Енріко Фермі
(1901-1954)
Після відкриття
штучної радіоактивності роботи з її дослідження та отримання нових
ізотопів розгорнулися широким фронтом. Найбільш плідними в цьому
напрямі виявилися досліди Енріко Фермі (1901-1954). "Великий італійський
фізик Е. Фермі, - писав Бруно Понтекорво, - займає особливе місце серед
сучасних вчених: у наш час, коли вузька спеціалізація в наукових
дослідженнях стала типовою, важко вказати настільки ж універсального фізика,
яким був Фермі. Можна навіть сказати, що поява на науковій арені XX ст.
людини, який вніс такий величезний внесок у розвиток теоретичної та
експериментальної фізики, астрономії та технічної фізики, - явище скоріше
унікальне, ніж рідкісне. "
Фермі народився
29 вересня 1901 в Римі, в сім'ї службовця. У Енріко дуже рано проявилися
великі здібності до точних наук, зокрема до фізики та математики.
Восени 1919
Фермі вступив одночасно у Вищу Нормальну школу і на фізико-математичний
факультет Пізанського університету. Для вступу у Вищу школу потрібно було
витримати дуже важкий вступний іспит. Учень Нормальної школи
автоматично ставав і студентом університету, причому навчання таких
студентів в університеті було безкоштовним.
Будучи
студентом, Фермі прагне пізнати нові галузі фізики, що стосуються будови
матерії та квантової теорії. Але ці розділи не культивувалася в Італії, за ним
не читалися університетські курси. Що стосується класичної фізики і теорії
відносності, то їх, як згадував пізніше вже знаменитий Фермі, у ті роки
він знав так само, як і в 1934 р.
Ще будучи
студентом, Фермі багато працює в лабораторії університету. У 1922 р. він
виконує експериментальну дипломну роботу з оптики рентгенівських променів,
успішно захищає її і отримує диплом про закінчення університету з вищої
оцінкою. У цьому ж році і з такою ж оцінкою він отримує диплом про закінчення
Вищої Нормальної школи.
У січні 1923
м. Фермі за направленням Міністерства освіти їде для вдосконалення
в Геттінген до М. Борну. У Гет-тінгене Фермі самостійно виконав ряд робіт.
Одна з них, з теоретичної фізики, сподобалася П. Еренфеста, і він написав про
це Фермі. Це призвело до того, що з вересня по грудень 1924 Е. Фермі
навчається в Лейдені у Еренфеста - відомого фізика-теоретика. Саме під
впливом Еренфеста Фермі набуває впевненість у своїх силах, і в нього
з'являються характерні риси серйозного дослідника: прагнення до
конкретності у всьому, вміння виділяти головне, винятковий здоровий глузд. І
надалі майже всі теорії Фермі створює для того, щоб пояснити поведінку
певної експериментальної кривої, "дивина" якогось
експериментального факту.
З січня 1925
до осені 1926 Фермі працює тимчасовим професором у Флоренції, читаючи
лекції з теоретичної механіки та математичної фізики. Тут він отримує
свою першу вчену ступінь "вільного доцента", створює знамениту
роботу з квантової статистики і пише блискучу книгу "Вступ в атомну
фізику ", яка пізніше стала основним підручником з теоретичної фізики
для студентів університетів.
У 1926 р. в
Римському університеті, власне, спеціально для Фермі створюється кафедра
теоретичної фізики. Восени 1926 25-річний Е. Фермі успішно витримує
конкурс і займає посаду професора столичного університету, пропрацювавши в
ньому до 1938 р.
Одним з
головних підсумків діяльності Фермі в цей період було створенням їм італійської
школи фізики. Коли Фермі в 1926 р. почав працювати в Римському університеті, там
не було ніякого дослідницького колективу. Фермі відразу ж почав створювати
такий колектив зі співробітників університету та своїх найбільш здібних
учнів. Незабаром навколо нього сформувалося ядро цієї школи: Разетті, Сегре,
Амальді, Понтекорво, майоран та ін
Лекції Фермі в
університеті з квантової механіки, атомної фізики, математичної фізики,
термодинаміки та його коханої геофізиці відрізнялися великою ясністю і стрункістю
викладу. У фізиці, на думку Фермі, немає місця для плутаних думок, а
фізична сутність будь-якого, дійсно розуміється питання може бути
пояснена без допомоги складних формул. І це Фермі чудово ілюстрував своїми
власними роботами і своїм стилем. Ось як про це згадував Г. Бете:
"Метод роботи Фермі над теоретичними проблемами найбільше вражав
мене своєю простотою. Він міг проникнути в суть будь-якої задачі, якою б
складною вона не здавалася. Він зривав з неї покрив математичних ускладнень і
зайвого формалізму. За допомогою такого методу він міг, часто не більше ніж за
півгодини, вирішити дуже складну фізичну задачу. Він був майстром отримання
важливих результатів мінімальними зусиллями і найпростішим математичним
апаратом ".
Кипуча
теоретична діяльність Фермі в період з 1926 по 1933 р. йшла за трьома головними
напрямками. По-перше, у цей період, освоївши квантову механіку, він успішно
розвивав її, пояснював і пропагував в наукових колах. Але, як згадує
Сегре, ці проповіді мали великий успіх у молоді і нікчемний у вчених
старшого покоління. Другий напрямок діяльності Фермі було пов'язано з
статичної механікою. По-третє, своїми теоретичними роботами Фермі вніс
великий внесок у вчення про структуру атомів і молекул. Сукупність робіт у цій
області склала книгу "Молекули і кристали".
Після 1933
Фермі цілком занурюється в проблеми ядерної фізики. У 1934 р. він створює
теорію7b0-розпаду. Суть її полягала в тому, що при 7b0-розпаді крім електрона
випускається ще нейтрино - маленький нейтрон. Ця теорія з'явилася Фермі
прототипом сучасної теорії взаємодії елементарних частинок.
"Побудована ним теорія виявилася здатної витримати майже без зміни
два з половиною десятиліття революційного розвитку ядерної фізики. Можна було
би зауважити, що фізична теорія рідко народжується в настільки остаточної
формі ", - писав про теорію 7b0-розпаду Ф. Разетті.
У 1934 р.
Е. Фермі виконує перші великі експериментальні роботи в галузі ядерної
фізики, пов'язані з опроміненням елементів нейтронами. Відразу ж після відкриття І.
і Ф. Жоліо-Кюрі штучної радіоактивності Фермі прийшов до висновку, що
нейтрони, оскільки вони не мають заряду і не будуть відштовхуватися ядрами, повинні
бути найбільш ефективним знаряддям для отримання радіоактивних елементів. І якщо
всі фізики після відкриття І. та Ф. Жоліо-Кюрі заквапилися повторити їх досліди,
то "тільки у Фермі, за словами О. Фріша, вистачило розуму вибрати оригінальне
напрям, що виявилося надзвичайно плідним ". Фермі з властивою
йому кипучої енергією почав опромінювати нейтронами майже всі елементи. У результаті
цих експериментів було отримано понад 60 нових радіоактивних ізотопів і
відкрито уповільнення нейтронів.
Робота групи
Фермі отримала дуже високу оцінку в науковому світі. Якщо коротко оцінити підсумки
цих досліджень. то слід сказати, що вони з'явилися початком нової області
фізики - нейтронної. Відкриття ефекту уповільнення нейтронів (ефект Фермі), за
словами Понтекорво, відкрило "нову главу ядерної фізики, а також нову
область техніки, як ми говоримо сьогодні, - атомну техніку ".
За серію робіт
з одержання радіоактивних елементів шляхом нейтронної бомбардування і за
відкриття ядерних реакцій під дією повільних нейтронів в 1938 р. Е. Фермі
була присуджена Нобелівська премія. Виїхавши за її одержанням у Стокгольм разом
з родиною, Фермі не повернувся до Італії, де фашистська диктатура Муссоліні по
суті ліквідувала умови для нормальної наукової роботи.
У січні 1939
р. Е. Фермі висловлює думку, що при розподілі урану слід очікувати випускання
швидких нейтронів і що, якщо число вилетіли нейтронів буде більше, ніж
число зайнятих, шлях до ланцюгової реакції буде відкрито. Поставлене експеримент
підтвердив наявність швидких нейтронів, хоча їх кількість на один акт поділу
залишилося не дуже визначеним. У цей час Фермі починає працювати над теорією
ланцюгової реакції в уран-графітової системі. До весни 1941 ця теорія була
розроблена, і влітку розпочалася серія експериментів, головним завданням яких
було вимір нейтронного потоку. Було зроблено близько тридцяти дослідів, і в
червні 1942 р. був отриманий коефіцієнт розмноження нейтронів більше одиниці. Це
означало можливість отримання ланцюгової реакції в досить великий решітці з
урану і графіту і послужило початком розробки конструкції реактора. Фермі, як
завжди зробив поправку до отриманого значення коефіцієнта розмноження і врахував
це в розмірах планованого котла. Крім того, боячись, що атмосферний азот
буде добре поглинати нейтрони, Фермі наполіг на тому, щоб все величезне
пристрій було поміщено в гігантську намет з матерії для оболонок аеростатів.
Так з'явилася можливість підтримувати відповідний склад атмосфери,
навколишнього реактор. Спорудження реактора почалася в Чикаго в жовтні, а
закінчилася 2 грудня 1942 Після запуску реактора Фермі працює над
проблемами мирного і військового використання атомної енергії.
У науці науці
Фермі завжди залишався молодим, енергійним і одержимим. У віці близько 50
років, маючи багатющий запас знань в галузі ядерної енергетики та прекрасну
базу для досліджень, Фермі змінює напрямок своєї наукової діяльності та
починає займатися областю частинок високих енергій і астрофізикою. І тут він
досяг чудових результатів.
Однією з
особливостей фізичних ідей Фермі є їх довголіття. Ряд останніх робіт
великого вченого був оцінений лише після його смерті. Однією з них є
спільна робота Фермі і Ч. Янга по складовим моделями елементарних частинок.
Коли вона з'явилася, то багато хто, навіть маститі фізики-теоретики були здивовані її
"беззмістовність". Але минув час, і на основі роботи
Фермі-Янга з'явилися нові модельні схеми, що зіграли велику роль у розвитку
фізики елементарних частинок. Однією з останніх таких моделей є модель
кварків.
На схилі років
Фермі, за словами Сегре, збирався написати книгу, присвячену тим важким
питань фізики, про які часто говорять "як добре відомо",
"як неважко показати" і т.п. Він почав навіть збирати питання, лише
здаються елементарними. Але, на жаль, у нього не залишилося на це часу.
Коли в 1946 р. Фермі оцінював, що їм уже зроблено, він сказав Сегре: "Одна
третину ". Дві третини він збирався ще зробити, до межі уплотняя свій
робочий день. Фермі з олімпійським спокоєм працював до самого кінця свого
життя.
Фермі помер 28
листопада 1954 р., у віці всього лише 53 років. Важко уявити, що міг би
зробити великий фізик, якби він прожив ще років 15-20. Але і та "один
третину ", яку встиг зробити Фермі з наміченого ним плану і який, за
словами Понтекорво, гідна 6-8 Нобелівських премій, назавжди збереже в науці
ім'я цього виключного обдарованого вченого.
Список
літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.physfac.bspu.secna.ru/
