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Enrico Fermi

Enrico Fermi

Enrico Fermi, nato il 29 settembre 1901 a Roma, morto il 29 novembre 1954 a Chicago, è uno dei più importanti fisici del XX secolo, vincitore del Premio Nobel 1938. 

 

Fin dall'adolescenza mostrò grande interesse per la fisica e, per poter coltivare questa passione, studiò in modo autonomo la matematica superiore in testi universitari di geometria analitica e di analisi infinitesimale. Con questo bagaglio di conoscenze gli fu facile, nel 1918, entrare alla Scuola normale superiore per frequentare all'Università di Pisa il corso di laurea in fisica. 

 

Durante il periodo universitario studiò, sempre in modo completamente autonomo, la teoria della relatività e la meccanica quantistica, divenendo ben presto un personaggio di spicco nell'ateneo pisano, al punto che alcuni professori gli chiedevano lumi sulle più recenti conquiste in questi settori. Si può quindi affermare che a tutti gli effetti Fermi fu un autodidatta che si formò una vasta e profonda preparazione scientifica quasi esclusivamente sui libri. Già prima della laurea, Fermi pubblicò alcuni notevoli lavori riguardanti la relatività. Nel luglio del 1922, presentò una tesi sulla formazione di immagini con i raggi X.

 

Grazie ad una borsa di studio, nel 1923, Fermi si recò in Germania, a Gottinga presso Max Born, e, nel 1924, in Olanda, a Leida presso P. Ehrenfest. Poté così finalmente rendersi conto di cosa volesse dire lavorare in un ambiente dove la produzione scientifica era a livelli di avanguardia e dove si aveva modo di discutere i propri problemi con maestri di grande spessore e con giovani validissimi colleghi.

 

A Leida Fermi ebbe modo di conoscere A. Einstein che mostrò nei suoi confronti stima e simpatia. Alla fine del 1924, si trasferì a Firenze come professore incaricato di Fisica Matematica e, oltre a svolgere varie ricerche teoriche, si dedicò ad esperimenti di spettroscopia. Negli anni precedenti Fermi si era tra l'altro occupato del problema della quantizzazione del gas perfetto, in relazione alla determinazione della costante dell'entropia di tale gas, e delle incongruenze che affioravano nell'applicazione delle condizioni quantiche di Sommerfeld a sistemi contenenti elementi identici. Sul finire del 1925, venuto a conoscenza del principio di esclusione di W. Pauli, in brevissimo tempo ne trasse le conseguenze per la meccanica statistica delle particelle che obbediscono a tale principio, cioè, come si chiarirà in seguito, delle particelle a spin semintero (elettroni, protoni, neutroni), oggi dette per l'appunto fermioni.

 

La nuova statistica, che diverrà nota come statistica di Fermi-Dirac (avendola il grande fisico inglese P.A.M. Dirac dedotta successivamente in modo formalmente più rigoroso), fu il maggior contributo teorico di Fermi alla fisica quantistica. Con questa scoperta Fermi acquistò una notevole fama a livello internazionale. 

 

Nell'autunno del 1926, Fermi si trasferì a Roma nell'Istituto di Via Panisperna, dove iniziò il periodo più fecondo della sua vita scientifica e dove ben presto creò un gruppo di collaboratori: il primo fu Rasetti, al quale si aggiunsero E. Segré, E. Amaldi, B. Pontecorvo.

 

Sul finire del 1933, Fermi elaborò la teoria del decadimento beta, in assoluto il suo lavoro teorico più importante. Numerose sostanze radioattive decadono emettendo elettroni i quali presentano uno spettro di energia continuo: per spiegare questo spettro continuo W. Pauli aveva nel 1930 ipotizzato che nel decadimento beta di un nucleo venisse emesso insieme all'elettrone anche un'altra particella, elettricamente neutra e di massa molto piccola, il cosiddetto neutrino, difficilmente rivelabile. Fermi, su questa base, costruì la teoria del decadimento beta "per analogia con la teoria della emissione di fotoni dagli atomi". Il processo fondamentale della teoria di Fermi è la transizione di un neutrone (n) in un protone (p) con la creazione di un elettrone (e) e di un neutrino (n): n  ->  p + e^- + n.

 

Sviluppata la teoria di questo processo, risultò subito chiaro a Fermi che per riprodurre i valori delle vite medie osservate era necessario attribuire il processo stesso a un'interazione estremamente più debole di quella elettromagnetica, detta in seguito interazione debole o fermiana.

 

Il lavoro sul decadimento beta non era ancora comparso nella letteratura internazionale, quando nel gennaio del 1934 I. Curie e F. Joliot annunciarono a Parigi di aver osservato la radioattività artificiale provocata da particelle alfa in elementi leggeri (boro, alluminio e magnesio). All'inizio di marzo del 1934, Fermi pensò che il modo migliore per produrre la radioattività artificiale dovesse consistere nell'impiegare come proiettili i neutroni (scoperti solo due anni prima da J. Chadwick) che essendo elettricamente neutri non subiscono la repulsione coulombiana del nucleo. Dopo alcuni tentativi infruttuosi, egli ottenne prima della fine del mese un risultato positivo nel fluoro e nell'alluminio, utilizzando una sorgente di neutroni del tipo radon-berillio (le particelle alfa emesse dal radon sono assorbite dal berillio che si trasforma in carbonio con l'emissione di un neutrone veloce). Rendendosi subito conto dell'ampiezza del nuovo fenomeno, Fermi ne iniziò uno studio sistematico in collaborazione con F. Rasetti, E. Segré, E. Amaldi, il chimico O. D'Agostino, ai quali nel settembre si aggiunse il neolaureato B. Pontecorvo.

 

Sul finire del 1938, poco dopo la promulgazione in Italia delle cosiddette leggi razziali, Fermi si recò a Stoccolma per ricevere il Premio Nobel, conferitogli per i suoi fondamentali contributi alla fisica dei neutroni, e di lì proseguì per gli Stati Uniti dove si stabilì (prendendo la cittadinanza nel 1944). La decisione di emigrare da parte di Fermi fu presa anche perché sua moglie, Laura Capon, era ebrea.

 

Fermi era giunto negli Stati Uniti da poche settimane quando O. Hahn e F. Strassmann annunciarono la scoperta della fissione dell'uranio. Immediatamente Fermi iniziò lo studio della fissione, in particolare dei neutroni emessi in questo processo. Ebbe così ben presto chiaro che era possibile realizzare una reazione a catena capace di produrre energia su scala macroscopica. La realizzazione di un dispositivo nel quale produrre in modo controllato la reazione a catena divenne lo scopo centrale delle ricerche di Fermi, che si conclusero il 2 dicembre 1942, con l'entrata in funzione a Chicago del primo reattore nucleare a fissione. Poco prima Fermi aveva dato la sua adesione al Progetto Manhattan, per l'utilizzazione bellica dell'energia nucleare. Nell'estate 1944 si trasferì con la famiglia a Los Alamos per lavorare nel laboratorio in cui venne progettata la prima bomba atomica e dove è stato uno dei maggiori collaboratori di Robert Oppenheimer, direttore del progetto.

 

Dopo la Seconda Guerra Mondiale tornò all'Università di Chicago dove si dedicò a studi teorici sulla fisica delle particelle elementari (atomi mesici, reazioni ad alta energia, origine dei raggi cosmici). All'inizio degli anni Cinquanta condusse, con una macchina acceleratrice in grado di produrre pioni, lo studio sperimentale della collisione pione-protone, scoprendo la prima risonanza di questo processo. Nel 1954 fece un viaggio in Europa dove ricevette la Medaglia Max Planck. Nello stesso anno si manifestarono i sintomi del cancro allo stomaco che lo portò alla morte il 28 novembre dello stesso anno.

 

Il nome di Enrico Fermi è collegato ad un gas di elettroni (gas fermiano), un gruppo di particelle elementari (fermioni) e un elemento chimico (Fermio). In sua memoria, l'Ente per l'energia nucleare statunitense conferisce il Premio Enrico Fermi. 

Internet: www.phys.uniroma1/DOCS/MUSEO/CollezioneFermi/collFermi.htm 

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