Enrico Fermi (d. 29 Eylül 1901, Roma - ö. 28 Kasım 1954, Chicago), dünyanın ilk nükleer reaktörü olan Chicago Pile-1'i inşa eden ve Manhattan Projesi'nin bir üyesi olarak tanınan, İtalyan ve daha sonra Amerikan vatandaşlığına kabul edilen bir fizikçiydi. Kendisine "atom çağının mimarı"[4] ve "atom bombasının mimarı"[5] adı verilmiştir. Hem teorik fizikte hem de deneysel fizikte üstün olan çok az fizikçiden biriydi. Fermi, nötron bombardımanı yoluyla indüklenmiş radyoaktivite üzerine yaptığı çalışmalar ve uranyum ötesi elementlerin keşfi nedeniyle 1938 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Fermi, meslektaşlarıyla birlikte nükleer enerjinin kullanımına ilişkin, tamamı ABD hükûmeti tarafından devralınan birçok patent başvurusunda bulundu. İstatistik mekaniğinin, kuantum teorisinin, nükleer ve parçacık fiziğinin gelişimine önemli katkılarda bulundu. Parlak bir öğrenciydi, henüz 21 yaşındayken Pisa Üniversitesi'nden fizik doktoru unvanını aldı.[5]
Enrico Fermi[1] | |
|---|---|
 Nobel Fizik Ödülü sahibi İtalyan fizikçi | |
| Doğum | 29 Eylül 1901 Roma, İtalya |
| Ölüm | 28 Kasım 1954 (53 yaşında) Chicago, Illinois, ABD |
| Ölüm sebebi | Mide kanseri |
| Milliyet |
|
| Eğitim | Scuola Normale Superiore di Pisa (lauera) |
| Tanınma nedeni |
|
| Evlilikler | Laura Capon (e. 1928) |
| Çocuk(lar) | 2 |
| Ödüller |
|
| Kariyeri | |
| Dalı | Fizik |
| Çalıştığı kurumlar |
|
| Doktora danışmanı |
|
| Doktora öğrencileri |
|
| Diğer önemli öğrencileri | |
| İmza | |
 | |
Fermi'nin ilk büyük katkısı istatistiksel mekanik alanıyla ilgiliydi. Fermi, Wolfgang Pauli 1925 yılında dışlama ilkesini formüle ettikten sonra bu ilkeyi ideal bir gaza uyguladığı ve şu anda Fermi-Dirac istatistiği olarak bilinen istatistiksel bir formülasyonu kullandığı bir makale yayınladı. Günümüzde dışlama ilkesine uyan parçacıklara "fermiyon" adı verilmektedir. Pauli daha sonra enerjinin korunumu yasasını ispatlamak için beta bozunması sırasında bir elektronla birlikte yayılan yüksüz, görünmez bir parçacığın varlığını öne sürdü. Fermi bu fikri benimsedi ve "nötrino" adını verdiği varsayılan parçacığı içeren bir model geliştirdi. Daha sonra Fermi etkileşimi olarak anılan ve şimdilerde zayıf etkileşim olarak adlandırılan teorisi, doğadaki dört temel etkileşimden birini tanımlıyordu. Fermi, yakın zamanda keşfedilen nötronla radyoaktiviteyi tetikleyen deneyler sayesinde, yavaş nötronların atom çekirdekleri tarafından hızlı olanlara göre daha kolay yakalandığını keşfetti ve bunu açıklamak için Fermi yaş denklemini geliştirdi. Toryum ve uranyumu yavaş nötronlarla bombaladıktan sonra yeni elementler oluştuğu sonucuna vardı. Bu keşfi nedeniyle kendisine Nobel Ödülü verilmiş olsa da, yeni elementlerin daha sonra nükleer fisyon ürünleri olduğu ortaya çıktı.
Fermi, Yahudi olan karısı Laura Capon'u etkileyen yeni İtalyan ırk yasalarından kaçmak için 1938'de İtalya'yı terk etti. II. Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi'nde çalıştığı Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etti. Fermi, Chicago Üniversitesi'nde, 2 Aralık 1942'de kritik hale gelen ve insan yapımı, kendi kendini sürdürebilen ilk zincirleme nükleer reaksiyonunu gösteren Chicago Pile-1'i tasarlayan ve inşa eden ekibe liderlik etti. 1943'te Oak Ridge, Tennessee'deki X-10 Grafit Reaktörü kritik hale geldiğinde ve ertesi yıl Hanford Sahası'ndaki B Reaktörü kritik hale geldiğinde o da oradaydı. Los Alamos'ta, bir kısmı Edward Teller'ın termonükleer "Süper" bombası üzerinde çalışan F Ekibi'ne başkanlık etti. 16 Temmuz 1945'teki Trinity testine katıldı ve burada bombanın verimini tahmin etmek için Fermi yöntemini kullandı.
Savaştan sonra Fermi, J. Robert Oppenheimer'ın başkanlığında, Atom Enerjisi Komisyonu'na nükleer konularda danışmanlık yapan Genel Danışma Komitesi'nde görev yaptı. Ağustos 1949'da ilk Sovyet fisyon bombasının patlamasından sonra, hidrojen bombasının geliştirilmesine hem ahlaki hem de teknik gerekçelerle şiddetle karşı çıktı. Oppenheimer'ın güvenlik izninin reddedilmesiyle sonuçlanan 1954 duruşmasında Oppenheimer adına ifade veren bilim adamları arasındaydı.
Fermi parçacık fiziği alanında, özellikle pionlar ve müonlarla ilgili önemli çalışmalar yaptı ve kozmik ışınların, yıldızlararası uzaydaki manyetik alanlar tarafından madde hızlandırıldığında ortaya çıktığını öne sürdü. Enrico Fermi Ödülü, Enrico Fermi Enstitüsü, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (Fermilab), Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, Fermi paradoksu ve sentetik bir element olan fermiyum dahil olmak üzere birçok ödül, konsept ve kurum Fermi'nin adını almıştır. Bu onu elementlere kendi adlarını veren 16 bilim insanından biri yapıyor.
İlk yılları
Enrico Fermi, 29 Eylül 1901'de İtalya'nın Roma kentinde doğdu.[6] Demiryolları Bakanlığı'nda bölüm başkanı olan Alberto Fermi ile ilkokul öğretmeni Ida de Gattis'in üçüncü çocuğuydu.[6][7][8] Kız kardeşi Maria iki yaş büyüktü, erkek kardeşi Giulio ise ondan bir yaş büyüktü. İki oğlan çocuğunun sütanneleri için kırsala gönderilmesinin ardından Enrico, iki buçuk yaşındayken Roma'daki ailesine yeniden katıldı.[9] Büyükanne ve büyükbabasının istekleri doğrultusunda bir Roma Katoliği olarak vaftiz edilmesine rağmen ailesi pek dindar değildi; hayatı boyunca dua etmeye devam etti ve Tanrı fikrine büyük önem verdi.[10] Küçük bir çocukken, kardeşi Giulio ile ilgi alanları birçok noktada ortaktı. Birlikte elektrik motorları yapıp elektrikli ve mekanik oyuncaklarla oynuyorlardı.[11] Giulio 1915'te boğazındaki apsenin alınması için gerçekleştirilen bir ameliyat sırasında öldü.[12] Maria ise 1959'da Milano yakınlarında gerçekleşen bir uçak kazasında öldü.[13]
Fermi, Campo de' Fiori'deki yerel bir pazarda 900 sayfalık Elementorumphysicae mathematicae adlı bir fizik kitabı buldu. Bu kitap fizik çalışmaları için ona büyük katkı sağladı. Collegio Romano'da profesör olan Cizvit Peder Andrea Caraffa tarafından Latince yazılan kitap, 1840'ta bilindikleri kadarıyla matematik, klasik mekanik, astronomi, optik ve akustiği hakkında araştırmalar içeriyordu.[14][15] Fermi, bilime ilgisi olan diğer bir öğrenci olan Enrico Persico[16] ile arkadaş oldu ve birlikte jiroskoplar inşa etmek ve Dünya'nın yerçekimi ivmesini ölçmek gibi projeler yürüttü.[17]
1914'te, iş çıkışı sırasında babasıyla sık sık ofisinin önünde buluşan Fermi, eve giden yolun bir kısmını babası Alberto ile birlikte yürüyen meslektaşı Adolfo Amidei'yle tanıştı. Enrico, Adolfo'nun matematik ve fizikle ilgilendiğini öğrenmiş ve bu fırsatı Adolfo'ya geometri hakkında bir soru sorarak değerlendirmişti. Adolfo, genç Fermi'nin projektif geometriden bahsettiğini anladı ve ona Theodor Reye'nin bu konu hakkında yazdığı bir kitabını verdi. İki ay sonra Fermi, kitabın sonunda verilmiş olan ve Adolfo'nun bazılarının zor olduğunu düşündüğü tüm sorunları çözerek kitabı ona göre verdi. Bunu gördükten sonra Adolfo, Fermi'nin "en azından geometri açısından bir dahi" olduğunu hissetti ve çocuğa daha fazla akıl hocalığı yaparak ona fizik ve matematik üzerine daha fazla kitap getirmeye başladı. Adolfo, Fermi'nin hafızasının çok iyi olduğunu ve okuduklarını çok iyi hatırlayabildiği için kitapları okuduktan sonra geri verebileceğini belirtti.[18] Bunun sonucunda Fermi'nin de fizik ve matematiğe ilgisi oldukça arttı.
Scuola Normale Superiore yılları
Fermi, üçüncü sınıfı tamamen atlayarak liseden Temmuz 1918'de mezun oldu. Amidei'nin ısrarı üzerine Fermi, o dönemde o dilde yayınlanan birçok bilimsel makaleyi okuyabilmek için Almanca öğrendi ve Pisa'daki Scuola Normale Superiore'ye başvurdu. Amidei, Scuola'nın Fermi'nin gelişimi için o zamanlar Roma La Sapienza Üniversitesi'nin sağlayabileceğinden daha iyi koşullar sağlayacağını düşünüyordu. Bir oğlunu kaybetmiş olan Fermi'nin ailesi isteksizce de olsa onun dört yıl boyunca Roma'dan uzakta okulun pansiyonunda yaşamasına izin verdi.[19][20] Fermi, konusu "Seslerin Karakteristik Özellikleri" olan makale yazması gereken giriş sınavında birinci oldu ve 17 yaşındaki Fermi, titreşen bir çubuğun kısmi diferansiyel denklemini türetmek ve çözmek için Fourier analizini kullanmayı seçti. Sınavdan sonra gözetmen Giuseppe Pittarelli, Fermi ile görüştükten sonra yazdığı makalenin doktora seviyesinde olduğunu ve onun olağanüstü bir fizikçi olacağını açıkladı.[19][21]
Fermi Scuola Normale Superiore'da tanıştığı öğrenci Franco Rasetti ile yakın arkadaş oldu ve daha sonra birlikte çalışmalar yaptılar. Fermi'ye öğretebileceği çok az şey olduğunu söyleyen ve sık sık Fermi'den onun yerine bir şeyler öğretmesini isteyen fizik laboratuvarı müdürü Luigi Puccianti'nin tavsiye de edilmişti. Fermi'nin kuantum fiziği bilgisi o kadar fazlaydı ki Puccianti ondan bu konuda seminerler düzenlemesini istedi.[22] Bu süre zarfında Fermi, genel göreliliğin anahtarı olan tensör hesabını öğrendi.[23] Fermi başlangıçta ana dal olarak matematiği seçti ancak kısa süre sonra fiziğe geçti. Genel görelilik, kuantum mekaniği ve atom fiziği üzerine çalışarak büyük ölçüde kendi kendini yetiştirdi.[24]
Eylül 1920'de Fermi fizik bölümüne kabul edildi. Bölümde sadece üç öğrenci bulunduğundan (Fermi, Rasetti ve Nello Carrara) Puccianti onların laboratuvarı istedikleri amaçla özgürce kullanmalarına izin verdi. Fermi, X ışını kristalografisini araştırmaları gerektiğine karar verdi ve üçü, bir Laue fotoğrafı (bir kristalin X ışını fotoğrafı) üretmek için çalıştı.[25] Fermi, üniversitedeki üçüncü yılı olan 1921'de ilk bilimsel çalışmalarını İtalyan Nuovo Cimento dergisinde yayınladı. Bunlardan ilki, "Ölçme hareketinde elektrik yüklerinden oluşan katı bir sistemin dinamiği üzerine" (Sulla dinamica di un sistema stricto di cariche elettriche in moto traslatorio) başlığını taşıyordu. Burada kütle bir tensör olarak ifade edilmişti; bu, üç boyutlu uzayda hareket eden ve değişen bir şeyi tanımlamak için yaygın olarak kullanılan matematiksel bir yapıydı. Klasik mekanikte kütle skaler bir niceliktir ancak görelilikte hıza bağlı olarak değişir. İkinci makale "Elektromanyetik yüklerin düzgün bir yerçekimi alanının elektrostatiği ve elektromanyetik yüklerin ağırlığı üzerine" idi (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale üniformae e sul peso delle masse elettromagnetiche). Fermi, genel göreliliği kullanarak bir yükün U/c2'ye eşit bir ağırlığa sahip olduğunu gösterdi; burada U, sistemin elektrostatik enerjisi ve c, ışık hızıdır.[24]
İlk makale, elektrodinamik teori ile elektromanyetik kütlelerin hesaplanmasına ilişkin göreceli teori arasındaki çelişkiye işaret ediyor gibi görünüyordu; zira ilki, 4/3 U/c2 değerini tahmin ediyordu. Fermi bunu gelecek yıl "Elektrodinamik ve göreli elektromanyetik kütle teorisi arasındaki çelişki hakkında" başlıklı makalesinde ele aldı ve görünürdeki çelişkinin göreliliğin bir sonucu olduğunu gösterdi. Bu makale yeterince ilgi gördükten sonra Almancaya çevrildi ve 1922'de Alman bilim dergisi Physikalische Zeitschrift'te yayınlandı.[26] O yıl Fermi, "Bir hayat çizgisi yakınında meydana gelen fenomenler üzerine" (Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria) adlı makalesini İtalyan I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei dergisine sundu. Bu makalede eşdeğerlik ilkesini inceledi ve "Fermi koordinatları" olarak adlandırılan koordinatları tanıttı. Zaman çizgisine yakın bir hayat çizgisinde uzayın sanki bir Öklid uzayı gibi davrandığını kanıtladı.[27][28]
Fermi, Temmuz 1922'de "Olasılık ve bazı uygulamaları üzerine bir teorem" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni) adlı tezini Scuola Normale Superiore'a sundu ve, henüz 20 yaşında, diplomasını alışılmadık derecede genç bir yaşta almış oldu. Tezi, X ışını kristalografisi üzerineydi. Teorik fizik henüz İtalya'da bir disiplin olarak tanınmıyordu ve bu alanda yalnızca deneysel fizik üzerine tezler kabul ediliyordu. Bu nedenle İtalyan fizikçiler, görelilik gibi Almanya'dan gelen yeni fikirleri benimsemekte yavaş davrandılar. Fermi laboratuvarda deneysel çalışmalar yaparken oldukça rahat olduğundan, bu onun için aşılmaz sorunları aşılabilir kılıyordu.[28]
Fermi, 1923'te August Kopff'un Fundamentals of Einstein Relativity (Einstein Görelilik'inin Temelleri) kitabının İtalyanca baskısının ekini yazarken, Einstein denkleminin (E = mc2) içinde muazzam bir miktarda nükleer potansiyel enerjinin yattığını fark etti.[29] "En azından yakın gelecekte bu korkunç miktardaki enerjiyi serbest bırakmanın bir yolunu bulmak mümkün görünmüyor" diye yazdı, "ki bu çok iyi bir şey çünkü bu kadar korkunç miktardaki bir patlamanın yaratacağı ilk enerjinin etkisi, bunu yapmanın bir yolunu bulma talihsizliğine uğrayan fizikçiyi paramparça etmek olurdu."[28]
1924 yılında Fermi, Grand Orient of Italy Mason Locası'na "Adriano Lemmi"ye kabul edildi.[30]
1923-1924'te Fermi, Werner Heisenberg ve Pascual Jordan ile tanıştığı Göttingen Üniversitesi'nde Max Born'un öğrencisi olarak bir dönem eğitim gördü. Fermi daha sonra 1924 yılının eylül ve aralık ayları arasında Leiden'de Paul Ehrenfest ile matematikçi Vito Volterra'nın aracılığıyla Rockefeller Vakfı'nın sağladığı bursla çalıştı. Fermi burada Hendrik Lorentz ve Albert Einstein ile tanıştı ve Samuel Goudsmit ve Jan Tinbergen ile arkadaş oldu. Ocak 1925'ten 1926'nın sonlarına kadar Fermi, Floransa Üniversitesi'nde matematiksel fizik ve teorik mekanik dersleri verdi; burada manyetik alanların cıva buharı üzerindeki etkileri üzerine bir dizi deney yapmak üzere Rasetti ile birlikte çalıştı. Ayrıca Roma Sapienza Üniversitesi'nde kuantum mekaniği ve katı hâl fiziği üzerine dersler veren seminerlere katıldı.[31] Fermi, Schrödinger denkleminin olağanüstü doğruluğuna dayanarak yeni kuantum mekaniği üzerine dersler verirken sık sık şöyle derdi: "Denklemin bu kadar iyi uyması inanılmaz!".[32]
Wolfgang Pauli 1925'te dışlama ilkesini açıkladıktan sonra Fermi, dışlama ilkesini ideal bir gaza uyguladığı "Kusursuz tek atomlu gazın nicelendirilmesi" (Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico) başlıklı bir makaleyle yanıt verdi. Makale özellikle Fermi'nin dışlama ilkesine uyan birçok özdeş parçacıktan oluşan sistemlerdeki parçacıkların dağılımını tanımlayan istatistiksel formülasyonu açısından dikkate değerdi. Bu, kısa süre sonra İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından bağımsız bir şekilde geliştirildi ve Bose-Einstein istatistikleriyle nasıl ilişkili olduğunu da gösterdi. Buna göre artık günümüzde Fermi-Dirac istatistikleri olarak biliniyor.[33] Dirac'tan sonra dışlama ilkesine uyan parçacıklara günümüzde "fermiyon", uymayan parçacıklara ise "bozon" adı verilmektedir.[34]
Roma'daki Profesörlüğü
İtalya'da profesörlükler, boş bir sandalye için yarışma (concorso) yoluyla veriliyordu. Başvuranlar, profesörlerden oluşan bir komite tarafından yayınlarına göre derecelendiriliyordu. Fermi, Sardinya'daki Cagliari Üniversitesi'nde matematiksel fizik bölümüne başvurdu ancak kıl payıyla reddedilerek Giovanni Giorgi'nin lehine karar verildi.[35] 1926'da 24 yaşındayken bu sefer de Roma Sapienza Üniversitesi'ne profesörlük başvurusunda bulundu. Bu, İtalya'daki teorik fizik alanındaki ilk üç pozisyondan biri olan yeni bir pozisyondu ve üniversitenin deneysel fizik profesörü ve Bilim Enstitüsü müdürü olan profesör ve ayrıca Orso Mario Corbino'nun teşvikiyle Eğitim Bakanı tarafından oluşturulmuştu. Corbino üniversitenin deneysel fizik profesörüydü, ayrıca Fizik Enstitüsü Başkanı ve Benito Mussolini'nin hükûmetinin üyesiydi. Seçim komitesine de başkanlık eden Corbino, yeni başkanın İtalya'da fiziğin standardını ve itibarını yükselteceğini umuyordu.[36] Komite, Enrico Persico ve Aldo Pontremoli'nin yerine Fermi'yi seçti ve Corbino, Fermi'nin ekibini seçmesine yardımcı oldu. Kısa süre sonra Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana ve Emilio Segrè gibi önemli öğrenciler ve Franco Rasetti de katıldı. Fermi onu asistanı olarak atamıştı.[37] Kısa süre sonra gruplarına Fizik Enstitüsü'nün bulunduğu sokağa atfen "Via Panisperna gençleri" adını verdiler.[38]
Fermi, 19 Temmuz 1928'de üniversitede fen bilimleri öğrencisi olan Laura Capon ile evlendi.[39] İki çocukları oldu: Ocak 1931'de doğan Nella ve Şubat 1936'da doğan Giulio.[40] 18 Mart 1929'da Fermi, Mussolini tarafından İtalya Kraliyet Akademisi üyeliğine atandı ve 27 Nisan'da Faşist Parti'ye katıldı. Daha sonra, İtalyan Faşizmini ideolojik olarak Alman nasyonal sosyalizmine yaklaştırmak için Mussolini tarafından 1938'de ırkçı yasalar çıkarıldığında Faşizme karşı çıktı. Bu yasalar Yahudi olan Laura'yı tehlikeye sokty ve Fermi'nin araştırma görevlilerinin çoğunun işsiz kalmasına neden oldu.[41][42][43][44][45]
Fermi ve ekibi, Roma'da bulundukları süre boyunca fiziğin birçok pratik ve teorik yönüne önemli katkılarda bulundular. 1928'de İtalyan üniversite öğrencilerine güncel ve erişilebilir bir bilgi sağlayan Atom Fiziğine Giriş (Introduzione alla fisica atoma) adlı eserini yayınladı. Fermi ayrıca yeni fizik bilgisini mümkün olduğu kadar geniş bir alana yaymak amacıyla halka açık konferanslar düzenledi ve bilim insanları ve öğretmenler için popüler makaleler yazdı.[46] Öğretme yönteminin bir kısmı, günün sonunda meslektaşlarını ve lisansüstü öğrencilerini bir araya toplamak ve çoğunlukla kendi araştırmasında karşısına çıkan bir problemin üzerinden geçmekti.[46][47] Başarı olduklarını gösteren bir işaret ise artık yabancı öğrencilerin de İtalya'ya gelmeye başlamasıydı. Bunlardan en dikkate değer olanı, Rockefeller Vakfı üyesi olarak Roma'ya gelen ve Fermi ile 1932 tarihli "İki Elektron Arasındaki Etkileşim Üzerine" (Almanca: Über die Wechselwirkung von Zwei Elektronen) adlı makale üzerinde işbirliği yapan Alman fizikçi Hans Bethe'ydi.[46]
O dönemde fizikçiler, atom çekirdeğinden bir elektronun yayıldığı beta bozunması karşısında şaşkına dönmüştü. Pauli, enerjinin korunumu yasasını karşılaması gerektiği için, aynı anda yayılan, yükü olmayan ve çok az kütlesi olan veya hiç kütlesi olmayan görünmez bir parçacığın varlığını öne sürdü. Fermi, 1933'te deneysel bir makalesinde geliştirdiği bu fikri benimsedi ve sonraki yıl, Fermi'nin "nötrino" olarak adlandırdığı varsayımsal parçacığı içeren daha uzun bir makale yayınladı.[48][49][50] Daha sonra Fermi etkileşimi ve daha sonra da zayıf etkileşim teorisi olarak anılacak olan teorisi, doğanın dört temel kuvvetinden birini tanımlıyordu. Nötrino, ölümünden sonra keşfedildi ve etkileşim teorisi, bunun tespit edilmesinin neden bu kadar zor olduğunu gösterdi. Makalesini Britanya dergisi Nature'a sunduğunda, derginin editörü makaleyi "okuyucuların ilgisini çekmeyecek kadar fiziksel gerçeklikten uzak" spekülasyonlar içerdiği için geri çevirdi.[49] Bu nedenle makale İngilizceden önce Almanca ve İtalyanca basıldı.[37]
1968 İngilizce versiyonunun girişinde fizikçi Fred L. Wilson şöyle yazdı:
Fermi'nin teorisi, Pauli'nin nötrino önerisini desteklemenin yanı sıra, modern fizik tarihinde özel bir öneme sahiptir. Teorinin öne sürüldüğü dönemde yalnızca doğal olarak oluşan β yayıcıların bilindiği unutulmamalıdır. Daha sonra pozitron bozunması keşfedildiğinde süreç, Fermi'nin orijinal teorisine kolaylıkla dahil edilebildi. Teorisine dayanarak, bir yörünge elektronunun bir çekirdek tarafından yakalanacağı tahmin edildi ve sonunda bu gözlemlendi. Zamanla deneysel veriler önemli ölçüde birikti. Her ne kadar β bozunumunda tuhaflıklar birçok kez gözlemlenmiş olsa da, Fermi'nin teorisi her zaman bu zorluğun üstesinden gelmiştir. Fermi teorisinin sonuçları çok büyüktür. Örneğin, β spektroskopisi nükleer yapının incelenmesi için güçlü bir araç olarak kurulmuştur. Ancak Fermi'nin bu çalışmasının belki de en etkili yönü, onun özel β etkileşimi formunun, diğer etkileşim türlerinin incelenmesi için uygun bir model oluşturmasıdır. Bu maddesel parçacıkların yaratılması ve yok edilmesine ilişkin ilk başarılı teoriydi. Daha önce yalnızca fotonların yaratılıp yok edildiği biliniyordu.[50]
Ocak 1934'te Irène Joliot-Curie ve Frédéric Joliot, elementleri alfa parçacıklarıyla bombaladıklarını ve içlerinde radyoaktivite oluşturduklarını duyurdular.[51][52] Mart ayına gelindiğinde Fermi'nin asistanı Gian Carlo Wick, Fermi'nin beta bozunması teorisini kullanarak teorik bir açıklama yapmıştı. Fermi, James Chadwick'in 1932'de keşfettiği nötronu kullanarak deneysel fiziğe geçmeye karar verdi.[53] Mart 1934'te Fermi, Rasetti'nin polonyum-berilyum nötron kaynağıyla radyoaktiviteyi tetikleyip tetikleyemeyeceğini görmek istedi. Nötronların elektrik yükü yoktu ve bu nedenle pozitif yüklü çekirdek tarafından saptırılamazlardı. Bu, çekirdeğe nüfuz etmek için yüklü parçacıklara göre çok daha az enerjiye ihtiyaç duydukları ve dolayısıyla Via Panisperna gençlerinin sahip olmadığı bir parçacık hızlandırıcıya ihtiyaç duymayacakları anlamına geliyordu..[54][55]
Fermi'nin aklına polonyum-berilyum nötron kaynağını radon-berilyum kaynağıyla değiştirme fikri geldi. Bunu cam bir ampulü berilyum tozuyla doldurduktan sonra havayı boşaltıp Giulio Cesare Trabacchi'nin getirdiği 50 mCi radon gazı ekleyerek yaptı.[56][57] Bu, radonun 3,8 günlük yarı ömrüyle etkinliği azalan çok daha güçlü bir nötron kaynağı yarattı. Bu kaynağın da gama ışınları yayacağını biliyordu ancak teorisine göre bunun deneyin sonuçlarını etkilemeyeceğine inanıyordu. Yüksek atom numarasına sahip ve kolaylıkla bulunabilen bir element olan platini bombalayarak işe başladı ancak başarılı olamadı. Bir alfa parçacığı yayan ve sodyum üreten, daha sonra beta parçacığı emisyonuyla magnezyuma bozunan alüminyuma yöneldi. Kurşunu denedi ama başarılı olamadı ve ardından bir alfa parçacığı yayan ve beta parçacığı emisyonuyla oksijene bozunan nitrojen üreten kalsiyum florür formundaki florini denedi. Toplamda 22 farklı elementte radyoaktiviteyi tetikledi.[58] Fermi, 25 Mart 1934'te İtalyan La Ricerca Scientifica dergisinde nötronun neden olduğu radyoaktivitenin keşfini hızla yayınladı.[57][59][60]
Toryum ve uranyumun doğal radyoaktivitesi, bu elementler nötronlarla bombardıman edildiğinde neler olduğunu belirlemeyi zorlaştırdı ancak uranyumdan daha hafif ancak kurşundan daha ağır elementlerin varlığını doğru bir şekilde ortadan kaldırdıktan sonra Fermi, bunların hesperyum ve ausonyum denilen yeni elementler yarattıkları sonucuna vardı.[61][55] Kimyager Ida Noddack, bazı deneylerin yeni, daha ağır elementler yerine kurşundan daha hafif elementler üretebileceğini öne sürdü. Ekibi uranyumla herhangi bir deney yapmadığı veya bu olasılığın teorik temelini oluşturmadığı için önerisi o dönemde ciddiye alınmamıştı. O zamanlar, fisyonun teorik olarak imkansız olmasa da ihtimaller dışında olduğu düşünülüyordu. Fizikçiler daha yüksek atom numaralı elementlerin daha hafif elementlerin nötron bombardımanından oluşmasını beklerken, hiç kimse nötronların Noddack'ın önerdiği şekilde daha ağır bir atomu iki hafif element parçasına ayırmaya yetecek enerjiye sahip olacağını beklemiyordu.[62][61]
Via Panisperna gençleri de bazı açıklanamayan etkileri fark etti. Deney, mermer bir masa yerine ahşap bir masa üzerinde daha iyi sonuç veriyor gibi görünüyordu. Fermi, Joliot-Curie ve Chadwick'in parafin mumunun nötronları yavaşlatmada etkili olduğunu belirttiklerini hatırladı ve bunu denemeye karar verdi. Nötronlar parafin mumundan geçirildiğinde, gümüşte parafinsiz bombardımana kıyasla yüz kat daha fazla radyoaktivite indüklendi. Fermi bunun parafindeki hidrojen atomlarından kaynaklandığını tahmin etti. Ahşaptaki atomlar da mermer ile aradaki farkı açıklıyordu. Bu, etkinin suyla tekrarlanmasıyla doğrulanmış oldu. Hidrojen atomlarıyla çarpışmaların nötronları yavaşlattığı sonucuna vardı.[63][55] Çarpıştığı çekirdeğin atom numarası ne kadar düşük olursa, bir nötron çarpışma başına o kadar fazla enerji kaybediyor ve dolayısıyla bir nötronu belirli bir miktarda yavaşlatmak için gereken çarpışma sayısı da o kadar az oluyordu.[64] Fermi, yavaş nötronların hızlı nötronlara göre daha kolay yakalanması nedeniyle bunun daha fazla radyoaktiviteye neden olduğunu fark etti. Bunu açıklamak için Fermi yaş denklemi olarak bilinen bir difüzyon denklemi geliştirdi.[63][55]
Fermi, 1938'de 37 yaşındayken "nötron ışınımıyla üretilen yeni radyoaktif elementlerin varlığına ilişkin kanıtları ve bununla bağlantılı olarak yavaş nötronların neden olduğu nükleer reaksiyonları keşfi nedeniyle" Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.[65] Fermi, ödülü Stockholm'de aldıktan sonra İtalya'ya dönmedi, bunun yerine Aralık 1938'de ailesiyle birlikte New York City'ye gitti ve burada vatandaşlık ve oturma izni için başvurdular. Amerika'ya taşınma ve ABD vatandaşı olma kararı öncelikle İtalya'daki ırk yasalarından kaynaklandı.[41][66]
Manhattan Projesi
Fermi, 2 Ocak 1939'da New York'a geldi.[67] Kendisine hemen beş üniversiteden pozisyon teklifi geldi ve 1936'da yaz dersleri verdiği Columbia Üniversitesi'nden gelen teklifi kabul etti.[68] Aralık 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın, uranyumu nötronlarla bombardıman ettikten sonra baryum elementini keşfettikleri haberini aldı.[69] Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch bunu doğru bir şekilde nükleer fisyonun sonucu olarak yorumladı. Frisch bunu 13 Ocak 1939'da deneysel olarak da doğruladı.[70][71] Meitner ve Frisch'in Hahn ve Strassmann'ın keşfine dair yorumuna ilişkin haberler, Princeton Üniversitesi'nde ders verecek olan Niels Bohr ile Atlantik'i aştı. Princeton'da çalışan Columbia Üniversitesi'nden iki fizikçi olan Isidor Isaac Rabi ve Willis Lamb bunu öğrendiler ve onu Columbia'ya taşıdılar. Rabi, Enrico Fermi'ye söylediğini söyledi ancak Fermi daha sonra övgüyü Lamb'e verdi:[72]
Pupin Laboratuvarları'nda çalışmaya başladığım ilk ay olan Ocak 1939'u çok iyi hatırlıyorum çünkü her şey çok hızlı gelişiyordu. O dönemde Niels Bohr, Princeton Üniversitesi'nde bir konferanstaydı ve bir öğleden sonra Willis Lamb'in çok heyecanlı bir şekilde geri döndüğünü ve Bohr'un harika bir haber sızdırdığını söylediğini hatırlıyorum. Dışarıya sızan harika haber, fisyonun keşfi ve tanımının genel bir fikrini içeriyordu. Daha sonra, aynı ayın sonlarında, Washington'da, yeni keşfedilen fisyon olgusunun muhtemel öneminin, olası bir nükleer enerji kaynağı olarak ilk kez yarı şakacı bir şekilde tartışıldığı bir toplantı yapıldı.[73]
Sonuçta Noddack'ın haklı olduğu kanıtlanmıştı. Fermi, yaptığı hesaplamalara dayanarak fisyon olasılığını göz ardı etmişti ancak tek sayıda nötron içeren bir nüklitin fazladan bir nötron absorbe etmesi durumunda ortaya çıkacak bağlanma enerjisini hesaba katmamıştı.[62] Fermi için bu haber derin bir utanç kaynağı oldu, zira keşfettiği için kısmen Nobel Ödülü'ne layık görülen uranyum ötesi elementler hiç de uranyum ötesi elementler değil, fisyon ürünleriydi. Daha sonra Nobel Ödülü kabul konuşmasına bu yönde bir dipnot ekledi.[72][74]
Columbia'daki bilim insanları, nötron bombardımanına uğrayan uranyumun nükleer fisyonunda açığa çıkan enerjiyi tespit etmeye çalışmaları gerektiğine karar verdiler. 25 Ocak 1939'da Columbia'daki Pupin Hall'un bodrum katında Fermi'nin de aralarında bulunduğu bir deney ekibi Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk nükleer fisyon deneyini gerçekleştirdi. Ekibin diğer üyeleri Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe ve Francis G. Slack'tan oluşuyordu.[75] Ertesi gün, George Washington Üniversitesi ve Washington Carnegie Enstitüsü'nün ortak himayesinde Washington DC'de Beşinci Washington Teorik Fizik Konferansı başladı. Bu konferansta nükleer füzyonla ilgili haberler daha da yayıldı ve daha birçok deneysel gösterime yol açtı.[76]
Fransız bilim adamları Hans von Halban, Lew Kowarski ve Frédéric Joliot-Curie, nötron bombardımanına tabi tutulan uranyumun absorbe ettiğinden daha fazla nötron yaydığını gösterdiler ve bu da bir zincirleme reaksiyon olasılığını akla getirdi.[77] Fermi ve Anderson da birkaç hafta sonra aynısını yaptılar.[78][79] Leó Szilárd, Kanadalı radyum üreticisi Eldorado Gold Mines Limited'dan 200 kilogram (440 lb) uranyum oksit elde etti ve bu, Fermi ve Anderson'ın çok daha büyük ölçekte fisyon deneyleri yürütmesine olanak tanıdı.[80] Fermi ve Szilárd, kendi kendini idame ettirebilen bir nükleer reaksiyona ulaşmak için bir cihazın (bir nükleer reaktör) tasarımı üzerinde işbirliği yaptı. Nötronların sudaki hidrojen tarafından emilme hızı nedeniyle, doğal uranyum ve nötron moderatörü olarak su ile kendi kendine devam eden bir reaksiyonun başarılması pek mümkün değildi. Fermi, nötronlarla yaptığı çalışmalara dayanarak reaksiyonun su yerine uranyum oksit blokları ve moderatör olarak grafit ile gerçekleştirilebileceğini öne sürdü. Bu, nötron yakalama oranını azaltacak ve teoride kendi kendini sürdürebilen bir zincirleme reaksiyonu mümkün kılacaktı. Szilárd işe yarar bir tasarım ortaya attı: grafit tuğlalarla serpiştirilmiş bir yığın uranyum oksit bloku.[81] Szilárd, Anderson ve Fermi "Uranyumda Nötron Üretimi" üzerine bir makale yayınladılar.[80] Ancak çalışma alışkanlıkları ve kişilikleri farklıydı ve Fermi, Szilárd'la çalışmakta zorluk çekiyordu.[82]
Fermi, 18 Mart 1939'da Deniz Kuvvetleri Bakanlığı'nda konu hakkında bir konferans vererek askeri liderleri nükleer enerjinin potansiyel etkisi konusunda uyaran ilk kişiler arasındaydı. Donanma Columbia'daki araştırmalarına 1500 dolarlık yardımda bulunmayı kabul etmelerine rağmen verdikleri cevap yine de Fermi için yeterli değildi.[83] Aynı yılın ilerleyen aylarda Szilárd, Eugene Wigner ve Edward Teller, Einstein tarafından imzalanan mektubu ABD başkanı Franklin D. Roosevelt'e göndererek, Nazi Almanyasının atom bombası yapma ihtimalinin yüksek olduğu uyarısında bulundu. Buna yanıt olarak Roosevelt, konuyu araştırmak üzere Uranyum Danışma Komitesi'ni kurdu.[84]
Uranyum Danışma Komitesi, Fermi'ye grafit satın alması için para sağladı[85] ve o, Pupin Hall laboratuvarının yedinci katına bir yığın grafit tuğla inşa etti.[86] Ağustos 1941'e gelindiğinde elinde altı ton uranyum oksit ve otuz ton grafit vardı ve bunları Columbia'daki Schermerhorn Hall'da daha da büyük bir yığın oluşturmak için kullandı. [87]
Artık Uranyum Danışma Komitesi olarak bilinen Bilimsel Araştırma ve Geliştirme Ofisi'nin S-1 Bölümü, 18 Aralık 1941'de ABD'nin artık II. Dünya Savaşı'na girmesiyle bir araya gelerek çalışmalarını acil hale getirdi. Komitenin desteklediği çabaların çoğu zenginleştirilmiş uranyum üretmeye yönelikti ancak Komite üyesi Arthur Compton uygun bir alternatifin 1944'ün sonuna kadar nükleer reaktörlerde seri olarak üretilebilecek plütonyum olduğuna karar verdi.[88] Plütonyum çalışmalarını Chicago Üniversitesi'nde yoğunlaştırmaya karar verdi. Fermi gönülsüzce taşındı ve ekibi oradaki yeni Metalurji Laboratuvarı'nın bir parçası oldu.[89]
Kendi kendinei devam ettirebilen bir nükleer reaksiyonun olası sonuçları bilinmiyordu, bu nedenle ilk nükleer reaktörün şehrin ortasındaki Chicago Üniversitesi kampüsünde inşa edilmesi pek de uygun gözükmüyordu. Compton, Chicago'dan yaklaşık 30 kilometre (19 mi) uzaklıktaki Argonne Doğa Koruma Alanı'nda bir yer buldu. Sahayı inşa etmek için Stone & Webster ile sözleşme imzalandı ancak iş endüstriyel bir anlaşmazlık nedeniyle durduruldu. Fermi daha sonra Compton'u, reaktörü Chicago Üniversitesi'nin Stagg Field sahasının altındaki squash kortunda inşa edebileceğine ikna etti. Kazık inşaatı 6 Kasım 1942'de başladı ve Chicago Pile-1, 2 Aralık'ta kritik hale geldi.[90] Yığın şeklinin kabaca küresel olması amaçlanmıştı ancak çalışma ilerledikçe Fermi, kürenin tamamını inşa etmeden de kritikliğin elde edilebileceğini hesapladı.[90]
Bu deney enerji arayışında bir dönüm noktasıydı ve Fermi'nin yaklaşımının tipik bir örneğiydi. Her adım dikkatlice planlandı ve her hesaplama titizlikle yapıldı.[90] Kendi kendine yeten ilk nükleer zincirleme reaksiyon gerçekleştiğinde Compton, Ulusal Savunma Araştırma Komitesi başkanı James B. Conant'la şifreli bir telefon görüşmesi yaptı.
Telefonu alıp Conant'ı aradım. Ona Harvard Üniversitesi Rektörü'nün ofisinde ulaştım. "Jim," dedim, "İtalyan kaşifin yeni dünyaya ulaştığını öğrenmek hoşuna gidecektir. Sonra, önceden komiteyi daha bir haftalık işimiz olduğuna inandırdığım için özür dileyerek "Dünya sandığımız kadar büyük değilmiş, oraya çok erken ulaştı," diye ekledim. Conant "Demek öyle. Yerliler arkadaş canlısı mıydı peki?" diye sordu. Ben de 'herkes sağ salim ulaştı," dedim."
Araştırmanın halk sağlığına tehlike oluşturmayacağı bir yerde devam etmesi için reaktör sökülerek Argonne Woods tesisine taşındı. Fermi orada, reaktörün bol miktarda serbest nötron üretiminin sağladığı fırsatlardan keyif alarak nükleer reaksiyonlar üzerine deneylerine devam etti.[91] Laboratuvar kısa sürede fizik ve mühendislikten ayrılarak reaktörü biyolojik ve tıbbi araştırmalar için kullanmaya başladı. Başlangıçta Argonne, Chicago Üniversitesi'nin bir parçası olarak Fermi tarafından yönetiliyordu, ancak Mayıs 1944'te Fermi'nin yöneticisi olduğu ayrı bir kuruluş haline geldi.[92]
Oak Ridge'deki hava soğutmalı X-10 Grafit Reaktörü, 4 Kasım 1943'te kritik duruma geçtiğinde, bir şeyler ters giderse diye Fermi hazırdı. Teknisyenler, olup biteni görebilmesi için onu erkenden uyandırdı.[93] X-10'un çalışır hale getirilmesi plütonyum projesinde bir başka dönüm noktasıydı. Reaktör tasarımına ilişkin veriler sağladı, DuPont personeline reaktör işletimi konusunda eğitim verdi ve reaktörde üretilen plütonyumun ilk küçük miktarlarını üretti.[94] Fermi, yasanın izin verdiği en erken tarih olan Temmuz 1944'te Amerikan vatandaşı oldu.[95]
Eylül 1944'te Fermi, ilk uranyum yakıt parçasını, büyük miktarlarda plütonyum üretmek için tasarlanmış üretim reaktörü olan Hanford Sahası'ndaki B Reaktörü'ne yerleştirdi. X-10 gibi bu da Fermi'nin Metalurji Laboratuvarı'ndaki ekibi tarafından tasarlanmış ve DuPont tarafından yapılmıştı ancak çok daha büyüktü ve su soğutmalıydı. Sonraki birkaç gün içinde 838 tüp yüklendi ve reaktör kritik hale geldi. 27 Eylül gece yarısından kısa bir süre sonra operatörler, üretimi başlatmak için kontrol çubuklarını geri çekmeye başladı. İlk başta her şey yolunda görünüyordu ancak saat 03.00 civarında güç seviyesi düşmeye başladı ve 06.30 itibarıyla reaktör tamamen kapanmıştı. Ordu ve DuPont cevaplar için Fermi'nin ekibine başvurdu. Soğutma suyunda sızıntı veya kirlenme olup olmadığı araştırıldı. Ertesi gün reaktör aniden tekrar çalışmaya başladı ancak birkaç saat sonra tekrar kapandı. Sorunun, yarı ömrü 9,1 ila 9,4 saat olan bir fisyon ürünü olan ksenon-135 veya Xe-135'ten kaynaklanan nötron zehirlenmesinden kaynaklandığı belirlendi. Fermi ve John Wheeler, Xe-135'in reaktördeki nötronları emerek fisyon sürecini sabote etmekten sorumlu olduğu sonucuna vardı. Fermi'ye meslektaşı Emilio Segrè tarafından, Physical Review tarafından yayınlanmak üzere bu konuyla ilgili basılı bir taslak hazırlarken Chien-Shiung Wu'ya sorması önerildi.[96] Taslağı okuduktan sonra Fermi ve bilim insanları şüphelerini doğruladılar: Xe-135 gerçekten de nötronları emiyordu, aslında çok büyük bir nötron kesitine sahipti.[97][98][99] DuPont, Metalurji Laboratuvarı'nın, reaktörün daire şeklinde düzenlenmiş 1.500 tüpe sahip olduğu orijinal tasarımından sapmış ve köşeleri doldurmak için 504 tüp eklemişti. Bilim insanları başlangıçta bu aşırı mühendisliği zaman ve para kaybı olarak değerlendirmişlerdi, ancak Fermi, 2.004 tüpün tamamı yüklenirse reaktörün gerekli güç seviyesine ulaşabileceğini ve verimli bir şekilde plütonyum üretebileceğini fark etti.[100][101]
Nisan 1943'te Fermi, Robert Oppenheimer ile birlikte zenginleştirmeden elde edilen radyoaktif yan ürünlerin Alman gıda kaynaklarını kirletmek için kullanılması olasılığını gündeme getirdi. Arka planda Alman atom bombası projesinin zaten ileri bir aşamada olduğuna dair korku vardı ve Fermi de o zamanlar bir atom bombasının yeterince hızlı geliştirilebileceğine şüpheyle bakıyordu. Oppenheimer, "umut verici" öneriyi, stronsiyum-90 kullanımını öneren Edward Teller ile tartıştı. James B. Conant ve Leslie Groves'a da bilgi verildi ancak Oppenheimer yarım milyon insanı öldürmeye yetecek kadar gıdanın silahla kirlenmesi halinde plana devam etmek istedi.[102]
1944'ün ortalarında Oppenheimer, Fermi'yi Los Alamos, New Mexico'daki Project Y'ye katılmaya ikna etti.[103] Eylül ayında gelen Fermi, nükleer ve teorik fizikten sorumlu laboratuvarın müdür yardımcısı olarak atandı ve kendi adını taşıyan F Ekibi'nin başına getirildi. F Ekibi'nin dört farklı kolu vardı: "Süper" (termonükleer) bombayı araştıran Teller yönetimindeki F-1 Süper ve Genel Teori; "Su kazanı" sulu homojen araştırma reaktörüne bakan L.D.P. King yönetimindeki F-2 Su Kazanı; Egon Bretscher yönetimindeki F-3 Süper Deneyi; ve Anderson yönetimindeki F-4 Fisyon Çalışmaları.[104] Fermi, 16 Temmuz 1945'te Trinity testini gözlemledi ve patlama dalgasına kağıt şeritleri bırakarak bombanın verimini tahmin etmek için bir deney yaptı. Patlamanın etkisiyle savruldukları mesafeyi yürüdü ve verimi on kilotonluk bir TNT olarak hesapladı; gerçek verim yaklaşık 18,6 kilotondu.[105]
Fermi, Oppenheimer, Compton ve Ernest Lawrence ile birlikte Geçici Komite'ye hedef seçimi konusunda tavsiyelerde bulunan bilimsel panelin bir parçasıydı. Panel, atom bombalarının endüstriyel bir hedefe karşı uyarı yapılmadan kullanılacağı konusunda komiteyle aynı fikirdeydi.[106] Los Alamos Laboratuvarı'ndaki diğerleri gibi Fermi de Hiroşima ve Nagazaki'ye atılan atom bombalarını teknik alandaki genel seslendirme sisteminden öğrendi. Fermi, atom bombalarının ulusları savaş başlatmaktan caydıracağına inanmıyordu ve dünya hükûmeti kurma zamanının geldiğini de düşünmüyordu. Bu nedenle Los Alamos Bilim İnsanları Derneği'ne katılmadı.[107]
Savaş sonrası
Fermi, 1 Temmuz 1945'te Chicago Üniversitesi'nde Charles H. Swift Seçkin Fizik Profesörü oldu,[108] ancak 31 Aralık 1945'e kadar ailesiyle birlikte Los Alamos Laboratuvarı'ndan ayrılmadı.[109] 1945'te ABD Ulusal Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi.[1] Metalurji Laboratuvarı, 1 Temmuz 1946'da Manhattan Projesi tarafından kurulan ulusal laboratuvarların ilki olan Argonne Ulusal Laboratuvarı oldu.[110] Chicago ve Argonne arasındaki kısa mesafe, Fermi'nin her iki yerde de çalışmasına olanak sağladı. Argonne'da Leona Marshall ile birlikte nötron saçılımını araştırarak deneysel fiziğe devam etti.[111] Ayrıca Maria Mayer ile teorik fizik üzerine tartıştı ve onun Nobel Ödülü'nü almasına yol açacak olan spin-yörünge etkileşimine dair içgörüler geliştirmesine yardımcı oldu.[112]
Manhattan Projesi'nin yerini 1 Ocak 1947'de Atom Enerjisi Komisyonu (AEC) aldı.[113] Fermi, Robert Oppenheimer'ın başkanlığını yaptığı etkili bir bilimsel komite olan AEC Genel Danışma Komitesi'nde görev yaptı.[114] Ayrıca her yıl Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda birkaç hafta geçirmekten hoşlanıyordu; burada Nicholas Metropolis[115] ve John von Neumann ile iki farklı yoğunlukta sıvının sınırında olanları inceleyen Rayleigh-Taylor dengesizliği üzerine çalıştı.[116]
Ağustos 1949'da ilk Sovyet fisyon bombasının patlamasından sonra Fermi, Isidor Rabi ile birlikte, ahlaki ve teknik gerekçelerle hidrojen bombasının geliştirilmesine karşı çıkan, komite için sert ifadelerle yazılmış bir rapor yazdı.[117] Yine de Fermi, Los Alamos'taki hidrojen bombası çalışmalarına danışman olarak katılmaya devam etti. Stanislaw Ulam ile birlikte, Teller'in termonükleer silah modeli için gereken trityum aşırı fazla olacağını ve füzyon reaksiyonunun bu kadar trityumla bile mümkün olacağının kesin olmadığını hesapladı.[118] Fermi, 1954'teki Oppenheimer güvenlik duruşmasında Oppenheimer lehine ifade vermişti ama yine de dava, Oppenheimer'ın güvenlik izninin reddedilmesiyle sonuçlanmıştı.[119]
Daha sonraki yıllarda Fermi, daha sonra Enrico Fermi Enstitüsü haline gelecek olan enstitünün kurucusu olan Chicago Üniversitesi'nde öğretmenlik yapmaya devam etti. Savaş sonrası dönemdeki doktora öğrencileri arasında Owen Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee, Arthur Rosenfeld ve Sam Treiman vardı.[2][74] Jack Steinberger yüksek lisans öğrencisiydi ve Mildred Dresselhaus, doktora öğrencisi olarak onunla çalışığı yıl boyunca Fermi'den oldukça etkilenmişti.[120][121] Fermi parçacık fiziğinde, özellikle de pion ve müonlarla ilgili önemli araştırmalar yürüttü. Pion-nükleon rezonansının ilk tahminlerini istatistiksel yöntemlere dayanarak yaptı,[115] çünkü teori zaten yanlış olduğunda kesin cevapların gerekli olmadığını düşündü. Chen Ning Yang ile birlikte yazdığı bir makalede pionların aslında kompozit parçacıklar olabileceğini öne sürdü.[122] Fikir Shoichi Sakata tarafından geliştirildi. O zamandan beri bu modelin yerini, Fermi'nin modelini tamamlayan ve onun yaklaşımını doğrulayan pion'un kuarklardan oluştuğu kuark modeli almıştır.[123]
Fermi, "Kozmik Radyasyonun Kökeni Üzerine" adlı bir makale yazdı ve burada kozmik ışınların, yıldızlararası uzaydaki manyetik alanlar tarafından hızlandırılan materyaller yoluyla ortaya çıktığını öne sürdü ve bu, Teller ile fikir ayrılığına yol açtı.[124] Fermi, sarmal galaksinin kollarındaki manyetik alanları çevreleyen sorunları inceledi.[125] Şu anda "Fermi paradoksu" olarak adlandırılan şey hakkında düşündü: dünya dışı yaşamın olasılığı ve bununla hala iletişime geçilememiş olmasının arasındaki çelişme.[126]
Hayatının sonuna doğru Fermi, nükleer teknoloji konusunda akıllıca seçimler yapılması konusunda toplumun geneline olan inancını sorguladı ve şöyle dedi:
Bazılarınız şunu sorabilir: Bu tür şeyleri toplamayı seven birkaç uzun saçlı profesör dışında hiçbir zevk getirmeyecek olan ve sadece bunu anlayabilecek birkaç kişi olduğu için kimseye faydası olmayacak birkaç bilgiyi toplamak için bu kadar çok çalışmanın ne yararı var? En iyi ihtimalle uzmanlar bunları anlayabilecek mi? Bu tür soru(lar)a yanıt olarak oldukça sağlam bir tahminde bulunabilirim. Bilim ve teknoloji tarihi bize sürekli olarak temel anlayıştaki bilimsel ilerlemelerin er ya da geç yaşam tarzımızda devrim yaratan teknik ve endüstriyel uygulamalara yol açtığını öğretmiştir. Maddenin yapısına ulaşmaya yönelik bu çabanın bu kuralın bir istisnası olması bana pek olası görünmüyor. Daha az kesin olan ve hepimizin hararetle umduğu şey, insanın yakında doğa üzerinde edindiği güçleri iyi bir şekilde kullanabilecek kadar yetişkin olacağıdır.[127]
Ölümü
Fermi, Ekim 1954'te Billings Memorial Hastanesi'nde "keşif" adı verilen bir operasyon geçirdi ve ardından evine döndü. Elli gün sonra Chicago'daki evinde ameliyat edilemeyen mide kanserinden öldü. 53 yaşındaydı.[5] Fermi, nükleer yığının yakınında çalışmanın büyük risk içerdiğinden şüpheleniyordu ancak yararlarının kişisel güvenliğine yönelik risklerden daha ağır bastığını hissettiği için devam etti. Yığın yakınında çalışan iki yüksek lisans öğrencisi asistanı da daha sonra kanserden öldü.[128]
Chicago Üniversitesi şapelinde meslektaşları Samuel K. Allison, Emilio Segrè ve Herbert L. Anderson'ın dünyanın "en parlak ve üretken fizikçilerinden" birinin kaybının yasını tutmak için konuştukları bir anma töreni düzenlendi.[129] Lutherci bir papazın başkanlığında aile yakınları için özel bir cenaze töreninin yapıldığı Oak Woods Mezarlığı'na defnedildi.[130]
Etkileri ve Mirasları
Mirası
Fermi, başarılarından dolayı 1926'da Matteucci Madalyası, 1938'de Nobel Fizik Ödülü, 1942'de Hughes Madalyası, 1947'de Franklin Madalyası ve 1953'te Rumford Ödülü de dahil olmak üzere çok sayıda ödül aldı. Manhattan Projesi'ne yaptığı katkılardan dolayı 1946'da Liyakat Madalyası da aldı.[131] Fermi, 1939'da Amerikan Felsefe Topluluğu'nin üyesi ve 1950'de Kraliyet Cemiyeti'nin (FRS) Yabancı Üyesi seçildi.[132][133] Sanatçıların, bilim insanlarının ve İtalyan tarihinin önde gelen şahsiyetlerinin mezarlarıyla İtalyan Zaferleri Tapınağı olarak bilinen Floransa'daki Santa Croce Bazilikası'nda Fermi'nin anısına bir plaket bulunmaktadır.[134] 1999'da Time, Fermi'yi yirminci yüzyılın en iyi 100 kişisi listesine aldı.[135] Fermi, hem teorik hem de deneysel olarak başarılı olan bir 20. yüzyıl fizikçisinin alışılmadık bir örneği olarak kabul edildi. Kimyager ve romancı C. P. Snow şunu yazdı: "Eğer Fermi birkaç yıl önce doğmuş olsaydı, onun Rutherford'un atom çekirdeğini keşfettiği ve ardından Bohr modelini geliştirdiği pekâlâ hayal edilebilirdi. Eğer bu kulağa abartı gibi geliyorsa, Fermi ile ilgili herhangi bir şey büyük ihtimalle size abartı gibi geliyordur.".[136]
Fermi, ilham verici bir öğretmen olarak biliniyordu ve ayrıntılara verdiği önem, sadelik ve derslerini dikkatli bir şekilde hazırlamasıyla dikkat çekiyordu.[137] Daha sonra ders notları kitap haline getirildi.[138] Makaleleri ve defterleri bugün Chicago Üniversitesi'ndedir.[139] Victor Weisskopf, Fermi'nin "her zaman minimum komplikasyon ve karmaşıklıkla en basit ve en doğrudan yaklaşımı bulmayı başardığını" belirtti.[140] Karmaşık teorilerden hoşlanmazdı ve mükemmel bir matematik yeteneğine sahip olmasına rağmen, işin çok daha basit bir şekilde yapılabileceği durumlarda bunu asla kullanmazdı. Başkalarını şaşırtacak sorunlara hızlı ve doğru yanıtlar vermesiyle ünlüydü. Daha sonra, üstünkörü hesaplamalarıyla yaklaşık ve hızlı yanıtlar alma yöntemi gayri resmi olarak "Fermi yöntemi" olarak bilinmeye başlandı ve yaygınlaştı.[141]
Fermi, Alessandro Volta'nın laboratuvarında çalıştığı sırada Volta'nın elektrik çalışmalarının nereye varacağı konusunda hiçbir fikrinin olmadığını belirtmekten hoşlanıyordu.[142] Fermi genellikle nükleer güç ve nükleer silahlar üzerine yaptığı çalışmalarla, özellikle de ilk nükleer reaktörün inşa edilmesi ve ilk atom ve hidrojen bombalarının geliştirilmesiyle hatırlanır. Bilimsel çalışmaları ise zamana direndi. Buna beta bozunması teorisi, doğrusal olmayan sistemlerle çalışması, yavaş nötronların etkilerine ilişkin keşfi, pion-nükleon çarpışmaları üzerine çalışması ve Fermi-Dirac istatistikleri dahildir. Bir pion'un temel bir parçacık olmadığı yönündeki spekülasyonları, kuarklar ve leptonların incelenmesine giden yolu işaret etti.[143]
Bir insan olarak Fermi basitliğin ta kendisi gibi görünüyordu. Olağanüstü derecede dinçti ve oyunları ve sporu seviyordu. Böyle durumlarda onun hırslı doğası ortaya çıkıyordu. Oldukça vahşice tenis oynuyordu ve dağlara tırmanırken daha çok bir rehber görevi görüyordu. Ona hayırsever bir diktatör denilebilirdi. Bir keresinde bir dağın tepesinde Fermi'nin kalkıp şöyle dediğini hatırlıyorum: "Eh, saat ikiye iki dakika var, hadi hepimiz saat ikide yola çıkalım"; ve elbette herkes inançla ve itaatle ayağa kalktı. Bu liderlik ve özgüven, Fermi'ye, açıklamaları fizikte şaşmaz olan "Papa" adını verdi. Bir keresinde şöyle demişti: "Fizikte 2 faktörü dahilindeki her şeyi birkaç sayfada hesaplayabilirim; formülün önündeki sayısal faktörü doğru bir şekilde hesaplamak bir fizikçinin bir yılını alabilir ancak ben bununla ilgilenmiyorum." Liderliği o kadar ileri gidebilir ki, kendisiyle birlikte çalışan kişinin bağımsızlığını tehlikeye atabilirdi. Hatırlıyorum, bir keresinde evindeki bir partide eşim ekmeği keserken Fermi geldi ve ekmek kesme konusunda farklı bir felsefesi olduğunu söyledi ve karımın elinden bıçağı alıp işe devam etti çünkü o kendi yöntemi daha iyi olduğuna ikna olmuştu. Ancak tüm bunlar hiç de rahatsız edici değildi, aksine herkesin Fermi'yi sevmesini sağladı. Fizik dışında çok az ilgi alanı vardı ve bir keresinde beni Teller'in piyanosunda çalarken dinlediğinde müziğe olan ilgisinin basit melodilerle sınırlı olduğunu itiraf etmişti.
Fermi adının verildiği şeyler
Pek çok şey Fermi'nin adını taşıyor. Bunlar arasında, 1974'te onun onuruna yeniden adlandırılan, Batavia, Illinois'deki Fermilab parçacık hızlandırıcısı[144] ve fizik laboratuvarı ve kozmik uzaydaki çalışmaları nedeniyle 2008'de onun adını alan Fermi Gama ışını Uzay Teleskobu yer alıyor. ışınlar.[145] Üç nükleer reaktör tesisine de onun adı verilmiştir: Newport, Michigan'daki Fermi 1 ve Fermi 2 nükleer enerji santralleri, İtalya'daki Trino'deki Enrico Fermi Nükleer Enerji Santrali[146] ve Arjantin'deki RA-1 Enrico Fermi araştırma reaktörü.[147] 1952 Ivy Mike nükleer testinin enkazından izole edilen sentetik bir elemente, Fermi'nin bilim camiasına yaptığı katkıların onuruna fermiyum adı verildi.[148][149] Bu onu elementlere kendi adlarını veren 16 bilim insanından biri yapar.[150]
1956'dan bu yana, Amerika Birleşik Devletleri Atom Enerjisi Komisyonu en büyük onuruna onun adını veren Fermi Ödülü'nü verdi. Ödülün alanlar arasında Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller ve Hans Bethe yer alıyor.[151]
Yayımları
- Introduzione alla Fisica Atomica (İtalyanca). Bologna: N. Zanichelli. 1928. OCLC 9653646.
- Fisica per i Licei (İtalyanca). Bologna: N. Zanichelli. 1929. OCLC 9653646.
- Molecole e cristalli (İtalyanca). Bologna: N. Zanichelli. 1934. OCLC 19918218.
- Thermodynamics. New York: Prentice Hall. 1937. OCLC 2379038.
- Fisica per Istituti Tecnici (İtalyanca). Bologna: N. Zanichelli. 1938.
- Fisica per Licei Scientifici (İtalyanca). Bologna: N. Zanichelli. 1938. (with Edoardo Amaldi)
- Elementary particles
. New Haven: Yale University Press. 1951. OCLC 362513. - Notes on Quantum Mechanics. Chicago: The University of Chicago Press. 1961. OCLC 1448078.
Makalelerinin tam listesi için bkz. sayfa 75-78, ref.[133]
Patentleri
- US Patent 2206634, "Process for the Production of Radioactive Substances", July 1940 tarihinde verildi
- US Patent 2836554, "Air Cooled Neutronic Reactor", April 1950 tarihinde verildi
- US Patent 2524379, "Neutron Velocity Selector", October 1950 tarihinde verildi
- US Patent 2852461, "Neutronic Reactor", September 1953 tarihinde verildi
- US Patent 2708656, "Neutronic Reactor", May 1955 tarihinde verildi
- US Patent 2768134, "Testing Material in a Neutronic Reactor", October 1956 tarihinde verildi
- US Patent 2780595, "Test Exponential Pile", February 1957 tarihinde verildi
- US Patent 2798847, "Method of Operating a Neutronic Reactor", July 1957 tarihinde verildi
- US Patent 2807581, "Neutronic Reactor", September 1957 tarihinde verildi
- US Patent 2807727, "Neutronic Reactor Shield", September 1957 tarihinde verildi
- US Patent 2813070, "Method of Sustaining a Neutronic Chain Reacting System", November 1957 tarihinde verildi
- US Patent 2837477, "Chain Reacting System", June 1958 tarihinde verildi
- US Patent 2931762, "Neutronic Reactor", April 1960 tarihinde verildi
- US Patent 2969307, "Method of Testing Thermal Neutron Fissionable Material for Purity", January 1961 tarihinde verildi
Alıntılar
Kaynakça
Daha fazla okumak için
Dış bağlantılar
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
