Ενρίκο Φέρμι Ένας από τους τελευταίους μεγάλους φυσικούς του 20ού αιώνα, μια μεγαλοφυΐα στην δημιουργία θεωριών και απαράμιλλος στη δημιουργία κομψών πειραμάτων
Ο Ενρίκο Φέρμι (29 Σεπτεμβρίου 1901-28 Νοεμβρίου 1954), ήταν Ιταλός θεωρητικός και πειραματικός φυσικός, ένας από τους ελάχιστους που συνδύαζε και τα δύο. Το όνομά του συνδέεται με κορυφαίες στιγμές της φυσικής του εικοστού αιώνα. Σε ηλικία μόλις 14 ετών, όταν αναζητούσε τρόπους να ξεπεράσει τον χαμό του αγαπημένου αδελφού του Τζούλιο, ανακάλυψε τη φυσική. Στα ράφια της βιβλιοθήκης Campo dei Fiori στη Ρώμη, ανακάλυψε δύο αρχαίους τόμους στοιχειώδους φυσικής, άρχισε να τους μελετά, ενώ όπου το έκρινε απαραίτητο δεν δίσταζε να κάνει αλλαγές και διορθώσεις σε μαθηματικούς τύπους. Η εξέλιξή του ήταν ραγδαία. Το 1918, σε ηλικία 17 ετών, εισάγεται στην Βασιλική Πρότυπη Σχολή του Πανεπιστημίου της Πίζας. Σε ηλικία 21 ετών απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα εκπονώντας μια εντυπωσιακή διατριβή με θέμα τις ακτίνες
Αργότερα μετέβη με υποτροφία, του ιταλικού υπουργείου Εθνικής Παιδείας, στην Γερμανία προκειμένου να κάνει μεταπτυχιακές σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν υπό την καθοδήγηση του γνωστού φυσικού Μαξ Μπορν. Η περίοδος αυτή θεωρείται η πλέον ανασταλτική για την επιστημονική του πορεία, καθώς η συνύπαρξή του με ταλέντα της εποχής, όπως ο ΒόλφγκανγκΠάουλι και ο ΒέρνερΧάιζενμπεργκ, είχε ως αποτέλεσμα να παραγκωνισθεί η δική του συμβολή. Ο Φέρμι ήταν απλός και διαυγής άνθρωπος, απεχθάνονταν κάθε μορφή επίδειξης και εντυπωσιασμού, δεν ταίριαζε με το πομπώδες φιλοσοφικό στυλ των γερμανών ακαδημαϊκών·
Επέστρεψε στην Ιταλία το 1924 σε θέση λέκτορα μαθηματικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας. Η πρώιμη έρευνά του αφορούσε την γενική σχετικότητα , την στατιστική μηχανική και την κβαντική μηχανική.
Η συμβολή του στη θεμελιώδη φυσική είναι σημαντική. Αμέσως μετά τη διατύπωση της απαγορευτικής αρχής από τον Πάουλι(1925), ο Φέρμι ήταν ο πρώτος που κατάλαβε ότι η στατιστική συμπεριφορά ενός συστήματος σωματιδίων που υπόκεινται στην απαγορευτική αρχή – δηλαδή ενός συστήματος φερμιονίων, είναι ριζικά διαφορετική από τη στατιστική Μάξγουελ-Μπόλτζμαν των κλασικών σωματιδίων.
Μεταξύ 1926 και 1927 η στατιστική που πρότεινε ο Φέρμι – και η οποία ανακαλύφθηκε ανεξάρτητα από τον Πωλ Ντιράκ– είναι πλέον γνωστή ως η στατιστική Fermi–Dirac και αποτελεί τη βάση για τη φυσική της στερεάς κατάστασης. Αυτό το θεμελιώδες έργο έφερε στον Fermi μια πρόσκληση το 1926 να γίνει τακτικός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης.
Η επόμενη μεγάλη συμβολή του Φέρμι στην θεμελιώδη φυσική, είναι η διατύπωση του πρώτου θεωρητικού μοντέλου για την ασθενή πυρηνική δύναμη, γνωστή έκτοτε ως αλληλεπίδραση Fermi.
Μετά την πρόταση του Πάουλι, το 1931, ότι η διατήρηση της ενέργειας κατά τη διάσπαση βήτααπαιτεί την ύπαρξη ενός σωματιδίου αμελητέας μάζας, ο Φέρμι έσπευσε κατ’ αρχάς να γίνει ο «νονός» του, το «βάφτισε» νετρίνο, και για να ερμηνεύσει τη β-διάσπαση εισήγαγε την τελευταία από τις τέσσερις βασικές γνωστές δυνάμεις στη φύση την “ασθενή πυρηνική δύναμη” του Fermi.
Οι θεαματικές ανακαλύψεις της εποχής, όπως η επιβεβαίωση της ύπαρξης του νετρονίου από τον Τζέιμς Τσάντγουικ και η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας από το ζεύγος Frédéric και της Irène Joliot- Curie, τον έπεισαν να στρέψει εφεξής το ενδιαφέρον του στην πειραματική έρευνα και την πυρηνική φυσική.
Ο Φέρμι κατάλαβε γρήγορα ότι το ουδέτερο νετρόνιο θα ήταν το καλύτερο βλήμα για να βομβαρδίσουν φορτισμένους πυρήνες προκειμένου να ξεκινήσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις.
Η σημαντικότερη ανακάλυψη της ζωής του ήταν ότι τα νετρόνια όταν επιβραδύνονται περνώντας μέσα από ενώσεις με ελαφρά στοιχεία γίνονται περισσότερο αποτελεσματικά, μια ανακάλυψη που θα απέτρεπε την χωρίς έλεγχο πυρηνική αντίδραση σε έναν αντιδραστήρα.
Εκείνη την περίοδο ανακάλυψε επίσης, πως ο βομβαρδισμός των πυρήνων με νετρόνια, δημιουργεί τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα.
Το μόνιμο πλέον παρατσούκλι του στην πανεπιστημιακή κοινότητα ήταν δικαίως «ο Πάπας».
Το 1938 ο «πάπας» τιμήθηκε με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής για τα πειράματα του στην τεχνητή ραδιενέργεια. (περισσότερα για το συγκεκριμένο βραβείο στο τέλος του άρθρου παρακάτω)
Η κυβέρνηση Μουσολίνι του έδωσε άδεια να μεταβεί στην Σουηδία για να παραλάβει το βραβείο. Ο Φέρμι άδραξε την ευκαιρία αυτή για να αποδράσει με την οικογένειά του από τηv φασιστική Ιταλία και τον ναζισμό (η γυναίκα του ήταν Εβραία) μεταναστεύοντας στις ΗΠΑ.
Ο μεγάλος φυσικός, με τους συναδέλφους του Σίλαρντ και Γουίγκνερ, διέγνωσαν άμεσα τον κίνδυνο που ελλόχευε για την παγκόσμια ειρήνη στην περίπτωση που οι επιστήμονες του Χίτλερ κατόρθωναν να εφαρμόσουν την αρχή των αλυσιδωτών πυρηνικών σχάσεων για την παραγωγή μιας ατομικής βόμβας. Συνέταξαν μια επιστολή, που υπεγράφη από τον Αϊνστάιν, ο οποίος και την παρέδωσε στις 11 Οκτωβρίου 1939 στον πρόεδρο των Ηνωμένων Πολιτειών Φραγκλίνο Ρούζβελτ.
Το 1939, μαζί με τον Σίλαρντ εφευρίσκουν από κοινού τον πυρηνικό αντιδραστήρα στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια, τον οποίον σχεδίασαν κατά τρόπο ώστε να απορροφούνται τα νετρόνια και να ρυθμίζεται η αλυσιδωτή αντίδραση.
Η ανάπτυξη της εργασίας αυτής όμως μετακινήθηκε από το Κολούμπια προς το Πανεπιστήμιο του Σικάγου, όταν το πρόγραμμα Μανχάταν άρχισε να αναπτύσσεται εκεί και στο τέλος κατέληξε στη παραγωγή της πρώτης ατομικής βόμβας.
Η εικόνα απεικονίζει το ιστορικό γεγονός στις 2 Δεκεμβρίου 1942, όταν μια ομάδα 49 επιστημόνων με επικεφαλής τον Ενρίκο Φέρμι δημιούργησαν την πρώτη στον κόσμο ελεγχόμενη, αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. πηγή
Το 1942 ο αμερικανός πρόεδρος ενέκρινε το «Σχέδιο Μανχάταν» για την κατασκευή της πρώτης ατομικής βόμβας και ο Φέρμι ανέλαβε επικεφαλής της έρευνας για την πραγματοποίηση μιας ελεγχόμενης και αυτοσυντηρούμενης αλυσιδωτής αντίδρασης πυρηνικών σχάσεων.
Θεωρείται ο «πατέρας της ατομικής βόμβας» μαζί με τον Ρόμπερτ Οπενχάιμερ.
Η κατασκευή του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα, που τέθηκε σε λειτουργία τον Δεκέμβριο του 1942, αλλά και των δύο λίγο αργότερα, δεν θα ήταν ποτέ τόσο σύντομα δυνατή αν ένας ιδιοφυής μηχανικός δεν συνυπήρχε αρμονικά με τον ταλαντούχο θεωρητικό και πειραματικό φυσικό. Αξίζει να σημειωθεί ότι η κατασκευή του αντιδραστήρα άρχισε στις 6 Νοεμβρίου του 1942 και τέθηκε σε αυτοσυνρηρούμενη λειτουργία (κρίσιμη τιμή) στις 2 Δεκεμβρίου του ίδιου έτους! Παρών σε αυτή την ιστορική στιγμή ήταν ο Άρθουρ Κομπτον.
Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων του έθεσε ένα ερώτημα που τώρα είναι γνωστό ως το “Παράδοξο Fermi“: “Πού είναι όλοι;” ρωτούσε. Γιατί δεν ανιχνεύονται εξωγήινοι πολιτισμοί, παρά το γεγονός ότι υπάρχουν δισεκατομμύρια άλλοι πλανήτες μόνο στον Γαλαξία μας; Θεωρητικά υπάρχει υψηλή πιθανότητα σε κάποιο ποσοστό των πλανητών αυτών να έχει αναπτυχθεί ζωή, και ακολούθως σε κάποιο μικρότερο ποσοστό να έχει εξελιχθεί σε νοήμονα πολιτισμό ο οποίος θα έχει αναπτύξει ικανότητα για διαστρικά ταξίδια, έτσι η Γη θα έπρεπε ήδη να έχει δεχθεί την επίσκεψη εξωγήινων πολιτισμών.
Τα μέλη της ομάδας Chicago Pile-1 συναντήθηκαν στην τέταρτη επέτειο του πειράματος το 1946. Ο μελλοντικός διευθυντής του Los Alamos, Harold Agnew, βρίσκεται στην αριστερή άκρη της μεσαίας σειράς. Η μόνη γυναίκα φυσικός του πειράματος Leona Marshall βρίσκεται στα δεξιά του κέντρου. Ο νομπελίστας Enrico Fermi βρίσκεται στο αριστερό άκρο της πρώτης σειράς. πηγή
Ο Φέρμι “έφυγε” πρόωρα από καρκίνο του στομάχου στο Σικάγο στις 28 Νοεμβρίου 1954. Είχε προλάβει να μιλήσει εναντίον της Αμερικανικής ανάπτυξης της βόμβας υδρογόνου, όταν συζητήθηκε αυτό το πρόγραμμα το 1949, αποκαλώντας το ” ένα όπλο που στην πραγματικότητα είναι σχεδόν μια γενοκτονία.”
Προς τιμή του, ένα τεχνητό στοιχείο με ατομικό αριθμό 100 ονομάστηκε Φέρμιο (fermium), ενώ το 1954 ήταν ο πρώτος αποδέκτης του βραβείου Enrico Fermi του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, μαζί με το ποσόν των 25.000 δολαρίων.
Το Fermilab, το Εθνικό Εργαστήριο επιταχυντών στο Ιλινόις, πήρε το όνομά του.
Επίσης προς τιμή του, ονόμασαν φερμιόνια, τα σωματίδια που υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli.
Η σταθερά Fermi, είναι η σταθερά σύζευξης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των φερμιονίων, ίση περίπου με 10-^(39) erg/cm3 . Ενώ η στάθμη Fermi, αποτελεί τo μέτρο της ενέργειας της τελευταίας κατειλημμένης από ηλεκτρόνια στάθμης ενός στερεού σώματος. Στο απόλυτο μηδέν, η τιμή της ενέργειας της στάθμης Fermi, ονομάζεται ενέργεια Fermi.
Τα αμερικανικά ταχυδρομεία για να τιμήσουν τον μεγάλο επιστήμονα, αποφάσισαν να εκδώσουν γραμματόσημο για την επέτειο των εκατό χρόνων από τη γέννηση του.
(Σχόλιο για το βραβείο Νομπέλ του 1938
Από ειρωνεία της τύχης το βραβείο Νομπέλ απονεμήθηκε στον Φέρμι, το 1938, για ένα πείραμά του που αποδείχτηκε λίγο μετά ότι είχε ερμηνευτεί λάθος!
Η ιστορία έχει ως εξής. Ο Φέρμι ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε ότι τα βραδέα νετρόνια απορροφώνται πολύ περισσότερο από βαρείς πυρήνες σε σύγκριση με τα ταχέα νετρόνια (μια σημαντική ανακάλυψη από μόνη της). Προσπάθησε αμέσως μετά να αξιοποιήσει αυτό το γεγονός για να παράγει στοιχεία βαρύτερα από το ουράνιο, δηλαδή τα υπερουράνια στοιχεία όπως λέγονται.
Η βασική ιδέα είναι πολύ απλή. Όταν ένας πυρήνας «βομβαρδιστεί» με βραδέα νετρόνια θα απορροφήσει κάποια απ’ αυτά και θα αποκτήσει περισσότερα νετρόνια απ’ ό,τι το σταθερό του ισότοπο. Θα γίνει έτσι ασταθής και θα ακολουθήσει η διαδικασία της διάσπασης βήτα, μέσω της ασθενούς αντίδρασης
νετρόνιο → πρωτόνιο + ηλεκτρόνιο + νετρίνο,
η οποία μετατρέπει τον αρχικό πυρήνα σε έναν άλλο με ατομικό αριθμό αυξημένο κατά μονάδα αφού απέκτησε ένα ακόμη πρωτόνιο. Εν τούτοις, όταν ο Φέρμι και η ομάδα του βομβάρδισαν με νετρόνια τα στοιχεία θόριο και ουράνιο, αυτό που συνέβη δεν ήταν η παραγωγή βαρύτερων στοιχείων, όπως πίστευαν, αλλά το φαινόμενο της σχάσης το οποίο κανείς δεν θεωρούσε πιθανό εκείνη την περίοδο.
Με την εκ των υστέρων σοφία μας δεν είναι δύσκολο να καταλάβουμε σήμερα τόσο τους θεωρητικούς όσο και τους πειραματικούς λόγους που παραπλάνησαν τον Φέρμι –και όχι μόνο– ώστε να ερμηνεύσει τα πειραματικά του ευρήματα ως παραγωγή υπερουράνιων στοιχείων και όχι ως σχάση.
Το βέβαιο είναι ότι το γεγονός θα καταγραφεί στην ιστορία της φυσικής του εικοστού αιώνα ως ένα από τα ιδιάζοντα περιστατικά της.(….)
Χρησιμοποιούμε cookies για να σας προσφέρουμε την καλύτερη δυνατή εμπειρία στη σελίδα μας. Εάν συνεχίσετε να χρησιμοποιείτε τη σελίδα, θα υποθέσουμε πως είστε ικανοποιημένοι με αυτό.ΕντάξειΔιαβάστε περισσότεραΜη αποδοχή
