Enrico Fermi

Wetenschapper
Enrico Fermi
Persoonlijke info
Volledige naam	Enrico Fermi
Bijnaam	"De paus"
Pseudoniem
Geboren	19 september 1901
Geboorteplaats	Rome
Geboorteland	Italië, geneutraliseerd in Verenigde Staten
Overleden	28 november 1954
Overleden te	Chicago
Gehuwd met / relatie	Laura Fermi (1928)
Bekend van
Vakgebied	Natuurkunde
Actief	ca. 1918-1954
Bekend van	onderzoek naar neutronen en radioactiviteit en het ontwikkelen van de eerste kernreactor
Portaal Wetenschap

Enrico Fermi (Rome, 19 september 1901 - Chicago, 28 november 1954) was een Italiaans en (later genaturaliseerde) Amerikaans natuurkundige. Hij is vooral bekend geworden door zijn onderzoek naar neutronen en radioactiviteit en het ontwikkelen van de eerste kernreactor. In 1938 kreeg hij de Nobelprijs voor Natuurkunde.

Hij wordt wel de "architect van het nucleaire tijdperk" en de "architect van de atoombom" genoemd. Hij was een van de weinige natuurkundigen die uitblonk in zowel theoretische natuurkunde als experimentele natuurkunde. Fermi ontving in 1938 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn werk aan geïnduceerde radioactiviteitdoor neutronenbombardement en voor de ontdekking van de zogeheten transuraniumelementen. Met zijn collega's diende Fermi verschillende patenten in met betrekking tot het gebruik van kernenergie, die allemaal werden overgenomen door de Amerikaanse regering. Hij leverde een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van statistische mechanica, kwantumtheorie en kern- en deeltjesfysica.

Hij ontdekte een deeltje dat hij "Nutrino" noemde, later bekend als een neutron. Door experimenten die radioactiviteit induceren met het recent ontdekte neutron, ontdekte Fermi dat langzame neutronen gemakkelijker door atoomkernen werden gevangen dan snelle, en hij ontwikkelde de Fermi-leeftijdsvergelijking om dit te beschrijven. Na het beschieten van thorium en uranium met langzame neutronen, concludeerde hij dat hij nieuwe elementen had gecreëerd (gemaakt). Hoewel hij voor deze ontdekking de Nobelprijs kreeg, bleek later dat de nieuwe elementen kernsplijtingsproducten waren.

Fermi verliet Italië in 1938 om te ontsnappen aan de nieuwe Italiaanse rassenwetten die van invloed waren op zijn joodse vrouw, Laura Capon, met wie hij in 1928 was getrouwd. Ze emigreerde naar de Verenigde Staten, waar hij tijdens de Tweede Wereldoorlog aan het Manhattan Project werkte. Fermi leidde het team van de Universiteit van Chicago dat Chicago Pile-1 ontwierp en bouwde, die op 2 december 1942 kritisch werd en de eerste door mensen gecreëerde, zichzelf in stand houdende nucleaire kettingreactie demonstreerde. Hij was aanwezig toen de X-10 Graphite Reactor in Oak Ridge, Tennessee, kritiek kreeg in 1943, en toen de B Reactor op de Hanford Site dat het volgende jaar deed. Bij Los Alamos, leidde hij de F-divisie, waarvan een deel werkte aan de thermonucleaire "Super"-bom van Edward Teller. Hij was aanwezig bij de Trinity-test op 16 juli 1945.

Na de oorlog diende Fermi onder J. Robert Oppenheimer in de General Advisory Committee, die de Atomic Energy Commission adviseerde over nucleaire aangelegenheden. Na de ontploffing van de eerste Sovjet- splijtingsbom in augustus 1949 verzette hij zich fel tegen de ontwikkeling van een waterstofbom, zowel op morele als op technische gronden. Hij was een van de wetenschappers die namens Oppenheimer getuigde tijdens de hoorzitting in 1954 die resulteerde in de weigering van Oppenheimer's veiligheidsmachtiging. Fermi deed belangrijk werk in de deeltjesfysica, vooral met betrekking tot pionen en muonen, en hij speculeerde dat kosmische straling ontstond toen materiaal werd versneld door magnetische velden in het heelal. Veel prijzen, concepten en instellingen zijn vernoemd naar Fermi, waaronder de Enrico Fermi Award, het Enrico Fermi Institute, het Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), de Fermi Gamma-ray Space Telescope en het kunstmatige element fermium, waardoor hij een van de 16 wetenschappers die elementen naar hen vernoemd hebben. Fermi begeleidde of beïnvloedde niet minder dan 8 jonge onderzoekers die later Nobelprijzen wonnen.

Levensloop

Enrico Fermi was het derde kind van Alberto Fermi, een afdelingshoofd van het ministerie van Spoorwegen, en Ida de Gattis, een lerares op een basisschool. Zijn zus, Maria, was twee jaar ouder, zijn broer Giulio een jaar ouder. Hoewel hij Rooms-katholiek was gedoopt in overeenstemming met de wensen van zijn grootouders, was zijn familie niet bijzonder religieus; Enrico was zijn hele volwassen leven een agnost. Als jonge jongen deelde hij dezelfde interesses als zijn broer Giulio, het bouwen van elektrische motoren en spelen met elektrisch en mechanisch speelgoed. Giulio stierf tijdens een operatie aan een keelabces in 1915 en Maria stierf in 1959 bij een vliegtuigongeluk in de buurt van Milaan.

Op een lokale markt in Campo de' Fiori vond Fermi een natuurkundeboek, de 900 pagina's tellende Elementorum physicae mathematicae. Geschreven in het Latijn door jezuïet pater Andrea Caraffa, een professor aan het Collegio Romano. Het boek bevatte wiskunde, klassieke mechanica, astronomie, optica en akoestiek zoals ze werden begrepen op het moment van de publicatie in 1840. Met een wetenschappelijke vriend, Enrico Persico, voerde Fermi projecten uit zoals het bouwen van gyroscopen en het meten van de versnelling van de zwaartekracht van de aarde.

In 1914 ontmoette Fermi een collega van zijn vader genaamd Adolfo Amidei. Enrico had vernomen dat Adolfo geïnteresseerd was in wiskunde en natuurkunde en maakte van de gelegenheid gebruik om Adolfo een vraag te stellen over geometrie (landmeetkunde). Adolfo begreep dat de jonge Fermi verwees naar projectieve meetkunde en gaf hem toen een boek over het onderwerp geschreven door Theodor Reye. Twee maanden later gaf Fermi het boek terug, nadat hij alle problemen had opgelost die aan het einde van het boek werden voorgesteld, waarvan Adolfo wist dat sommige opgaven moeilijk waren. Toen hij dit nakeek, voelde Adolfo dat Fermi "een wonderkind was, tenminste met betrekking tot geometrie", en begeleidde de jongen verder, door hem meer boeken over natuurkunde en wiskunde te geven. Adolfo merkte op dat Fermi een heel goed geheugen had en dus de boeken kon teruggeven nadat hij ze had gelezen, omdat hij zich de inhoud ervan heel goed kon herinneren.

Naar de universiteit

Fermi studeerde in juli 1918 af van de middelbare school, nadat hij het derde jaar helemaal had overgeslagen. Op aandringen van Amidei leerde Fermi Duits om de vele wetenschappelijke artikelen te kunnen lezen die destijds in die taal waren gepubliceerd, en hij solliciteerde bij de Scuola Normale Superiore in Pisa. Amidei was van mening dat de Scuola betere omstandigheden zou bieden voor de ontwikkeling van Fermi dan de Sapienza Universiteit van Rome destijds kon. Nadat ze hun zoon hadden verloren, lieten Fermi's ouders hem slechts met tegenzin toe om vier jaar lang in het onderkomen van de school te wonen, weg van Rome. Fermi behaalde de eerste plaats in het moeilijke toelatingsexamen, dat een schrijven omvatte over het thema "Specifieke kenmerken van geluiden"; de 17-jarige Fermi wist uit te leggen wat er in natuurkundig opzicht gebeurd bij een trillende staaf, en na het interviewen (mondeling examen) van Fermi verklaarde de onderzoeker dat hij een uitstekende natuurkundige zou worden. Fermi koos aanvankelijk wiskunde als hoofdvak, maar stapte al snel over naar natuurkunde. In september 1920 werd Fermi toegelaten tot de afdeling Natuurkunde. In 1921, zijn derde jaar aan de universiteit, publiceerde Fermi zijn eerste wetenschappelijke werken in het Italiaanse tijdschrift Nuovo Cimento .

Hij deed verder onderzoek naar elektrodynamica (elektromagnetisme). Ook hield hij zich bezig met de relativiteitsleer die ook Albert Einstein beroemd maakte. Tijdens het schrijven van de appendix voor de Italiaanse editie van het boek Fundamentals of Einstein Relativity van August Kopff in 1923, was Fermi de eerste die erop wees dat er in de Einstein-vergelijking ( E = mc ² ) een enorme hoeveelheid nucleaire potentiële energie verborgen zat.

"Het lijkt niet mogelijk, althans in de nabije toekomst", schreef hij, "om een ​​manier te vinden om deze vreselijke hoeveelheden energie vrij te maken - wat allemaal goed is omdat het eerste effect van een explosie van zo'n vreselijke hoeveelheid energie energie zou zijn om de fysicus die de pech had een manier te vinden om het te doen, in gruzelementen te slaan."

In 1923-1924 studeerde Fermi een semester bij Max Born aan de Universiteit van Göttingen, waar hij Werner Heisenberg en Pascual Jordan ontmoette. Fermi studeerde vervolgens van september tot december 1924 in Leiden bij Paul Ehrenfest op een beurs van de Rockefeller Foundation, verkregen op voorstel van de wiskundige Vito Volterra. Hier ontmoette Fermi Hendrik Lorentz en Albert Einstein, en raakte bevriend met Samuel Goudsmit en Jan Tinbergen. Van januari 1925 tot eind 1926 doceerde Fermi wiskundige natuurkunde en theoretische mechanica aan de Universiteit van Florence, waar hij samen met Rasetti een reeks experimenten uitvoerde naar de effecten van magnetische velden op kwik-damp.

Fermi trouwde op 19 juli 1928 met Laura Capon, een wetenschapsstudente aan de universiteit. Ze kregen twee kinderen: Nella, geboren in januari 1931, en Giulio, geboren in februari 1936. Op 18 maart 1929 werd Fermi benoemd tot lid van de Koninklijke Academie van Italië door Mussolini, en op 27 april trad hij toe tot de fascistische partij. Later verzette hij zich tegen het fascisme toen Mussolini de rassenwetten van 1938, die vergelijkbaar zijn met de rassenwetten van Neurenberg van het Duitse nazisme. Deze wetten bedreigden Laura, die joods was, en zetten veel van Fermi's onderzoeksassistenten zonder werk.

In 1933 bedacht hij de neutrino, die na zijn dood daadwerkelijk ontdekt zou worden en neutron genoemd zou worden. Er volgden vele experimenten met neutronenbeschietingen (neutronenbestraling) op verschillende chemische elementen. In sommige gevallen kwam daar radioactiviteit vrij.

Nobelprijs en naar Amerika

In 1938 ontving Fermi de Nobelprijs voor natuurkunde op 37-jarige leeftijd voor zijn "demonstraties van het bestaan ​​van nieuwe radioactieve elementen geproduceerd door neutronenbestraling, en voor zijn verwante ontdekking van kernreacties veroorzaakt door langzame neutronen". Nadat Fermi de prijs in Stockholm had ontvangen, keerde hij niet terug naar Italië, maar ging in december 1938 met zijn familie verder naar New York City, waar ze een permanente verblijfsvergunning aanvroegen. De beslissing om naar Amerika te verhuizen en Amerikaans staatsburger te worden, was voornamelijk te wijten aan de rassenwetten in Italië.

Hij kreeg onmiddellijk een baan aangeboden aan vijf universiteiten en aanvaardde er een aan de Columbia University  waar hij in 1936 al zomercolleges had gegeven. In diezelfde periode geeft Niels Bohr een lezing over de kernsplijting. Op 25 januari 1939 voerde een experimenteel team, waaronder Fermi, in de kelder van Pupin Hall in Columbia het eerste kernsplijtingsexperiment in de Verenigde Staten uit.

Fermi en Szilárd werkten samen aan een ontwerp van een apparaat om een ​​zichzelf in stand houdende nucleaire reactie te bereiken - een eerste kernreactor.

Fermi was een van de eersten die militaire leiders waarschuwde voor de mogelijke gevolgen van kernenergie, en gaf op 18 maart 1939 een lezing over het onderwerp op het ministerie van Marine. Later dat jaar stuurden Szilárd, Eugene Wigner en Edward Teller de door Einstein ondertekende brief naar de Amerikaanse president Franklin D. Roosevelt , waarin ze waarschuwden dat nazi-Duitsland waarschijnlijk een atoombom zou bouwen . Als reactie daarop richtte Roosevelt het Adviescomité voor uranium op om de zaak te onderzoeken. In 1941 raakt Amerika betrokken bij de Tweede wereldoorlog. Er wordt onderzoek gedaan naar Uranium en Plutonium.

De eerste reactor werd nog gebouwd op het terrein van de universiteit, maar men besefte zich dat dit gevaarlijk was voor de volksgezondheid. De reactor werd dan ook naar een ander terrein verplaatst.

Eerste reactorgekweekt plutonium

Oak Ridge National Laboratory X-10 Reactor

Toen de luchtgekoelde X-10 Graphite Reactor in Oak Ridge op 4 november 1943 in de zogeheten kritieke fase kwam, was Fermi paraat voor het geval er iets mis zou gaan. De technici maakten hem vroeg wakker zodat hij het kon zien gebeuren. Het in werking krijgen krijgen van X-10 was een nieuwe mijlpaal in het plutoniumproject. Het leverde gegevens over reactorontwerp, training voor DuPont -personeel in reactorbedrijf en produceerde de eerste kleine hoeveelheden reactorgekweekt plutonium. Fermi werd in juli 1944 Amerikaans staatsburger, de vroegste datum die de wet toestond.

Fermi was aanwezig bij de Trinity-test op 16 juli 1945. Dit was de eerste kernexplosie uitgevoerd in de Jornada del Muerto - woestijn, ongeveer 56 km ten zuidoosten van Socorro, New Mexico.

In juli 1945 had het Manhattan Project van de geallieerden twee soorten atoombommen geproduceerd: "Fat Man" die op Nagasaki werd gedropt en "Little Boy". De laatste werd op 6 augustus 1945 op Hiroshima gedropt.

Na de oorlog

Fermi werd op 1 juli 1945 de Charles H. Swift Distinguished Professor of Physics aan de Universiteit van Chicago, hoewel hij pas op 31 december 1945 met zijn gezin het Los Alamos Laboratory verliet. Hij werd verkozen tot lid van de Amerikaanse National Academy of Sciences in 1945.

In zijn latere jaren bleef Fermi lesgeven aan de Universiteit van Chicago, waar hij een van de oprichters was van wat later het Enrico Fermi Institute werd. Fermi had twijfels of de mensheid wel volwassen genoeg zou zijn om in de toekomst met de krachten die hij over de natuur heeft verworven.

Fermi onderging in oktober 1954 een zogenaamde "verkennende" operatie in het Billings Memorial Hospital, waarna hij naar huis terugkeerde. Vijftig dagen later stierf hij aan een niet te opereren maagkanker in zijn huis in Chicago.