Ученый ферми. Кто построил первый атомный реактор? Биография энрико ферми
Энрико Ферми ($1901 - 1954$) - итальянский физик, наиболее известный благодаря созданию первого в мире ядерного реактора.
В основном Ферми помнят за его работу по продвижению первого ядерного реактора и за его вклад в развитие квантовой теории, физике ядра и частиц и статистической механике.
Биография
Замечание 1
Его отец, Альберто Ферми был главным инспектором Министерства путей сообщения, а его мать, Ида де Геттис была школьным учителем. Он получил свое начальное образование в местной гимназии. Он был заинтересован наукой с самого раннего возраста, эту страсть он разделял со своим братом. Ребята привыкли играть с электрическими игрушками со встроенными электродвигателями. К сожалению, его старший брат Джулио умер, в подростковом возрасте. Энрико был опустошен. Признавая его интерес к физике, друг его отца дал ему несколько книг по физике и математике, чтобы подогреть его любопытство.
В $1918$ году Ферми получил стипендию в престижном университете в Пизе, Италия. Его вступительное эссе было настолько впечатляющим, что Ферми был быстро зачислен, и он окончил университет с отличием в $1922$ году. В $1923$ году он выиграл стипендию Рокфеллера и провел несколько месяцев с известным профессором физики Максом Борном в Гёттингене, Германия.
В том же году он вернулся в Италию, где он работал в течение двух лет в качестве лектора по математической физике и механике в университете Флоренции. С $1927$ по $1938$ года Ферми работал профессором теоретической физики в римском университете. В $1939$ году он был нанят в качестве профессора физики в Колумбийский университет.
Ферми женился на Лауре Каплун в $1928$ году. У них был один сын, Джулио и дочь по имени Нелла.
Позже, в $1946$ году, Ферми принял должность профессора в Институте ядерных исследований при Чикагском университете, должность, которую он занимал до своей смерти.
Замечание 2
В $1954$ году у Ферми обнаружили неизлечимый рак желудка. Он провел оставшиеся месяцы своей жизни в Чикаго, проводя различные медицинские процедуры. Энрико Ферми умер во сне $28$ ноября $1954$ года в своем доме в Чикаго, штат Иллинойс.
Научные достижения
В $1926$ году Ферми открыл статистические законы, известные ныне как статистика Ферми .
Работая вместе, Ферми и его команда провели исследования по многим практическим и теоретическим аспектам физики. В $1928$ году он опубликовал сборник: «Введение в атомную физику", который впоследствии стал главным учебником для студентов высших учебных заведений в Италии.
Во время его пребывания в Париже, Ферми и его команда внесли существенный вклад во многие практические и теоретические аспекты физики. В $1934$ году, в то время как в университете в Риме, Ферми проводил свои эксперименты, где он бомбардировал различные элементы нейтронами, он обнаружил, что медленно движущиеся нейтроны были особенно эффективны в производстве радиоактивных атомов.
Замечание 3
В $1938$ году Ферми стал лауреатом Нобелевской премии по физике за его работу над ядерными процессами.
Ферми эмигрировал в США в $1938$ году, прежде всего, чтобы избежать фашизма в Италии. Впоследствии, во время Второй мировой войны, Ферми стал одним из главных лидеров Манхэттенского проекта, который направлен на развитие атомной бомбы. В честь приверженности своей новой стране, в $1944$ году Ферми и его жена стали американскими гражданами.
После взрыва первой советской атомной бомбы в августе $1949$ года, Ферми, наряду с Изидором Раби, написал решительно сформулированное сообщение для комитета, против развития водородной бомбы по моральным и техническим основаниям.
Замечание 4
Ферми был известен как вдохновляющий учитель, он был очень внимательным к деталям, к простоте и к тщательной подготовке своих лекций. Позже его лекции были оформлены в книги.
Его работы внесли неоценимый вклад в развитие как теоретических, так и вполне практических дисциплин - ядерной физики, физики элементарных частиц, квантовой и статистической механики. Ферми принадлежали несколько патентов, связанных с использованием атомной энергии. Интересно, что хотя его открытия и эксперименты интересовали американское правительство, в первую очередь, с военной точки зрения, сам Ферми после взрыва первой советской атомной бомбы в августе 1949 года решительно выступал против разработки водородной бомбы, как в силу технических, так и в силу моральных причин.
Энрико Ферми – итальянский и американский физик, гениальный ученый, лауреат Нобелевской премии 1938 года, один из "отцов атомной бомбы" и человек, построивший первый ядерный реактор.
Он родился 29 сентября 1901 года в Риме (Rome), став третьим ребенком в семье. Отец Энрико возглавлял одно из подразделений в министерстве железнодорожного сообщения, а мать была учительницей в начальной школе. Сестра Мария (Maria Fermi) была старше его на два года, а брат Джулио (Giulio Fermi) – на год. Мать отослала их с братом в деревню к кормилице, и домой малыш Энрико вернулся только к двум с половиной годам. Его семья не была религиозна, хоть и принадлежала к католической церкви, и всех детей крестили в соответствии с желанием деда. Повзрослев, Энрико относил себя к агностикам. Он был очень близок с братом, они вместе росли, вместе играли и вместе интересовались наукой. Братья Ферми строили электрические моторчики и предпочитали играть с электрическими и механическими игрушками. Когда Энрико было 14 лет, Джулио умер во время операции на воспаленном горле, проходившей под анестезией, и его смерть очень повлияла на характер старшего брата – на какое-то время он совершенно замкнулся.
Одной из книг, подстегнувших интерес юного Ферми к физике, стал 909-страничный том "Elementorum physicae mathematicae", изданный в 1840 году и найденный им на местном рынке. Сей монументальный труд был написан на латыни и открывал тем, кто сумел продраться сквозь дебри мертвого языка, тайны математики, классической механики, астрономии, оптики и акустики. Ферми подружился с другим учеником, болевшим наукой, Энрико Персико (Enrico Persico), и вдвоем они работали над такими научными проектами, как сооружение гироскопа и измерение магнитного поля Земли. Вскоре интерес Энрико к физике заметил один из коллег его отца, Адольфо Амидеи (Adolfo Amidei), который подарил мальчику несколько книг по физике и математике, которые тот моментально проглотил и использовал в своих изысканиях.
В июле 1918 Энрико окончил школу и по совету Амидеи поступил в Высшую нормальную школу в Пизе (Pisa), едва ли не самое престижное высшее учебное заведение Италии (Italy). Потеряв уже одного сына, родители не хотели отпускать мальчика так далеко от дома, но в конце концов им пришлось согласиться. Школа предлагала своим студентам бесплатное обучение, проживание и стипендию на покупку учебников, но абитуриентам нужно было выдержать сложнейшие экзамены, включавшие в себя эссе. Энрико досталась тема о свойствах звука, и профессор, проверявший работы, с изумлением заключил, что результатов его вступительных экзаменов было бы достаточно для получения докторской степени. Ферми стал первым в списке новых студентов школы. Но даже там он оставался в значительной степени самоучкой, потому что ни одно учебное заведение не могло тогда предоставить Энрико требуемых им знаний по теории относительности, квантовой механике и атомной физике.
Защитив степень по физике, Ферми отправился стажироваться в Геттингенский Университет к Максу Борну (Max Born), затем преподавал в Лейдене (Leiden), а в 24 года стал профессором Флорентийского Университета, где преподавал математическую физику и теоретическую механику. Через год он возглавил новую кафедру в Римском Университете, став одним из самых молодых профессоров в его истории.
В 1928 Ферми женился на студентке Лауре Капон (Laura Capon), у них появились двое детей. Несмотря на то, что как и многие итальянские ученые, Ферми был членом фашисткой партии, в 1938 году, когда он вместе с семьей отправился получать Нобелевскую премию за доказательство существования новых радиоактивных элементов, он предпочел потом не возвращаться в Италию и вместо этого перебрался в Соединенные Штаты (United States) – Лаура была еврейкой, и на родине ей уже грозила опасность. Ферми предпочел не рисковать женой и детьми.
Американские университеты устроили настоящую охоту за прославленным физиком, и в итоге он сначала устроился в Колумбийский Университет, а затем переехал в Чикаго (Chicago), где и совершил свои главные открытия последних лет – в частности, запустил и построил первый в мире атомный реактор.
Увы, страшная болезнь, рак желудка, унесла жизнь этого талантливейшего ученого слишком рано, 26 ноября 1954 года, когда ему было всего 53 года. К этому времени Энрико Ферми , сделавший за свою жизнь столько, сколько иной раз не удается сделать за век целым исследовательским институтам, считал, что сделал он непозволительно мало, максимум одну треть от запланированного.
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.
Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме. Он был младшим из трех детей железнодорожного служащего Альберто Ферми и урожденной Иды де Гаттис, учительницы. Несмотря на то что мать была моложе мужа на 14 лет, она обладала в семье большим авторитетом.
Еще в детстве Энрико обнаружил большие способности к математике и физике. Э. Персико, ставший позднее известным физиком, вспоминает:
«Когда я впервые встретился с Ферми, ему было 14 лет. Я с удивлением обнаружил, что мой новый товарищ не только «силен в науке», как говорилось на школьном жаргоне, но и обладает совершенно иной формой ума, чем знакомые мне мальчики, которых я считал умными ребятами и хорошими учениками…
Вспоминая чувство удивления и восхищения, которое интеллект Энрико возбуждал во мне, почти его сверстнике, я задаюсь вопросом: приходило ли мне когда‑либо в голову по отношению к нему слово «гений»?.. Блистательность интеллекта Энрико была слишком непривычной для меня, чтобы я мог найти для нее верное определение».
Выдающиеся познания Энрико, приобретенные в основном в результате самообразования, позволили ему поступить осенью 1918 года одновременно в Высшую Нормальную школу Пизы и на физико‑математический факультет старинного Пизанского университета. В 1934 году Ферми, уже будучи знаменитым ученым, говорил: «Когда я поступил в университет, классическую физику и теорию относительности я знал почти так же, как и теперь».
Большую часть времени Ферми отводил на изучение предметов, выбранных им самим. Он писал Персико в феврале 1919 года: «Сейчас, поскольку для занятий в школе мне почти что ничего не надо делать, а я располагаю множеством книг, то я пытаюсь расширить свои знания математической физики и постараюсь сделать то же самое в области чистой математики, так как чем дальше я продвигаюсь, тем больше убеждаюсь, что для меня необходимы обе эти науки. Кроме того, изучая одну из них, изучаешь и другую тоже, и я из книг по физике несомненно почерпнул больше математики, чем из математических книг».
В июле 1922 года Ферми получил университетский диплом, и, конечно, «cum laude» (с похвалой). Приблизительно тогда же и с той же оценкой им была защищена дипломная работа в Высшей Нормальной школе.
Несмотря на огромный авторитет в Пизанском университете, Энрико там работы не предложили. Он вернулся в Рим, где, по протекции директора Физического института Римского университета сенатора Корбино, молодой талантливый ученый получил временную должность преподавателя математики в Римском университете.
В 1923 году он поехал командировку в Германию, в Геттинген, к Максу Борну. У Борна Ферми встретился с такими блестящими молодыми физиками‑теоретиками, как Паули, Гейзенберг и Йордан. Но, как это ни странно, много лет спустя Ферми вспоминал об этом времени без особой радости. Геттингенские профессора ходили, по выражению физика, с видом всеведения, и им не приходило в голову, что они могли бы приободрить молодого итальянца.
По возвращении в Италию Ферми с января 1925 года до осени 1926 года работал во Флорентийском университете. Здесь он получил свою первую ученую степень «свободного доцента» и – что самое главное – создал свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 года он занял должность профессора вновь учрежденной кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других, составивших итальянскую школу современной физики.
Когда в Римском университете в 1927 году была учреждена первая кафедра теоретической физики, Ферми, успевший обрести международный авторитет, был избран ее главой.
В 1928 году Ферми вступил в брак с Лаурой Капон, принадлежавшей к известной в Риме еврейской семье. У супругов Ферми родились сын и дочь.
Здесь, в столице Италии, Ферми сплотил вокруг себя несколько выдающихся ученых и основал первую в стране школу современной физики. В международных научных кругах ее стали называть группой Ферми. Через два года ученый был назначен Бенито Муссолини на почетную должность члена вновь созданной Королевской академии Италии.
Вспоминает Э. Сегре, один из членов группы Ферми:
«Между 1930 и 1934 годами физики римской группы посетили ряд заграничных лабораторий с целью овладения экспериментальными методиками, неизвестными в то время в Италии… После бурного столкновения различных мнений было решено – главным образом, под влиянием Ферми, – что лаборатория должна заняться ядерной физикой…
Случай для перехода к действительно новому направлению в ядерной физике представился в 1934 году, когда И. Кюри и Ф. Жолио открыли искусственную радиоактивность. Ферми сразу же увидел, что перед этим направлением могут открыться огромные возможности, если для бомбардировки ядер использовать нейтроны…
Опыты с нейтронами начались в 1934 году. Ферми решил проверить на опыте свою идею о том, что нейтроны способны быть мощными снарядами для осуществления ядерных превращений. Собственными руками он сделал из алюминия несколько примитивных счетчиков Гейгера–Мюллера, которые выглядели безобразно, но для поставленной цели служили исправно; затем он приступил к облучению нейтронами (от радон‑бериллиевого источника) всех элементов в порядке возрастания атомного веса. Первый его источник был совсем слабый – всего 50 милликюри. В течение нескольких дней опыты не приносили успеха, но Ферми был человеком систематичным. Он начал с водорода, затем последовали литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород – и все безуспешно. Наконец, однако, он добился успеха, получив ожидаемый результат на фторе.
Это произошло 25 марта 1934 года, и в «Ricerca Scientifica» было сразу послано письмо с сообщением об этом результате…»
В первом сообщении, датированном 25 марта 1934 года, Ферми сообщил, что, бомбардируя алюминий и фтор, получил изотопы натрия и азота, испускающие электроны (а не позитроны, как у Жолио‑Кюри). Метод нейтронной бомбардировки оказался очень эффективным, и Ферми писал, что эта высокая эффективность в осуществлении расщепления «вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками альфа‑частиц и протонов». Ему удалось этим методом активизировать 47 из 68 изученных элементов.
Воодушевленный успехом, он в сотрудничестве с Ф. Разетти и О. д"Агостино предпринял нейтронную бомбардировку тяжелых элементов: тория и урана. «Опыты показали, что оба элемента, предварительно очищенные от обычных активных примесей, могут сильно активизироваться при бомбардировке нейтронами».
22 октября 1934 года Ферми сделал фундаментальное открытие. Сначала в очередном эксперименте между источником нейтронов и активируемым серебряным цилиндром помещался свинцовый клин. Бруно Понтекорво, помогавший Ферми в нейтронных экспериментах, рассказывает: «Утром 22 октября 1934 года Ферми решил измерить радиоактивность серебряного цилиндра, «пропуская» нейтроны от источника не через свинцовый, а через парафиновый клин тех же размеров, который он сам быстро изготовил. Результат был ясным: парафиновый «поглотитель» не уменьшал активности, а определенно (хотя и мало) увеличивал ее. Ферми вызвал всех нас и сказал: «Это происходит, вероятно, из‑за водорода в парафине; если немного парафина дает заметный эффект, посмотрим, как будет действовать большое его количество». Опыт был сразу же выполнен сначала с парафином, а затем с водой. Результаты были потрясающими: активность серебра в сотни раз превысила ту, с которой мы имели дело ранее! Ферми прекратил шум и волнение сотрудников знаменитой фразой, которую, как говорят, он повторил через 8 лет при пуске первого реактора: «Пошли обедать».
Итак, был обнаружен эффект Ферми (замедление нейтронов), открывший новую главу ядерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня, – атомную технику.
Я столь подробно рассказал об открытии медленных нейтронов потому, что здесь очень существенными были как случайные обстоятельства, так и глубина и интуиция великого ума. Когда мы спросили Ферми, почему он поставил парафиновый, а не свинцовый клин, он улыбнулся и насмешливо произнес: «С. I. F.» (Con Intuito Fenomenale). По‑русски это звучало бы примерно как ПФИ (по феноменальной интуиции)…»
Помимо замечательных экспериментальных результатов в том же году Ферми достиг замечательных теоретических достижений. Уже в декабрьском номере 1933 года в итальянском научном журнале были опубликованы его предварительные соображения о бета‑распаде. В начале 1934 года была опубликована его классическая статья «К теории бета‑лучей». Авторское резюме статьи гласит: «Предлагается количественная теория бета‑распада, основанная на существовании нейтрино: при этом испускание электронов и нейтрино рассматривается по аналогии с эмиссией светового кванта возбужденным атомом в теории излучения. Выведены формулы из времени жизни ядра и для формы непрерывного спектра бета‑лучей, полученные формулы сравниваются с экспериментом».
Ферми в этой теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно‑нейтронной модели ядра, приняв также гипотезу изотонического спина, предложенную Гейзенбергом для этой модели. Опираясь на высказанные Ферми идеи, Хидеки Юкава предсказал в 1935 году существование новой элементарной частицы, известной ныне под названием пи‑мезона, или пиона.
Физик из Италии Энрико Ферми прославился прежде всего как основатель ядерной физики, а также как исследователь квантовой физики. Его имя носят университеты в Италии и Соединённых Штатах Америки, а помимо этого он является одним из лауреатов премии Нобеля.
Энрико Ферми появился на свет 29 сентября 1901 года. Родным городом будущего исследователя является Рим. Рос мальчик среди служащих, и к научной работе ребёнка специально не приобщали. Но Энрико с детства увлекался точными науками и каждую свободную минуту стремился провести с учебником по физике или математике. Знания мальчик черпал из книг, а ещё в гости к ним часто приходил коллега отца - инженер по имени Амидей, он рассказывал будущему физику о великих открытиях и впервые познакомил с доказательствами всемирно известных теорем.
Учёба давалась мальчику легко. В тринадцатилетнем возрасте он в течение трёх дней выполнил две сотни заданий по геометрии и практически наизусть выучил весь учебник. Летом 1918 года Энрико досрочно получил диплом лицея, сдав экзамены по трехлетнему курсу обучения за пару лет. Приняв решение продолжить учёбу, юноша был зачислен в высшую школу в Пизе. Он прекрасно сдал вступительные экзамены и был лучшим на курсе.
Наряду с лекциями Ферми изучал дополнительную литературу, по большому счёту он чувствовал себя самоучкой и постоянно занимался самообразованием. Благодаря феноменальной памяти, молодой учёный с легкостью запоминал формулы и самостоятельно учил иностранные языки.
Талант и блестящие способности юноши были отмечены профессорами университета, и уже с 1920-го он читает лекции студентам в институте физики. К этому году относится его работа с теорией относительности. В 1922 будущий физик защитил выпускную работу по оптике рентгеновских лучей и, став обладателем диплома университета, сразу же получил ещё один - Высшей Нормальной школы, которую посещал параллельно с основным местом учёбы.
Удивительно, но не по годам талантливому юноше не нашлось должности в университете Пизы, поэтому по окончании учёбы ему потребовалось возвратиться в родной город. Но зато на родине посчастливилось познакомиться с Орсо Марио Корбино - сенатором, в то время возглавлявшим отделение физики Римского королевского университета. Марио слыл неплохим экспериментатором, имел хорошее чутьё и сразу же увидел в двадцатилетнем юноше большой потенциал. Сенатор стал его покровителем и предложил работу - преподавать математику студентам университета.
На тот момент в Италии не существовало теоретической школы, по этой причине в 1923 году Энрико отправился в Геттинген. Там он сотрудничал с немецким физиком Максом Борном, но особых успехов не достиг. Судя по всему, молодой человек привык проводить исследования самостоятельно, в прямом смысле - в одиночку и, казалось, к совместному творчеству испытывал недоверие.
После неудачного сотрудничества с Борном молодой человек вернулся в университет Рима, где в течение года читал лекции по математике, а затем отправился повышать квалификацию в Голландию. Там он пробыл осень 1924 года, сведя знакомство с Паулем Эренфестом. Эренфест поделился с Энрико знаниями по теоретической физике, что придало подающему надежды физику уверенности в своих силах.
Вернувшись на родину в 1924 году, Энрико читает лекции для учащихся и вскоре становится профессором Флорентийского университета, однако занимает кафедру временно.
Будучи преподавателем, выдающийся учёный основал у себя на родине школу теоретической физики - она считается одной из главных его заслуг. Впоследствии школа Энрико Ферми приобрела широкую известность, и обучаться там захотели тысячи увлечённых физикой энтузиастов. Среди учеников Энрико Ферми оказалось множество талантливых людей, впоследствии тоже достигших больших успехов. В их числе Э.Сегре, Ч.Ян, Дж.Чу, Б.Росси.
Обучение в заведении проходило в виде увлечённой беседы или обсуждения интересующих вопросов. Темы дипломных работ студенты также выбирали сами, талантливый наставник ни к чему их не принуждал. Ферми утверждал, что работа над задачей, интересной именно учащемуся, будет более плодотворной, чем если тему работы ему предложит преподаватель. 1925 - год создания статистики частиц, имеющих полуцелый спин. Они до сих пор носят название «фермионы», как дань памяти первооткрывателю.
В конце 1926-го Ферми выиграл конкурс и стал профессором кафедры физической теории в Риме, на постоянной основе. Через два года Энрико заключил брак с Лаурой Капон.
С 1932 года талантливый физик числится членом-корреспондентом Национальной академии Линчеи в Италии. Эксперименты молодой учёный не забросил и продолжал ставить опыты и формулировать гипотезы. Результатом его усилий стали труды «Квантовая теория излучения» и «Термодинамика». Кроме авторских гипотез данные рукописи включают в себя лекции, которые Ферми читал студентам.
Энрико Ферми чрезвычайно трепетно относился к физике и ко всему, что с ней связано. Но сильней прочего его любопытство возбуждала физика нейтронов. С докладом на эту тему он выступал в 1933 году на съезде ядерных физиков в Брюсселе, и разработанная учёным теория бета-распада произвела на участников большое впечатление. Работая в этом направлении, он обосновал процесс замедления нейтронов. В 1938 году ему вручили за эту работу Нобелевскую премию. После этого события он на родину не возвратился, а переехал со своей семьёй в Америку. Причиной смены места жительства стало распространение фашистского режима в Италии: появляющиеся антисемитские законы представляли опасность для его жены, имеющей еврейские корни.
С января 1939 года Энрико преподаёт в Колумбийском университете, занимаясь изучением реакции ядер. Три года спустя он снова переезжает, теперь в Чикаго. Там вместе с группой учёных он исследует цепные ядерные реакции и добивается больших успехов. Группа Ферми, практически, стояла у истоков создания ядерного оружия, а летом 1945 года подключилась к тестированию атомной бомбы.
С 1946 года Энрико является работником Института ядерных исследований в Чикаго и концентрирует внимание в прикладной области - физике передовых технологий. В 1950-м он сформулировал теорию множественного образования мезонов, а ещё через два года впервые обнаружил адронный резонанс, сделав неоценимый вклад в физику элементарных частиц.
Итальянский физик Энрико Ферми являлся членом множества академий наук и принимал всемерное участие в деятельности мирового учёного сообщества, выступая на конференциях и съездах. В его честь назван элемент таблицы Менделеева - фермий, имя легендарного физика носит множество современных научных центров, занимающихся изучением физических явлений.
