CONOSCIAMO I PREMI NOBEL ITALIANI #3 : ENRICO FERMI
In un vecchio post abbiamo parlato del premio Nobel: come è nato, le curiosità, chi era Nobel e quali italiani hanno ricevuto il premio nelle varie categorie di chimica, fisica, medicina, economia, pace e letteratura. Siamo oggi al terzo appuntamento della nostra serie, che ricordo sarà incentrata sulla vita, sulla carriera ed ovviamente sulla scoperta o sullo studio o sulle qualità che hanno contraddistinto i nostri connazionali nel mondo, portandoli alla premiazione a Stoccolma del prestigioso ed ambito premio Nobel.
Parliamo oggi di Enrico Fermi, fisico teorico di grande rilievo nella prima metà del '900 e premiato Nobel per la fisica nel 1938 grazie ai suoi studi e identificazione di elementi radioattivi aggiuntivi a quelli già scoperti. Ha dedicato la sua intera esistenza alla ricerca scientifica e alla scoperta delle reazioni nucleari tramite dei neutroni lenti. Come per gli altri appuntamenti, prima di addentrarci sulle scoperte di Fermi che lo hanno portato al Nobel, facciamo un salto per la vita del fisico.
Nato a Roma il 29 settembre 1901, Enrico Fermi si fece notare sin da piccolino data la sua eccezionale predisposizione allo studio, tanto da completare gli studi superiori anticipatamente al normale corso. I suoi studi seguirono presso l'Università di Pisa, dove egli partecipò al concorso per entrare nella prestigiosa Scuola Normale Superiore. L'elaborato che Fermi presentò sul tema dei caratteri distintivi dei suoni e le loro cause fu considerato sbalorditivo e di altissimo livello. La genialità di Enrico Fermi fu poi confermata dal brillante esame orale con le congratulazioni della commissione intera, con un particolare complimento del Dr.Pittarelli che gli predisse il suo glorioso futuro da scienziato. Negli anni universitari Fermi scoprì ancora da più vicino il suo amore per la fisica, studiando e focalizzandosi su argomenti come la relatività generale e la meccanica quantistica. Nel 1922 si laureò presso l'Università di Pisa esponendo una tesi sperimentale sui raggi x e lo stesso anno si diplomò anche alla Scuola Normale Superiore. Sia la laurea che il diploma furono conseguiti con la magna cum laude.
Negli anni successivi alla laurea Enrico Fermi fece esperienza prima a Gottinga e poi a Leiden, entrando a stretto contatto con team di ricercatori fisici. Tra i due, sicuramente il periodo a Leiden è quello più proficuo per il fisico guidato dal professor Ehrenfest, sia per le pubblicazioni e gli studi, sia per le conoscenze di altri "big" del suo campo. Egli conobbe infatti in quel periodo scienziati come Einstein e Lorentz. Ci tengo qui di seguito a citarvi una sua lettera inviata ad un amico che fa riferimento proprio a questo periodo e a queste conoscenze.
«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 parecchi giovani che non hanno ancora un nome, ma che probabilmente se lo faranno.»
Successivamente prese la cattedra di fisica matematica presso l'Università di Firenze ed in questo periodo iniziò a dedicarsi alla fisica atomica, portando avanti esperimenti con attrezzatura a volte in condizioni di "fai da te", date le scarse risorse economiche che l'università aveva stanziato alla ricerca. L'amore del fisico per la meccanica quantistica comunque non cessa, anzi, resta vivo e soprattutto fruttuoso. Nel 1925 pubblica uno scritto sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico; qui è rappresentata la famosa equazione della statistica Fermi-Dirac dove sono coinvolte le particelle mesone, successivamente denominate fermioni. Nel 1929 fu nominato da Benito Mussolini membro della Reale Accademia d'Italia. In questi anni Fermi iniziò a dedicarsi completamente alla fisica nucleare concentrandosi specificatamente sul nucleo, non trovando ormai più stimoli nella meccanica quantistica. Nel 1933 arriva una delle sue grandi scoperte, ovvero la teoria del decadimento beta che dimostrava la trasformazione di un neutrone in un protone, con annessa la produzione di un elettrone e di un neutrino. Da questa teoria partì il bus della fisica delle interazioni deboli.
A questo punto Enrico Fermi, affiancato dal suo gruppo di ricercatori nella quale era presente anche Ettore Majorana, iniziò con la sperimentazione sulla radioattività artificiale. Egli si focalizzò sul bombardamento i nuclei bersaglio con neutroni. Bombardò svariati nuclei e quando arrivò al fluoro e all'alluminio iniziò ad ottenere i primi riscontri positivi delle sue ricerche. Dimostrò che un nucleo, quando viene bombardato con un neutrone lo assorbe emettendo una particella alfa. Questa situazione da vita ad un nuovo elemento radioattivo che presenta una diminuzione del numero atomico pari a 2 in confronto all'elemento bombardato. Enrico Fermi, insieme al suo gruppo, scoprì 40 nuovi elementi radioattivi. Ma la scoperta più eclatante, ed anche fortuita, avvenne in una normalissima mattina del 20 ottobre 1934. Quella mattina doveva avvenire un normale esperimento di bombardamento del nucleo con neutroni. Il nucleo bersaglio era l'argento e tra esso e la fonte era stato inserito un cuneo di piombo con l'obiettivo di poter valutare quali neutroni erano assorbiti dal nucleo e quali invece diffusi. Ma prima di iniziare l'esperimento, Fermi ebbe un colpo di testa e levò il cuneo di piombo sostituendolo con un tocco di paraffina.
Quello che succedette fu straordinario e portò alla scoperta dei neutroni lenti. Si osservò come i neutroni venissero letteralmente rallentati dalla forte presenza di idrogeno presente nella paraffina, aumentando di conseguenza la radioattività artificiale. Lo stesso risultato inoltre lo ottenne con l'acqua. Questa straordinaria scoperta rivoluzionò il pensiero sulle reazioni nucleari, essendo prima opinione comune pensare di poterle aumentare aumentando la velocità dei neutroni. A seguito di questa importantissima scoperta, il 10 dicembre 1938, Enrico Fermi ricevette il premio Nobel per la fisica. Pochi giorni dopo Fermi fu costretto a fuggire negli Stati Uniti d'America, perchè la moglie era ebrea ed era quindi in una posizione scomoda restando in Italia. Fermi qui iniziò a lavorare sulla scoperta della fissione nucleare dell'uranio, scoperta dai colleghi Hahn e Strassmann, fino alla chiamata da Washington per la possibile applicazione di questa scoperta per usarla in ambito militare. Nacque così il "Progetto Manhattan" e la bomba atomica. Il 29 novembre 1954 a Chicago, un tumore allo stomaco spense Enrico Fermi, all'età di 53 anni.
Tra le svariate scoperte di Enrico Fermi, sicuramente i neutroni lenti, conosciuti anche come neutroni termici, sono i più importanti, riuscendo a sconvolgere completamente le condizioni di pensiero di quegli anni e aprendo le porte a nuove tecnologie di energia.
I neutroni, una volta "sparati" dalla sorgente, passano per la paraffina o acqua, che sono ricchi di idrogeno. Questi composti per la quale passano i neutroni sono definiti moderatori. Si ha così una collisione con i protoni liberi della paraffina, un urto elastico, che va a rallentare i neutroni trasformando l'energia di questi in quella dell'agitazione termica dell'idrogeno. L'assorbimento, che è la principale caratteristica di interazione, nel nucleo è dipendente da quanto tempo il neutrone resta nello spazio di acquisizione del nucleo ed è correlato anche alla velocità del neutrone. Mostrandosi quindi decisamente più lenti, realizzano una efficacia che risulta essere decisamente maggiore nell'induzione di reazioni nucleari. Viene definito anche termico in quanto il mezzo per cui passa il neutrone, ovvero il moderatore, si trova a temperatura ambiente, quindi orientativamente sui 20° C, trasferendo questa temperatura al neutrone stesso. Grazie a questa scoperta, i neutroni lenti, o termici, sono quelli che saranno maggiormente impiegati nei reattori nucleari.
fonti ed approfondimenti
Grandissima mente davvero, quella di Enrico Fermi, peccato che si sia spento prematuramente, in quanto sono più che convinto che avrebbe fatto altre sensazionali scoperte, se avesse avuto una vita più longeva di quella che ha avuto effettivamente.
Ottimo post, caro @pagliozzo, complimenti
Vero, hai proprio ragione. Grazie dei complimenti caro mio
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