Fermi Enrico

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Fermi Enrico, ur. 29 IX 1901, Rzym, zm. 28 XI 1954, Chicago,

fizyk teoretyk amerykański, pochodzenia włoskiego, jeden z twórców podstaw energetyki jądrowej.

Urodził się 29 IX 1901 w Rzymie. Był najmłodszym z trojga dzieci Alberta Fermiego, głównego inspektora we włoskim ministerstwie komunikacji. Od najmłodszych lat wykazywał duże zdolności do nauk matematyczno–fizycznych, miał duże zdolności manualne i wyjątkową pamięć. Dzięki stypendium Enrico Fermi rozpoczął studia w Scuola Normale Superiore na uniwersytecie w Pizie, gdzie 1922 uzyskał doktorat za pracę poświęconą dyfrakcji promieni X na kryształach. W tym czasie, dzięki samodzielnym studiom, poznał rozwijającą się dopiero fizykę atomową. W 1923 uzyskał stypendium rządu włoskiego i spędził kilka miesięcy w Getyndze u Maksa Borna, a 1924 stypendium Rockefelera pozwoliło mu na wyjazd na uniwersytet w Lejdzie. Podczas tych obu wyjazdów poznal wielu wybitnych twórców fizyki współczesnej, np. Wernera Heisenberga. Po powrocie do kraju pod koniec 1924 Fermi został wykładowcą fizyki matematycznej i mechaniki na uniwesytecie we Florencji, a 1926 wygrał konkurs na profesora fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Rzymie, które to stanowisko piastował do 1938. Był członkiem wielu akademi naukowych (od 1929 Włoskiej Akademii Królewskiej) i stowarzyszeń naukowych. W 1938 za odkrycie reakcji jądrowych wywołanych przez wolne neutrony i wykazanie istnienia nowych pierwiastków chemicznych wytwarzanych w tych reakcjach otrzymał Nagrodę Nobla. Wyjazd po jej odbiór wykorzystał jako okazję do opuszczenia (wraz z rodziną — żoną Laurą, siedmioletnią córką i dwuletnim synem) faszystowskich Włoch. Wyemigrował do Stanów Zjednoczonych i w 1939 objął katedrę fizyki Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku. W latach 1941–46 początkowo w Chicago, a następnie w Los Alamos kierował pracami nad projektowaniem i konstrukcją bomby atomowej (Projekt Manhattan). Był obecny podczas próbnego wybuchu bomby atomowej 16 VII 1945. Od 1946 był profesorem fizyki uniwersytetu w Chicago i wykładał tam aż do przedwczesnej śmierci. Zmarł 28 XI 1954 w Chicago.

Fermi skupiał wokół siebie wielu utalentowanych teoretyków i eksperymentatorów, z których wywodzi się spore grono zdobywców Nagrody Nobla. Był za życia wielce honorowany, jego nazwisko zostało na różne sposoby upamiętnione, m.in. w terminologii naukowej, np. fermi — jednostka długości stosowana w fizyce jądrowej, Fermiego ciecz — silnie oddziałujący układ cząstek kwantowych, fermiony — elektrony, neutrina, nukleony, hiperony, jądra atomowe, o nieparzystej liczbie nukleonów, ferm — pierwiastek promieniotwórczy o liczbie atomowej 100, odkryty 1952.

Odkrycia

Enrico Fermi wniósł duży wkład w rozwój współczesnej fizyki teoretycznej i doświadczalnej (głównie jądrowej). W 1925 opracował statystykę cząstek podlegających zakazowi Pauliego (tzw. statystyka Fermiego–Diraca), czyli podstawowej zasadzie fizyki współczesnej, według której w układzie złożonym z identycznych cząstek o spinie połówkowym nie może być 2 cząstek w tym samym stanie kwantowym, np. w atomie nie może być 2 elektronów scharakteryzowanych tymi samymi liczbami kwantowymi. W 1927, wraz z Llewelynem Thomasem, fizykiem teoretykiem z uniwersytetu Columbia, podał metodę obliczania rozkładu elektronów w atomie oraz model powłoki elektronowej ciężkich atomów (model Thomasa–Fermiego). W 1934 opracował teorię rozpadu beta (przemiana β, promieniotwórczość β), opartą na hipotezie Wolfganga Pauliego, która głosi, że emisji elektronu towarzyszy jednoczesna emisja neutrina (z teorii tej wywodzi się obecna teoria słabych oddziaływań cząstek elementarnych).

Wraz z grupą współpracowników (tzw. rzymska szkoła, m.in.: Emilio G. Segré, Bruno Pontecorvo, Edoardo Amaldi), dokonał w latach 1934–38 wielu doniosłych odkryć i ogłosił wiele prac z fizyki neutronów. Pierwszy otrzymał sztuczne radioizotopy przez bombardowanie neutronami wielu pierwiastków chemicznych. Odkrył zjawisko spowalniania neutronów i podał jego teorię. W 1939 wykazał, że podczas rozszczepiania jądra uranu ²³⁵U uwalniają się 2–3 neutrony (warunek umożliwiający przeprowadzenie łańcuchowej reakcji rozszczepienia). 2 XII 1942 uruchomił pod boiskiem piłkarskim Stagg Field, należącym do uniwersytetu w Chicago, pierwszy eksperymentalny reaktor jądrowy. Reaktor ten Fermi nazwał stosem atomowym. Zbudowany został według pomysłu Fermiego i Fermi sam kierował jego budową. Ostatnie lata życia poświęcił fizyce wielkich energii: prowadził badania oddziaływań mezonów π z protonami, opracował statystyczną teorię wielorodnej produkcji mezonów π w zderzeniach protonów o wysokich energiach. W 1952 wraz ze współpracownikami, badając rozproszenie mezonów π na protonach, wykrył pierwszy rezonans barionowy.

Jądrowa reakcja łańcuchowa w uranie 235 (n neutron, f fragment rozszczepienia jądrowego)