Enrico Fermi-Enrico Fermi

Enrico Fermi
Fermi im Jahr 1943
Geboren	( 1901-09-29 )29. September 1901 Rom, Italien
Gestorben	28. November 1954 (1954-11-28)(53 Jahre) Chicago, Illinois, USA
Staatsbürgerschaft
Alma Mater	Scuola Normale Superiore di Pisa , Italien ( laurea )
Bekannt für
Ehepartner	Laura Capon Fermi
Kinder	2
Auszeichnungen
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder	Physik
Institutionen	Scuola Normale Superiore von Pisa Universität Göttingen Universität Leiden Universität Florenz Sapienza-Universität Rom Universität von Columbia Universität Chicago
Akademische Berater
Doktoranden
Andere bemerkenswerte Studenten
Unterschrift

Enrico Fermi ( italienisch:  [enˈriːko ˈfermi] ; 29. ​​September 1901 – 28. November 1954) war ein italienischer und später eingebürgerter amerikanischer Physiker und der Schöpfer des weltweit ersten Kernreaktors , des Chicago Pile-1 . Er wurde der „Architekt des Atomzeitalters “ und der „Architekt der Atombombe“ genannt. Er war einer der wenigen Physiker, die sich sowohl in der theoretischen als auch in der experimentellen Physik auszeichneten . Fermi erhielt 1938 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeiten zur induzierten Radioaktivität durch Neutronenbeschuss und für die Entdeckung der Transurane . Gemeinsam mit seinen Kollegen reichte Fermi mehrere Patente im Zusammenhang mit der Nutzung von Atomkraft ein, die alle von der US-Regierung übernommen wurden. Er leistete bedeutende Beiträge zur Entwicklung der statistischen Mechanik , der Quantentheorie sowie der Kern- und Teilchenphysik .

Fermis erster großer Beitrag betraf das Gebiet der statistischen Mechanik. Nachdem Wolfgang Pauli 1925 sein Ausschlussprinzip formuliert hatte, folgte Fermi mit einer Arbeit, in der er das Prinzip auf ein ideales Gas anwendete , wobei er eine statistische Formulierung verwendete, die heute als Fermi-Dirac-Statistik bekannt ist . Heute werden Teilchen, die dem Ausschlussprinzip gehorchen, als „ Fermionen “ bezeichnet. Pauli postulierte später die Existenz eines ungeladenen unsichtbaren Teilchens, das zusammen mit einem Elektron während des Beta-Zerfalls emittiert wird , um das Energieerhaltungsgesetz zu erfüllen . Fermi griff diese Idee auf und entwickelte ein Modell, das das postulierte Teilchen enthielt, das er „ Neutrino “ nannte . Seine Theorie, die später als Fermi-Wechselwirkung und jetzt als schwache Wechselwirkung bezeichnet wurde , beschrieb eine der vier grundlegenden Wechselwirkungen in der Natur. Durch Experimente zur Induktion von Radioaktivität mit dem kürzlich entdeckten Neutron entdeckte Fermi, dass langsame Neutronen leichter von Atomkernen eingefangen werden als schnelle, und er entwickelte die Fermi-Altersgleichung , um dies zu beschreiben. Nachdem er Thorium und Uran mit langsamen Neutronen bombardiert hatte, kam er zu dem Schluss, dass er neue Elemente geschaffen hatte. Obwohl er für diese Entdeckung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, stellte sich später heraus, dass es sich bei den neuen Elementen um Kernspaltungsprodukte handelte .

Fermi verließ Italien 1938, um den neuen italienischen Rassengesetzen zu entkommen , die seine jüdische Frau Laura Capon betrafen . Er wanderte in die Vereinigten Staaten aus, wo er während des Zweiten Weltkriegs am Manhattan-Projekt arbeitete. Fermi leitete das Team an der University of Chicago , das Chicago Pile-1 entwarf und baute, das am 2. Dezember 1942 kritisch wurde und die erste von Menschen geschaffene, sich selbst erhaltende nukleare Kettenreaktion demonstrierte . Er war zur Stelle, als der X-10-Graphitreaktor in Oak Ridge, Tennessee , 1943 kritisch wurde, und als der B-Reaktor am Standort Hanford dies im nächsten Jahr tat. In Los Alamos leitete er die F Division, von der ein Teil an Edward Tellers thermonuklearer „ Super “ -Bombe arbeitete. Er war am 16. Juli 1945 beim Trinity-Test anwesend , wo er seine Fermi-Methode verwendete , um die Wirkung der Bombe abzuschätzen.

Nach dem Krieg diente Fermi unter J. Robert Oppenheimer im General Advisory Committee, das die Atomic Energy Commission in Nuklearfragen beriet. Nach der Detonation der ersten sowjetischen Spaltbombe im August 1949 lehnte er die Entwicklung einer Wasserstoffbombe sowohl aus moralischen als auch aus technischen Gründen entschieden ab. Er gehörte zu den Wissenschaftlern, die im Namen von Oppenheimer bei der Anhörung von 1954 aussagten , die zur Verweigerung von Oppenheimers Sicherheitsüberprüfung führte. Fermi leistete wichtige Arbeit in der Teilchenphysik, insbesondere in Bezug auf Pionen und Myonen , und er spekulierte, dass kosmische Strahlung entstand, wenn Materie durch Magnetfelder im interstellaren Raum beschleunigt wurde. Viele Auszeichnungen, Konzepte und Institutionen sind nach Fermi benannt , darunter der Enrico Fermi Award , das Enrico Fermi Institute , das Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) , das Fermi Gamma-ray Space Telescope und das synthetische Element Fermium , was ihn zu einem von ihnen macht 16 Wissenschaftler, nach denen Elemente benannt sind . Fermi unterrichtete oder beeinflusste direkt nicht weniger als acht junge Forscher, die später Nobelpreise erhielten.

Frühen Lebensjahren

Fermi wurde in Rom in der Via Gaeta 19 geboren .

Gedenktafel an Fermis Geburtshaus

Enrico Fermi wurde am 29. September 1901 in Rom, Italien, geboren. Er war das dritte Kind von Alberto Fermi, einem Abteilungsleiter im Eisenbahnministerium, und Ida de Gattis, einer Grundschullehrerin. Seine Schwester Maria war zwei Jahre älter, sein Bruder Giulio ein Jahr älter. Nachdem die beiden Jungen zur Ammenpflege in eine ländliche Gemeinde geschickt worden waren , kehrte Enrico im Alter von zweieinhalb Jahren zu seiner Familie nach Rom zurück. Obwohl er auf Wunsch seiner Großeltern römisch-katholisch getauft wurde , war seine Familie nicht besonders religiös; Enrico war sein ganzes Erwachsenenleben lang Agnostiker . Als kleiner Junge teilte er die gleichen Interessen wie sein Bruder Giulio, baute Elektromotoren und spielte mit elektrischem und mechanischem Spielzeug. Giulio starb 1915 während einer Operation an einem Halsabszess und Maria starb 1959 bei einem Flugzeugabsturz in der Nähe von Mailand .

Auf einem lokalen Markt in Campo de' Fiori fand Fermi ein Physikbuch, das 900-seitige Elementorum physicae mathematicae . Geschrieben in lateinischer Sprache von Jesuitenpater Andrea Caraffa  [ it ] , einem Professor am Collegio Romano , stellte es Mathematik , klassische Mechanik , Astronomie , Optik und Akustik vor , wie sie zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung im Jahr 1840 verstanden wurden . Mit einem wissenschaftlich interessierten Freund, Enrico Persico , verfolgte Fermi Projekte wie den Bau von Gyroskopen und die Messung der Erdbeschleunigung .

1914 lernte Fermi, der sich nach der Arbeit oft mit seinem Vater vor dem Büro traf, einen Kollegen seines Vaters namens Adolfo Amidei kennen, der mit Alberto einen Teil des Heimwegs zu Fuß ging. Enrico hatte erfahren, dass Adolfo sich für Mathematik und Physik interessierte und nutzte die Gelegenheit, Adolfo eine Frage zur Geometrie zu stellen. Adolfo verstand, dass der junge Fermi sich auf projektive Geometrie bezog , und gab ihm dann ein Buch zu diesem Thema, das von Theodor Reye geschrieben wurde . Zwei Monate später gab Fermi das Buch zurück, nachdem er alle am Ende des Buches vorgeschlagenen Probleme gelöst hatte, von denen Adolfo einige für schwierig hielt. Als Adolfo dies überprüfte, hielt er Fermi für "ein Wunderkind, zumindest in Bezug auf Geometrie", und betreute den Jungen weiter und versorgte ihn mit mehr Büchern über Physik und Mathematik. Adolfo bemerkte, dass Fermi ein sehr gutes Gedächtnis habe und die Bücher daher zurückgeben könne, nachdem er sie gelesen habe, weil er sich sehr gut an ihren Inhalt erinnern könne.

Scuola Normale Superiore in Pisa

Enrico Fermi als Student in Pisa

Fermi absolvierte die High School im Juli 1918, nachdem er das dritte Jahr vollständig übersprungen hatte. Auf Drängen von Amidei lernte Fermi Deutsch , um die vielen wissenschaftlichen Arbeiten lesen zu können, die damals in dieser Sprache veröffentlicht wurden, und er bewarb sich an der Scuola Normale Superiore in Pisa . Amidei war der Ansicht, dass die Scuola bessere Bedingungen für Fermis Entwicklung bieten würde, als dies damals die Sapienza-Universität in Rom konnte. Nachdem Fermi einen Sohn verloren hatte, erlaubten Fermis Eltern ihm nur widerwillig, vier Jahre lang in der Unterkunft der Schule außerhalb von Rom zu leben. Fermi belegte den ersten Platz bei der schwierigen Aufnahmeprüfung, die einen Aufsatz zum Thema „Besonderheiten von Klängen“ beinhaltete; Der 17-jährige Fermi entschied sich für die Fourier-Analyse , um die partielle Differentialgleichung für einen vibrierenden Stab abzuleiten und zu lösen , und nach einem Interview mit Fermi erklärte der Prüfer, dass er ein herausragender Physiker werden würde.

An der Scuola Normale Superiore spielte Fermi Streiche mit seinem Kommilitonen Franco Rasetti ; Die beiden wurden enge Freunde und Mitarbeiter. Fermi wurde von Luigi Puccianti , dem Direktor des Physiklabors, beraten, der sagte, er könne Fermi wenig beibringen und bat Fermi oft, ihm stattdessen etwas beizubringen. Fermis Kenntnisse der Quantenphysik waren so groß, dass Puccianti ihn bat, Seminare zu diesem Thema zu organisieren. Während dieser Zeit lernte Fermi die Tensorrechnung , eine Schlüsseltechnik zur allgemeinen Relativitätstheorie . Fermi wählte zunächst Mathematik als Hauptfach, wechselte aber bald zur Physik. Er blieb weitgehend Autodidakt und studierte Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Atomphysik .

Im September 1920 wurde Fermi in die Fakultät für Physik aufgenommen. Da es nur drei Studenten in der Abteilung gab – Fermi, Rasetti und Nello Carrara – überließ Puccianti ihnen das Labor für beliebige Zwecke. Fermi beschloss, Röntgenkristallographie zu erforschen , und die drei arbeiteten daran, ein Laue-Foto anzufertigen – ein Röntgenfoto eines Kristalls. Während seines dritten Jahres an der Universität 1921 veröffentlichte Fermi seine ersten wissenschaftlichen Arbeiten in der italienischen Zeitschrift Nuovo Cimento . Die erste trug den Titel „Über die Dynamik eines starren Systems elektrischer Ladungen in Translationsbewegung“ ( Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio ). Ein Zeichen für die Zukunft war, dass die Masse als Tensor ausgedrückt wurde – ein mathematisches Konstrukt, das üblicherweise verwendet wird, um etwas zu beschreiben, das sich im dreidimensionalen Raum bewegt und verändert. In der klassischen Mechanik ist Masse eine skalare Größe, aber in der Relativitätstheorie ändert sie sich mit der Geschwindigkeit. Die zweite Arbeit war „Über die Elektrostatik eines gleichförmigen Gravitationsfeldes elektromagnetischer Ladungen und über das Gewicht elektromagnetischer Ladungen“ ( Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche ). Unter Verwendung der allgemeinen Relativitätstheorie zeigte Fermi, dass eine Ladung ein Gewicht gleich U/c ² hat , wobei U die elektrostatische Energie des Systems und c die Lichtgeschwindigkeit ist .

Der erste Aufsatz schien auf einen Widerspruch zwischen der elektrodynamischen Theorie und der relativistischen bezüglich der Berechnung der elektromagnetischen Massen hinzuweisen, da erstere einen Wert von 4/3 U/c ² vorhersagte . Fermi sprach dies im nächsten Jahr in einem Aufsatz „Über einen Widerspruch zwischen Elektrodynamik und relativistischer Theorie der elektromagnetischen Masse“ an, in dem er zeigte, dass der scheinbare Widerspruch eine Folge der Relativitätstheorie war. Diese Abhandlung wurde so gut beachtet , dass sie 1922 ins Deutsche übersetzt und in der deutschen Wissenschaftszeitschrift Physikalische Zeitschrift veröffentlicht wurde di una linea oraria ) an die italienische Zeitschrift I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei  [ it ] . In diesem Artikel untersuchte er das Äquivalenzprinzip und führte die sogenannten „ Fermi-Koordinaten “ ein. Er bewies, dass sich der Raum auf einer Weltlinie nahe der Zeitlinie verhält, als wäre er ein euklidischer Raum .

Ein Lichtkegel ist eine dreidimensionale Oberfläche aller möglichen Lichtstrahlen, die an einem Punkt in der Raumzeit ankommen und von ihm abgehen . Hier ist es mit einer unterdrückten räumlichen Dimension dargestellt. Die Zeitachse ist die vertikale Achse.

Fermi reichte seine Dissertation „Ein Theorem über die Wahrscheinlichkeit und einige seiner Anwendungen“ ( Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue appzioni ) im Juli 1922 an der Scuola Normale Superiore ein und erhielt seinen Laurea im ungewöhnlich jungen Alter von 20 Jahren. Die Diplomarbeit befasste sich mit Röntgenbeugungsbildern . Theoretische Physik galt in Italien noch nicht als Disziplin, und die einzige Abschlussarbeit, die akzeptiert worden wäre, war Experimentalphysik . Aus diesem Grund nahmen italienische Physiker die neuen Ideen wie die Relativitätstheorie aus Deutschland nur langsam an. Da Fermi mit experimentellen Arbeiten im Labor zu Hause war, stellte dies für ihn keine unüberwindbaren Probleme dar.

Als er 1923 den Anhang für die italienische Ausgabe des Buches Fundamentals of Einstein Relativity von August Kopff schrieb , war Fermi der erste, der darauf hinwies, dass in der Einstein-Gleichung ( E = mc ² ) eine enorme Menge potenzieller Kernenergie verborgen war ausgebeutet. „Es scheint zumindest in naher Zukunft nicht möglich zu sein“, schrieb er, „einen Weg zu finden, diese schrecklichen Mengen an Energie freizusetzen – was sehr gut ist, weil die erste Wirkung einer Explosion von solch einer schrecklichen Menge Energie würde darin bestehen, den Physiker in Stücke zu schlagen, der das Pech hatte, einen Weg zu finden, dies zu tun.

1924 wurde Fermi in die Freimaurerloge „Adriano Lemmi“ des Großen Orients von Italien eingeweiht .

1923–1924 verbrachte Fermi ein Studiensemester bei Max Born an der Universität Göttingen , wo er Werner Heisenberg und Pascual Jordan kennenlernte . Anschließend studierte Fermi von September bis Dezember 1924 in Leiden bei Paul Ehrenfest mit einem Stipendium der Rockefeller Foundation, das er auf Fürsprache des Mathematikers Vito Volterra erhalten hatte . Hier lernte Fermi Hendrik Lorentz und Albert Einstein kennen und freundete sich mit Samuel Goudsmit und Jan Tinbergen an . Von Januar 1925 bis Ende 1926 lehrte Fermi mathematische Physik und theoretische Mechanik an der Universität Florenz , wo er sich mit Rasetti zusammenschloss, um eine Reihe von Experimenten über die Auswirkungen von Magnetfeldern auf Quecksilberdampf durchzuführen. Er nahm auch an Seminaren an der Universität Sapienza in Rom teil und hielt Vorlesungen über Quantenmechanik und Festkörperphysik . Während er Vorträge über die neue Quantenmechanik hielt, die auf der bemerkenswerten Genauigkeit der Vorhersagen der Schrödinger-Gleichung basiert, sagte Fermi oft: "Es hat nichts damit zu tun, so gut zu passen!"

Nachdem Wolfgang Pauli 1925 sein Ausschlussprinzip verkündet hatte, reagierte Fermi mit einer Arbeit „Über die Quantisierung des perfekten monoatomaren Gases“ ( Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico ), in der er das Ausschlussprinzip auf ein ideales Gas anwendete. Das Papier war besonders bemerkenswert für Fermis statistische Formulierung, die die Verteilung von Teilchen in Systemen aus vielen identischen Teilchen beschreibt , die dem Ausschlussprinzip gehorchen. Dies wurde bald darauf vom britischen Physiker Paul Dirac unabhängig entwickelt , der auch zeigte, wie es mit der Bose-Einstein-Statistik zusammenhängt . Dementsprechend ist sie heute als Fermi-Dirac-Statistik bekannt . Nach Dirac werden Teilchen, die dem Ausschlussprinzip gehorchen, heute „ Fermionen “ genannt, während solche, die dies nicht tun, „ Bosonen “ genannt werden.

Professor in Rom

Fermi und seine Forschungsgruppe (die Jungen der Via Panisperna ) im Hof ​​des Physikalischen Instituts der Universität Rom in der Via Panisperna, c. 1934. Von links nach rechts: Oscar D'Agostino , Emilio Segrè , Edoardo Amaldi , Franco Rasetti und Fermi

Professuren wurden in Italien durch Wettbewerb ( concorso ) um einen frei gewordenen Lehrstuhl vergeben , wobei die Bewerber von einer Kommission von Professoren nach ihren Veröffentlichungen bewertet wurden. Fermi bewarb sich um einen Lehrstuhl für mathematische Physik an der Universität von Cagliari auf Sardinien , wurde aber knapp zugunsten von Giovanni Giorgi übergangen . 1926, im Alter von 24 Jahren, bewarb er sich um eine Professur an der Sapienza-Universität in Rom. Dies war ein neuer Lehrstuhl, einer der ersten drei für theoretische Physik in Italien, der vom Bildungsminister auf Drängen von Professor Orso Mario Corbino, dem Professor für Experimentalphysik an der Universität, dem Direktor des Instituts für Physik, geschaffen worden war Physik und Mitglied des Kabinetts von Benito Mussolini . Corbino, der auch Vorsitzender des Auswahlausschusses war, hoffte, dass der neue Vorsitzende den Standard und das Ansehen der Physik in Italien verbessern würde. Das Komitee entschied sich für Fermi vor Enrico Persico und Aldo Pontremoli , und Corbino half Fermi bei der Rekrutierung seines Teams, dem bald namhafte Studenten wie Edoardo Amaldi , Bruno Pontecorvo , Ettore Majorana und Emilio Segrè sowie Franco Rasetti beitraten, den Fermi ernannt hatte als sein Assistent. Nach der Straße, in der sich das Institut für Physik befand, erhielten sie bald den Spitznamen „ Via Panisperna Boys “.

Fermi heiratete am 19. Juli 1928 Laura Capon , eine Studentin der Naturwissenschaften an der Universität. Sie hatten zwei Kinder: Nella, geboren im Januar 1931, und Giulio, geboren im Februar 1936. Am 18. März 1929 wurde Fermi zum Mitglied des Royal ernannt Akademie von Italien von Mussolini, und am 27. April trat er der Faschistischen Partei bei . Später widersetzte er sich dem Faschismus, als Mussolini die Rassengesetze von 1938 verkündete, um den italienischen Faschismus ideologisch näher an den deutschen Nazismus zu bringen . Diese Gesetze bedrohten Laura, die Jüdin war, und machten viele von Fermis Forschungsassistenten arbeitslos.

Während ihrer Zeit in Rom leisteten Fermi und seine Gruppe wichtige Beiträge zu vielen praktischen und theoretischen Aspekten der Physik. 1928 veröffentlichte er seine Einführung in die Atomphysik ( Introduzione alla fisica atomica ), die italienischen Universitätsstudenten einen aktuellen und zugänglichen Text lieferte. Fermi hielt auch öffentliche Vorträge und schrieb populäre Artikel für Wissenschaftler und Lehrer, um das Wissen über die neue Physik so weit wie möglich zu verbreiten. Ein Teil seiner Lehrmethode bestand darin, seine Kollegen und Doktoranden am Ende des Tages zusammenzubringen und ein Problem, oft aus seiner eigenen Forschung, durchzugehen. Ein Zeichen des Erfolgs war, dass nun ausländische Studenten nach Italien kamen. Der bemerkenswerteste unter ihnen war der deutsche Physiker Hans Bethe , der als Stipendiat der Rockefeller Foundation nach Rom kam und 1932 mit Fermi an einer Abhandlung „On the Interaction between Two Electrons“ (deutsch : Über die Wechselwirkung von Zwei Elektronen ) zusammenarbeitete.

Zu dieser Zeit rätselten die Physiker der Beta-Zerfall , bei dem ein Elektron aus dem Atomkern emittiert wird . Um den Energieerhaltungssatz zu erfüllen , postulierte Pauli die Existenz eines unsichtbaren Teilchens ohne Ladung und geringer oder keiner Masse, das gleichzeitig emittiert wurde. Fermi griff diese Idee auf, die er 1933 in einer vorläufigen Arbeit entwickelte, und dann im nächsten Jahr in einer längeren Arbeit, die das postulierte Teilchen enthielt, das Fermi ein „ Neutrino “ nannte. Seine Theorie, später als Fermi-Wechselwirkung und noch später als Theorie der schwachen Wechselwirkung bezeichnet , beschrieb eine der vier Grundkräfte der Natur . Das Neutrino wurde nach seinem Tod entdeckt, und seine Wechselwirkungstheorie zeigte, warum es so schwer zu entdecken war. Als er seine Arbeit bei der britischen Zeitschrift Nature einreichte , lehnte der Herausgeber dieser Zeitschrift sie ab, weil sie Spekulationen enthielt, die "zu weit von der physikalischen Realität entfernt waren, um für die Leser von Interesse zu sein". So sah Fermi, dass die Theorie auf Italienisch und Deutsch veröffentlicht wurde, bevor sie auf Englisch veröffentlicht wurde.

In der Einleitung zur englischen Übersetzung von 1968 stellte der Physiker Fred L. Wilson fest, dass:

Abgesehen davon, dass sie Paulis Vorschlag des Neutrinos stützt, hat Fermis Theorie eine besondere Bedeutung in der Geschichte der modernen Physik. Man darf nicht vergessen, dass zu der Zeit, als die Theorie aufgestellt wurde, nur die natürlich vorkommenden β-Emitter bekannt waren. Später, als der Positronenzerfall entdeckt wurde, ließ sich der Prozess leicht in Fermis ursprüngliches Gerüst integrieren. Auf der Grundlage seiner Theorie wurde das Einfangen eines Orbitalelektrons durch einen Kern vorhergesagt und schließlich beobachtet. Mit der Zeit häuften sich experimentelle Daten erheblich an. Obwohl beim β-Zerfall schon oft Besonderheiten beobachtet wurden, war Fermis Theorie der Herausforderung immer gewachsen.
Die Konsequenzen der Fermi-Theorie sind enorm. Beispielsweise wurde die β-Spektroskopie als leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung der Kernstruktur etabliert. Aber der vielleicht einflussreichste Aspekt dieser Arbeit von Fermi ist, dass seine besondere Form der β-Wechselwirkung ein Muster etablierte, das für die Untersuchung anderer Arten von Wechselwirkungen geeignet war. Es war die erste erfolgreiche Theorie der Entstehung und Vernichtung materieller Teilchen. Bisher war nur bekannt, dass Photonen erzeugt und zerstört werden.

Im Januar 1934 gaben Irène Joliot-Curie und Frédéric Joliot bekannt, dass sie Elemente mit Alpha-Teilchen bombardiert und in ihnen Radioaktivität induziert hatten. Bis März hatte Fermis Assistent Gian-Carlo Wick eine theoretische Erklärung unter Verwendung von Fermis Theorie des Beta-Zerfalls geliefert. Fermi beschloss, zur experimentellen Physik zu wechseln, indem er das Neutron verwendete , das James Chadwick 1932 entdeckt hatte. Im März 1934 wollte Fermi sehen, ob er mit Rasettis Polonium - Beryllium - Neutronenquelle Radioaktivität induzieren konnte . Neutronen haben keine elektrische Ladung und werden daher nicht vom positiv geladenen Kern abgelenkt. Dies bedeutete, dass sie viel weniger Energie benötigten, um in den Kern einzudringen, als geladene Teilchen, und daher keinen Teilchenbeschleuniger benötigten , den die Jungen von Via Panisperna nicht hatten.

Enrico Fermi zwischen Franco Rasetti (links) und Emilio Segrè in Akademikertracht

Fermi hatte die Idee, die Polonium-Beryllium-Neutronenquelle durch eine Radon -Beryllium- Neutronenquelle zu ersetzen , die er herstellte, indem er einen Glaskolben mit Berylliumpulver füllte, die Luft evakuierte und dann 50 m Ci Radongas hinzufügte, das von Giulio geliefert wurde Cäsar Trabacchi . Dadurch entstand eine viel stärkere Neutronenquelle, deren Wirksamkeit mit der Halbwertszeit von Radon von 3,8 Tagen abnahm. Er wusste, dass diese Quelle auch Gammastrahlen aussenden würde , glaubte aber aufgrund seiner Theorie, dass dies die Ergebnisse des Experiments nicht beeinflussen würde. Er begann damit , Platin zu bombardieren, ein leicht verfügbares Element mit hoher Ordnungszahl , jedoch ohne Erfolg. Er wandte sich Aluminium zu , das ein Alpha-Teilchen emittierte und Natrium produzierte , das dann durch die Emission von Beta-Teilchen zu Magnesium zerfiel. Er versuchte es mit Blei , ohne Erfolg, und dann mit Fluor in Form von Calciumfluorid , das ein Alpha-Teilchen emittierte und Stickstoff produzierte , der durch die Emission von Beta-Teilchen in Sauerstoff zerfiel. Insgesamt induzierte er Radioaktivität in 22 verschiedenen Elementen. Fermi berichtete am 25. März 1934 schnell über die Entdeckung der durch Neutronen induzierten Radioaktivität in der italienischen Zeitschrift La Ricerca Scientifica .

Die natürliche Radioaktivität von Thorium und Uran machte es schwierig zu bestimmen, was passierte, wenn diese Elemente mit Neutronen bombardiert wurden, aber nachdem er das Vorhandensein von Elementen, die leichter als Uran, aber schwerer als Blei waren, korrekt eliminiert hatte, kam Fermi zu dem Schluss, dass sie neue Elemente geschaffen hatten, die er Hesperium und Ausonium genannt . Die Chemikerin Ida Noddack schlug vor, dass einige der Experimente leichtere Elemente als Blei und nicht neue, schwerere Elemente hätten erzeugen können. Ihr Vorschlag wurde damals nicht ernst genommen, weil ihr Team keine Experimente mit Uran durchgeführt oder die theoretische Grundlage für diese Möglichkeit geschaffen hatte. Damals hielt man eine Kernspaltung aus theoretischen Gründen für unwahrscheinlich, wenn nicht sogar für unmöglich. Während Physiker erwarteten, dass sich Elemente mit höheren Ordnungszahlen durch Neutronenbeschuss leichterer Elemente bilden würden, erwartete niemand, dass Neutronen genug Energie haben würden, um ein schwereres Atom in zwei leichte Elementfragmente in der von Noddack vorgeschlagenen Weise zu spalten.

Beta-Zerfall . Ein Neutron zerfällt in ein Proton und ein Elektron wird emittiert. Damit die Gesamtenergie im System gleich bleibt, postulierten Pauli und Fermi, dass auch ein Neutrino ( ) emittiert wird.${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}$

Auch die Jungs von Via Panisperna bemerkten einige unerklärliche Effekte. Das Experiment schien auf einem Holztisch besser zu funktionieren als auf einer Marmortischplatte. Fermi erinnerte sich, dass Joliot-Curie und Chadwick festgestellt hatten, dass Paraffinwachs Neutronen wirksam verlangsamte, also beschloss er, dies zu versuchen. Wenn Neutronen durch Paraffinwachs geleitet wurden, induzierten sie im Silber hundertmal so viel Radioaktivität im Vergleich zu einem Beschuss ohne Paraffin. Fermi vermutete, dass dies an den Wasserstoffatomen im Paraffin lag. Diejenigen in Holz erklärten in ähnlicher Weise den Unterschied zwischen den Holz- und den Marmortischplatten. Dies wurde bestätigt, indem die Wirkung mit Wasser wiederholt wurde. Er kam zu dem Schluss, dass Kollisionen mit Wasserstoffatomen die Neutronen verlangsamten. Je niedriger die Ordnungszahl des Kerns ist, mit dem es kollidiert, desto mehr Energie verliert ein Neutron pro Kollision und desto weniger Kollisionen sind daher erforderlich, um ein Neutron um einen bestimmten Betrag abzubremsen. Fermi erkannte, dass dies mehr Radioaktivität induzierte, weil langsame Neutronen leichter eingefangen wurden als schnelle. Um dies zu beschreiben, entwickelte er eine Diffusionsgleichung , die als Fermi-Altersgleichung bekannt wurde .

1938 erhielt Fermi im Alter von 37 Jahren den Nobelpreis für Physik für seine "Demonstrationen der Existenz neuer radioaktiver Elemente, die durch Neutronenbestrahlung erzeugt werden, und für seine damit verbundene Entdeckung von Kernreaktionen , die durch langsame Neutronen hervorgerufen werden". Nachdem Fermi den Preis in Stockholm erhalten hatte, kehrte er nicht nach Italien zurück, sondern reiste im Dezember 1938 mit seiner Familie weiter nach New York City, wo sie einen Antrag auf Daueraufenthalt stellten. Die Entscheidung, nach Amerika zu ziehen und US-Bürger zu werden, war in erster Linie den Rassengesetzen in Italien geschuldet.

Manhattan-Projekt

Fermi kam am 2. Januar 1939 in New York City an. Ihm wurden sofort Stellen an fünf Universitäten angeboten, und er nahm eine an der Columbia University an , wo er bereits 1936 Sommervorlesungen gehalten hatte. Er erhielt die Nachricht, dass im Dezember 1938 die deutschen Chemiker Otto Hahn und Fritz Strassmann hatten nach dem Beschuss von Uran mit Neutronen das Element Barium entdeckt , das Lise Meitner und ihr Neffe Otto Frisch richtig als Ergebnis der Kernspaltung interpretierten . Frisch bestätigte dies experimentell am 13. Januar 1939. Die Nachricht von Meitner und Frischs Interpretation der Entdeckung von Hahn und Strassmann überquerte den Atlantik mit Niels Bohr , der an der Princeton University lehren sollte . Isidor Isaac Rabi und Willis Lamb , zwei Physiker der Columbia University, die in Princeton arbeiten, fanden es heraus und brachten es zurück nach Columbia. Rabi sagte, er habe es Enrico Fermi gesagt, aber Fermi gab Lamb später die Ehre:

Ich erinnere mich sehr lebhaft an den ersten Monat, Januar 1939, als ich anfing, in den Pupin Laboratories zu arbeiten, weil die Dinge sehr schnell gingen. In dieser Zeit hatte Niels Bohr einen Vortrag an der Princeton University, und ich erinnere mich, dass Willis Lamb eines Nachmittags sehr aufgeregt zurückkam und sagte, dass Bohr großartige Neuigkeiten durchsickern ließ. Die große Neuigkeit, die durchgesickert war, war die Entdeckung der Kernspaltung und zumindest die Umrisse ihrer Interpretation. Dann, etwas später im selben Monat, gab es ein Treffen in Washington, bei dem die mögliche Bedeutung des neu entdeckten Phänomens der Kernspaltung erstmals halb scherzhaft als mögliche Quelle der Atomkraft diskutiert wurde .

Noddack hatte schließlich recht. Fermi hatte die Möglichkeit einer Spaltung aufgrund seiner Berechnungen ausgeschlossen, aber er hatte die Bindungsenergie nicht berücksichtigt, die auftreten würde, wenn ein Nuklid mit einer ungeraden Anzahl von Neutronen ein zusätzliches Neutron absorbierte. Für Fermi war die Nachricht eine tiefe Verlegenheit, da die Transurane , für deren Entdeckung er zum Teil mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden war, überhaupt keine Transurane, sondern Spaltprodukte waren . Er fügte seiner Dankesrede für den Nobelpreis eine entsprechende Fußnote hinzu.

Diagramm von Chicago Pile-1 , dem ersten Kernreaktor, der eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion erreichte. Es wurde von Fermi entworfen und bestand aus Uran und Uranoxid in einem kubischen Gitter, das in Graphit eingebettet war.

Die Wissenschaftler von Columbia entschieden, dass sie versuchen sollten, die Energie nachzuweisen, die bei der Kernspaltung von Uran freigesetzt wird, wenn es von Neutronen bombardiert wird. Am 25. Januar 1939 führte ein Experimentalteam, dem Fermi angehörte, im Keller der Pupin Hall in Columbia das erste Experiment zur Kernspaltung in den Vereinigten Staaten durch. Die anderen Mitglieder des Teams waren Herbert L. Anderson , Eugene T. Booth , John R. Dunning , G. Norris Glasoe und Francis G. Slack . Am nächsten Tag begann die Fünfte Washingtoner Konferenz über Theoretische Physik in Washington, DC unter der gemeinsamen Schirmherrschaft der George Washington University und der Carnegie Institution of Washington . Dort verbreiteten sich die Nachrichten über die Kernspaltung noch weiter und förderten viele weitere experimentelle Demonstrationen.

Die französischen Wissenschaftler Hans von Halban , Lew Kowarski und Frédéric Joliot-Curie hatten gezeigt, dass mit Neutronen bombardiertes Uran mehr Neutronen emittiert als absorbiert, was auf die Möglichkeit einer Kettenreaktion hindeutet. Fermi und Anderson taten dies ein paar Wochen später auch. Leó Szilárd erhielt 200 Kilogramm (440 lb) Uranoxid vom kanadischen Radiumproduzenten Eldorado Gold Mines Limited , wodurch Fermi und Anderson Spaltungsexperimente in viel größerem Maßstab durchführen konnten . Fermi und Szilárd arbeiteten gemeinsam an der Konstruktion eines Geräts zur Erzielung einer sich selbst erhaltenden Kernreaktion – eines Kernreaktors . Aufgrund der Absorptionsrate von Neutronen durch den Wasserstoff im Wasser war es unwahrscheinlich, dass mit natürlichem Uran und Wasser als Neutronenmoderator eine sich selbst erhaltende Reaktion erreicht werden konnte . Fermi schlug auf der Grundlage seiner Arbeit mit Neutronen vor, dass die Reaktion mit Uranoxidblöcken und Graphit als Moderator anstelle von Wasser erreicht werden könnte. Dies würde die Neutroneneinfangrate verringern und theoretisch eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion ermöglichen. Szilárd entwickelte ein praktikables Design: einen Haufen Uranoxidblöcke, die mit Graphitsteinen durchsetzt waren. Szilárd, Anderson und Fermi veröffentlichten einen Artikel über „Neutron Production in Uranium“. Aber ihre Arbeitsgewohnheiten und Persönlichkeiten waren unterschiedlich, und Fermi hatte Probleme, mit Szilárd zusammenzuarbeiten.

Fermi war einer der ersten, der Militärführer vor den möglichen Auswirkungen der Kernenergie warnte, und hielt am 18. März 1939 einen Vortrag zu diesem Thema im Marineministerium. Die Reaktion blieb hinter seinen Erwartungen zurück, obwohl die Marine zustimmte, 1.500 Dollar bereitzustellen in Richtung weiterer Forschung in Columbia. Später in diesem Jahr schickten Szilárd, Eugene Wigner und Edward Teller den von Einstein unterzeichneten Brief an US-Präsident Franklin D. Roosevelt und warnten, dass Nazi-Deutschland wahrscheinlich eine Atombombe bauen würde . Als Reaktion darauf gründete Roosevelt das Advisory Committee on Uranium , um die Angelegenheit zu untersuchen.

Fermis Ausweisfoto aus Los Alamos

Das Advisory Committee on Uranium stellte Fermi Geld für den Kauf von Graphit zur Verfügung, und er baute im siebten Stock des Pupin Hall-Labors einen Haufen Graphitziegel. Bis August 1941 hatte er sechs Tonnen Uranoxid und dreißig Tonnen Graphit, mit denen er in Schermerhorn Hall in Columbia einen noch größeren Haufen baute.

Die S-1-Sektion des Amtes für wissenschaftliche Forschung und Entwicklung , wie das Beratende Komitee für Uran jetzt genannt wurde, traf sich am 18. Dezember 1941 mit den USA, die jetzt in den Zweiten Weltkrieg verwickelt waren , und machte ihre Arbeit dringend. Der größte Teil der vom Komitee gesponserten Bemühungen war auf die Herstellung von angereichertem Uran gerichtet , aber Komiteemitglied Arthur Compton stellte fest, dass Plutonium eine machbare Alternative war , das bis Ende 1944 in Kernreaktoren in Massenproduktion hergestellt werden konnte. Er beschloss, das Plutonium zu konzentrieren Arbeit an der University of Chicago . Fermi zog widerwillig um und sein Team wurde dort Teil des neuen metallurgischen Labors .

Die möglichen Ergebnisse einer sich selbst erhaltenden Kernreaktion waren unbekannt, daher schien es nicht ratsam, den ersten Kernreaktor auf dem Campus der Universität von Chicago mitten in der Stadt zu bauen. Compton fand einen Standort im Argonne Woods Forest Preserve, etwa 32 km von Chicago entfernt. Stone & Webster wurde mit der Entwicklung des Standorts beauftragt, aber die Arbeiten wurden durch einen Arbeitskampf gestoppt. Fermi überzeugte dann Compton, dass er den Reaktor auf dem Squashplatz unter den Tribünen des Stagg Field der University of Chicago bauen könnte . Der Bau des Stapels begann am 6. November 1942, und Chicago Pile-1 wurde am 2. Dezember kritisch . Die Form des Stapels sollte ungefähr kugelförmig sein, aber im Laufe der Arbeit berechnete Fermi, dass die Kritikalität erreicht werden könnte, ohne den gesamten Stapel wie geplant fertigzustellen.

Dieses Experiment war ein Meilenstein auf der Suche nach Energie und typisch für Fermis Ansatz. Jeder Schritt wurde sorgfältig geplant, jede Berechnung akribisch durchgeführt. Als die erste selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion erreicht wurde, tätigte Compton einen verschlüsselten Anruf bei James B. Conant , dem Vorsitzenden des National Defense Research Committee .

Ich griff zum Telefon und rief Conant an. Er wurde im Büro des Präsidenten der Harvard University erreicht . "Jim", sagte ich, "es wird Sie interessieren, dass der italienische Seefahrer gerade in der neuen Welt gelandet ist." Dann fügte ich halb entschuldigend hinzu, weil ich das S1-Komitee glauben gemacht hatte, dass es noch eine Woche oder länger dauern würde, bis der Stapel fertig sein könnte, „die Erde war nicht so groß, wie er geschätzt hatte, und er kam zu dem neuen Welt früher, als er erwartet hatte."

„Ist das so“, war Conants aufgeregte Antwort. "Waren die Eingeborenen freundlich?"

"Alle sind sicher und glücklich gelandet."

Ernest O. Lawrence , Fermi und Isidor Isaac Rabi

Um die Forschung dort fortzusetzen, wo sie keine Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellen würde, wurde der Reaktor demontiert und zum Standort Argonne Woods verlegt. Dort leitete Fermi Experimente zu Kernreaktionen und schwelgte in den Möglichkeiten, die die reichliche Produktion freier Neutronen durch den Reaktor bietet. Das Labor verzweigte sich bald von Physik und Technik zur Nutzung des Reaktors für biologische und medizinische Forschung. Ursprünglich wurde Argonne von Fermi als Teil der University of Chicago geführt, wurde aber im Mai 1944 zu einer separaten Einheit mit Fermi als Direktor.

Als der luftgekühlte X-10-Graphitreaktor in Oak Ridge am 4. November 1943 kritisch wurde, war Fermi zur Stelle, falls etwas schief gehen sollte. Die Techniker weckten ihn früh, damit er es sehen konnte. Die Inbetriebnahme von X-10 war ein weiterer Meilenstein im Plutoniumprojekt. Es lieferte Daten zum Reaktordesign, schulte DuPont- Mitarbeiter im Reaktorbetrieb und produzierte die ersten kleinen Mengen von reaktorgezüchtetem Plutonium. Fermi wurde im Juli 1944 amerikanischer Staatsbürger, das früheste Datum, das das Gesetz zuließ.

Im September 1944 führte Fermi den ersten Uranbrennstoffeinsatz in den B-Reaktor am Standort Hanford ein , den Produktionsreaktor, der für die Züchtung von Plutonium in großen Mengen ausgelegt war. Wie X-10 war es von Fermis Team im Metallurgical Laboratory entworfen und von DuPont gebaut worden, aber es war viel größer und wassergekühlt. In den nächsten Tagen wurden 838 Röhrchen geladen und der Reaktor wurde kritisch. Am 27. September kurz nach Mitternacht begannen die Bediener, die Steuerstäbe herauszuziehen, um die Produktion einzuleiten. Zunächst schien alles in Ordnung zu sein, aber gegen 03:00 Uhr begann das Leistungsniveau zu sinken und um 06:30 Uhr war der Reaktor vollständig abgeschaltet. Die Armee und DuPont wandten sich an Fermis Team, um Antworten zu erhalten. Das Kühlwasser wurde auf ein Leck oder eine Verunreinigung untersucht. Am nächsten Tag fuhr der Reaktor plötzlich wieder an, nur um wenige Stunden später wieder abzuschalten. Das Problem wurde auf eine Neutronenvergiftung durch Xenon-135 oder Xe-135, ein Spaltprodukt mit einer Halbwertszeit von 9,1 bis 9,4 Stunden, zurückgeführt. Fermi und John Wheeler folgerten beide, dass Xe-135 für die Absorption von Neutronen im Reaktor verantwortlich war und dadurch den Spaltungsprozess sabotierte. Fermi wurde von Kollege Emilio Segrè empfohlen , Chien-Shiung Wu zu fragen , da sie einen gedruckten Entwurf zu diesem Thema vorbereitete, der von der Physical Review veröffentlicht werden sollte . Beim Lesen des Entwurfs bestätigten Fermi und die Wissenschaftler ihren Verdacht: Xe-135 absorbierte tatsächlich Neutronen, tatsächlich hatte es einen riesigen Neutronenquerschnitt. DuPont war vom ursprünglichen Entwurf des Metallurgical Laboratory abgewichen, in dem der Reaktor 1.500 kreisförmig angeordnete Röhren hatte, und hatte 504 Röhren hinzugefügt, um die Ecken zu füllen. Die Wissenschaftler hatten dieses Over-Engineering ursprünglich als Zeit- und Geldverschwendung angesehen, aber Fermi erkannte, dass der Reaktor die erforderliche Leistung erreichen und Plutonium effizient produzieren könnte, wenn alle 2.004 Röhren geladen wären.

Der FERMIAC , ein von Fermi erfundener analoger Computer zur Untersuchung des Neutronentransports

Im April 1943 sprach Fermi mit Robert Oppenheimer die Möglichkeit an, die radioaktiven Nebenprodukte der Anreicherung zur Kontamination der deutschen Lebensmittelversorgung zu verwenden. Hintergrund war die Befürchtung, dass das deutsche Atombombenprojekt bereits weit fortgeschritten sei, und auch Fermi war damals skeptisch, dass eine Atombombe schnell genug entwickelt werden könne. Oppenheimer diskutierte den „vielversprechenden“ Vorschlag mit Edward Teller, der die Verwendung von Strontium-90 vorschlug . James B. Conant und Leslie Groves wurden ebenfalls informiert, aber Oppenheimer wollte mit dem Plan nur fortfahren, wenn genügend Lebensmittel mit der Waffe kontaminiert werden konnten, um eine halbe Million Menschen zu töten.

Mitte 1944 überredete Oppenheimer Fermi, sich seinem Projekt Y in Los Alamos, New Mexico, anzuschließen . Bei seiner Ankunft im September wurde Fermi zum stellvertretenden Direktor des Labors ernannt, mit weitreichender Verantwortung für Kernphysik und theoretische Physik, und ihm wurde die Leitung der nach ihm benannten F-Abteilung übertragen. Die F-Division hatte vier Zweige: F-1 Super und General Theory unter Teller, die die "Super" (thermonukleare) Bombe untersuchten ; F-2 Water Boiler unter LDP King, der sich um den wässrigen homogenen Forschungsreaktor "Water Boiler" kümmerte ; F-3 Super Experimentation unter Egon Bretscher ; und F-4 Fission Studies unter Anderson. Fermi beobachtete den Trinity-Test am 16. Juli 1945 und führte ein Experiment durch, um die Wirkung der Bombe abzuschätzen, indem er Papierstreifen in die Druckwelle fallen ließ. Er schritt die Entfernung ab, die sie von der Explosion weggeblasen wurden, und berechnete die Ausbeute als zehn Kilotonnen TNT; die tatsächliche Ausbeute betrug etwa 18,6 Kilotonnen.

Zusammen mit Oppenheimer, Compton und Ernest Lawrence war Fermi Teil des wissenschaftlichen Gremiums, das das Interimskomitee bei der Zielauswahl beriet. Das Gremium stimmte mit dem Komitee darin überein, dass Atombomben ohne Vorwarnung gegen ein industrielles Ziel eingesetzt würden. Wie andere im Labor von Los Alamos erfuhr Fermi über die Beschallungsanlage im technischen Bereich von den Atombombenabwürfen auf Hiroshima und Nagasaki . Fermi glaubte weder, dass Atombomben Nationen davon abhalten würden, Kriege zu beginnen, noch glaubte er, dass die Zeit für eine Weltregierung reif sei . Deshalb trat er der Association of Los Alamos Scientists nicht bei .

Nachkriegsarbeit

Fermi wurde am 1. Juli 1945 Charles H. Swift Distinguished Professor of Physics an der University of Chicago, obwohl er das Los Alamos Laboratory mit seiner Familie erst am 31. Dezember 1945 verließ. Er wurde zum Mitglied der US National Academy of Sciences gewählt im Jahr 1945. Das Metallurgical Laboratory wurde am 1. Juli 1946 zum Argonne National Laboratory , dem ersten der nationalen Labors, die vom Manhattan-Projekt gegründet wurden. Die kurze Entfernung zwischen Chicago und Argonne ermöglichte es Fermi, an beiden Orten zu arbeiten. Bei Argonne setzte er die experimentelle Physik fort und untersuchte die Neutronenstreuung mit Leona Marshall . Er diskutierte auch mit Maria Mayer über theoretische Physik und half ihr dabei, Einblicke in die Spin-Bahn-Kopplung zu gewinnen , die ihr den Nobelpreis einbrachten.

Das Manhattan-Projekt wurde am 1. Januar 1947 durch die Atomic Energy Commission (AEC) ersetzt. Fermi war Mitglied des AEC General Advisory Committee, einem einflussreichen wissenschaftlichen Komitee unter dem Vorsitz von Robert Oppenheimer. Er verbrachte auch gerne ein paar Wochen im Jahr am Los Alamos National Laboratory, wo er mit Nicholas Metropolis zusammenarbeitete , und mit John von Neumann an der Rayleigh-Taylor-Instabilität , der Wissenschaft dessen, was an der Grenze zwischen zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte vor sich geht .

Laura und Enrico Fermi am Institute for Nuclear Studies , Los Alamos, 1954

Nach der Detonation der ersten sowjetischen Spaltbombe im August 1949 schrieb Fermi zusammen mit Isidor Rabi einen scharf formulierten Bericht für das Komitee, in dem er sich aus moralischen und technischen Gründen gegen die Entwicklung einer Wasserstoffbombe aussprach. Trotzdem beteiligte sich Fermi weiterhin als Berater an der Arbeit an der Wasserstoffbombe in Los Alamos. Zusammen mit Stanislaw Ulam berechnete er, dass nicht nur die Menge an Tritium , die für Tellers Modell einer thermonuklearen Waffe benötigt wird, unerschwinglich wäre, sondern dass selbst mit dieser großen Menge an Tritium die Ausbreitung einer Fusionsreaktion noch nicht gewährleistet werden könnte. Fermi gehörte zu den Wissenschaftlern, die im Auftrag von Oppenheimer bei der Sicherheitsanhörung von Oppenheimer im Jahr 1954 aussagten, die dazu führte, dass Oppenheimers Sicherheitsfreigabe verweigert wurde.

In seinen späteren Jahren lehrte Fermi weiterhin an der University of Chicago, wo er einer der Gründer des späteren Enrico Fermi Institute war . Zu seinen Doktoranden in der Nachkriegszeit gehörten Owen Chamberlain , Geoffrey Chew , Jerome Friedman , Marvin Goldberger , Tsung-Dao Lee , Arthur Rosenfeld und Sam Treiman . Jack Steinberger war Doktorand, und Mildred Dresselhaus wurde in dem Jahr, in dem sie sich als Doktorandin mit ihm überschnitt, stark von Fermi beeinflusst. Fermi führte wichtige Forschungen in der Teilchenphysik durch, insbesondere im Zusammenhang mit Pionen und Myonen . Er machte die ersten Vorhersagen der Pion- Nukleon- Resonanz, indem er sich auf statistische Methoden stützte , da er der Ansicht war, dass genaue Antworten nicht erforderlich seien, wenn die Theorie ohnehin falsch sei. In einem gemeinsam mit Chen Ning Yang verfassten Artikel spekulierte er, dass Pionen tatsächlich zusammengesetzte Teilchen sein könnten. Die Idee wurde von Shoichi Sakata ausgearbeitet . Es wurde seitdem durch das Quark-Modell ersetzt , in dem das Pion aus Quarks besteht, das Fermis Modell vervollständigte und seinen Ansatz bestätigte.

Fermi schrieb eine Abhandlung „On the Origin of Cosmic Radiation “, in der er vorschlug, dass kosmische Strahlung durch Materie entsteht, die durch Magnetfelder im interstellaren Raum beschleunigt wird, was zu einer Meinungsverschiedenheit mit Teller führte. Fermi untersuchte die Probleme rund um Magnetfelder in den Armen einer Spiralgalaxie . Er grübelte über das, was heute als „ Fermi-Paradoxon “ bezeichnet wird: den Widerspruch zwischen der angenommenen Wahrscheinlichkeit der Existenz außerirdischen Lebens und der Tatsache, dass kein Kontakt zustande gekommen ist.

Fermis Grab in Chicago

Gegen Ende seines Lebens stellte Fermi seinen Glauben an die Gesellschaft im Allgemeinen in Frage, um weise Entscheidungen in Bezug auf die Nukleartechnologie zu treffen. Er sagte:

Einige von Ihnen fragen sich vielleicht, was es nützt, so hart zu arbeiten, um nur ein paar Fakten zu sammeln, die außer ein paar langhaarigen Professoren, die solche Dinge gerne sammeln, keine Freude bereiten und niemandem etwas nützen werden, weil nur wenige werden sie bestenfalls Spezialisten verstehen können? Als Antwort auf solche Frage(n) darf ich eine ziemlich sichere Vorhersage wagen.

Die Wissenschafts- und Technikgeschichte hat uns immer wieder gelehrt, dass wissenschaftliche Fortschritte im Grundverständnis früher oder später zu technischen und industriellen Anwendungen geführt haben, die unsere Lebensweise revolutioniert haben. Es scheint mir unwahrscheinlich, dass dieses Bemühen, an die Struktur der Materie heranzukommen, eine Ausnahme von dieser Regel sein sollte. Weniger sicher ist, was wir alle inbrünstig hoffen, dass der Mensch bald erwachsen genug wird, um die Macht, die er über die Natur erlangt, sinnvoll zu nutzen.

Tod

Fermi unterzog sich im Oktober 1954 einer sogenannten "Erkundungsoperation" im Billings Memorial Hospital, wonach er nach Hause zurückkehrte. Fünfzig Tage später starb er in seinem Haus in Chicago an inoperablem Magenkrebs . Er war 53 Jahre alt. Fermi vermutete, dass die Arbeit in der Nähe des Atomhaufens ein großes Risiko darstellte, aber er machte weiter, weil die Vorteile die Risiken für seine persönliche Sicherheit überwogen. Zwei seiner studentischen Hilfskräfte, die in der Nähe des Haufens arbeiteten, starben ebenfalls an Krebs.

In der Kapelle der University of Chicago fand ein Gedenkgottesdienst statt , bei dem die Kollegen Samuel K. Allison , Emilio Segrè und Herbert L. Anderson sprachen, um den Verlust eines der „brillantesten und produktivsten Physiker der Welt“ zu betrauern. Sein Leichnam wurde auf dem Oak Woods Cemetery beigesetzt , wo ein privater Grabgottesdienst für die unmittelbare Familie unter dem Vorsitz eines lutherischen Kaplans stattfand.

Wirkung und Vermächtnis

Vermächtnis

Fermi erhielt zahlreiche Auszeichnungen in Anerkennung seiner Leistungen, darunter die Matteucci-Medaille 1926, den Nobelpreis für Physik 1938, die Hughes-Medaille 1942, die Franklin-Medaille 1947 und den Rumford-Preis 1953. Er erhielt die Medaille für Verdienst 1946 für seinen Beitrag zum Manhattan-Projekt. Fermi wurde 1950 zum auswärtigen Mitglied der Royal Society (FRS) gewählt . Die Basilika Santa Croce in Florenz , die wegen ihrer vielen Gräber von Künstlern, Wissenschaftlern und prominenten Persönlichkeiten der italienischen Geschichte als Tempel des italienischen Ruhms bekannt ist, hat eine Gedenktafel zum Gedenken an Fermi. 1999 ernannte Time Fermi auf seiner Liste der 100 besten Persönlichkeiten des 20. Jahrhunderts. Fermi wurde weithin als ungewöhnlicher Fall eines Physikers des 20. Jahrhunderts angesehen, der sich sowohl theoretisch als auch experimentell hervorgetan hatte. Der Chemiker und Romanautor CP Snow schrieb: „Wenn Fermi ein paar Jahre früher geboren worden wäre, könnte man sich gut vorstellen, dass er Rutherfords Atomkern entdeckte und dann Bohrs Theorie des Wasserstoffatoms entwickelte. Wenn das nach Übertreibung klingt, ist alles an Fermi eine klingt wahrscheinlich wie eine Übertreibung".

Fermi war als inspirierender Lehrer bekannt und für seine Liebe zum Detail, seine Einfachheit und sorgfältige Vorbereitung seiner Vorlesungen bekannt. Später wurden seine Vorlesungsnotizen in Bücher transkribiert. Seine Papiere und Notizbücher befinden sich heute in der University of Chicago. Victor Weisskopf bemerkte, wie es Fermi "immer gelang, den einfachsten und direktesten Ansatz mit einem Minimum an Komplikationen und Raffinesse zu finden". Er mochte komplizierte Theorien nicht, und obwohl er über große mathematische Fähigkeiten verfügte, würde er sie niemals anwenden, wenn die Arbeit viel einfacher erledigt werden könnte. Er war berühmt dafür, schnelle und genaue Antworten auf Probleme zu bekommen, die andere Leute verblüffen würden. Später wurde seine Methode, ungefähre und schnelle Antworten durch Berechnungen auf der Rückseite des Umschlags zu erhalten, informell als " Fermi-Methode " bekannt und weithin gelehrt.

Fermi wies gern darauf hin, dass Volta, als Alessandro Volta in seinem Labor arbeitete, keine Ahnung hatte, wohin das Studium der Elektrizität führen würde. Fermi ist allgemein bekannt für seine Arbeit über Atomkraft und Atomwaffen, insbesondere die Schaffung des ersten Kernreaktors und die Entwicklung der ersten Atom- und Wasserstoffbomben. Seine wissenschaftliche Arbeit hat sich bewährt. Dazu gehören seine Theorie des Beta-Zerfalls, seine Arbeit mit nichtlinearen Systemen, seine Entdeckung der Auswirkungen langsamer Neutronen, seine Untersuchung von Pion-Nukleon-Kollisionen und seine Fermi-Dirac-Statistik. Seine Spekulation, dass ein Pion kein Elementarteilchen sei, wies den Weg zur Untersuchung von Quarks und Leptonen .

Dinge, die nach Fermi benannt sind

Das Schild an der Enrico-Fermi-Straße in Rom

Gedenktafel in der Basilika Santa Croce, Florenz . Italien

Vieles trägt den Namen Fermi. Dazu gehören der Fermilab- Teilchenbeschleuniger und das Physiklabor in Batavia, Illinois , das 1974 zu seinen Ehren umbenannt wurde, und das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop , das 2008 in Anerkennung seiner Arbeiten zur kosmischen Strahlung nach ihm benannt wurde. Drei Kernreaktoranlagen wurden nach ihm benannt: die Kernkraftwerke Fermi 1 und Fermi 2 in Newport, Michigan , das Kernkraftwerk Enrico Fermi in Trino Vercellese in Italien und der Forschungsreaktor RA-1 Enrico Fermi in Argentinien . Ein synthetisches Element, das aus den Trümmern des Ivy-Mike -Atomtests von 1952 isoliert wurde , wurde zu Ehren von Fermis Beiträgen zur wissenschaftlichen Gemeinschaft Fermium genannt. Damit ist er einer von 16 Wissenschaftlern, nach denen Elemente benannt sind .

Seit 1956 hat die United States Atomic Energy Commission ihre höchste Auszeichnung, den Fermi Award , nach ihm benannt . Zu den Preisträgern zählen Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller und Hans Bethe.

Veröffentlichungen

• Introduzione alla Fisica Atomica (auf Italienisch). Bologna: N. Zanichelli . 1928. OCLC  9653646 .
• Fisica per i Licei (auf Italienisch). Bologna: N. Zanichelli. 1929. OCLC  9653646 .
• Molecole e cristalli (auf Italienisch). Bologna: N. Zanichelli. 1934. OCLC  19918218 .
• Thermodynamik . New York: Prentice Hall. 1937. OCLC  2379038 .
• Fisica per Istituti Tecnici (auf Italienisch). Bologna: N. Zanichelli. 1938.
• Fisica per Licei Scientifici (auf Italienisch). Bologna: N. Zanichelli. 1938.(mit Edoardo Amaldi )
• Elementarteilchen . New Haven: Yale University Press. 1951.OCLC 362513.
• Anmerkungen zur Quantenmechanik . Chicago: Die Universität von Chicago Press. 1961. OCLC  1448078 .

Eine vollständige Liste seiner Arbeiten finden Sie auf den Seiten 75–78 in Lit.

Patente

• US-Patent 2206634 , „Process for the Production of Radioactive Substances“, erteilt im Juli 1940 
• US-Patent 2836554 , "Air Cooled Neutronic Reactor", erteilt im April 1950 
• US-Patent 2524379 , "Neutron Velocity Selector", erteilt im Oktober 1950 
• US-Patent 2852461 , "Neutronic Reactor", erteilt im September 1953 
• US-Patent 2708656 , "Neutronic Reactor", erteilt im Mai 1955 
• US-Patent 2768134 , "Testing Material in a Neutronic Reactor", erteilt im Oktober 1956 
• US-Patent 2780595 , "Test Exponential Pile", erteilt im Februar 1957 
• US-Patent 2798847 , „Method of Operating a Neutronic Reactor“, erteilt im Juli 1957 
• US-Patent 2807581 , "Neutronic Reactor", erteilt im September 1957 
• US-Patent 2807727 , "Neutronic Reactor Shield", erteilt im September 1957 
• US-Patent 2813070 , „Method of Sustaining a Neutronic Chain Reacting System“, erteilt im November 1957 
• US-Patent 2837477 , "Chain Reacting System", erteilt im Juni 1958 
• US-Patent 2931762 , "Neutronic Reactor", erteilt im April 1960 
• US-Patent 2969307 , „Method of Testing Thermal Neutron Fissionable Material for Reinheit“, erteilt im Januar 1961 

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

• „An Fermi – in Liebe – Teil 1“ . Stimmen des Radiosegments Manhattan Project 1971
• „The First Reactor: 40th Anniversary Commemorative Edition“ , Energieministerium der Vereinigten Staaten , (Dezember 1982).
• Nobelpreisseite für den Preis der Physik 1938
• Die Geschichte des ersten Haufens
• Enrico Fermis Fallakte am Franklin Institute mit Informationen zu seinen Beiträgen zur theoretischen und experimentellen Physik.
• „In Erinnerung an Enrico Fermi“ . Sitzung J1. APS April Meeting 2010, American Physical Society.
• Zeit 100: Enrico Fermi von Richard Rhodes , 29. März 1999
• Fermis Aufenthalt bei Ehrenfest in Leiden .