Энри́ко Фе́рми ( итал. Enrico Fermi ; 29 сентября 1901 , Рим , королевство Италия — 28 ноября 1954 , Чикаго , США ) — итальянский и американский физик - теоретик , лауреат Нобелевской премии по физике (1938). Наиболее известный благодаря созданию первого в мире ядерного реактора , внёсший большой вклад в развитие ядерной физики , физики элементарных частиц , квантовой и статистической механики . Считается одним из «отцов атомной бомбы » наряду с Робертом Оппенгеймером и Альбертом Эйнштейном .

За свою жизнь он получил несколько патентов, связанных с использованием атомной энергии Ферми был также одним из немногих физиков, преуспевших как в теоретической физике , так и в экспериментальной . Он создал теории бета-распада , замедления нейтронов . В 1939 году ввёл вместе с А. Эйнштейном понятие цепной реакции и позже принял участие в Манхэттенском атомном проекте в 1942 году .

Член Национальной академии деи Линчеи (1935), Национальной академии наук США (1945) , иностранный член-корреспондент Академии наук СССР (1929) , иностранный почётный член Румынской академии , иностранный член Лондонского королевского общества (1950) .

В его честь названы распределение Ферми — Дирака , модель Томаса — Ферми , парадокс Ферми , химический элемент фермий и др. Ферми не стало 28 ноября 1954 года в Чикаго.

Биография

Молодые годы

Ферми родился в 1901 году в Риме в итальянской семье. Отец — железнодорожный служащий Альберто Ферми, потомок крестьян из Пьяченцы, мать — учительница Ида де Гаттис, из семьи военных из Бари . Кроме Энрико, в семье были старшая сестра и старший брат Джулио, с которым Энрико был очень дружен. Мальчики вместе мастерили электромоторы и проводили разные физические опыты. В 1915 году Джулио умер в ходе операции по удалению абсцесса в гортани, после чего характер Энрико стал более замкнутым. Всё своё свободное время мальчик посвящал чтению книг по физике и математике. Первой книгой по физике, прочитанной Энрико, был найденный им на базаре на площади Кампо деи Фиори 900-страничный латинский учебник Андреа Караффо « Elementorum physicae mathematicae (1840)». В нём рассматривались основы как математики, так и астрономии, классической механики, оптики и акустики. Адольфо Амидеи, коллега Альберто Ферми, заметил глубокий интерес молодого Ферми к науке стал помогать ему в выборе литературы для обучения. Вместе со своим другом Энрико Персико Ферми проводил разнообразные физические опыты, в частности, пытался определить точную плотность питьевой воды .

В ноябре 1918 года Ферми поступил в Высшую нормальную школу в Пизе . Через четыре года, в 1922 году , он успешно её закончил и получил степень в Пизанском университете за свои эксперименты с рентгеновскими лучами . Кроме экспериментальной работы, Ферми публикует большое количество работ по общей теории относительности . Ввиду отсутствия штатных мест для физика в учебных заведениях Италии, Ферми отправляется на стажировку к Максу Борну в Гёттингенский университет . По возвращении в Италию Ферми принимает участие в конкурсах на должность профессора физики в Пизанском и Флорентийском университетах, в последнем из которых выигрывает. До начала работы во Флоренции Ферми принимает приглашение Пауля Эренфеста , переданное ему Георгом Уленбеком , стажироваться в Лейденском университете . Способности Ферми были высоко оценены Эренфестом. Это стало поворотным моментом в карьере Ферми и заставило его поверить в свои силы. В 1925 году он стал преподавать в Флорентийском и Римском университетах . А в декабре 1925 года он независимо от Поля Дирака разработал статистику частиц с полуцелым спином , подчиняющихся принципу Паули , которые позднее назвали фермионами .

В Римском университете

В 1926 году Ферми был назначен на должность профессора Римского университета . В его жизни начался очень плодотворный период. В 1928 году он развил предложенный Л. Томасом метод определения основных состояний многоэлектронных атомов ( теория Томаса — Ферми ). Также в 1929 — 1930 гг. Ферми внёс принципиальный вклад в становление квантовой электродинамики , разработав канонические правила квантования электромагнитного поля , которые отличались от подхода Гейзенберга — Паули .

19 июля 1928 года Ферми женился на студентке университета Лауре Капон, которая происходила из известной еврейской семьи. У них было двое детей: Нелла (январь 1931 года) и Джулио (февраль 1936 года) .

18 марта 1929 года 27-летнего Ферми избрали членом , организованной Муссолини. Академия требовала, чтобы все её члены клялись в верности фашизму и Италии . 27 апреля 1929 года Ферми, как и многие итальянские учёные того времени, вступил в фашистскую партию . Позже он выступил против фашизма, когда Муссолини в 1938 году обнародовал расовые законы, чтобы идеологически приблизить итальянский фашизм к германскому национал-социализму. Эти законы угрожали Лауре, которая была еврейкой, и вынудили многих из научных сотрудников Ферми остаться без работы .

В 1931 году Ферми был избран член-корреспондентом АН СССР .

В 1931 году Ферми объяснил явление резонанса , возникающего в колебательном спектре, если двум колебательным состояниям в гармоническом приближении соответствуют одинаковые или почти одинаковые энергии. После 1932 года Ферми концентрируется на проблемах ядерной физики . В 1934 году он создал первую количественную теорию бета-распада , известную также как четырёхфермионная теория слабого взаимодействия . Суть её заключается в том, что при бета-распаде в одной точке взаимодействуют четыре фермиона ( протон , нейтрон , электрон и нейтрино ) . Четырёхфермионная теория стала прототипом современной теории слабых взаимодействий элементарных частиц , хотя само предположение о непосредственном взаимодействии четырёх частиц оказалось ошибочным. Ввиду значимости вклада Ферми в теоретические исследования слабого взаимодействия и бета-распада, ряд понятий в этой области физики носит его имя; так, константа, определяющая интенсивность слабого взаимодействия в современной Стандартной модели физики элементарных частиц, называется константой Ферми ( G _F ); существует функция Ферми (не путать с функцией Ферми — Дирака ), описывающая влияние заряда ядра на движение возникающего при бета-распаде электрона; известны правила отбора Ферми (соотношения между спином и чётностью начального и конечного состояния ядер), выполняющиеся для бета-распадов, известных как разрешённые фермиевские переходы. Кроме того, применяющаяся в ядерной физике единица длины носит название ферми (10 ⁻¹³ см).

В 1934 году Ферми выполнил первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами . Сразу же после открытия Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришёл к выводу, что нейтроны , поскольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами , должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов , в том числе трансурановых . Это оригинальное решение оказалось очень плодотворным — было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов , в 1936 году было открыто .

Ферми всегда строго следовал распорядку дня: просыпался в половине шестого утра и два часа перед завтраком работал дома, затем завтракал и уходил в университет. Обедал в час дня и в три часа после отдыха возобновлял работу. Ужинал в восемь часов и ложился спать в половине десятого вечера.

Нобелевская премия и эмиграция

Ферми — Лауреат Нобелевской премии по физике 1938 года «за доказательство существования новых радиоактивных элементов , полученных при облучении нейтронами , и связанное с этим открытие ядерных реакций , вызываемых медленными нейтронами » .

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире, она также явилась началом нейтронной физики . (явление замедления нейтронов веществами, состоящими из лёгких атомов) оказался востребован в атомной технике. За серию работ по получению радиоактивных элементов путём бомбардировки нейтронами и за открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов в 1938 году Энрико Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике . Выехав в 1939 году для её получения в Стокгольм вместе с семьёй, Ферми не вернулся в Италию , так как в то время итальянскими властями были приняты законы, существенно ужесточившие положение евреев . Он переезжает в США , где пять университетов предложили ему место профессора физики. Ферми выбрал Колумбийский университет в Нью-Йорке , где и работал с 1939 по 1942 год .

В 1939 году он разработал на ионизацию вещества с учётом его поляризации .

Работа над атомными проектами

В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении ядра урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, то тогда путь к цепной реакции будет открыт (до него это теоретически предсказал, но не смог получить Лео Силард ). Проведённый эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов , хотя их число на один акт деления осталось не очень достаточно определённым.

В то же время Ферми начал работать над теорией цепной реакции в уран - графитовой системе. К весне 1941 года эта теория разрабатывалась, а уже летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Совместно с Г. Андерсоном было поставлено около тридцати опытов, и в июне 1942 года был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции реактора . Ферми сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла, разработал метод определения критических размеров системы. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо поглощать нейтроны , Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство реактора было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов . Таким образом появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы , окружающей реактор. Постройка реактора началась в Металлургической лаборатории Чикагского университета в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 года . В самодельной лаборатории под стадионом Stagg Field Stadium на этом реакторе был проведен эксперимент, продемонстрировавший первую самоподдерживающуюся цепную реакцию . Работы металлургической лаборатории были инициированы правительством США, которое собиралось использовать результаты в военных целях . Поиском материалов для металлургической лаборатории занимался Артур Комптон , он же пригласил Ферми в проект, отправившись для этого в Колумбийский университет . Последующие два года Ферми продолжал эксперименты с реактором , а также занимался разработкой нового реактора для Аргоннской национальной лаборатории , расположенной в окрестностях Чикаго .

В 1944 году Ферми со своей женой Лаурой принял американское гражданство. Некоторое время он работал над разработкой плутония с компанией DuPont , а в августе 1944 года стал работать в Лос-Аламосской Национальной лаборатории в Нью-Мексико . Ферми был одним из руководителей Манхеттенского проекта . Ферми наблюдал за многими экспериментами проекта, в частности первым испытанием бомбы в Аламогордо . Он был одним из научных консультантов президента Трумана по вопросам использования бомбы в военных целях .

В 1946 году он возвратился в Чикаго и занял должность профессора в Институте ядерных исследований , который сейчас носит его имя. Он продолжил свои исследования в области ядерной физики и физики элементарных частиц . Для помощи в исследованиях перемещения нейтронов разработал FERMIAC — специализированный аналоговый компьютер , названный в честь Ферми по аналогии с компьютером ENIAC .

С 1950 года он стал одним из первых членов Комитета советников при Комиссии по атомной энергии .

Последние годы

Ферми был очень одержим и увлечён наукой. В возрасте 50 лет, имея огромнейший запас знаний в области ядерной энергетики, он изменил направление своей научной деятельности и начал заниматься физикой частиц высоких энергий и астрофизикой . И здесь он совершил множество открытий: создал теорию происхождения космических лучей и раскрыл механизм ускорения частиц в них ( 1949 ), разработал статистическую теорию множественного рождения мезонов ( 1950 ), открыл изотопический квадруплет, ставший первым адронным резонансом ( 1952 ), изучал взаимодействие протонов с пи-мезонами .

Главной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ этого учёного был оценён лишь после его смерти. Одной из них является его совместная работа с Ч. Янгом по составным моделям элементарных частиц , в которой в качестве основных частиц рассматривались нуклоны и (она также известна как). Когда она появилась, то даже многие физики-теоретики были удивлены её «бессодержательностью». Но вскоре на основе работы Ферми — Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц . Одной из последних таких моделей является модель кварков .

На склоне лет Ферми, по словам Э. Сегре , собирался написать книгу, посвящённую тем трудным вопросам физики, кажущимися элементарными, он начал даже их собирать. Но у него не осталось на это времени. В 1946 году Ферми сказал, что сделал лишь одну треть всей своей работы. Две трети он так усердно пытался сделать, что уплотнял свой рабочий день до предела. По словам Понтекорво , «одна треть», которую успел сделать Ферми из намеченного им плана, достойна 6 — 8 Нобелевских премий, которые навсегда сохранят в науке имя этого исключительно одарённого учёного.

Лето 1954 года Ферми провёл в Европе, находясь на последней стадии рака желудка . Он побывал с лекциями во Франции, Германии и Италии, встретился со старыми друзьями. По возвращении в Чикаго Ферми два месяца посещал различные медицинские процедуры.

Он умер во сне 28 ноября 1954 года в возрасте 53 лет и был похоронен на кладбище Oak Woods в Чикаго.

Ученики

Ферми является создателем крупной научной школы. Среди его учеников времен работы в Римском университете (конец 1920-х — 1930-е годы ) — Э. Амальди , , Э. Сегре , Б. Понтекорво , , Дж. Вик , Э. Майорана , Б. Росси , , Дж. Оккиалини и др. В 1940-е — 1950-е годы в Чикаго учениками Ферми являлись Г. Андерсон , М. Гелл-Манн , М. Гольдбергер , Ц. Ли , Ч. Ян , , О. Чемберлен , М. Розенблют , Дж. Штейнбергер и др.

Память

Незадолго до смерти Ферми Комиссия по атомной энергии учредила специальную премию для учёного . В 1956 году эта премия стала носить имя Премия Энрико Ферми и вручаться регулярно. Премией награждаются учёные, внёсшие выдающийся вклад в области исследования, использования и производства энергии .

В его честь назван 100-й химический элемент — фермий .

Его имя носят Чикагский институт ядерных исследований , Национальная ускорительная лаборатория (Фермилаб) и космический телескоп .

Имя Энрико Ферми носят улицы во многих итальянских городах.

На сайте Аргоннской национальной лаборатории он назван «последним универсальным учёным» ( англ. last universal scientist) .

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Энрико Ферми кратеру на обратной стороне Луны .

Публикации

Книги

Статьи

• Э. Ферми. = Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92 // УФН . — 1934 . — Т. 14 , № 7 . — С. 829—832 .
• Ферми Э., Амальди Э. , д’Агостино О., , Сегрэ Э. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1934. — Вып. 8 .
• Амальди Э. , д’Агостино О., Ферми Э., Понтекорво Б. , , Сегрэ Э. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1935. — Вып. 7 .
• Э. Ферми. = Elementary Theory of the Chain-reacting Pile // УФН . — 1947 . — Т. 32 , № 1 . — С. 54—65 .
• Ферми Э. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1952. — Т. 46 , № 1 .

Литература

• Fermi Laura Atoms in the Family. — Chicago.: University of Chicago Press , 1954. — P. 123.
  • Ферми Л. Атомы у нас дома. — 2-е изд. — М. : Иностранная литература , 1959.
• Понтекорво Б. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1955. — Т. 57 , № 11 .
• Лятиль П. Энрико Ферми. — М. : Атомиздат , 1965.
• Понтекорво Б. Энрико Ферми. — М.: Знание , 1971.
• Понтекорво Б. , Покровский В. Н. Энрико Ферми в воспоминаниях учеников и друзей. — М. : Наука , 1972.
• Сегре Э. Энрико Ферми — физик. — М. : Мир , 1973.
• Гуревич И. И. , Смородинский Я.А. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1974. — Т. 114 , № 10 .
• Храмов Ю. А. Ферми Энрико (Fermi Enrico) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 275—276. — 400 с. — 200 000 экз.

См. также

• Фермий
• Ферми (единица длины)
• Статистика Ферми — Дирака
• Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми
• Теория Томаса — Ферми
• Уровень Ферми
• Поверхность Ферми
• Парадокс Ферми
• Золотое правило Ферми
• Ферми-газ
• Ферми-жидкость

Примечания

Ссылки

• (рус.) . hirosima.scepsis.ru . Дата обращения: 8 ноября 2014.
• (англ.) . Нобелевский фонд . Дата обращения: 17 июня 2012.