Энрико Ферми (1901-1954) - виднейший итальянский физик, один из создателей ядерной и нейтронной физики, основатель научных школ в Италии и США, иностранный член-корреспондент АН СССР (1929). Автор многочисленных работ в области квантовой теории и физики элементарных частиц.
В 1938 году эмигрировал в США. Разработал квантовую статистику (статистика Ферми - Дирака; 1925 год), теорию бета-распада (1934). Открыл с сотрудниками искусственную радиоактивность, вызванную нейтронами, замедление нейтронов в веществе (1934). Построил первый ядерный реактор и первым осуществил в нем (2 декабря 1942 года) цепную ядерную реакцию. Нобелевская премия (1938 год).
Детство и юность
Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года, в Риме в семье служащего. Хотя дома никто не побуждал его заниматься науками, он еще в детстве проявлял большой интерес к математике и к физике. Большое благотворное влияние на юношу оказал коллега его отца, инженер Амидей, который впоследствии очень подробно поведал о первых шагах Энрико в науке. Он многое изучал самостоятельно по книгам. В тринадцать лет будущий физик за три дня изучил учебник по проективной геометрии, прорешав все 200 имевшихся там задач, проштудировал несколько книг по различным разделам математики и теоретической механики.
Летом 1918 года, пройдя трехгодичный курс лицея за два года, Энрико Ферми получил диплом и встал вопрос, где продолжить учебу. Его особенно привлекала физика, по которой он прочитал больше всего книг, в том числе, огромные тома курса физики русского профессора Ореста Данииловича Хвольсона, в которых подробно описывались многочисленные экспериментальные установки.
Можно было поступить в Римский университет, но семнадцатилетний Энрико остановил свой выбор на университете в Пизе. Для поступления туда ему нужно было пройти конкурс в Нормальную школу в Пизе и впоследствии совмещать учебу в ней с посещением лекций в университете. Ферми не только выдержал конкурс, но и вышел в нем на первое место. Впоследствии, в 1934 году Э. Ферми писал: «Когда я поступил в университет, классическую физику и теорию относительности я знал так же, как и теперь».
Во многом, как и прежде, Ферми оставался самоучкой, к его учебе по книгам преподаватели мало что могли добавить. Он выработал весьма эффективную систему самостоятельных занятий, в чем можно убедиться по его тогдашним конспектам. Феноменальная память позволяла ему также быстро изучать иностранные языки.
Исключительные способности Энрико Ферми скоро были замечены не только студентами, но и преподавателями. В 1920 году он уже в присутствии ряда профессоров читал лекцию о квантовой теории (почти неизвестной тогда в Италии) в Физическом институте. Тогда же появились его первые исследования в области электродинамики и теории относительности. В воспоминаниях Энрико Персико, будущего профессора Римского университета, с которым Ферми поддерживал тесную дружбу с 14 лет, есть следующие строки о том, как тот работал: «Его метод изучения книги всегда состоял в том, что из книги он брал только данные проблемы и результаты опыта, сам обрабатывал их и затем сравнивал свои результаты с результатами автора. Иногда при проведении такой работы он ставил новые проблемы и решал их, или даже поправлял ошибочные, хотя и общепринятые решения». В качестве диссертационных дипломных работ тогда допускались только экспериментальные. Ферми защищал работу по оптике рентгеновских лучей. В 1922 году он блестяще оканчил университет и Высшую Нормальную школу.
Поддержка сенатора Корбино
Несмотря на все успехи Энрико Ферми, ему не могли предложить работы в Пизанском университете. Он вернулся в Рим, где вскоре состоялось его знакомство с сенатором профессором Орсо Марио Корбино, директором Физического института Римского королевского университета, который сам в молодости проявил себя как блестящий физик-экспериментатор. Корбино очень быстро оценил двадцатилетнего Ферми и принял его под покровительство, дал ему временную работу в качестве преподавателя математики для студентов-химиков Римского университета и обещал при первой возможности сделать его постоянным сотрудником. Ферми считал Корбино своим вторым отцом.
В Италии в то время не было крупной теоретической школы, и поэтому для Ферми явилась большой удачей возможность поехать в 1923 году в Геттинген, где работал немецкий физик Макс Борн. Как это ни странно, общение с Борном и его блистательными учениками и сотрудниками не принесло, по словам самого Ферми, ему особенной пользы. Причиной тому могли быть привычка Ферми работать в одиночку и отсутствие у него тогда уверенности в себе, которую ему дало впоследствии общение с физиком-теоретиком Паулем Эренфестом, на обучении у которого в Голландии Ферми находился с сентября по декабрь 1924 года.
После возвращения в 1923 в Римский университет Ферми один год читал курс математики для химиков и естественников, а после возвращения в 1924 от Эренфеста, приступил к преподаванию как временный профессор во Флорентийском университете.
Признание теоретиков
Одной из серьезных заслуг Ферми, начавшего преподавать в Италии, явилось быстрое формирование получившей в дальнейшем заслуженную известность итальянской школы теоретической физики. Как вспоминали впоследствии бывшие его ученики, это происходило как бы исподволь. После занятий собирались в кабинете Ферми и начиналось обсуждение заданного кем-то вопроса, часто не связанного непосредственно с тем, что только что было на занятиях. Ответ Энрико Ферми часто превращался в импровизированную лекцию. По воспоминаниям тогдашних учеников Ферми, «скорость формирования молодого физика в этой школе была невероятной». Ферми учил не только физике в прямом смысле этого слова: собственным примером «он учил страстно любить физику, равно как и понимать дух и этику этой науки». Ферми не любил предлагать темы для дипломных работ, справедливо считая, что во всех отношениях полезнее, если студент сам выберет интересную для него задачу.
Задачи же, которые тогда увлекали самого Ферми, стали вскоре научной классикой. В декабре 1925 года он независимо от английского физика Поля Дирака разработал статистику частиц с полуцелым спином - для них даже привилось название «фермионы» - ставшую одной из основ физики элементарных частиц, развивал эффективный приближенный метод расчетов многоэлектронных атомов (в квантовой, как и в классической механике задачи многих тел физики умеют решать лишь приближенно). В Рим, становившийся новым центром теоретической физики, все чаще стали приезжать коллеги из-за рубежа.
Профессура в Риме
Осенью 1926 года, заняв первое место на конкурсе, Э.Ферми стал штатным профессором на созданной в Римском университете кафедре теоретической физики. Об этом периоде его жизни в книге российского физика Бруно Максимовича Понтекорво написано: «Личная жизнь Ферми с того времени, когда он обосновался в Риме, протекала спокойно и благополучно в течение нескольких лет, примерно до 1936 года. Он женился в 1928 году на синьоре Лауре Капон; это событие десять лет спустя стало одной из причин того, что Ферми вместе с семьей покинул родину. В 1929 году Ферми был несколько неожиданно избран... членом Королевской академии Италии. Это была новая академия, созданная Бенито Муссолини для увеличения престижа фашистского режима. Члены академии получали довольно значительное вознаграждение. Избрание в академию заметно увеличило доходы Энрико Ферми, принесло звание «его превосходительства» и довольно смешной мундир».
В 1932 году Ферми избирается членом-корреспондентом старейшей итальянской Национальной академии Линчеи. «Ферми вел размеренную жизнь и почти никогда не изменял своим привычкам. Творческой работой он занимался с половины шестого утра до половины восьмого,... в институт приезжал не позже девяти утра». Лето он, если не отдыхал в Альпах, проводил за границей, где читал лекции, становившиеся вскоре основой его новых книг. Так появились «Квантовая теория излучения» и «Термодинамика» по лекциям, прочитанным в Мичиганском и Колумбийском университетах.
В числе ведущих физиков мира, Энрико Ферми в 1933 году участвовал в Брюсселе в работе Сольвеевского конгресса по ядерной физике. К тому времени начатые им недавно работы по физике нейтронов уже получили известность. Но особенно высоко были оценены его работы 1933, в которых излагалась развитая им теория бета-распада.
Физика нейтронов все полнее захватывала Ферми. В 1934 году он получил первые радиоактивные изотопы при облучении веществ нейтронами. Годом позже он открыл эффект замедления нейтронов, которому суждено было в дальнейшем сыграть важнейшую роль в ядерной физике и технике. За работы по физике нейтронов Ферми в 1938 году была вручена Нобелевская премия в Стокгольме, откуда он уже не вернулся в Италию, а вместе с семьей уехал в Нью-Йорк. Так началась жизнь в Америке.
Жизнь Энрико Ферми В Америке
Для эмиграции у ученого были веские основания. Политический климат в фашистской Италии стал заметно ухудшаться с 1936 года, в частности, начали появляться антисемитские законы, которые могли угрожать жене Ферми, итальянке еврейского происхождения. В январе 1939 года Ферми поступает на работу в Колумбийский университет и приступает к исследования реакции деления ядер. Эта ядерная реакция, открытая в 1938 году немецким радиохимиком Отто Ганом и Штрассманом, заняла в дальнейшем ключевое место в ядерной физике. Но тогда еще никто не знал о том, к каким военным, политическим и экономическим последствиям приведет изучение этой проблемы, и Ферми воспринял ее просто как интересное физическое явление. Этический аспект науки, по-видимому, не очень интересовал Ферми, который был равнодушен ко многому, что лежит за пределами физики, в том числе, и к политике. Рассказывают (хотя в это трудно поверить), что когда ему сообщили об атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки, он не удержался от страшного в своем цинизме замечания: «А все-таки это была прекрасная физика...».
Весной 1942 года Энрико Ферми переезжает в Чикаго, где разворачиваются работы по исследованию цепных ядерных реакций (Манхэттенский проект). В декабре возглавляемая им экспериментальная группа сумела получить в первом ядерном реакторе такую самоподдерживающуюся реакцию. Путь к ядерному оружию был открыт. В 1944 году Ферми переехал в Лос-Аламос, где велись основные работы, а в июле 1945 года он уже принимал участие в испытании первой атомной бомбы.
В 1946 году Э. Ферми стал сотрудником созданного в Чикаго Института ядерных исследований. Последние годы его жизни были посвящены физике высоких энергий. Он выдвинул гипотезу о происхождении космических лучей высоких энергий, в 1950 году выступил со статистической теорией множественного образования мезонов. 1952 год отмечен его новым вкладом в физику элементарных частиц - открытием первого адронного резонанса.
В 1950 году Энрико был избран иностранным членом Лондонского Королевского, а в 1953 году - президентом Американского физического общества. Год спустя вышла его последняя книга «Лекции о пи-мезонах и нуклонах». Ферми был членом многих иностранных академий и научных обществ, в его честь назван сотый элемент таблицы Менделеева - фермий, его имя после его кончины осталось в названиях ряда научных центров, в его трудах и в памяти многих людей.
В вашем браузере отключен Javascript.Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
(1901-1954) итальянский физик, основатель нейтронной физики
Энрико Ферми был младшим из трех детей железнодорожного служащего Альберто Ферми и Иды Дегаттис. Еще в школе учителя заметили большие способности мальчика в математике и физике. После окончания школы он получил стипендию для одаренных детей, благодаря которой был принят в Высшую нормальную школу при Пизанском университете.
По окончании университета в 1922 г. Энрико Ферми представил магистерскую работу, за которую ему присудили докторскую степень. За выдающиеся успехи он также получил специальную правительственную стипендию и отправился в Германию, где в течение года работал на отделении теоретической физики Гёттингенского университета, которым руководил крупный ученый Макс Борн. Затем Ферми переехал в Голландию и стажировался в Лейденском университете под руководством Пауля Эренфеста.
В 1924 году он вернулся в Италию и начал работать во Флорентийском университете. Однако вскоре переехал в Рим, поскольку Бенито Муссолини распорядился организовать специально для Энрико Ферми первую в Италии кафедру теоретической физики.
Работая в Римском университете, Энрико Ферми и его сотрудники открыли принципиально новый класс веществ - радиоактивные изотопы. Любопытно, что сам ученый довольно критически отнесся к этому открытию, значение которого стало очевидным лишь в 1938 году, когда было открыто деление урана. В 1934-1938 гг. он вместе с сотрудниками изучал нейтроны и практически заложил основы нейтронной физики, впервые наблюдал искусственную радиоактивность при бомбардировке нейтронами ряда элементов, в частности урана, открыл явление замедления нейтронов и создал теорию этого явления. В 1938 году за эти работы Энрико Ферми был удостоен Нобелевской премии.
В это же время резко осложняются его отношения с итальянским правительством. После принятия ряда антисемитских законов Ферми, который был женат на еврейке, вынужден был покинуть Италию. Вместе с семьей (к этому времени у него родились сын и дочь) знаменитый физик отправился в Швецию для получения Нобелевской премии.
На торжественной церемонии вручения Энрико Ферми отказался приветствовать короля Швеции фашистским приветствием, за что подвергся нападкам итальянской печати. Поэтому сразу же после торжеств новый нобелевский лауреат отправился в США. Он принял предложение руководства Колумбийского университета и занял там должность профессора физики.
Вскоре после того, как Энрико Ферми с семьей приехал в США, туда из Копенгагена прибыл Нильс Бор. От него Ферми и узнал об открытии Отто Ганом расщепления урана. Многие физики начали обсуждать возможность цепной реакции. Стало ясно, что она должна сопровождаться выделением колоссальной энергии.
В это время и Энрико Ферми начал работать над обоснованием возможности цепной реакции деления урана. Ему удалось получить финансовую субсидию, и вместе с другим итальянским физиком Эмилио Сегре он установил, что наиболее эффективным материалом для цепной реакции должен быть элемент с атомным весом 239. В то время такой элемент еще не был открыт, но впоследствии его открыли и назвали плутонием.
В 1942 году Энрико Ферми становится одним из руководителей знаменитого Манхэттенского проекта - работ по созданию атомного оружия в США. Первым этапом была сборка атомного реактора. 2 декабря 1942 года начал работать созданный под руководством Ферми первый в мире атомный реактор.
Позднее он был назначен руководителем лаборатории в Лос-Аламосе и вместе с семьей переехал в этот небольшой городок. Он был свидетелем первого взрыва атомной бомбы близ Аламогордо (штат Нью-Мексико). Но это были лишь испытания, а в августе 1945 года две атомные бомбы были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки.
В конце войны Энрико Ферми стал профессором физики в Чикагском университете и одним из руководителей созданного при нем Института ядерных исследований. Это был великолепный педагог, пользовавшийся славой непревзойденного лектора. После завершения в 1945 году строительства циклотрона - ускорителя заряженных частиц - Ферми начал изучение взаимодействий между ними. Из-под его пера в это время выходят многие теоретические работы в области физики высоких энергий. Кроме того, его научные труды позволили выдвинуть гипотезу о происхождении космических лучей, которая ныне считается общепринятой.
Смерть настигла ученого в расцвете творческих сил. В это время ему было всего 53 года.
Энрико Ферми был избран членом многих научных учреждений мира, но наиболее глубокую дань уважения его заслугам отдали сами физики, назвавшие 100-й химический элемент фермием. Это произошло через год после смерти ученого.
Человек, проживший очень короткую жизнь и сделавший на десяток Нобелевских премий, человек, который открыл миру атомную энергию и подарил США атомную бомбу, великий итальянский американец Энрико Ферми - вот наш сегодняшний герой рубрики «Как получить Нобелевку».
Об Энрико Ферми писать очень сложно. Он входит в число тех великих физиков, простое перечисление достижений которых составит несколько лонгридов. К нобелевскому лауреату 1938 года это относится в полной мере, несмотря на слишком короткую - всего 53 года - жизнь.
Энрико Ферми
Нобелевская премия по физике 1938 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За доказательство существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами» (for his demonstrations of the existence of new radioactive elements produced by neutron irradiation, and for his related discovery of nuclear reactions brought about by slow neutrons).
Энрико Ферми относится к тем людям, о которых говорят «ученый от Бога». У него было очень простое происхождение: мать - школьная учительница Ида де Гаттис, отец - потомок крестьян из Пьяченцы, железнодорожный служащий. Трое детей в семье, в которой Энрике был самым младшим. Старший брат Джулио, умерший, когда Энрико исполнилось 14, стал его первым коллаборатором: вместе они ставили опыты и конструировали физические «игрушки». Любимыми книжками Ферми стали книжки по физике и математике (первой, кстати, был почти тысячестраничный латинский трактат Андреа Караффо «Elementorum physicae mathematicae » (1840). Друг отца, Адольфо Амидеи, стал наставлять мальчика и помогать ему с книжками и обучением.
Высшее образование далось Ферми легко: в 17 лет он поступил в Высшую нормальную школу в Пизе, а в 21 уже получил степень в Пизанском университете за работы по рентгеновским лучам, параллельно опубликовав несколько работ по теории относительности. Уже здесь проявилась главная особенность Ферми - равная способность как к теоретической физике, так и к эксперименту. Он стажировался у Макса Борна и Пауля Эренфеста и уже в 24 года опубликовал, независимо от Дирака, работу по статистической физике частиц с полуцелым спином. Сейчас все такие частицы называют фермионами.
Эксперименты, которые привели нашего героя к Нобелевской премии (скажем сразу, номинировали Ферми и после присуждения высшей физической награды, например, за создание ядерного реактора), начались в 1930 году, когда физику было 29 лет, и он приступил к охоте на нейтрон - гипотетическую нейтральную частицу в составе атомного ядра (кстати, потом именно Ферми придумал итальянское название другой гипотетической нейтральной частице - нейтрино, что по-итальянски значит «нейтрончик»). В 1930 году немцы Вальтер Боте (о котором мы поговорим, когда доберемся до премии 1954 года) и Ханс Беккер обнаружили, что при бомбардировке некоторых легких элементов альфа-частицами возникает излучение, которые было принято за гамма-излучение. Но не все складывалось: когда бомбардировали пластинку бериллия, то в направлении от потока альфа-частиц излучение было интенсивнее, чем по направлению к потоку. При гамма-излучении так быть не должно: электромагнитные волны распространяются во все стороны одинаково.
Вальтер Боте
Wikimedia Commons
Эксперимент усложнили супруги Жолио-Кюри. Они разместили между бериллием и ионизационной камерой-регистратором различные вещества, изучая, насколько они ослабляют новое «гамма»-излучение. И снова неожиданный результат: когда за бериллием поставили тоненькую пластинку парафина (насыщенного углеводорода, молекула которого богата), то излучение не ослабло, а, наоборот, усилилось.
Джеймс Чедвик предположил, что альфа-частицы выбивают из атомов те самые нейтральные частицы, и, доказав это, получил Нобелевскую премию по физике 1935 года.
Помимо того, что из вещества вылетают нейтроны, выяснилось, что при этой бомбардировке образуются и позитроны - античастицы к электронам.
Кюри заменили бериллий на бор и алюминий. И оказалось, что после того, как от мишени убирали источник альфа-частиц (открытый Марией Кюри полоний), радиоактивность на некоторое время оставалась. Значит, в результате бомбардировки альфа-частицами атомов бора и алюминия получались новые элементы. Радиоактивные. Поглощая альфа-частицу, алюминий превращался в радиоактивный изотоп фосфора, а бор - в такой же радиоактивный азот. Как итог - Нобелевская премия по химии того же 1935 года еще двум представителем семьи Кюри.
Новых изотопов оказалось получено около сотни. Но когда дело дошло до урана, самого тяжелого элемента, известного на тот момент, продвинуться дальше не удалось. Точнее, подозрение на синтез возникло, и директор лаборатории Орсо Корбино даже возвестил об успехе, чем навлек на себя гнев Ферми, ведь подтвердить успех не удалось. Никто тогда не знал, что на самом деле Ферми впервые инициировал деление ядра урана, совершив, не зная того, открытие, которое потом повторят в 1938 году Отто Ган и Лиза Мейтнер.
А сам же Ферми совершил другое важнейшее для овладения атомной энергией открытие: в том же 1935 году, когда Чедвик и Жолио-Кюри получали свои премии, оказалось, что если замедлять нейтроны веществами, богатыми протонами (вода или парафин), то ядерные реакции медленными нейтронами инициируются гораздо эффективнее. Фактически Ферми открыл новый метод изучения ядра атома и синтеза новых ядер. Позже окажется, что именно медленные нейтроны инициируют цепную ядерную реакцию.
Церемония вручения Нобелевской премии 1938 года
Wikimedia Commons
«Наряду с выдающимися открытиями Ферми всеобщее признание получили его искусство экспериментатора, поразительная изобретательность и интуиция... позволившая пролить новый свет на структуру ядра и открыть новые горизонты для будущего развития атомных исследований», - так чествовали лауреата в Стокгольме в 1938 году.
Казалось бы, все хорошо, но на самом деле именно в это счастливое «нобелевское» время для Энрико настало время менять свою судьбу.
Фашисты во главе с Муссолини (а как мы помним, «настоящие» фашисты были именно в Италии) все больше и больше сближались с Гитлером, в Италии начали принимать антисемитские законы. Начала распадаться группа Ферми, да и самого его невзлюбили за то, что короля Швеции он приветствовал не вскинув руку, как положено, а дружеским рукопожатием.
Ферми уехал в США. Навсегда. Кстати, ему пришлось - по тогдашним правилам - пройти обязательный для всех эмигрантов тест на умственные способности и, несмотря на унизительность его для Нобелевского лауреата, ответить, сколько получится, если сложить 27 и 15 и разделить 29 пополам.
Фото Ферми на пропуск в лаборатории в Лос-Аламосе
Wikimedia Commons
Так сложилось, что именно эмигрант из враждебной страны и дал в руки США ядерное оружие (именно Ферми играл одну из самых ключевых ролей в Манхэттенском проекте, несмотря на то, что к тому времени еще не получил гражданства) и всему человечеству - атомную энергию.
Именно под руководством 41-летнего итальянца 2 декабря 1942 года под трибунами стадиона в Чикагском университете заработал первый в мире ядерный реактор. Да, он использовался в военных целях, но именно с него началась история атомной энергетики.
Энрико Ферми – выдающийся итальянский физик, лауреат Нобелевской премии за ключевые открытия в атомной физике.
Создатель научной школы в области ядерной и нейтронной физики США и Италии.
Происхождение
Родился Энрико Ферми в Риме, Италия, 29 сентября 1901 года. Отец Альберто Ферми - служащий, мать Ида де Гаттис - учительница. Его семья была далека от научных кругов, но мальчик с детства проявлял феноменальные способности к точным наукам.
Гений – самоучка
Друг отца вспоминал, что Энрике не расставался с учебниками по математике и физике, хотя его никто не заставлял этим заниматься. Окружающие были поражены, что тринадцатилетний подросток смог самостоятельно решить за несколько дней 200 труднейших задач по геометрии!
Но самым любимым предметом для Энрике была физика. Особенно его интересовали научные труды с описанием экспериментальных установок. В 17 лет талантливый юноша экстерном окончил лицей и решил продолжить обучение в университете Пизы.
Физика преподавалась там на довольно высоком уровне, но требовалось пройти обучение в высшей Нормальной школе в Пизе. Конкурс абитуриентов в школу был необычайно высоким, но Ферми получил наибольшее количество баллов и стал одновременно студентом университета и учащимся Нормальной школы.
По воспоминаниям самого ученого основные законы физики и теории относительности он прекрасно изучил самостоятельно и годы учебы в этом отношении не дали ему новых знаний. Его феноменальные способности, необыкновенная работоспособность, умение выбрать из большого объема научных трудов минимум, необходимый для пополнения знаний, принесли ему популярность не только среди сокурсников, но и преподавателей.
Уже через два года обучения его приглашают читать лекции по квантовой теории в Физическом институте.
Научная деятельность
Задатки ученого Ферми проявил, написав блестящую дипломную работу по оптике рентгеновских лучей. Но ему невозможно было проявить свои способности на родине, потому что в Италии отсутствовала серьезная школа современной физики. Начав работать преподавателем математики в Римском университете, Ферми оказался в научном вакууме.
В 1923 году при поддержке сенатора Корбино он уезжает на стажировку сначала в Геттинген, к Максу Борну, позднее в Голландию, к физику- теоретику Паулю Эренфесту. Возвратившись в Италию, Ферми собрал вокруг себя во Флорентийском и Римском университетах кружок молодых ученых единомышленников. Позднее, именно этот первоначальный костяк стал основой научной итальянской школы.
Самого Ферми интересовала прежде всего физика элементарных частиц и в частности методика расчетов многоэлектронных атомов. Этой теме и была посвящена его научная работа, выполненная в 1925 году и принесшая ему мировую известность. Его начинают приглашать на международные симпозиумы и даже пришедший к власти фашистский режим для поднятия собственного престижа вводит Ферми в состав Королевской Академии Италии.
Эмиграция в Америку
Научные работы по ядерной физике нейтронов, теоретические исследования получения бета - частиц и их применение для получения совершенно новой атомной энергии позволили Энрико Ферми стать Нобелевским лауреатом в 1938 году. Ферми после получения престижнейшей премии не вернулся в Италию, а вместе с семьей перебрался в Америку.
Для эмиграции были серьезны личные мотивы – его жена была еврейкой по национальности, что не приветствовалось режимом . В США его привлекают к государственной программе создания нового вида энергии - он занимается исследованиями реакции деления атомного ядра. Ферми разработал и создал первый ядерный реактор и смог получить на нем в 1942 году цепную ядерную реакцию.
Путь к созданию атомного оружия был открыт…Но Ферми, как и многих ученых до него и после, не слишком интересовал этический вопрос его открытия. Некоторые современники рассказывали, о циничном отзыве ученого на атомные что «все-таки это была прекрасная физика...».
После создания атомной бомбы Ферми сделал еще несколько значимых открытий – обосновал теорию пи-мезонов, адронного резонанса, происхождение космических лучей высокой энергии и если бы не ранняя смерть 28 ноября 1954 года, возможно его гениальный ум создал бы еще что-то выдающееся, без применения в милитаризме.
После открытия искусственной радиоактивности работы по ее исследованию и получению новых изотопов развернулись широким фронтом. Наиболее плодотворными в этом направлении оказались опыты Энрико Ферми (1901-1954) . "Великий итальянский физик Э. Ферми, писал Бруно Понтекорво, занимает особое место среди современных ученых: в наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, каким был Ферми. Можно даже сказать, что появление на научной арене XX в. человека, который внес такой громадный вклад в развитие теоретической и экспериментальной физики, астрономии и технической физики, - явление скорее уникальное, чем редкое. " Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме, в семье служащего. У Энрико очень рано проявились большие способности к точным наукам, в частности к физике и математике. Осенью 1919 г. Ферми поступил одновременно в Высшую Нормальную школу и на физико-математический факультет Пизанского университета. Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень трудный вступительный экзамен. Ученик Нормальной школы автоматически становился и студентом университета, причем обучение таких студентов в университете было бесплатным. Будучи студентом, Ферми стремится познать новые отрасли физики, касающиеся строения материи и квантовой теории. Но эти разделы не культивировались в Италии, по ним не читались университетские курсы. Что касается классической физики и теории относительности, то их, как вспоминал позднее уже знаменитый Ферми, в те годы он знал так же, как и в 1934 г. Еще будучи студентом, Ферми много работает в лаборатории университета. В 1922 г. он выполняет экспериментальную дипломную работу по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и получает диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же - 2 году и с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей Нормальной школы. В январе 1923 г. Ферми по направлению Министерства образования уезжает для совершенствования в Геттинген к М. Борну. В Геттингене Ферми выполнил самостоятельно ряд работ. Одна из них, по теоретической физике, понравилась П. Эренфесту, и он написал об этом Ферми. Это привело к тому, что с сентября по декабрь 1924 г. Э. Ферми обучается в Лейдене у Эренфеста известного физика-теоретика. Именно под влиянием Эренфеста Ферми приобретает уверенность в своих силах; у него появляются характерные черты серьезного исследователя: стремление к конкретности во всем, умение выделять главное, исключительный здравый смысл. И в дальнейшем почти все теории Ферми создает для того, чтобы объяснить поведение определенной экспериментальной кривой, "странность" какого-то экспериментального факта. С января 1925 до осени 1926 г. Ферми работает временным профессором во Флоренции, читая лекции по теоретической механике и математической физике. Здесь он получает свою первую ученую степень "свободного доцента", создает знаменитую работу по квантовой статистике и пишет блестящую книгу "Введение в атомную физику", которая позднее стала основным учебником по теоретической физике для студентов университетов. В 1926 г. в Римском университете, собственно, специально для Ферми создается кафедра теоретической физики. Осенью 1926 г. 25-летний Э. Ферми успешно выдерживает конкурс и занимает должность профессора столичного университета, проработав в нем до 1938 г. Одним из главных итогов деятельности Ферми в этот период было созданием им итальянской школы физики. Когда Ферми в 1926 г. начал работать в Римском университете, там не было никакого исследовательского коллектива. Ферми сразу же начал создавать такой коллектив из сотрудников университета и своих наиболее способных учеников. Вскоре вокруг него сформировалось ядро этой школы: Разетти, Сегре, Амальди, Понтекорво, Майорана и др. Лекции Ферми в университете по квантовой механике, атомной физике, математической физике, термодинамике и его любимой геофизике отличались большой ясностью и стройностью изложения. В физике, по мнению Ферми, нет места для путаных мыслей, а физическая сущность любого, действительно понимаемого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул. И это Ферми прекрасно иллюстрировал своими собственными работами и своим стилем. Вот как об этом вспоминал Г. Бете: "Метод работы Ферми над теоретическими проблемами больше всего поражал меня своей простотой. Он мог проникнуть в существо любой задачи, какой бы сложной она не казалась. Он срывал с нее покров математических усложнений и ненужного формализма. С помощью такого метода он мог, часто не более чем за полчаса, решить весьма сложную физическую задачу. Он был мастером получения важных результатов минимальными усилиями и простейшим математическим аппаратом". Кипучая теоретическая деятельность Ферми в период с 1926 по 1933 г. шла по трем главным направлениям. Во-первых, в этот период, освоив квантовую механику, он успешно развивал ее, объяснял и пропагандировал в научных кругах. Но, как вспоминает Сегре, эти проповеди имели большой успех у молодежи и ничтожный у ученых старшего поколения. Второе направление деятельности Ферми было связано со статической механикой. В-третьих, своими теоретически - 4 ми работами Ферми внес большой вклад в учение о структуре атомов и молекул. Совокупность работ в этой области составила книгу "Молекулы и кристаллы". После 1933 г. Ферми целиком погружается в проблемы ядерной физики. В 1934 г. он создает теорию распада. Суть ее состояла в том, что при распаде кроме электрона испускается еще нейтрино маленький нейтрон. Эта теория Ферми явилась прототипом современной теории взаимодействия элементарных частиц. "Построенная им теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме", - писал о теории распада Ф. Разетти. В 1934 г. Э. Ферми выполняет первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами. Сразу же после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, поскольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. И если все физики после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри заторопились повторить их опыты, то "только у Ферми, по словам О. Фриша, хватило ума выбрать оригинальное направление, оказавшееся на редкость плодотворным". Ферми со свойственной ему кипучей энергией начал облучать нейтронами почти все элементы. В результате этих экспериментов было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов. Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире. Если коротко оценить итоги этих исследований. то следует сказать, что они явились началом новой области физики - нейтронной. Открытие эффекта замедления нейтронов (эффект Ферми) , по словам Понтекорво, открыло "новую главу ядерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня, - атомную технику". За серию работ по получению радиоактивных элементов путем нейтронной бомбардировки и за открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов в 1938 г. Э. Ферми была присуждена Нобелевская премия. Выехав за ее получением в Стокгольм вместе с семьей, Ферми не вернулся в Италию, где фашистская диктатура Муссолини по существу ликвидировала условия для нормальной научной работы. В январе 1939 г. Э. Ферми высказывает мысль, что при делении урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт деления осталось не очень определенным. В это время Ферми начинает работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе. К весне 1941 г. эта теория была разработана, и летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано около тридцати опытов, и в июне 1942 г. был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции реактора. Ферми, как всегда сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей реактор. Постройка реактора началась в Чикаго в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 г. После запуска реактора Ферми работает над проблемами мирного и военного использования атомной энергии. В науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым. В возрасте около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и прекрасную базу для исследований, Ферми изменяет направление своей научной деятельности и начинает заниматься областью частиц высоких энергий и астрофизикой. И здесь он достиг замечательных результатов. Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ великого ученого был оценен лишь после его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям элементарных частиц. Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены ее "бессодержательностью". Но прошло время, и на основе работы Ферми - Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких моделей является модель кварков. На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященную тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят "как хорошо известно", "как нетрудно показать" и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в 1946 г. Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: "Одна треть". Две трети он собирался еще сделать, до предела уплотняя свой рабочий день. Ферми с олимпийским спокойствием работал до самого конца своей жизни. Ферми умер 28 ноября 1954 г., в возрасте всего лишь 53 лет. Трудно представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он прожил еще лет 15-20. Но и та "одна треть", которую успел сделать Ферми из намеченного им плана и которая, по словам Понтекорво, достойна 6-8 Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя этого исключительного одаренного ученого.
