Nobel per la fisica 1938
Enrico Fermi (Roma, 29 settembre 1901 –
Chicago, 28 novembre 1954) è stato un fisico
italiano, tra i più noti al mondo, principalmente
per i suoi studi e contributi teorici e sperimentali nell'ambito della meccanica quantistica e
più in generale in quella sottobranca della fisica atomica che è la fisica nucleare.
I suoi studi e le sperimentazioni sul nucleare lo
portarono ad una morte prematura, per cancro
allo stomaco, all'età di soli 53 anni. Celebri sono tuttavia la sua teoria del decadimento β, la
statistica quantistica di Fermi-Dirac, i risultati concernenti le interazioni
nucleari.
In suo onore venne dato il nome ad un elemento della tavola periodica, il
Fermio (simbolo Fm). Il sottomultiplo del metro pari a 10 −15m (femtometro), che ha simbolo fm, in fisica atomica e nucleare viene comunemente
chiamato fermi.
Enrico Fermi progettò e guidò la costruzione del primo reattore nucleare a
fissione, che produsse la prima reazione nucleare a catena controllata. Fu
uno dei direttori tecnici del Progetto Manhattan, che portò alla realizzazione della bomba atomica nei laboratori di Los Alamos.
È stato inoltre il primo ad interessarsi alle potenzialità delle simulazioni
numeriche in ambito scientifico, nonché l'iniziatore di una fecondissima
scuola di fisici, sia in Italia, sia negli Stati Uniti d'America.
L'attività di Fermi si è manifestata in molti campi della fisica, ed egli è universalmente riconosciuto come uno dei più grandi scienziati di tutti i
tempi. Nel 1938 ricevette il Premio Nobel per la fisica, per la sua identifi-
cazione di nuovi elementi della radioattività e la scoperta delle reazioni
nucleari mediante neutroni lenti.
Biografia
Infanzia ed adolescenza
Figlio di Alberto Fermi, di origini piacentine e ispettore capo presso il ministero delle Comunicazioni, e di Ida de Gattis, insegnante di scuola elementare, fu il terzo di tre figli (sua sorella Maria e suo fratello Giulio, di
due ed un anno rispettivamente più grandi). Enrico Fermi mostrò, fin da
piccolissimo, di possedere una memoria eccezionale, oltre ad una grande
intelligenza, che gli permisero di primeggiare negli studi.
Fin dall'infanzia fu inseparabile da suo fratello maggiore Giulio. Nel 1915
Giulio morì nel corso di un'operazione chirurgica per rimuovere un ascesso
della gola. Enrico, per lenire il suo profondo dolore, si gettò nello studio
della fisica e completò il ginnasio con un anno di anticipo (Liceo Umberto
Primo di Roma, oggi Liceo Ginnasio di Stato Pilo Albertelli).
Una delle prime fonti per soddisfare la sua fame di conoscenza fu un trattato trovato al mercato di Campo de' Fiori a Roma ed intitolato Elementorum physicae mathematicae. Tale trattato comprendeva argomenti come la
matematica, la meccanica classica, l'astronomia, l'ottica e l'acustica. Le sue
novecento pagine, in latino, scritte dal padre gesuita Andrea Caraffa, professore del Collegio Romano, furono studiate approfonditamente dal giovane Fermi, come dimostra il ritrovamento di molti foglietti e annotazioni
all'interno dei due tomi del trattato.
Oltre al trattato di Caraffa, Enrico Fermi ebbe la possibilità di conoscere
Enrico Persico che era un amico del fratello Giulio, e quindi di un anno più
grande di lui. Insieme svilupparono con continue discussioni, ed in seguito
all'iscrizione all'università con scambi epistolari, le loro conoscenze in fisica e matematica. I due amici vinsero nel 1926 le prime due cattedre di fisica teorica create in Italia.
Durante gli anni del Liceo, Enrico Fermi conobbe un amico di famiglia e
collega di lavoro del padre, l'ingegnere Adolfo Amidei, che guidò la formazione di Fermi in algebra, trigonometria, geometria analitica, analisi
matematica e meccanica. Inoltre nel 1918 Amidei suggerì anche a Fermi di
non frequentare l'Università di Roma, ma di iscriversi piuttosto
all'Università di Pisa e partecipare al concorso per entrare alla prestigiosa
Scuola Normale Superiore di Pisa.
Scuola Normale Superiore di Pisa
Per accedere alla prestigiosa Università, Enrico Fermi dovette superare un
concorso con il seguente tema da svolgere: Caratteri distintivi dei suoni e
loro cause. Il tema fu svolto da Fermi con straordinaria sicurezza e assoluto possesso dei mezzi matematici. Basandosi su quanto appreso nel trattato
di meccanica di Poisson ed utilizzando concetti come equazioni differenziali e sviluppo in serie di Fourier, descrisse esaustivamente il carattere del
suono analizzando alcuni casi specifici. Il livello del suo svolgimento fu
talmente elevato da riuscire sbalorditivo per la commissione esaminatrice.
In seguito ad un colloquio orale svolto dal Prof. Giulio Pittato, venne confermata l'eccellenza della preparazione del diciassettenne Fermi, che ottenne il primo posto in graduatoria. Durante il colloquio il Prof. Pittato si
espose, preannunciando, al giovane studente romano, che sarebbe diventato un importante scienziato.
Durante gli anni dell'università, Enrico Fermi trovò il tempo di portare avanti diverse attività extra-curricolari. Tale attività coinvolsero attivamente
il suo amico Enrico Persico, al momento studente all'università di Roma.
Fra il 1919 ed il 1923 studiò la relatività generale, la meccanica quantistica
e la fisica atomica. La sua preparazione in meccanica quantistica raggiunse
livelli talmente elevati che Luigi Puccianti, direttore dell'Istituto di Fisica
presso la Scuola Normale, gli chiese di organizzare alcuni seminari sul tema. Sempre in questo periodo apprese il calcolo tensoriale, strumento matematico inventato da Gregorio Ricci-Curbastro e Tullio Levi-Civita, indispensabile al fine di dimostrare i principi della relatività generale.
Nel 1921, terzo anno di Università, pubblicò i suoi primi due lavori sulla
rivista scientifica Nuovo Cimento: Sulla dinamica di un sistema rigido di
cariche elettriche in modo transitorio e Sull'elettrostatica di un campo
gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche. Il primo
di questi lavori portò ad una conclusione che poneva in contraddizione il
calcolo della massa effettuato nell'ambito della teoria di Lorentz con il
principio di equivalenza dell'energia di Einstein. Tale apparente contraddizione venne chiarita l'anno seguente dallo stesso Fermi nell'articolo Corre-
zione di una grave discrepanza fra la teoria elettrodinamica e quella della
relativistica delle masse elettromagnetiche. Inerzia e peso dell'elettricità,
che apparve prima sulla rivista I rendiconti ed in seguito sulla prestigiosa
rivista tedesca Physikalische Zeitschrift.
Sempre nel 1922 pubblicò il suo primo importante lavoro sulla rivista
Rendiconti dell'Accademia dei Lincei, dal titolo Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria, dove introduceva per la prima
volta quelle che verranno in seguito denominate le coordinate di Fermi, e
dimostrava che in prossimità di una linea oraria, lo spazio si comporta come se fosse euclideo.
Nel 1922 comincia la sua tesi di laurea sperimentale sulle immagini di diffrazione dei raggi X prodotte da cristalli curvi. È da notare che i tubi per i
raggi X furono fabbricati da Fermi insieme ad altri due studenti: Nello
Carrara e Franco Rasetti, nell'ambito dei loro esperimenti «liberi» all'interno del laboratorio di fisica presso l'Istituto di fisica della Normale. I tre ragazzi avevano libero accesso al laboratorio ed alla biblioteca su permesso
del capo dell'istituto stesso. Secondo Franco Rasetti, Fermi, ben noto in
quanto fisico teorico, sviluppò una tesi sperimentale in quanto era un fisico
completo.
Ad ogni modo, sembra che Fermi preferisse comunque gli aspetti teorici
rispetto a quelli sperimentali. In una lettera all'amico Persico, datata marzo
1922, Fermi fa capire che non vedeva l'ora di terminare la tesi per potersi
dedicare alla meccanica quantistica.
Il 4 luglio dello stesso anno Fermi si laureò all'Università ed il successivo
7 luglio si diplomò alla Normale; in entrambi i casi ottenne la magna cum
laude.
Nel 1923, in seguito alla scrittura dell'appendice del libro Fondamenti della relatività einsteiniana di August Kopff, Enrico Fermi, specializzatosi
ulteriormente nello studio della relatività generale grazie a Giuseppe Armellini e Tullio Levi-Civita, pone per la prima volta l'accento sull'enorme
quantità di energia insita nella famosa equazione (E = mc2). Asserzione
che può essere vista come il primo vero passo nella direzione della generazione di energia atomica.
Periodo a Göttingen
Subito dopo la laurea si presentò a Orso Mario Corbino, professore di Fisica sperimentale, e nel 1923, grazie ad una borsa di studio, si recò per sei
mesi a Göttingen presso la scuola di Max Born. Il periodo a Göttingen non
si rivelò molto fruttuoso e le ragioni sembrano essere di vario tipo: c'è chi
sostiene che non si trovò a suo agio con lo stile eccessivamente teorico e
formale della principale scuola di fisica quantistica dell'epoca, chi, come
Emilio Segrè, sostiene che Fermi era da un lato timido e da un lato troppo
orgoglioso, e chi anche che i suoi colleghi (Born, Heisenberg, Pauli e Jordan) erano forse troppo impegnati con le loro ricerche.
Durante questi sei mesi, piuttosto che occuparsi di risolvere le contraddizioni della cosiddetta old quantum physics, introdotta da Bohr e Sommerfeld, e su cui si stavano cimentando i suoi colleghi a Göttingen, preferì
studiare i limiti di applicazione ai sistemi atomici del cosiddetto principio
delle adiabatiche, enunciato da Paul Ehrenfest, che formulava una delle idee guida per ricavare le condizioni di quantizzazione della old quantum
physics.
Nonostante il non perfetto ambientamento, la produzione scientifica di
Fermi a Göttingen fu intensa. Dopo un mese dall'arrivo pubblicò un articolo dal titolo Il principio delle adiabatiche ed i sistemi che non ammettono
coordinate angolari, articolo in cui si proponeva di determinare i limiti di
validità del principio di Ehrenfest, mostrando che per particolari trasformazioni adiabatiche veniva a perdere la sua base.
Due mesi dopo pubblicò un secondo articolo sulla rivista Physkalische Zeitschrift, dal titolo Dimostrazione che in generale un sistema meccanico
normale è quasi ergodico, articolo che attrasse l'attenzione di Ehrenfest.
In questo articolo, dal titolo Alcuni teoremi di meccanica analitica importanti per la teoria dei quanti, Enrico Fermi dimostra la validità del principio di Ehrenfest per determinare le orbite quantiche di un sistema atomico
a tre corpi. Dimostrando inoltre che i sistemi con più di una costante di
moto il principio di Ehrenfest non è valido.
Ritorno da Göttingen e periodo a Leida
Tornato da Göttingen, scrisse il suo primo importante contributo alla meccanica quantistica intitolato Sulla probabilità degli stati quantici, lavoro
presentato da Corbino all'accademia dei Lincei il 16 dicembre 1923. In
questo lavoro mostra il paradosso della statistica classica in relazione al
calcolo della probabilità dei diversi stati quantici di un gas di atomi a temperatura elevata. Secondo la statistica classica, i diversi stati quantici di un
atomo hanno la medesima probabilità, ipotesi che porta la somma delle
probabilità di tutti i possibili stati quantici ad infinito. Infatti la probabilità
massima di qualunque sistema è per definizione uguale a 1. La soluzione
formale a questa contraddizione era quella di un'ipotesi ad hoc al fine di
definire come non possibili tutte le orbite di stati quantici per cui il raggio
dell'atomo è maggiore della distanza media tra atomo ed atomo. Fermi risolse elegantemente tale paradosso calcolando mediante la termodinamica
una legge contenente un fattore che rende trascurabili i contributi della serie con numeri quantici elevati. Tale approccio è noto in letteratura come
Fermi-Urey.
Nel gennaio del 1924, Fermi pubblica un lavoro dal titolo Sopra la riflessione e la diffusione della risonanza, in cui sviluppa la teoria del fenomeno
della risonanza ottica. Nello stesso mese scrisse anche Considerazioni sulla quantizzazione di sistemi che contengono elementi identici, che rappresenta il primo vero passo verso quella che sarà una delle sue principali
scoperte da qui a due anni: la nuova statistica quantistica che porta il nome
di statistica di Fermi-Dirac.
Grazie all'interessamento del famoso matematico Vito Volterra, Fermi vinse una borsa di studio della fondazione Rockefeller per un periodo di studio nell'autunno del 1924 a Leida presso l'istituto diretto da Paul Ehrenfest.
Tale scelta deriva in parte dalla scarsa presenza all'epoca in Italia di personalità impegnate nelle ricerche sulla meccanica quantistica.
Nell'estate del 1924, pubblicò un articolo dal titolo Sulla teoria dell'urto
fra atomi e corpuscoli elettrici, pubblicato prima in italiano sul «Nuovo
Cimento» ed in seguito in tedesco su «Zeitschrift für Physik». Tale studio
rappresenta il primo importante contributo di Fermi alla cosiddetta old
quantum physics. Nell'articolo menzionato, Fermi elaborò un metodo, conosciuto in seguito come metodo dei quanti virtuali o metodo dei fotoni
equivalenti, basato sulla analogia fra la ionizzazione di un atomo prodotta
da una luce ad una opportuna frequenza e quella prodotta da elettroni con
sufficiente velocità. Con le sue stesse parole:
« Quando un atomo che si trovi nel suo stato normale viene illuminato con una luce di frequenza opportuna esso può eccitarsi, vale a dire passare ad uno stato quantico di maggiore energia, assorbendo un quanto di luce. Se il quanto di luce ha energia maggiore dell'energia necessaria per ionizzare l'atomo, esso può ionizzarsi
perdendo, secondo la frequenza della luce, un elettrone appartenente agli strati superficiali o a quelli profondi dell'atomo. [...] Fenomeni di natura assai simili a questi si presentano anche nell'eccitazione per urto. Se si bombardano infatti gli atomi
di un gas con elettroni di velocità sufficiente essi possono eccitarsi o ionizzarsi e,
se la velocità degli elettroni eccitanti è molto grande, possono anche perdere degli
elettroni appartenenti a strati profondi dell'atomo. Lo scopo del presente lavoro è
di precisare ulteriormente le analogie esistenti fra queste due classi di fenomeni, e
precisamente dedurre quantitativamente i fenomeni dell'eccitazione per urto da
quelli dell'assorbimento ottico. »
Il lavoro, benché fosse stato sperimentalmente provato, trovò forti critiche
da parte di Bohr. Fermi fu negativamente colpito da questo episodio, e secondo Emilio Segrè questo potrebbe essere il motivo per cui Enrico Fermi
ha mostrato successivamente un atteggiamento negativo verso le teorie elaborate dai fisici di Göttingen e Copenaghen. Lo stesso Emilio Segrè fa
notare che una volta stabilite in maniera precisa le leggi della meccanica
quantistica, il lavoro sopra citato trovò piena giustificazione mediante la
teoria delle perturbazioni dipendenti del tempo sviluppata da Dirac.
A Leida, oltre ad approfittare della guida scientifica di Ehrenfest, Fermi
ebbe anche modo di conoscere autorità mondiali della fisica come Einstein
e Lorentz, e strinse amicizia con Samuel Goudsmit e Niko Tinberg.
La prima impressione del periodo a Leiden vengono riportate in una lettera
del 23 ottobre del 1924 al suo amico Enrico Persico:
« Siccome,
contrariamente alle tue previsioni io non sono morto né dormo, ti
manderò qualche mia notizia. L'ambiente che è conosciuto qui a Leiden è molto
simpatico e piacevole. Ho conosciuto: Einstein che è stato qui per una ventina di
giorni; persona molto simpatica benché porti il cappello a larga tesa per darsi l'aria
di un genio incompreso. È stato preso da una simpatia vivissima per me, che non
poteva fare a meno di dichiararmi ogni volta che mi incontrava (peccato che non
sia una bella bimba!) Ehrenfest anche lui molto simpatico e cortese, benché non
sfigurerebbe in un negozio di abiti usati al ghetto. [...] Lorentz, caratteristica essenziale occhi di fuoco benché azzurri. Ho conosciuto poi parecchi altri, tra cui pa-
recchi giovani che non hanno ancora un nome, ma che probabilmente se lo faranno. »
Il periodo a Leida fu particolarmente fruttuoso. Nella corrispondenza fra
Fermi e Persico si parla delle numerose scoperte fatte da Fermi a Leida.
Una su tutte fu descritta in un lavoro pubblicato con il titolo Sopra
l'intensità' delle righe multiple, dove Fermi ricava le espressioni dell'intensità delle varie componenti delle righe multiple degli spettri atomici di diversi elementi. L'accordo trovato con i dati sperimentali fu migliore di
quello di Heisenberg e Sommerfeld nella trattazione teorica del problema.
Ritorno da Leida ed inizio della carriera universitaria.
Fra il 1924 e 1925 Fermi fu chiamato, su invito del podestà di Firenze e direttore dell'istituto di fisica Antonio Garbasso, ad occupare la cattedra di
fisica matematica presso l'università della città. Durante questo periodo iniziò alcune ricerche di fisica atomica con il ritrovato amico Franco Rasetti. I due amici portarono avanti importanti ricerche sperimentali sugli spettri atomici per mezzo di campi a radiofrequenza, e con le stesse parole di
Rasetti:
« Esse descrivono la seconda avventura di Fermi nel campo sperimentale dopo parecchi anni di lavoro teorico, dimostrano la sua ingegnosità nel trattare con tecniche non familiari; e costituiscono il primo esempio di una ricerca sugli spettri atomici per mezzo di campi a radiofrequenza, una tecnica che avrebbe avuto numerose applicazioni più tardi. »
Le ricerche furono anche in qualche modo avventurose, sempre con le parole di Rasetti:
« Fermi
calcolò le caratteristiche di un semplice circuito oscillante che avrebbe
dovuto produrre campi con l'intensità e le frequenze volute. Fortunatamente furono
scoperti in un armadio alcuni triodi e Fermi sentenziò che erano adatti per realizzare il circuito da lui progettato. Il laboratorio possedeva anche vari amperometri a
filo caldo per misurare la corrente nelle bobine, e in questo modo si poteva determinare l'intensità del campo magnetico. Se questi strumenti non fossero stati disponibili l'esperimento non si sarebbe potuto effettuare perché i fondi di ricerca di
cui disponeva l'istituto erano estremamente magri e non permettevano l'acquisto di
apparati costosi. [...] Le bobine di induttanza e alcune semplici parti furono costruite da noi e quando il circuito venne montato funzionò istantaneamente secon-
do le previsioni di Fermi. [...] I risultati ottenuti mostrarono che la frequenza di
precessione dell'atomo era in accordo con la predizione basata sul fattore di Landé. »
Fra il 1924 e 1925 Fermi cerca di fare carriera universitaria, ben conscio
delle sue capacità. Prima partecipa ad un concorso a Firenze a cattedra
senza aver successo. In seguito, insieme a Volterra, Civita e Corbino, cerca
di istituire la prima cattedra di fisica teorica in Italia a Roma. Ma dovrà aspettare un altro anno e mezzo per riuscire in questa impresa.
Ragazzi di via Panisperna. Enrico Fermi è il primo a destra. Al centro Edoardo Amaldi
Nel frattempo tenta di vincere il concorso a Cagliari per la fisica matematica, ma gli viene preferito Giovanni Giorgi, un fisico matematico di
vecchia guardia, noto soprattutto per aver proposto il sistema internazionale di unità di misura.
Fra i commissari vi erano Volterra e Levi-Civita
che votarono per Fermi. La rabbia per la mancata
nomina non durò a lungo. Nell'autunno del 1926
Fermi vinse il concorso per occupare il posto della prima cattedra di fisica teorica in Italia, su nomina di Corbino e Garbasso. Nel giudizio finale della commissione giudicante si legge:
« La commissione, esaminata la vasta e complessa opera scientifica del professor
Fermi, si è trovata unanime nel riconoscerne le qualità eccezionali, e nel constatare
che egli, pur in così giovane età e con pochi anni di lavoro scientifico, già onora
altamente la fisica italiana. Mentre possiede in modo completo le più sottili risorse
della matematica, sa farne un uso sobrio e discreto, senza mai perdere di vista il
problema fisico di cui cerca la soluzione. [...] Mentre gli sono perfettamente famigliari i concetti più delicati della meccanica e della fisica matematica classica, riesce a muoversi con piena padronanza nelle questioni più difficili della fisica teorica moderna, cosicché egli è oggi il più preparato e il più degno per rappresentare il
nostro paese in questo campo di così alta e febbrile attività scientifica mondiale. »
La scoperta della statistica delle particelle
Nel periodo precedente ed antecedente a questa nomina, Fermi continuò ad
interessarsi alla meccanica quantistica, ma come riporta lui stesso in una
lettera all'amico Persico del 1925, non era convinto della nuova meccanica
quantistica o cosiddetta meccanica delle matrici, sviluppata da Bohr, Heisenberg e Jordan.
Fermi piuttosto, come riporta Emilio Segrè, si lasciò colpire dal lavoro di
Schrödinger sulla meccanica ondulatoria. In questo periodo partendo da un
lavoro di Born, in cui il formalismo di Schrödinger veniva usato per comprendere urti e diffusione fra le particelle insieme ad una prima interpretazione probabilistica della funzione d'onda, Fermi pubblicò un lavoro dal titolo Sulla meccanica ondulatoria dei processi d'urto. Finalmente nel dicembre 1925, Fermi scrisse il suo celebre lavoro Sulla quantizzazione del
gas perfetto monoatomico, che venne presentato da Corbino alla Accademia dei Lincei e pubblicato in versione ampliata e completa su Zeitschrift
für Physik.
In questo lavoro Fermi formula per la prima volta la sua celebre equazione
della statistica di Fermi-Dirac a cui obbediscono le particelle elementari a
spin semintero (chiamate in suo onore fermioni), che è oggi nota come statistica antisimmetrica Fermi-Dirac, dal nome dello scienziato inglese Paul
Dirac, che seppur in ritardo di circa sei mesi rispetto a Fermi, giunse alle
stesse conclusioni. In una lettera inviata da Fermi a Dirac, si legge:
« Caro Signore! Nel suo interessante lavoro, On the theory of quantum mechanics,
ha proposto una teoria del gas ideale basata sul principio di esclusione di Pauli.
Ora una teoria sul gas ideale che è praticamente identica alla sua è stata pubblicata
da me all'inizio del 1926 (Zs. f. Phys. 36, p. 902, Lincei Rend. Febbraio 1926).
Poiché immagino lei non ha visto il mio articolo mi permetto di attrarre la sua attenzione su di esso. Sinceramente suo Enrico Fermi. »
Genesi della statistica delle particelle
Fermi cominciò ad occuparsi per la prima volta nel 1923 a Leida quando
affrontò la determinazione della costanze assoluta dell'entropia per un gas
perfetto monoatomico. Tale problema aveva già visto coinvolto prima Otto
Sackun e H. Tetrode, ed in seguito Otto Stern. Fermi pubblicò nel 1923 su
Rendiconti dell'Accademia dei Lincei un articolo dal titolo Sopra la teoria
di Stern della costante assoluta dell'entropia rifiutando la struttura di base
della sua teoria, e con le sue parole:
« In questo lavoro mi propongo di dimostrare che questa ipotesi innaturale non è
affatto necessaria, perché basta modificare le deduzione cinetica [...] tenendo conto
che le molecole del corpo solido possono muoversi solamente sopra orbite quantiche. »
L'anno successivo pubblicò su Nuovo Cimento l'articolo dal titolo Considerazione sulla quantizzazione dei sistemi che contengono elementi identici. In questo articolo Fermi mostra come le regole di quantizzazione di
Sommerfeld predicono sì perfettamente le frequenze dello spettro dell'atomo di idrogeno, ma non danno sicurezza alcuna per gli spettri di atomi
più complessi. Egli afferma:
« Un tale insuccesso viene di solito attribuito al fatto che tali sistemi più complessi
non ammettono separazione delle variabili. [...] In questo lavoro mi propongo di
mostrare come ci siano delle ragioni che inducono a credere che l'insuccesso sia
dovuto piuttosto all'insufficienza delle condizioni di Sommerfeld a calcolare le orbite statiche, di quei sistemi che, indipendentemente dall'ammettere o non la separazione delle variabili, contengono alcune parti identiche (nel caso dell'atomo di
elio per esempio i due elettroni sono tra di loro non distinguibili). »
Fermi concluse che le regole di quantizzazione di Sommerfeld non bastassero più per ricavare la formula Sackur-Tetrode per l'entropia:
« L'insuccesso delle regole di Sommerfeld nel calcolo quantitativo degli atomi di
numero atomico più grande di uno [...] è dovuto al fatto che questi atomi contengono almeno due elettroni non distinguibili tra loro, e che le regole di Sommerfeld,
anche nel caso della possibilità della separazione delle variabili, non sono applicabili nel caso che alcune parti del sistema siano tra loro completamente identiche. »
Nel 1925 Wolfgang Pauli enunciò quello che va sotto il nome di Principio
di esclusione di Pauli. Fermi come ricorda Rasetti
« comprese che ora aveva tutti gli elementi per una teoria del gas ideale che soddisfacesse il principio di Walther Nernst allo zero assoluto, desse la corretta formula
di Sackur-Tetrode per l'entropia assoluta nel limite di bassa densità e alta temperatura, e fosse libera dalle varie ipotesi arbitrarie che era stato necessario introdurre
nella meccanica statistica per derivare un corretto valore dell'entropia. »
L'obiettivo di Fermi era chiaro: egli voleva
« trovare un metodo per la quantizzazione del gas ideale il più possibile indipendente da ipotesi arbitrarie sul comportamento statistico della molecola di gas. »
Al fine di poter applicare il principio di esclusione di Pauli per gli elettroni
orbitali dell'atomo alle molecole di un gas perfetto, Fermi dovette affrontare il problema della quantizzazione del loro moto. A questo proposito
Fermi impose che le molecole del gas fossero soggette a un campo di forze
elastiche attrattive tridimensionali sul modello dell'oscillatore armonico.
Ricorda Rasetti
« Va notato che Fermi non racchiuse il suo gas ideale in una scatola, secondo l'approccio usuale, ma collocò le particelle in un potenziale tridimensionale dell'oscillatore armonico. In questo modo poté ottenere una densità del gas a simmetria sferica e decrescente monotonicamente. Per grandi raggi la densità era sempre sufficientemente bassa da assicurare la validità dell'approssimazione classica di Boltzmann. [...] L'artificio di disporre le molecole in questo tipo di potenziale portò
naturalmente più tardi alla teoria statistica dell'atomo come gas degenere di elettroni. »
Come conseguenza dell'uso del potenziale armonico, Fermi, sfruttando il
principio delle adiabatiche di Ehrenfest, riuscì a stabilire che esiste una
temperatura critica al di sotto della quale la statistica di un gas di particelle
devia fortemente dalla statistica classica di Boltzmann. In seguito ottenne
le espressioni per un gas fortemente degenere (al di sotto della temperatura
critica) della pressione e dell'energia di punto zero, ed una formula per il
calore specifico a volume costante che tende a zero linearmente con la
temperatura. Riottenne anche l'equazione classica di un gas perfetto ed un
valore dell'entropia coincidente con quello di Sackur-Tetrode.
La statistica scoperta da Fermi è del tutto generale, nel senso che vale per
un gran numero di particelle. Le particelle scoperte finora possono essere
raggruppate in due gruppi: neutrone, protone ed elettrone) o mesone μ
(oggi denominate fermioni) che obbediscono alla statistica Fermi-Dirac.
Fotone o mesone π (bosone) che obbediscono alla statistica di BoseEinstein.
La differenza fra bosoni/fermioni si ricollega al valore del corrispondente
spin. Tale spin assume un numero semi intero per i fermioni e uno intero
per i bosoni e determina una funzione d'onda totalmente asimmetrica per i
fermioni ed una totalmente simmetrica per i bosoni. Le relazioni fra le due
statistiche quantistiche sono state messe in luce da Dirac. A Fermi invece
bisogna dare atto di aver reso il principio di Pauli un principio di fisica generale.
Applicazione della statistica e riconoscimento della sua importanza
Nel dicembre del 1926 il fisico britannico Ralph Howard Fowler applicò la
statistica di Fermi-Dirac per un problema di astrofisica riguardante le cosiddette nane bianche. Lo stesso Pauli applicò la statistica per uno studio
riguardante sostanze paramagnetiche. Nel 1927, in occasione del centenario della morte di Alessandro Volta, fu organizzato a Como un importante
congresso internazionale a cui presero parte tutti i principali scienziati del
mondo. Durante tale congresso, Sommerfeld mostrò come una serie di fenomeni termici ed elettrici non interpretabili con le teorie classiche, trovassero immediata spiegazione grazie alla nuova statistica di Fermi-Dirac.
Rasetti ricorda:
« Fu per Fermi un vero trionfo, e molti professori italiani rimasero stupiti che un
giovane ventiseienne, appena noto in Italia, fosse già così celebre in Germania. »
Nel 1927 lo stesso Fermi applicò la sua stessa statistica al cosiddetto modello atomico Thomas-Fermi. In tale modello gli elettroni sono ipotizzati
essere come un gas degenere di Fermi, mantenuti intorno al nucleo dalla
forza coulombiana. Fermi ed i suoi allievi usarono tale modello per studiare le proprietà degli atomi che variano regolarmente al variare del numero
atomico. A proposito di questo periodo ed in generale sul metodo di lavoro
di Fermi sono interessanti le parole di Amaldi:
« Oltre alla statistica di Fermi, al modello Thomas-Fermi e a tutte le applicazioni
di questo, risalgono al decennio 1922-1932 molti altri lavori consistenti, per la
maggior parte nella teoria di un qualche fenomeno che fino ad allora era sfuggito a
ogni tentativo di interpretazione quantitativa. Questa capacità di cogliere immedia-
tamente la legge generale nascosta dietro una tabella di dati sperimentali bruti, o di
riconoscere subito il meccanismo per cui i risultati di certe osservazioni sperimentali, a prima vista strani o insignificanti, erano invece naturali o di profondo significato se comparati con altri fenomeni o teorie generali, ha costituito durante tutta
la sua vita una delle caratteristiche che fanno di Enrico Fermi una delle figure più
notevoli del nostro secolo nel campo delle scienze fisiche. »
L'Istituto di Via Panisperna e la fisica nucleare italiana
Non appena Enrico Fermi occupò la cattedra di fisica teorica a Roma, congiuntamente con Corbino, cercò di trasformare l'Istituto di Via Panisperna
in un centro di avanguardia a livello mondiale. In questo contesto Fermi
necessitava di collaboratori adatti, al fine di formare il gruppo che più tardi
divenne famoso con il nome di Ragazzi di via Panisperna, dal nome della
via nella quale erano ubicati i laboratori (ora parte del complesso del Viminale e del Ministero dell'Interno della Repubblica Italiana).
Il primo ad essere assunto fu Franco Rasetti, al quale fu assegnato il compito di portare avanti le ricerche nel campo della fisica atomica. In seguito
lo stesso Corbino, durante una lezione presso la facoltà di Ingegneria, annunciò che presso il suo istituto vi era posto per chi avesse interesse nella
fisica pura. Così fra il 1927-1928 Emilio Segré, Edoardo Amaldi ed Ettore
Majorana completarono il gruppo. Fermi aveva così, grazie anche al forte
interessamento di Corbino, la sua scuola formata da allievi giovanissimi,
dove attraverso seminari informali e spesso improvvisati insegnava i segreti della fisica. Il gruppo dei Ragazzi di via Panisperna, all'apice del suo
splendore, fu costituito da Amaldi, da Bruno Pontecorvo, da Rasetti, Segrè, Majorana e dal chimico Oscar D'Agostino. Il gruppo andò avanti coi
suoi famosi esperimenti fino al 1933, quando Rasetti lasciò l'Italia per il
Canada e poi per gli Stati Uniti, Pontecorvo andò in Francia e Emilio Segrè preferì andare ad insegnare a Palermo.
Segré ricorda così la maniera di fare lezione al gruppo da parte di Fermi:
« Nel tardo pomeriggio ci si riuniva nel suo studio e la conversazione si trasformava in una lezione. [...] Trovo in un libretto di appunti sulle lezioni di quei tempi
i seguenti argomenti: teoria del corpo nero, viscosità dei gas, meccanica ondulatoria (formulazione dell'equazione di Schrödinger), analisi tensoriale, teoria della dispersione ottica, curva gaussiana degli errori, teoria di Dirac dello spin elettronico.
[...] Ogni tanto Fermi spiegava un lavoro che aveva appena finito di leggere. È ap-
punto in questo che apprendemmo il contenuto dei lavori di Schrödinger e di Dirac
via via che uscivano. Non avevamo mai da lui corsi regolari. »
L'attività di ricerca del gruppo durante questo periodo è ricordata da Rasetti con le sue stesse parole:
« L'attività degli anni 1927-1931 si svolse quasi interamente nel campo della spettroscopia atomica e molecolare [...] anche perché ne conoscevamo bene la tecniche
avevamo strumenti adeguati. Fermi partecipava agli esperimenti ed alla interpretazione teorica dei risultati. Egli non era, né fu mai, uno sperimentatore raffinato
nelle tecniche di precisione, ma aveva un'intuizione acutissima di quali fossero gli
esperimenti cruciali per risolvere un determinato problema, e andava diritto allo
scopo senza curarsi di particolari inessenziali. Analogamente, nella teoria egli si
avvaleva di qualunque mezzo lo portasse più direttamente al risultato, servendosi
delle sua padronanza dei mezzi analitici se il caso lo richiedeva, altrimenti ricorrendo a calcoli numerici, incurante di eleganze matematiche. »
Le ricerche di quel periodo si concentrarono sull'effetto Raman in molecole e cristalli, sugli spettri di assorbimento dei metalli alcalini e sulle strutture iperfini righe spettrali. Nel 1929 Fermi e Rasetti compresero che la ricerca sulla spettroscopia e la fisica atomica stava per volgere alla fine, dato
che la meccanica quantistica aveva risolto la maggior parte delle questioni
aperte.
Il nuovo corso del gruppo fu di investigare il nucleo dell'atomo. Corbino,
in un celebre discorso intitolato I nuovi compiti della fisica sperimentale,
si fece carico davanti alla Società Italiana per il Progresso delle Scienze
del progetto di modernizzare la ricerca scientifica in Italia.
Rasetti, Fermi e Corbino si fecero pertanto promotori della nuova politica
scientifica che doveva basarsi sulla fondazione di laboratori di ricerca ben
attrezzati, sulla formazione di ricercatori sia teorici che sperimentali, e soprattutto sulla concentrazione di finanziamenti, risorse materiali ed umane,
nei settori più promettenti.
Il nuovo corso veniva così delineato da Corbino:
« molte possibilità sono aperte sulla via dell'aggressione del nucleo atomico, il più
seducente campo della fisica di domani. [...] La sola possibilità di nuove grandi
scoperte in fisica risiede perciò nell'eventualità che si riesca a modificare il nucleo
interno dell'atomo. E questo sarà il compito veramente degno della fisica futura. »
Il 29 marzo 1929 Fermi è nominato da Mussolini membro della Reale Accademia di Italia e il giorno seguente si iscrive al partito fascista. Fermi, in
seguito, cercò di ottenere ulteriori finanziamenti per il suo istituto, finanziamenti che arrivarono tramite fondi del CNR e che ammortavano a circa
dieci volte il valore medio dei finanziamenti degli altri istituti.
Insieme ad Antonio Garbasso evitò che i finanziamenti fossero mal distribuiti e li concentrò sulla fisica nucleare e sulla fisica dei raggi cosmici.
Quando Fermi focalizzò le sue ricerche sul nucleo, si era già a conoscenza
che la maggior parte dei nuclei esistenti era di natura stabile, e che altri sono radioattivi. In caso di decadimento radioattivo se ne conoscevano di tre
tipi: tramite emissione di una particella α o tramite l'emissione di una particella β, e in genere accompagnati dall'emissione di un fotone γ. Compito
della fisica nucleare era quello di studiare le forze che tengono insieme il
nucleo. Infatti, attraverso la meccanica quantistica, si era in grado di spiegare solo, ed approssimativamente, l'emissione di particelle α. Al fine di
comprendere meglio il problema, Fermi organizzò fra l'11 e il 17 ottobre
1931 un congresso internazionale di fisica nucleare. Il congresso fu finanziato con duecentomila lire, una cifra enorme per l'epoca, e aperto con un
intervento dello stesso Mussolini. L'organizzazione scientifica del congresso fu affidata a Fermi che personalmente invitò i più grandi scienziati
mondiali, definendo direttamente il taglio degli interventi, e chiedendo espressamente di esporre non solo i problemi già risolti, ma soprattutto
quelli non risolti.
Il congresso ebbe un'importanza scientifica enorme e vide la partecipazione di Marie Curie, Niels Bohr, Patrick Blochett, Robert Millikan, Arthur
Compton, Werner Heisenberg e Wolfgang Pauli. Il congresso fu un catalizzatore di idee e soprattutto mise a fuoco le questioni centrali, teoriche e
sperimentali, ancora aperte. Wolfgang Pauli, per esempio, avanzò per la
prima volta l'esistenza di una nuova particella, il neutrino, per spiegare gli
spettri continui degli atomi radioattivi durante il processo di decadimento
β. Ipotesi contrastata da Bohr, secondo cui in questo modo si violava la
legge di conservazione dell'energia. Al contrario Fermi vedeva l'ipotesi favorevolmente. Il congresso si concluse con le seguenti parole di Corbino:
« Io penso perciò che l'andamento futuro della fisica del nucleo sarà grandemente
influenzata da questa settimana di vita comune, di cui i risultati profondi si vedranno forse in tutti i lavori che matureranno in questo campo per parecchi anni. E
questo era lo scopo principale che i promotori del convegno, me per primo, avevano di mira. »
Tale profezia si rivelò corretta. Nel febbraio del 1932 James Chadwick
scoprì al Cavendish Laboratory di Cambridge il neutrone. Nel settembre
del 1932 Karl Anderson al CalTech scoprì il positrone, risultato che venne
poco dopo confermato da Patrick Blackett e Giuseppe Occhialini a Cambridge, dove crearono coppie elettrone/positrone confermando così la teoria
di
Dirac.
Lo stesso anno Urey, Brickwedde e Murphy scoprirono il deuterio. Nel luglio 1932 durante una relazione congressuale accenno per la prima volta al
neutrino
di
Pauli.
In seguito alle pubblicazioni di Chadwick sull'esistenza del neutrone, un
allievo di Fermi, Ettore Majorana, propose un modello di atomo dove il
nucleo era composto dai soli protoni e neutroni, elaborandone una teoria
delle forze nucleari che li tengono insieme. Tali forze sono note oggi come
forze
di
Majorana.
Nell'ottobre del 1933, durante il settimo congresso Solvay, Pauli si convinse finalmente a pubblicare le sue teorie sul neutrino.
Teoria del decadimento β
Due mesi dopo il convegno Solvay, Fermi pubblicò il suo celebre lavoro
sulla teoria del decadimento beta dal titolo: Tentativo di una teoria dei
raggi β. Rasetti ne ricostruisce così la genesi:
« Nell'autunno del 1933 Fermi ci mostrò un articolo che aveva meditato e scritto
nelle prime ore del mattino da parecchi giorni, già in forma completa di tutti gli
sviluppi matematici, su una teoria dell'emissione dei raggi β fondata sull'ipotesi di
Pauli del neutrino, dalla quale si deducevano risultati precisi sulle caratteristiche
quantitative del fenomeno. Poche teorie della fisica moderna sono state così originali, così feconde di risultati [...] come la teoria di Fermi dei raggi β che ancor oggi domina non più soltanto l'ordinario processo β (che rappresenta la trasformazione di un neutrone in un protone, con creazione di elettrone e neutrino) ma anche
numerose trasformazioni di particelle instabili. »
Nella teoria di Fermi, egli riprendeva l'ipotesi di Pauli del neutrino, ed assunse che neutrone e protone fossero due stati differenti dello stesso ogget-
to, aggiungendo anche l'ipotesi che assumeva che l'elettrone espulso durante il procedimento di decadimento β non preesisteva nel nucleo prima
di essere espulso, ma che veniva creato, insieme al neutrino nel processo di
decadimento contestualmente alla trasformazione di un neutrone in un protone, analogamente a quello che avviene nella formazione di un quanto di
luce che accompagna un salto quantico di un atomo. Per costruire la teoria
del processo di decadimento beta, processo in cui il numero di particelle
leggere non si conserva, Fermi ricorse al formalismo elaborato da Dirac
all'interno della sua teoria quantistica della radiazione relativa all'interazione dell'elettrone con il corpo elettromagnetico. All'interno della sua teoria, Dirac descrive gli operatori di costruzione e distruzione che definiscono il processo di annichilimento o creazione di una particella una volta che
abbia interagito con il campo elettromagnetico.
Fermi dimostrò che così come l'interazione elettromagnetica produce la
conversione di un fotone in una coppia elettrone-positrone, così l'interazione di Fermi, oggi chiamata interazione debole, produce la trasformazione di un neutrone in un protone (o viceversa), accompagnato dalla creazione di un elettrone e di un neutrino.
Al fine di calcolare la probabilità con cui il processo avviene, Fermi costruì la funzione hamiltoniana più semplice e compatibile con le leggi di
conservazione e di simmetria. La costante di grandezza che compare
nell'hamiltoniana fu determinata da un confronto con dati sperimentali. Tale costante per l'interazione debole ha un significato analogo a quella della
gravitazione. Nel suo lavoro, rifiutato da Nature, ed accettato in seguito
prima su Nuovo Cimento, e poi su Zeitschrifft für Physik, Fermi calcolò la
vita media del decadimento β, l'energia spettrale dell'elettrone emesso e le
cosiddette regole di selezione del processo. A proposito di questo lavoro,
Segré ricorda:
« Fermi ci espose la sua teoria ad alcuni di noi durante una vacanza nell'inverno
del 1933, in Val Gardena, dopo una giornata di sci [...]. Era pienamente consapevole dell'importanza del suo lavoro e disse che pensava che quello sarebbe stato il
suo capolavoro, ricordato dalla posterità, certo il meglio di quanto aveva fatto fino
ad allora. »
La teoria di Fermi aprì un nuovo campo della fisica delle particelle elementari: la fisica delle interazioni deboli.
La scoperta dei neutroni lenti e della fissione nucleare
Il gruppo di Fermi cominciò a lavorare sulla radioattività artificiale in seguito alla scoperta della stessa da parte di Irene Curie e suo marito Frederic Joliot nel gennaio del 1934.
Nell'autunno del 1932 Fermi e Rasetti cominciarono con la costruzione
degli strumenti necessari al fine di studiare la radioattività basata sull'esperienza fatta qualche mese prima da Rasetti al Kaiser Wilhelm Institut für
Chemie a Berlino. Insieme costruirono una grande camera a nebbia ed uno
spettrometro a cristalli per raggi γ e vari contatori Geiger-Müller.
Al contrario di quanto fatto da Curie e Joliot, Fermi decise di bombardare i
nuclei bersagli con neutroni (cariche neutre) anziché con particelle α (cariche positive). Utilizzando come sorgenti di neutroni radon e berillio, Fermi
cominciò a bombardare gli elementi del sistema periodico in maniera sistematica, ma solo quando arrivò al fluoro ed all'alluminio, il suo contatore
Geiger-Müller segnò finalmente i primi conteggi.
I primi risultati positivi vennero inviati alla rivista scientifica del CNR Ricerca Scientifica il 25 marzo del 1934, spiegati da Fermi come un nucleo
che una volta soggetto a bersaglio assorbe un neutrone ed emette una particella α, dando luogo a un nuovo elemento radioattivo con numero atomico minore di 2 unità rispetto a quello di partenza. Fermi scrisse dieci articoli su questo tema, tutti con il titolo Radioattività provocata da bombardamento di neutroni N, con N da 1 a 10.
Il gruppo di Fermi lavorò intensamente sulle nuove ricerche, e data la necessità di profonde conoscenze in chimica, decise di assumere Oscar d'Agostino, un chimico che si trovava a Parigi per approfondire le tecniche di
radio chimica.
Il lavoro procedeva speditamente e i risultati venivano, come detto, pubblicati immediatamente su "Ricerca Scientifica". In poco tempo vennero
irradiati con neutroni circa 60 elementi ed almeno in 40 vennero identificati nuovi elementi radioattivi. Durante la fase di classificazione delle reazioni, il gruppo si accorse che i neutroni davano luogo alla formazione di
nuovi nuclei radioattivi praticamente in tutti gli elementi irradiati, indipendentemente dal numero atomico. Scoprirono inoltre che nel caso di atomi
leggeri, i radionuclidi prodotti avevano un numero atomico inferiore di una
o due unità rispetto al nucleo iniziale mentre nel caso di elementi più pesanti i nuovi elementi erano isotopi del nucleo bombardato.
I risultati vennero interpretati in termini di reazioni nucleari (n, p) o (n, α),
ovvero in termini di altezza del potenziale elettrostatico che le particelle
cariche (protoni o particelle α) emesse dai nuclei bersaglio devono attraversare, essendo il potenziale elettrostatico minore per atomi leggeri rispetto agli atomi pesanti.
I risultati del gruppo di Fermi fecero presto il giro del mondo, e il loro successo può essere riassunto per esempio con le parole di Lord Ernest Rutherford, eminenza dell'epoca nel campo della fisica nucleare:
« I suoi risultati sono di grande interesse e non dubito che in futuro saremo in grado di ottenere maggiori informazioni sul reale meccanismo di queste trasformazioni. Non è affatto certo che il processo sia così semplice come appare nelle osservazioni dei Joliot. Mi congratulo con lei per il successo della sua fuga dalla sfera della fisica teorica. Mi sembra proprio che lei abbia trovato un buon filone di ricerca per cominciare. Le può interessare sapere che anche il professor Dirac ha iniziato a fare alcuni esperimenti. Ciò sembra un buon augurio per il futuro della fisica teorica! Congratulazioni e i migliori auguri. [...] Continui ad inviarmi le sue
pubblicazioni su questi argomenti. »
Fermi e il suo gruppo proseguirono nella loro attività di bombardamento di
tutti gli elementi della tavola periodica. Arrivati al numero 90 (torio) e al
numero 92 (uranio), osservarono numerosi radionuclidi che erroneamente
interpretarono come nuovi elementi.
La loro scoperta venne confermata dai maggiori fisici dell'epoca. I due
nuovi elementi vennero denominati esperio e ausonio in onore di due antiche civiltà italiche. La scoperta, che nei piani di Fermi doveva rimanere
segreta, venne invece subito resa pubblica da Corbino durante un discorso,
dal titolo "Risultati e prospettive della fisica moderna, tenuto di fronte
all'Accademia dei Lincei alla presenza del re Vittorio Emanuele III. Fermi
era contrario a dichiarazioni sensazionalistiche ed era convinto che le spiegazioni da loro date fossero errate. Infatti ciò che il gruppo aveva scoperto
non erano due nuovi elementi, ma si trattava della fissione dell'uranio, come fu suggerito dalla chimica tedesca Ida Noddack. Nella seconda metà
del 1934, il gruppo decise di passare da uno studio qualitativo delle attività
radioattive dei materiali ad uno quantitativo. Lo studio fu assegnato da
Fermi ad Amaldi e a Bruno Pontecorvo che si era da poco unito al gruppo.
Il primo obiettivo era quello di ottenere risultati ben riproducibili, ma i due
si imbatterono in difficoltà enormi, dato che le proprietà dei vari metalli
sembravano dipendere fortemente dai materiali su cui la sorgente di neutroni ed il campione irradiato venivano disposti.
Per la mattina del 20 ottobre 1934 tutto era pronto per un esperimento sistematico per capire l'origine di questi strani fenomeni. Amaldi costruì il
castelletto con pareti di piombo e ripeté le misure, collocando la sorgente e
il campione d'argento da irradiare secondo varie disposizioni geometriche.
L'esperimento consisteva nel bombardare con neutroni un bersaglio costituito da un campione di argento interponendo tra la fonte ed il bersaglio un
cuneo di piombo allo scopo di distinguere i neutroni "assorbiti" da quelli
"diffusi".
In fisica, non sono rari i casi in cui scoperte e invenzioni sono il frutto del
"caso fortuito", sotto il quale si cela l'intuizione, la creatività e l'ispirazione
dell'autore.
Tra i tanti episodi di cui è costellata la storia della scienza uno dei meno
noti, ma anche dei più eclatanti, avvenne proprio quella mattina del 20 ottobre 1934 e coinvolse Enrico Fermi durante le sue ricerche sulla radioattività artificiale indotta da neutroni. Fermi si trovava da solo nel laboratorio mentre i suoi collaboratori ed allievi erano impegnati in lezioni e sessioni d'esame. Impaziente ed irrequieto com'era, decise di avviare subito le
procedure previste ma un istante prima di iniziare ebbe un'intuizione e sostituì il cuneo di piombo con un pezzo di paraffina.
I risultati, e cioè l'induzione di radioattività artificiale, furono straordinari,
ben oltre ogni più rosea previsione, del tutto inaspettati e, al momento, incomprensibili. Fu chiaro in seguito che il successo dell'esperimento si doveva proprio alla paraffina, sostanza ricca di idrogeno, cioè di protoni, che
rallentavano i neutroni incidenti amplificando la loro efficacia nel determinare la radioattività artificiale. L'esperimento fu ripetuto, per conferma,
sostituendo la paraffina con acqua, anch'essa ricca di protoni, ottenendo gli
stessi risultati clamorosi.
Emilio Segré ricorda
« In principio io credetti che un contatore si fosse semplicemente guastato e desse
indicazioni arbitrarie come ogni tanto accadeva, ma non ci volle molto per convincere ciascuno di noi che la radioattività straordinariamente forte di cui eravamo testimoni era reale e risultava dal filtraggio delle radiazione primaria da parte della
paraffina. [...] Andammo a casa a colazione e per la solita siesta ancora sorpresi e
confusi dalle osservazioni della mattinata. Quando tornammo Fermi aveva già
formulato un'ipotesi per spiegare l'azione della paraffina. »
Fermi giustificò immediatamente il tutto nel seguente modo: alla base di
tutto stava la definizione di neutroni lenti. Infatti i neutroni venivano rallentati in una serie di urti elastici con i protoni della paraffina aumentando
così la loro efficacia nel provocare la radioattività artificiale. Fermi dimostrò come la probabilità di cattura dei neutroni e di produzione delle reazioni nucleari aumentasse con la diminuzione della velocità dei neutroni,
cosa inaspettata per l'epoca, visto che si credeva il contrario.
Enrico Fermi vinse in seguito a questa scoperta il premio Nobel per la fisica nel 1938. Ma perché allora utilizzò proprio paraffina e perché ebbe questa intuizione apparentemente bizzarra, non è ancora oggi chiaro. Neppure
il grande scienziato seppe trovare una risposta e certamente la persona più
sorpresa di quella modifica fu proprio lui. Così Subrahmanyan Chandrasekhar, il famoso fisico teorico di origine indiana, ricorda la conversazione
che ebbe con Fermi a questo proposito:
« Le racconterò come arrivai a fare la scoperta che credo sia la più importante della mia carriera. Stavamo lavorando molto intensamente sulla radioattività indotta
dai neutroni e i risultati che stavamo ottenendo erano incomprensibili. Un giorno,
appena arrivato in laboratorio, mi venne in testa che avrei dovuto esaminare l'effetto prodotto da un pezzo di piombo piazzato davanti ai neutroni incidenti. E, contrariamente alle mie abitudini, misi un grande impegno a preparare un pezzo di
piombo lavorato con grande precisione. Ero chiaramente insoddisfatto di qualcosa:
cercai ogni scusa per tentare di rinviare la disposizione di quel pezzo di piombo al
suo posto. Quando finalmente con grande riluttanza stavo per collocarlo, mi dissi:
«No! Non voglio questo pezzo di piombo, ciò che voglio è un pezzo di paraffina!». Andò proprio così, senza nessuna premonizione e nessun precedente ragionamento conscio. Presi immediatamente un pezzo di paraffina che trovai sul momento a portata di mano e lo collocai dove avrebbe dovuto essere disposto il pezzo
di piombo. »
La sera stessa Fermi ed i suoi colleghi scrissero un breve articolo circa la
scoperta per la rivista Ricerca scientifica. L'articolo venne intitolato Azione
di sostanze idrogenate sulla radioattività provocata da neutroni I, in cui
gli autori avanzarono come possibile spiegazione:
«I
neutroni per urti multipli contro nuclei di idrogeno, perdono rapidamente la
propria energia. È plausibile che la sezione d'urto neutrone-protone cresca al calare
dell'energia e può quindi pensarsi che dopo alcuni urti i neutroni vengano a muoversi in modo analogo alle molecole diffondentesi in un gas, eventualmente riducendosi fino ad avere solo l'energia cinetica competente all'agitazione termica. Si
formerebbe così intorno alla sorgente qualcosa di simile a una soluzione di neutroni nell'acqua o nella paraffina. »
In seguito a tale scoperta, il gruppo riorganizzò le sue attività di ricerca decidendo di concentrarsi maggiormente sull'effetto dei neutroni lenti piuttosto che sullo studio dei radionuclidi prodotti. La prima ricerca fu di determinare quantitativamente il cosiddetto coefficiente di acquacità che determina di quanto, l'immersione in acqua di una sorgente e dei campioni sotto
esame, aumentasse la radioattività artificiale.
Gli esperimenti mostrarono che alcuni elementi avevano una cattura neutronica maggiore di un ordine di grandezza fra 3 e 4 volte maggiore della
cosiddetta sezione d'urto geometrica dei nuclei irradiati.
Utilizzando la meccanica quantistica, Fermi riuscì a spiegare questo fenomeno, trovando una spiegazione per queste sezioni d'urto anomale e ricavando la legge generale della dipendenza dalla sezione d'urto di cattura
dalla velocità dei neutroni incidenti, scoprendo così che, per velocità molto
basse, la probabilità di cattura è inversamente proporzionale alla velocità.
Corbino convinse Fermi e i suoi ragazzi a brevettare il processo di produzione di sostanze radioattive artificiali mediante bombardamento di neutroni e l'aumento dell'efficienza del processo stesso dovuto all'uso dei neutroni lenti. Tale brevetto porta la data del 26.10.1935 e fu determinante per
il successivo sviluppo dell'energia atomica. La attività del gruppo proseguì
con la ricerca della comprensione del gran numero di attività indotte nel
torio e nell'uranio.
L'ipotesi su cui si basava la ricerca era che oltre al decadimento β ci fosse
un secondo decadimento denominato α, con un'emissione di nuclei di elio.
Amaldi venne incaricato da Fermi di procedere con gli esperimenti alla ricerca degli emettitori α, ricerca che fallì, a parte per il caso dell'uranio.
Nell'estate del 1935, il gruppo cominciò a disperdersi. Rasetti si recò alla
Columbia University. Segré fu anch'esso negli USA e, quando tornò in Italia, vinse la cattedra di fisica sperimentale a Palermo. D'Agostino lasciò il
gruppo per andare al neo-costituito Istituto di Chimica del CNR. Pontecor-
vo partì per Parigi per lavorare con i Joliot-Curie. Majorana infine sparì.
Con le parole di Amaldi
« responsabilità di ciò era la situazione politica generale dell'Italia, dato che il paese si stava preparando alla guerra con l'Etiopia. »
Come reazione al pesante clima politico, i ritmi di lavoro divennero forsennati. Amaldi ricorda:
« Iniziavamo alle otto di mattina ed effettuavamo misure praticamente senza interruzione fino alle sei o sette di sera, e spesso anche più tardi. Eseguivamo le misure
secondo una tabella di marcia cronometrica, dato che avevamo studiato il tempo
minimo necessario per compiere tutte le operazioni. Le ripetevamo ogni tre o quattro minuti per ore e ore, e per tutti i giorni necessari per giungere a una conclusione su ogni punto particolare. Una volta risolto un dato problema, ne attaccavamo
subito un altro senza alcuna interruzione o incertezza. La fisica come "soma" era
l'espressione che utilizzavamo per parlare del nostro lavoro mentre la situazione
generale in Italia si faceva sempre più cupa. »
Verso la fine del 1936 la situazione politica in Italia deteriorò ulteriormente in seguito al Patto d'Acciaio fra l'Italia fascista di Mussolini e la Germania nazista di Hitler. Il colpo del KO al gruppo arrivò il 23 gennaio del
1937, quando Corbino morì improvvisamente di polmonite. Fermi ne era il
naturale successore alla guida dell'istituto di via Panisperna ma, attraverso
manovre politiche, il professor Lo Surdo riuscì a prendere il posto del defunto Corbino.
Il blocco di paraffina utilizzato da Fermi per il suo esperimento del 20 ottobre 1934, recante la sigla "Regio Istituto di Fisica" (RIF), è ancora oggi
conservato nel museo del Dipartimento di Fisica dell'Università La Sapienza di Roma.
La fine del gruppo e la fuga verso gli Stati Uniti
La scoperta dei neutroni lenti consolidò definitivamente la fama del gruppo di Fermi a livello mondiale.
Già nel 1935, il gruppo si era reso conto che le sorgenti al radon - berillio
erano molto deboli e che solo un acceleratore di particelle le avrebbe rese
più intense. Fermi, intuendone l'importanza, voleva dotare il gruppo di una
macchina di questo tipo. Nell'estate del 1935, Rasetti fu inviato a visitare il
laboratorio di Robert Millikan a Pasadena ed il Radiation Laboratory a
Berkeley al fine di studiare le prestazioni degli impianti realizzati presso
quei laboratori nel caso si decidesse di costruirne uno in Italia. A Pasadena, Rasetti studiò un acceleratore ad alto voltaggio messo a punto da uno
studente di Millikan, mentre a Berkeley studiò il ciclotrone inventato da
Ernest Lawrence.
La produzione di neutroni del ciclotrone era dell'ordine di 1010 neutroni al
secondo, equivalente ai neutroni ottenibili con un chilogrammo di radon
mescolato al berillio. Dopo un anno dalla visita di Rasetti, anche Segrè si
recò a Berkeley e notò che il ciclotrone era stato nel frattempo enormemente migliorato. Tornato in Italia, abbandonò insieme a Fermi l'idea di
costruire un ciclotrone in Italia a causa del costo elevato. Nel novembre
1936, Fermi e Domenico Marotta, direttore dell'Istituto di Sanità pubblica,
presentarono la proposta per realizzare un acceleratore di tipo CockcraftWalton da 1MeV, che sarebbe stato realizzato, presso l'Istituto di Sanità
pubblica, solo alcuni mesi dopo la fuga di Fermi dall'Italia fascista. Al fine
di mantenere la posizione internazionale raggiunta, Fermi presentò il 29
gennaio 1937, una dettagliata proposta per la costituzione di un Istituto di
radioattività nazionale:
« Le ricerche sulla radioattività hanno avuto negli ultimi anni, presso tutte le nazioni civili, uno sviluppo eccezionalmente intenso e fecondo. Questo movimento
non accenna in alcun modo a declinare, ma tende anzi a estendersi a nuovi e vasti
campi non solo della fisica, ma anche della chimica e della biologia. L'Italia ha
avuto finora un ruolo preminente in queste ricerche [...]. D'altra parte la tecnica radioattiva ha potuto impiegare in gran parte come sorgenti primarie le sostanze radioattive naturali, così che i mezzi ordinari di un laboratorio fisico universitario
hanno potuto, con limitati aiuti esterni, essere sufficienti allo sviluppo delle ricerche. Accanto alla tecnica delle sorgenti naturali si è andata sviluppando in tutti i
grandi paesi esteri quella delle sorgenti artificiali. [...] Queste sorgenti hanno intensità migliaia di volte superiore a quelle partendo dalle sostanze naturali. È chiaro come queste circostanze rendano vano pensare ad un'efficace concorrenza con
l'estero, se anche in Italia non si trova il modo di organizzare le ricerche su un piano adeguato. »
e continuava sottolineando che
« Nel settore della fisica è stato appena iniziato uno studio di ricognizione delle
proprietà di un centinaio di nuovi corpi radioattivi (per circa la metà scoperti in Italia). [...] Oltre a questo campo di ricerca sistematica, che da solo potrebbe occupare per parecchi anni l'attività di vari ricercatori, vi sono ancora numerosissimi
problemi insoluti relativi alla struttura nucleare e alle proprietà del neutrone, dal
cui studio è naturale presumere una notevole messe di risultati. »
Fermi non si limitava a sottolineare l'importanza della ricerca di base, ma
evidenziava anche le possibili ricadute pratiche:
« Un altro importante campo di studi, per il quale si hanno già promettentissimi
inizi, è l'applicazione di sostanze radioattive artificiali quali indicatori per l'analisi
di reazioni chimiche. Non meno importanti si prospettano le applicazioni nel campo biologico e medico. Tale importanza è stata riconosciuta in vari paesi nei quali
le ricerche sulla radioattività artificiale sono largamente sovvenzionate da istituzioni mediche. Alcune applicazioni riguardano le sostituzione delle sostanze radioattive a quelle naturali per gli usi terapeutici. »
La richiesta finale da parte di Fermi era di 300000 lire più 230000 per le
spese di personale e gestione. Nel 1937 lo stesso Fermi si recò a Berkeley
per studiare il modo di costruire un ciclotrone economico, ma questa pianificazione non portò a nulla per il crescente isolamento politico e scientifico
che Fermi cominciò a subire dopo la morte di Corbino e che si accentuò
ulteriormente con l'improvvisa morte di Guglielmo Marconi, che in quanto
presidente del CNR e dell'Accademia d'Italia, era un influente ed ascoltato
protettore del gruppo. Nel maggio 1938, la proposta di Fermi venne definitivamente affossata con la giustificazione che non vi erano soldi a sufficienza. Venne solo concesso un contributo di 150000 lire per l'anno 19381939. Questa decisione segnò la fine del sogno di un ciclotrone italiano e
la morte della fisica nucleare italiana, proprio alcuni mesi prima dell'assegnazione del premio Nobel per la fisica. In questo periodo maturò la decisione (anche in seguito ai continui viaggi effettuati verso gli USA) di lasciare l'Italia per volare oltre oceano, dato che negli USA vi erano finanziamenti adeguati per la ricerca. Come ricorda Segrè:
« Lo attiravano i laboratori attrezzati, gli abbondanti mezzi di ricerca, l'entusiasmo
che sentiva nella nuova generazione di fisici, l'accoglienza cordiale degli americani. [...] Gli ideali americani, a differenza di quelli fascisti trovavano una profonda
eco nell'animo di Fermi. Tutte le osservazioni e le considerazioni che ne seguivano
lo preparavano spiritualmente ad emigrare, e quando alla fine si trasferì in America fu più l'esecuzione di un piano a lungo meditato che una decisione improvvisa
determinata dalle circostanze. »
Ad ogni modo la situazione europea, con l'annessione dell'Austria da parte
della Germania nazista, cominciava a degenerare rapidamente. Nel luglio
1938 cominciò anche la campagna antisemita in Italia con la pubblicazione
del manifesto della razza e le successive leggi razziali, per cui Fermi dovette rinunciare alla collaborazione di alcuni suoi assistenti. La stessa moglie di Fermi, Laura Capon (figlia dell'ammiraglio Augusto Capon), essendo ebrea, era soggetta alle persecuzioni razziali imposte dal regime, insieme ai loro figli. La moglie di Fermi ricorda nel libro Atomi in famiglia, che
la coppia decise di lasciare l'Italia in seguito all'attuazione di codesta legge. Lo stesso Fermi era soggetto a controlli di ogni tipo.
Il 10 novembre del 1938. il Prof. Enrico Fermi ricevette, all'età di soli trentasette anni, l'annuncio ufficiale del conferimento del premio Nobel. L'illustre scienziato italiano decise che dopo la consegna del premio a Stoccolma, avrebbe fatto rotta con la famiglia verso gli Stati Uniti, dove la Columbia University di New York, lo aveva invitato per una serie di lezioni.
Edoardo Amaldi ricostruisce così l'atmosfera che precedette la proclamazione ufficiale dell'assegnazione a Fermi del Nobel
« Nei
giorni successivi all'assegnazione del premio nobel a Fermi, parte della
stampa si era limitata a dare la notizia in forma estremamente breve, parte era
giunta ad esprimere un cauto compiacimento per il riconoscimento internazionale
che aveva ricevuto il lavoro di Enrico Fermi svolto in un'università italiana, anzi in
quella della capitale, e talvolta aveva cercato di fare risalire il merito al regime
[...]. Ma al tempo stesso trapelava, qua e là, qualche preoccupazione per l'imperfezione razziale della famiglia Fermi, dell'ambiente dell'istituto e della fisica italiana
in generale, e per il sospetto che Stoccolma fosse per Fermi la prima tappa di un
viaggio ben più lungo. »
Un interessante racconto circa il clima intorno alla figura del famoso fisico
romano ci viene da un controllo di routine fatto da un informatore del ministro dell'Interno. In seguito alla cerimonia che la Magneti Marelli, società di cui Fermi era consulente scientifico, organizzò per festeggiare il neo
premio Nobel, vennero invitate tutte le maggiori autorità cittadine della regione. Dal racconto dell'informatore:
« Mi viene riferito che in occasione della cerimonia [...] per festeggiare l'accade-
mico Enrico Fermi, premio Nobel 1938 per la fisica, erano state invitate tutte le
autorità cittadine. Da sua altezza reale il duca di Bergamo, al prefetto, segretario
generale, membri e gerarchi fascisti, podestà, questore, ecc. Pare che all'ultimo
momento, a eccezione del duca di Bergamo, nessuna delle citate autorità, e specialmente politiche, abbia voluto intervenire. Si dice che la causa sia dovuta al fatto che il festeggiato, ammogliato a un'israelita, avrebbe ripetutamente manifestato
la sua disapprovazione verso la campagna anti ebraica, dichiarandosi invece ben
felice di avere per compagna una giudea. »
Il 6 dicembre 1938 Fermi partì con il treno per Stoccolma. Alla stazione
Termini, la famiglia Fermi fu accompagnata da Rasetti e Amaldi, che riporta gli ultimi momenti con il maestro:
« Io sapevo, anzi sapevamo, che quella sera si chiudeva definitivamente un periodo, brevissimo, della storia della cultura in Italia che avrebbe potuto estendersi e
svilupparsi e forse avere un'influenza più ampia sull'ambiente universitario e, con
il passare degli anni, magari anche sull'intero paese. Il nostro piccolo mondo era
stato sconvolto, anzi quasi certamente distrutto, da forze e circostanze completamente estranee al nostro campo d'azione. Un osservatore attento avrebbe potuto
dirci che era stato ingenuo pensare di costruire un edificio sulle pendici di un vulcano che mostrava così chiari segni di crescente attività. Ma su quelle pendici eravamo nati e cresciuti, e avevamo sempre pensato che quello che facevamo fosse
molto più durevole della fase politica che il paese stava attraversando. »
Il 10 dicembre 1938 l'Accademia delle scienze di Stoccolma conferisce il
premio Nobel ad Enrico Fermi per
« la scoperta di nuove sostanze radioattive appartenenti all'intero campo degli elementi e per la scoperta [...] del potere selettivo dei neutroni lenti. »
Il comportamento di Enrico Fermi durante la consegna del premio fece
scalpore all'interno dell'informazione del regime fascista[2]. Come ricorda
Amaldi:
« Il fatto che Fermi invece di indossare l'uniforme fascista o quella dell'accademico d'Italia portasse il frac e che invece di fare il saluto fascista stringesse la mano
al sovrano svedese determinarono una vera ondata di indignazione. »
Nei giorni successivi Otto Hahn e Fritz Strassmann rilevarono che, in seguito al bombardamento dell'uranio con neutroni, la presenza di bario radioattivo, cioè di un elemento con numero atomico intermedio (simile alla
scoperta del gruppo di Fermi degli elementi con numero atomico superiore
denominati esperio e ausonio). I due scienziati tedeschi ipotizzarono per la
prima volta la possibile fissione dell'uranio.
Dopo aver ricevuto il premio Nobel, Fermi andò a Copenaghen da Bohr,
per imbarcarsi il 24 dicembre 1938 sul transatlantico Franconia diretto a
New York.
Inizio delle ricerche statunitensi
Come detto in precedenza, Fermi rimase in un primo momento presso la
Columbia University. Qui verificò gli esperimenti iniziali di Hahn e Strassmann sulla fissione nucleare, con l'aiuto di Dunning e Booth e cominciò
la costruzione della prima pila nucleare (che raggiungerà la prima criticità
il 2 dicembre 1942).
In un discorso tenuto nel 1954, quando si pensionò da Presidente della Società Americana di Fisica, Fermi ricordò l'inizio del progetto:
« Ricordo vividamente il primo mese, il gennaio 1939, cominciai a lavorare ai laboratori Pupin e tutto quanto cominciò ad accadere molto velocemente. In quel periodo, Niels Bohr era stato chiamato per una serie di conferenze a Princeton e ricordo che un pomeriggio Willis Lamb tornò da una di esse davvero entusiasta e
disse che Bohr si era lasciato sfuggire di bocca novità importantissime: la scoperta
della fissione nucleare e a grandi linee la sua interpretazione del fenomeno. Poi,
ancora più avanti lo stesso mese, ci fu un incontro a Washington dove fu valutata
la possibile applicazione del fenomeno della fissione appena scoperto come arma
nucleare. »
Dopo la famosa lettera di Einstein del 1939 (redatta da Leo Szilard) al Presidente Roosevelt nella quale, di fronte alla minaccia rappresentata dal regime nazista, veniva sottolineata la possibilità di realizzare una bomba atomica, la Marina stabilì un fondo di 6.000 dollari per la Columbia
University, fondo che fu incrementato per il Progetto Manhattan e per il
lavoro di Fermi.
Dopo la resa della Germania, i dubbi degli scienziati impegnati nel Progetto Manhattan crebbero di intensità. A Chicago, nei giorni immediatamente
successivi alla fine della guerra in Europa, Arthur Compton nominò un
comitato per affrontare la questione dell'uso della bomba, formato da vari
scienziati del Metallurgical Laboratory, fra i quali lo stesso Szilard, e presieduto da James Franck, un fisico tedesco di grande valore, immigrato
negli Stati Uniti per sfuggire alle persecuzioni antisemite dei nazisti. All'inizio di giugno del 1945 il rapporto finale, noto come Rapporto Franck anche se stilato in massima parte da Szilard, fu recapitato urgentemente al
ministro della guerra Henry Stimson perché lo inoltrasse al presidente
Truman. Nel rapporto si sconsigliava l'uso delle bombe atomiche contro il
Giappone e si suggeriva una dimostrazione incruenta della nuova arma.
Non essendo giunto alcun riscontro al Rapporto Franck, Szilard decise di
scrivere una petizione al presidente Truman, e la fece circolare fra gli
scienziati del Metallurgical Laboratory, raccogliendo 53 firme. Ne inviò
poi alcune copie ai laboratori di Oak Ridge e di Los Alamos, con una lettera di accompagnamento in cui scriveva: «Per quanto limitata sia la possibilità che la nostra petizione possa influire sul corso degli eventi, io personalmente sento che sarebbe importante se un vasto numero di scienziati
che hanno lavorato in questo campo si esprimesse pubblicamente con chiarezza e sicurezza sull'opposizione per motivi morali all'uso di queste bombe nell'attuale fase della guerra», ma a Los Alamos la petizione di Szilard
non venne fatta circolare. Inviata da Szilard attraverso i canali istituzionali,
la petizione non raggiunse mai Truman perché «la questione dell'uso della
bomba era stata già pienamente affrontata e risolta dalle autorità competenti».
La decisione fu presa al massimo livello politico, ma Fermi e gli altri
leader scientifici del Progetto Manhattan svolsero comunque un ruolo importante nel processo decisionale: due mesi prima, nel maggio del 1945,
Truman aveva infatti creato un'apposita commissione, nota come Interim
Committee per affrontare la questione dell'eventuale uso della bomba atomica. L'Interim Committee fu affiancato da una commissione scientifica
composta da quattro scienziati di primo piano del Progetto Manhattan:
Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton, che avevano la responsabilità
delicatissima di dare consigli tecnici sull'uso dell'arma nucleare contro il
Giappone. I quattro scienziati ricevettero da Stimson il Rapporto Franck
ma non lo trovarono convincente.
La raccomandazione di Fermi e degli altri leader del progetto convinse i
membri dell'lnterim Committee che approvarono all'unanimità i seguenti
provvedimenti:
1) la bomba dovrà essere usata contro il Giappone al più presto; 2) dovrà
essere usata su un doppio bersaglio, cioè su installazioni militari o impianti
bellici circondati o adiacenti ad abitazioni; 3) dovrà essere usata senza preavviso sulla natura dell'arma.
Nel suo saluto all'APS, Fermi disse anche:
« Bene, arriviamo a Pearl Harbor. A quel tempo lasciai la Columbia University, e
dopo alcuni mesi di andirivieni fra Chicago e New York, mi stabilii a Chicago per
continuare là il lavoro, e da allora in avanti, con rare eccezioni, il lavoro alla Columbia si concentrò sulla fase del progetto dell'energia atomica iniziato da Booth,
Dunning e Urey intorno al 1940 inerente alla separazione degli isotopi. »
Fermi anticipatore dei suoi tempi
La via Enrico Fermi a Roma
Fermi fu un uomo estremamente brillante, dalla
inusuale elasticità mentale e senso comune. Fu un
teorico veramente dotato di talento, come dimostra la sua teoria sul decadimento beta. Ebbe lo stesso talento anche sul lavoro in laboratorio, procedendo velocemente e con un grande intuito. Sostenne che la sua velocità in laboratorio lo aveva portato al Nobel, dicendo
che le stesse scoperte a cui lui era arrivato presto sarebbero state fatte da
qualcun altro, e che lui ci era semplicemente arrivato prima.
Nel 1933 propose il suo famoso studio sul decadimento beta alla prestigiosa rivista Nature, ma l'editore della rivista lo respinse perché "conteneva
speculazioni che erano troppo distanti dalla realtà". Per questo, Fermi
pubblicò la sua teoria in italiano e in tedesco.
Comprese immediatamente l'importanza dei calcolatori elettronici.[2] Non
dimenticò mai di essere un precursore dei suoi tempi, ed era solito dire ai
suoi allievi preferiti: "Non siate mai i primi, cercate di essere secondi".
Il 29 novembre 1954 Fermi morì di cancro allo stomaco a Chicago, Illinois. Aveva cinquantatré anni. Di lui Eugene Wigner scrisse: "Dieci giorni
prima che Fermi morisse mi disse: Spero che non duri molto. Si è riconciliato perfettamente col suo destino".
Il prof. Edoardo Amaldi ebbe a dire durante la commemorazione tenuta a
classi riunite il 12 marzo 1955 dall'Accademia dei Lincei:
« La sua opera scientifica è così poderosa e geniale, le conseguenze pratiche di alcuni dei suoi lavori sono così importanti e gravi che facilmente chi non abbia avuto la fortuna di conoscerlo è portato a farsi di lui un'immagine molto diversa dal
vero. Solo i parenti e gli amici, solo coloro che l'hanno conosciuto sanno che, se da
un lato era difficile separare in Enrico Fermi i vari aspetti di scienziato, di ricercatore, di maestro e di uomo, poiché intimamente fusi tra loro, d'altro canto la sua
semplicità di gusti e di maniera di vivere, la sua calma serena di fronte ai problemi
dalla vita, la sua mancanza di qualsiasi posa o stranezza di carattere furono qualità
umane ancora più notevoli per il contrasto con le sue eccezionali qualità di scienziato. »
