chicago'daki evinde ameliyat edilemez mide kanserine yenik düştü. Fermi, nükleer yığının yakınında çalışmanın önemli riskler içerdiğinden şüphelenmişti, ancak potansiyel faydaların kişisel güvenliğine yönelik tehlikelerden daha ağır bastığına inanarak ısrar etti. Özellikle, yığının yakınında çalışan yüksek lisans öğrencisi asistanlarından ikisi daha sonra kanserden öldü.

Chicago Üniversitesi şapelinde bir anma töreni düzenlendi; burada meslektaşları Samuel K. Allison, Emilio Segrè ve Herbert L. Anderson, dünyanın en parlak ve üretken fizikçilerinden birinin kaybının yasını tutan methiyeler sundu. Cenazesi, Lutherci bir papaz tarafından yönetilen, yakın aile için özel bir mezarlık töreninin ardından Oak Woods Mezarlığı'na defnedildi.

Etki ve Eski

Eski

Enrico Fermi, bilimsel katkılarından dolayı Matteucci Madalyası (1926), Nobel Fizik Ödülü (1938), Hughes Madalyası (1942), Franklin Madalyası (1947) ve Rumford Ödülü (1953) dahil olmak üzere çok sayıda ödül aldı. Manhattan Projesi'ndeki önemli rolü, 1946'da Liyakat Madalyası ile tanındı. Fermi'nin seçkin kariyeri, aynı zamanda 1939'da Amerikan Felsefe Topluluğu üyesi ve 1950'de Kraliyet Cemiyeti'nin (FRS) Yabancı Üyesi olarak seçilmesine de yol açtı. Fermi'yi onurlandıran bir anma plaketi, Floransa'daki Santa Croce Bazilikası'nda bulunmaktadır ve çok sayıdaki yapısı nedeniyle genellikle İtalyan Zaferleri Tapınağı olarak anılır. Önemli İtalyan sanatçıların, bilim adamlarının ve tarihi şahsiyetlerin cenaze törenleri. 1999'da Time dergisi Fermi'yi yirminci yüzyılın en etkili 100 kişisi derlemesine dahil etti. Fermi, hem teorik hem de deneysel alanlarda olağanüstü yeterlilik sergileyen nadir bir yirminci yüzyıl fizikçisi olarak geniş çapta kabul edildi. Radyokimyacı ve nükleer fizikçi Emilio Segrè, Fermi'yi "19. yüzyılın büyük adamları geleneğindeki son evrensel fizikçi" olarak nitelendirdi ve onun "zamanının tüm fiziğini bilen son kişi olduğunu" iddia etti. Benzer şekilde kimyager ve romancı C. P. Snow şunu belirtti: "Eğer Fermi birkaç yıl önce doğmuş olsaydı, onun Rutherford'un atom çekirdeğini keşfettiği ve ardından Bohr'un hidrojen atomu teorisini geliştirdiği pekâlâ hayal edilebilirdi. Bu kulağa abartılı geliyorsa, Fermi ile ilgili her şey muhtemelen abartılı görünecektir."

Fermi, ilham verici bir eğitimci olarak tanınıyordu; ayrıntılara gösterdiği titizlik, netlik ve derslerini titizlikle hazırlamasıyla öne çıkıyordu. Bu ders notları daha sonra yayınlanmış kitaplar halinde derlendi. Geniş kağıt ve defter koleksiyonu şu anda Chicago Üniversitesi'nde korunmaktadır. Victor Weisskopf, Fermi'nin "her zaman en basit ve en doğrudan yaklaşımı, minimum komplikasyon ve karmaşıklıkla bulmayı başardığını" gözlemledi. Fermi, hatırı sayılır bir matematik becerisine sahip olmasına rağmen, daha basit alternatifler mevcut olduğunda karmaşık teorik çerçevelerden kaçınarak, sürekli olarak basit çözümleri tercih etti. Başkalarının kafasını karıştıran sorunları hızlı ve doğru bir şekilde çözme yeteneği nedeniyle övüldü. "Zarfın arkası" hesaplamaları yoluyla yaklaşık ve hızlı çözümler elde etmeye yönelik bu farklı yaklaşım, gayri resmi olarak "Fermi yöntemi" olarak tanındı; bu teknik, artık eğitim müfredatına geniş ölçüde entegre edilmiş bir teknikti.

Fermi, Alessandro Volta'nın laboratuvar çalışması sırasında elektrik araştırmalarının gelecekteki derin sonuçlarını öngöremediği tarihsel bağlamı sık sık vurguladı. Fermi'nin mirası, ağırlıklı olarak, ilk atom ve hidrojen bombalarının geliştirilmesine katılımının yanı sıra, nükleer enerji ve nükleer silahlara, özellikle de açılış nükleer reaktörünün kavramsallaştırılması ve inşasına olan temel katkılarıyla ilişkilidir. Kapsamlı bilimsel çalışmaları dikkate değer bir uzun ömürlülük ve etki göstermiştir. Bu kalıcı çalışmanın temel unsurları beta bozunması teorisini, doğrusal olmayan sistemlere yönelik araştırmaları, yavaş nötron etkilerinin keşfini, pion-nükleon çarpışmalarına ilişkin çalışmaları ve Fermi-Dirac istatistiklerinin formülasyonunu içermektedir. Dahası, pion'un temel olmayan doğasına ilişkin ileri görüşlü hipotezi, kuark ve leptonlara ilişkin daha sonraki araştırmaları önemli ölçüde ilerletti.

Fermi, kişisel tavrında sadeliği temsil ediyordu. Rekabetçi doğasının sık sık ortaya çıktığı oyun ve sporlara karşı olağanüstü bir güç ve keskin bir coşku sergiledi. Mesela yoğun bir şekilde tenis sporuyla uğraştı ve dağ tırmanışlarında yönlendirici rol üstlendi. Hayırsever bir diktatör olarak nitelendirilebilir; Bir anekdot, Fermi'nin bir dağ zirvesinde "Eh, saat ikiye iki dakika var, hadi hepimiz saat ikide yola çıkalım" dediğini anımsatıyor ve herkes buna derhal ve itaatkar bir şekilde uyuyor. Bu doğuştan gelen liderlik ve kendine güven, Fermi'ye "Papa" lakabını kazandırdı; bu, onun fizikteki beyanlarının yanılmazlığına işaret ediyordu. Bir keresinde pragmatik yaklaşımını şöyle dile getirmişti: "Fizikte 2 faktörü dahilindeki her şeyi birkaç sayfada hesaplayabilirim; formülün önündeki sayısal faktörü doğru bir şekilde hesaplamak bir fizikçinin bir yılını alabilir, ancak ben bununla ilgilenmiyorum." Liderliği ikna edici olsa da zaman zaman işbirlikçilerinin özerkliğine meydan okuyordu. Evinde unutulmaz bir olay, Fermi'nin karısı ekmek keserken müdahale etmesi, görev konusunda farklı bir felsefe öne sürmesi, bıçağı alması ve yönteminin üstünlüğüne ikna olarak kesmeye devam etmesiydi. Ancak bu eylemler saldırgan olarak algılanmadı; daha ziyade, onun büyüleyici kişiliğine katkıda bulunarak onu başkalarına sevdirdiler. Fizik dışındaki ilgi alanları oldukça sınırlıydı; Teller'ın piyanosunda çalınan müziği duyduğunda, müzikal takdirinin yalnızca basit melodilere kadar uzandığını itiraf etti.

Fermi'yi Onurlandıran İsimlendirme

Çok sayıda varlığa Fermi'nin adı verildi. Bunlar arasında, 1974 yılında onun onuruna ismini alan Batavia, Illinois'deki Fermilab parçacık hızlandırıcısı ve fizik laboratuvarı da bulunmaktadır. Ayrıca, 2008 yılında ismi verilen Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, onun kozmik ışın araştırmalarına yaptığı önemli katkıları kabul etmektedir. Ayrıca üç nükleer reaktör tesisi onun adını taşıyor: Newport, Michigan'da bulunan Fermi 1 ve Fermi 2 nükleer enerji santralleri; İtalya'nın Trino Vercellese kentinde bulunan Enrico Fermi Nükleer Santrali; ve Arjantin'deki RA-1 Enrico Fermi araştırma reaktörü. 1952 Ivy Mike nükleer testinin kalıntılarından tanımlanan sentetik element Fermium, Fermi'nin bilim camiası üzerindeki derin etkisini anmak için seçildi. Sonuç olarak, kimyasal bir elemente kendi onurlarına isim verilerek tanınan 16 bilim adamı arasında yer alıyor.

1956'dan bu yana, Amerika Birleşik Devletleri Atom Enerjisi Komisyonu ve ardından 1977'den itibaren ABD Enerji Bakanlığı, onun anısına en prestijli ödülü olan Fermi Ödülü'nü verdi. Bu ödülün önemli alıcıları arasında Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller ve Hans Bethe yer alıyor.

Yayınlar

• Atom Fiziğine Giriş (İtalyanca basımı). Bologna: N. Zanichelli. 1928. OCLC 9653646.Liseler için Fizik (İtalyanca basımı). Bologna: N. Zanichelli. 1929. OCLC 9653646.Moleküller ve Kristaller (İtalyanca basımı). Bologna: N. Zanichelli. 1934. OCLC 19918218.Termodinamik. New York: Prentice Hall. 1937. OCLC 2379038.Teknik Enstitüler için Fizik (İtalyanca basım). Bologna: N. Zanichelli. 1938.Bilim Liseleri için Fizik (İtalyanca basımı). Bologna: N. Zanichelli. 1938.Temel parçacıklar. New Haven: Yale Üniversitesi Yayınları. 1951. OCLC 362513.Kuantum Mekaniği Üzerine Notlar. Chicago: Chicago Üniversitesi Yayınları. 1961. OCLC 1448078.Patentler
  • Temmuz 1940'ta yayınlanan ABD Patenti 2206634, "Radyoaktif Maddelerin Üretim Süreci"
  • ABD Patenti 2836554, "Hava Soğutmalı Nötronik Reaktör", Nisan 1950'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2524379, "Nötron Hızı Seçici", Ekim 1950'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2852461, "Nötronik Reaktör", Eylül 1953'te yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2708656, "Nötronik Reaktör", Mayıs 1955'te yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2768134, "Nötronik Reaktörde Test Malzemesi", Ekim 1956'da yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2780595, "Test Exponential Pile", Şubat 1957'de yayınlandı
  • ABD Patenti 2798847, "Nötronik Reaktörü Çalıştırma Yöntemi", Temmuz 1957'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2807581, "Nötronik Reaktör", Eylül 1957'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2807727, "Nötronik Reaktör Kalkanı", Eylül 1957'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2813070, "Nötronik Zincir Reaksiyon Sistemini Sürdürme Yöntemi", Kasım 1957'de yayınlandı
  • ABD Patenti 2837477, "Zincir Reaksiyonlu Sistem", Haziran 1958'de yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2931762, "Nötronik Reaktör", Nisan 1960'ta yayınlanmıştır
  • ABD Patenti 2969307, "Termal Nötron Bölünebilir Malzemenin Saflık Açısından Test Edilmesi Yöntemi", Ocak 1961'de yayınlanmıştır

  Referanslar

  Kaynaklar

  Bernstein, Barton J. "Dört Fizikçi ve Bomba: İlk Yıllar, 1945-1950." Fiziksel ve Biyolojik Bilimlerde Tarihsel Çalışmalar (1988) 18#2; bu makale Oppenheimer, Fermi, Lawrence ve Compton'un rollerini inceliyor.

  • Bernstein, Barton J. "Dört Fizikçi ve Bomba: İlk Yıllar, 1945-1950" Fiziksel ve Biyolojik Bilimlerde Tarihsel Çalışmalar (1988) 18#2; Oppenheimer, Fermi, Lawrence ve Compton'u kapsar. çevrimiçi
  • Galison, Peter ve Barton Bernstein. "Her açıdan: Bilim adamları ve Süper Bombayı inşa etme kararı, 1952–1954." Fiziksel ve Biyolojik Bilimlerde Tarihsel Çalışmalar 19.2 (1989): 267–347.

  "Fermi'ye – Sevgilerle – Bölüm 1." Manhattan Projesi'nin Sesleri 1971 Radyo Segmenti.

  • "Fermi'ye – Sevgilerle – Bölüm 1”. Manhattan Projesi'nin Sesleri 1971 Radyo Segmenti
  • "İlk Reaktör: 40. Yıldönümü Hatıra Sürümü." Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, Aralık 1982.
  • "İlk Yığın Hikayesi."
  • İlk Kazığın Hikayesi
  • Enrico Fermi'nin Franklin Enstitüsü'ndeki Vaka Dosyası, teorik ve deneysel fiziğe yaptığı katkıların ayrıntılarını içeriyor.
  • "Enrico Fermi'yi Anıyoruz." Oturum J1. APS Nisan Toplantısı 2010, American Physical Society.
  • Rodos, Richard. "100. Zaman: Enrico Fermi." *Zaman*, 29 Mart 1999.
  • Enrico Fermi'nin Paul Ehrenfest ile Leiden'de ikamet ettiği dönem.