Нобелевские лауреаты: Энрико Ферми

Человек, проживший очень короткую жизнь и сделавший на десяток Нобелевских премий, человек, который открыл миру атомную энергию и подарил США атомную бомбу, великий итальянский американец Энрико Ферми — вот наш сегодняшний герой рубрики «Как получить Нобелевку».

Об Энрико Ферми писать очень сложно. Он входит в число тех великих физиков, простое перечисление достижений которых составит несколько лонгридов. К нобелевскому лауреату 1938 года это относится в полной мере, несмотря на слишком короткую — всего 53 года — жизнь.

Энрико Ферми

Родился 29 сентября 1901 года, Рим, Италия

Умер 28 ноября 1954 года, Чикаго, Иллинойс, США

Нобелевская премия по физике 1938 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За доказательство существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами» (for his demonstrations of the existence of new radioactive elements produced by neutron irradiation, and for his related discovery of nuclear reactions brought about by slow neutrons).

Энрико Ферми относится к тем людям, о которых говорят «ученый от Бога». У него было очень простое происхождение: мать — школьная учительница Ида де Гаттис, отец — потомок крестьян из Пьяченцы, железнодорожный служащий. Трое детей в семье, в которой Энрике был самым младшим. Старший брат Джулио, умерший, когда Энрико исполнилось 14, стал его первым коллаборатором: вместе они ставили опыты и конструировали физические «игрушки». Любимыми книжками Ферми стали книжки по физике и математике (первой, кстати, был почти тысячестраничный латинский трактат Андреа Караффо «Elementorum physicae mathematicae» (1840). Друг отца, Адольфо Амидеи, стал наставлять мальчика и помогать ему с книжками и обучением.

Высшее образование далось Ферми легко: в 17 лет он поступил в Высшую нормальную школу в Пизе, а в 21 уже получил степень в Пизанском университете за работы по рентгеновским лучам, параллельно опубликовав несколько работ по теории относительности. Уже здесь проявилась главная особенность Ферми — равная способность как к теоретической физике, так и к эксперименту. Он стажировался у Макса Борна и Пауля Эренфеста и уже в 24 года опубликовал, независимо от Дирака, работу по статистической физике частиц с полуцелым спином. Сейчас все такие частицы называют фермионами.

Эксперименты, которые привели нашего героя к Нобелевской премии (скажем сразу, номинировали Ферми и после присуждения высшей физической награды, например, за создание ядерного реактора), начались в 1930 году, когда физику было 29 лет, и он приступил к охоте на нейтрон — гипотетическую нейтральную частицу в составе атомного ядра (кстати, потом именно Ферми придумал итальянское название другой гипотетической нейтральной частице — нейтрино, что по-итальянски значит «нейтрончик»). В 1930 году немцы Вальтер Боте (о котором мы поговорим, когда доберемся до премии 1954 года) и Ханс Беккер обнаружили, что при бомбардировке некоторых легких элементов альфа-частицами возникает излучение, которые было принято за гамма-излучение. Но не все складывалось: когда бомбардировали пластинку бериллия, то в направлении от потока альфа-частиц излучение было интенсивнее, чем по направлению к потоку. При гамма-излучении так быть не должно: электромагнитные волны распространяются во все стороны одинаково.

Эксперимент усложнили супруги Жолио-Кюри. Они разместили между бериллием и ионизационной камерой-регистратором различные вещества, изучая, насколько они ослабляют новое «гамма»-излучение. И снова неожиданный результат: когда за бериллием поставили тоненькую пластинку парафина (насыщенного углеводорода, молекула которого богата), то излучение не ослабло, а, наоборот, усилилось.

Джеймс Чедвик предположил, что альфа-частицы выбивают из атомов те самые нейтральные частицы, и, доказав это, получил Нобелевскую премию по физике 1935 года.

Помимо того, что из вещества вылетают нейтроны, выяснилось, что при этой бомбардировке образуются и позитроны — античастицы к электронам.

Кюри заменили бериллий на бор и алюминий. И оказалось, что после того, как от мишени убирали источник альфа-частиц (открытый Марией Кюри полоний), радиоактивность на некоторое время оставалась. Значит, в результате бомбардировки альфа-частицами атомов бора и алюминия получались новые элементы. Радиоактивные. Поглощая альфа-частицу, алюминий превращался в радиоактивный изотоп фосфора, а бор — в такой же радиоактивный азот. Как итог — Нобелевская премия по химии того же 1935 года еще двум представителем семьи Кюри.

А вот дальше эстафету подхватил Энрико Ферми. Методично, начиная с атома фтора, он и его сотрудники бомбардировали элемент за элементом, надеясь получить новые изотопы подобно франзузской супружеской паре.

Новых изотопов оказалось получено около сотни. Но когда дело дошло до урана, самого тяжелого элемента, известного на тот момент, продвинуться дальше не удалось. Точнее, подозрение на синтез возникло, и директор лаборатории Орсо Корбино даже возвестил об успехе, чем навлек на себя гнев Ферми, ведь подтвердить успех не удалось. Никто тогда не знал, что на самом деле Ферми впервые инициировал деление ядра урана, совершив, не зная того, открытие, которое потом повторят в 1938 году Отто Ган и Лиза Мейтнер.

А сам же Ферми совершил другое важнейшее для овладения атомной энергией открытие: в том же 1935 году, когда Чедвик и Жолио-Кюри получали свои премии, оказалось, что если замедлять нейтроны веществами, богатыми протонами (вода или парафин), то ядерные реакции медленными нейтронами инициируются гораздо эффективнее. Фактически Ферми открыл новый метод изучения ядра атома и синтеза новых ядер. Позже окажется, что именно медленные нейтроны инициируют цепную ядерную реакцию.

«Наряду с выдающимися открытиями Ферми всеобщее признание получили его искусство экспериментатора, поразительная изобретательность и интуиция... позволившая пролить новый свет на структуру ядра и открыть новые горизонты для будущего развития атомных исследований», — так чествовали лауреата в Стокгольме в 1938 году.

Казалось бы, все хорошо, но на самом деле именно в это счастливое «нобелевское» время для Энрико настало время менять свою судьбу.

Фашисты во главе с Муссолини (а как мы помним, «настоящие» фашисты были именно в Италии) все больше и больше сближались с Гитлером, в Италии начали принимать антисемитские законы. Начала распадаться группа Ферми, да и самого его невзлюбили за то, что короля Швеции он приветствовал не вскинув руку, как положено, а дружеским рукопожатием.

Ферми уехал в США. Навсегда. Кстати, ему пришлось — по тогдашним правилам — пройти обязательный для всех эмигрантов тест на умственные способности и, несмотря на унизительность его для Нобелевского лауреата, ответить, сколько получится, если сложить 27 и 15 и разделить 29 пополам.

Так сложилось, что именно эмигрант из враждебной страны и дал в руки США ядерное оружие (именно Ферми играл одну из самых ключевых ролей в Манхэттенском проекте, несмотря на то, что к тому времени еще не получил гражданства) и всему человечеству — атомную энергию.

Именно под руководством 41-летнего итальянца 2 декабря 1942 года под трибунами стадиона в Чикагском университете заработал первый в мире ядерный реактор. Да, он использовался в военных целях, но именно с него началась история атомной энергетики.

Судьба отпустила Ферми очень мало времени, но сколько он успел сделать! Недаром его называют последним настоящим физиком, охватившим как теоретическую, так и экспериментальную ветви этой науки и при этом достигшим вершин в обеих ветвях. Взять только послевоенные, последние 9 лет жизни физика: тут и изучение космических лучей (и первое теоретическое объяснение их происхождение), и модель Ферми — Янга, которая в итоге приведет его ученика Марри Гелл-Манна к теории кварков и Нобелевской премии 1969 года. Да что там, в 1946 году Ферми сказал, что успел сделать треть из задуманного. И эта треть, по оценке его друга Бруно Понтекорво, была одна достойна 6-8 Нобелевских премий. Но рак желудка не спрашивает, кто ты — нищий или нобелевский лауреат…

1 ноября 1952 года в США на атолле Эниветок в Тихом океане состоялся первый в истории термоядерный взрыв — «Иви Майк». Группа Альберта Гиорсо сумела обнаружить в радиоактивной пыли результат последовательных семнадцати захватов нейтрона и восьми бета-распадов, которые превращают нейтроны в протоны, увеличивая атомный номер нуклида.

Так был открыт «трансплутониевый элемент», как о нем было заявлено в статье 1956 года в Physical Review. Элемент, полученный в полном соответствии с идеями нобелевского лауреата по физике 1938 года, был назван в его честь. Так в таблице Менделеева сотая клетка заполнилась названием «фермий» (Fm). Эта честь гораздо выше и реже, чем Нобелевская премия, и Энрико Ферми, безусловно, достоин ее.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.