Енрѝко Фѐрми () е изтъкнат италиански и натурализиран американски физик, създател на първия в света ядрен реактор и първата верижна реакция. Наричан е „архитект на ядрената епоха“ и „архитект на атомната бомба“. Той е един от малкото физици, които имат значителни приноси както в теоретичната, така и в експерименталната физика. Ферми притежава няколко патента, свързани с използването на ядрената енергия, и е награден с Нобелова награда за физика през 1938 г. за работата си върху индуцираната радиоактивност чрез неутронно бомбардиране и за откриването на трансуранови елементи.
Основните му изследвания и постижения са в областта на атомната и ядрена физика, статистическата механика, космическата физика, физиката на високите енергии и астрофизиката със значителен принос за развитието на статистическата механика, квантовата теория и ядрената и физиката на частиците. Той е един от основоположниците на квантовата механика. През 1925 година заедно с Дирак разработва статистиката на частиците, които се подчиняват на принципа на Паули. По-късно тези частици са наречени на негово име – фермиони. Открива забавянето на неутроните и създава теорията, която го описва. Неговата теория, по-късно наричана взаимодействие на Ферми, днес слабо взаимодействие, описва едно от четирите фундаментални взаимодействия в природата. Чрез експерименти, индуциращи радиоактивност с открития неутрон, Ферми открива, че бавните неутрони са по-лесно улавяни от атомните ядра, отколкото бързите. След бомбардиране на торий и уран с бавни неутрони, той заключава, че е създал нови елементи. По-късно става ясно, че това са продукти на ядрено делене.
Ферми напуска Италия през 1938 г., за да избегне новите италиански расови закони, които засягат неговата еврейска съпруга Лаура Капон Ферми. Той емигрира в Съединените щати, където работи по проекта Манхатън по време на Втората световна война. Ферми ръководи екипа, проектирал и построил първия ядрен реактор, който на 2 декември 1942 г. демонстрира първата създадена от човека, самоподдържаща се ядрена верижна реакция. В Лос Аламос той оглавяваше дивизията, част от която работи върху термоядрената „супер“ бомба на Едуард Телер. Той присъства на теста Тринити на 16 юли 1945 г., където използва метода на Ферми, за да оцени добива на бомбата.
След войната Ферми служи под ръководството на Робърт Опенхаймер в Генералния консултативен комитет, който съветва Комисията по атомна енергия по ядрени въпроси. След взрива на първата съветска ядрена бомба през август 1949 г., той се противопоставя на разработването на водородната бомба както по морални, така и по технически причини. Той е сред учените, които свидетелстват в защита на Опенхаймер по време на процеса през 1954 г. Ферми прави важни изследвания в областта на физика на частиците, особено свързани с пионите и мюоните, и предполага, че космическите лъчи възникват, когато вещество се ускорява от магнитни полета в междузвездното пространство. Много награди, концепции и институции са кръстени на Ферми, включително наградата „Енрико Ферми“, Института „Енрико Ферми“, Националната ускорителна лаборатория „Енрико Ферми“, Гама-лъчев космически телескоп Ферми, Ядрената станция на Енрико Ферми и синтетичния елемент фермий, което го прави един от 16-те учени, които имат елементи, наречени на тях.
Биография Ранни години
Енрико Ферми е роден на 29 септември 1901 г. в Рим в семейството на Алберто Ферми, чиновник в Министерството на съобщенията, и Ида де Гатис, начална учителка, която конструира собствен модел на тенджера под налягане. Още от малък Енрико Ферми започва да се занимава с физика и математика, интерес към които проявява и по-големият му брат Джулио. Когато брат му умира внезапно през 1915 година от абсцес на гърлото, четиринадесетгодишният Енрико е потресен и се потапя напълно в изучаването на научни дисциплини. Според собствените му спомени, той всеки ден отива до болницата, в която е починал Джулио.
Сред първите източници, от които Енрико Ферми започва да изучава физика, е закупената от квартален пазар „Elementorum physicae mathematicae“. Тя е написана на латински от отец Андреа Карафа, преподавател в Коледжо Романо, и съдържа основни сведения по математика, класическа механика, астрономия, оптика и акустика. Запазено е копието, принадлежало на Ферми в детството му, с множество негови ръкописни бележки.
По-късно Енрико Ферми се сприятелява със свой съученик, също проявяващ интерес към науката, бъдещия физик Енрико Персико. И двамата работят заедно по научни проекти, като конструирането на жироскопи и измерването на земното магнитно поле. Интересът на Ферми към физиката е насърчаван от Адолфо Амидеи, приятел на баща му, който му дава няколко книги по физика и математика.
През 1918 година Ферми се записва във висшето училище Скуола нормале в Пиза. Приемният изпит включва есе на тема „Характеристики на звука“, в което той извежда и решава частното диференциално уравнение за трептенията на струна, използвайки Фурие анализ. Изпитващият преподавател Джулио Питато провежда отделен разговор с Ферми и стига до заключението, че есето му е достатъчно и за докторска дисертация, след което Ферми е класиран пръв сред кандидатите на изпита. В Пиза той се сприятелява със своя състудент Франко Разети, който по-късно става негов близък сътрудник. Извън нормалната учебна дейност, включваща запознаване с общата теория на относителността, квантовата механика и атомната физика, Ферми успява да работи и по допълнителни проекти, подпомаган от Енрико Персико, който остава да учи в Рим.
Познанията на Енрико Ферми в областта на квантовата физика са високо оценени от ръководителя на Физическия институт Луиджи Пучанти, който го кани да организира семинар на тази тема. По това време Ферми се запознава с тензорния анализ, необходим за демонстриране на принципите на общата теория на относителността. През 1921 година той прави първата си научна публикация в списанието „Нуово Чименто“, озаглавена „За динамиката на плътна система от електрични заряди в неустойчиво състояние“ и демонстрираща някои несъответствия между теорията на относителността и електродинамичната теория. Година по-късно, продължавайки темата, той публикува нова статия, която за пръв път е издадена и в чужбина, в германското списание „Физикалише Цайтшрифт“.
През 1922 година Ферми се дипломира и започва да подготвя докторската си дисертация, също в Скуола нормале, под ръководството на Луиджи Пучанти.
Научна кариера в Италия През 1923 г. решава да пътува в чужбина и прекарва един семестър в Гьотингенския университет при Макс Борн, където среща Вернер Хайзенберг и Паскуал Йордан. През 1924 учи в Лайденския университет с Паул Еренфест, със стипендия от Рокфелеровата фондация. Тук Ферми се среща с Хендрик Лоренц и Алберт Айнщайн и става добри приятели със Самуел Годсмит и Ян Тинберген. От януари 1925 г. до края на 1926 г. Ферми преподава математическа физика и теоретична механика във Флорентинския университет, където заедно с Расети провежда серия от експерименти върху въздействието на магнитните полета върху живачни пари. Той също така участва в семинари в Римския университет Сапиенца и изнася лекции по квантова механика и физика на твърдото тяло.
Професорите в Италия се определят с конкурс за вакантно място, като кандидатите се оценяват по техните публикации от комитет от професори. Ферми кандидатства за ръководител на факултета по математическа физика в Университета в Каляри, Сардиния, но мястото е заето от Джовани Джорджи. През 1926 г., на 24-годишна възраст, кандидатства за професор в Римския университет Сапиенца. Това е нов университет, един от първите три с теоретичната физика в Италия, създаден от министъра на образованието по настояване на професор Орсо Марио Корбино, професор по експериментална физика на университета, директор на Института по Физика и член на кабинета на Бенито Мусолини. Корбино, който също председателства комисията по подбора, се надява, че новият председател ще повиши стандарта и репутацията на физиката в Италия. Комитетът избира Ферми пред Енрико Персико, а Алдо Понтремоли и Корбино помагат на Ферми да наеме своя екип, към който скоро се присъединяват известни студенти като Едоардо Амалди, Бруно Понтекорво, Еторе Майорана и Емилио Сегре, както и Франко Расети, който Ферми назначава за свой помощник. Скоро им даден прякора „момчетата от улица Панисперна“, улицата, където се намира Институтът по физика.
Ферми се жени за Лора Капон, студентка по природни науки в университета, на 19 юли 1928 г. Те имат две деца: Нела, родена през януари 1931 г., и Джулио, роден през февруари 1936 г. На 18 март 1929 г. Ферми е назначен за член на Кралската академия в Италия от Мусолини, а на 27 април той се присъединява към фашистката партия. По-късно се противопоставя на фашизма, когато расистките закони от 1938 г. са обнародвани от Мусолини, за да приближат италианския фашизъм идеологически по-близо до германския национал-социализъм. Тези закони застрашават Лора, която е еврейка и оставят много от изследователите, с които Ферми работи без работа.
По време на престоя си в Рим, Ферми и неговата група правят важен принос в много практически и теоретични аспекти на физиката. През 1928 г. той публикува своето „Въведение в атомната физика“ („Introduzione alla fisica atomica“), което предоставя на италианските студенти актуален и достъпен текст. Ферми също чете публични лекции и пише популярни статии за учени и учители, за да разпространи възможно най-широко познанията за новата физика. Част от неговия метод на преподаване е да събере колеги и студенти заедно в края на деня и да обсъди даден проблем, често от собствените му изследвания. Знак за успеха е, че чуждестранни студенти започват да идват в Италия.
По това време физиците са озадачени от бета-разпада, при което електрон е излъчен от атомното ядро. За да е в сила закона за запазване на енергията, Паули постулира съществуването на невидима частица без заряд и малка или никаква маса, която също се е излъчва по същото време. Ферми се заема с тази идея, която разработва в статия през 1933 г., а след това и по-обширна статия през следващата година, в която включва постулираната частица, която нарича неутрино. Неговата теория, по-късно наричана взаимодействие на Ферми, и още по-късно теория на слабото взаимодействие, описва една от четирите основни сили на природата. След смъртта му е открито неутриното и неговата теория за взаимодействието показва защо е толкова трудно то да се открие. Когато изпраща статията си в британското списание Nature, редакторът на списанието я отхвърля.
През януари 1934 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио обявяват, че са бомбардирали елементи с алфа частици и предизвиквали в тях радиоактивност. През март асистентът на Ферми, Джан-Карло Уик предоставя теоретично обяснение, използвайки теорията на Ферми за бета-разпадането. Ферми решава да премине към експериментална физика, използвайки неутрона, които Джеймс Чадуик открива през 1932 г. През март 1934 г. Ферми иска да види дали може да предизвика радиоактивност с източника на неутрони на Расети полоний-берилий. Неутроните нямат електрически заряд и така не биха се отклонили от положително зареденото ядро. Това означава, че те се нуждаят от много по-малко енергия, за да проникнат в ядрото от заредените частици, и така не биха изисквали ускорител на частици, които момчетата от улица Панисперна нямат.