Энрико Ферми — биография

Энрико Ферми — биография

Энрико Ферми (итал. Enrico Fermi) — виднейший итальянский физик, один из создателей ядерной и нейтронной физики, основатель научных школ в Италии и США [en] , иностранный член-корреспондент АН СССР [en] (1929). Автор многочисленных работ в области квантовой теории и физики элементарных частиц. Знак зодиака — Весы.

В 1938 году эмигрировал в США. Разработал квантовую статистику (статистика Ферми — Дирака; 1925 год), теорию бета-распада (1934). Открыл с сотрудниками искусственную радиоактивность, вызванную нейтронами, замедление нейтронов в веществе (1934). Построил первый ядерный реактор и первым осуществил в нем (2 декабря 1942 года) цепную ядерную реакцию. Нобелевская премия (1938 год).

Основные события жизни

Энрико Ферми рожден в Риме в сентябре 1901 года в семье служащего в министерстве железнодорожного сообщения. С детских лет он проявлял живой интерес к точным наукам. Многое Ферми изучал самостоятельно по книгам. В июле 1918 года он окончил школу и поступил в Высшую школу в Пизе.

Получив докторскую степень по физике, молодой ученый стажировался у Макса Борна в Геттингентском университете. Биография Энрико Ферми насыщена успехами и достижениями.

Еще в возрасте 24 лет ученый стал профессором Флорентийского университета. Спустя год Ферми становится профессором в Римском университете, где заведует новой кафедрой.

В 1928 году ученый женился на Лауре Капон, принадлежащей к известному в Риме еврейскому роду. У них родились двое детей. Как большинство ученых Италии, Ферми член фашисткой партии. Несмотря на это, когда в 1938 году поехал получать Нобелевскую награду, он не вернулся в Италию, так как не хотел рисковать жизнью членов семьи. Вместе с семьей ученый эмигрировал в США.

Первоначально он работал в Колумбийском университете, позже переехал в Чикаго, где осуществил одно из главных своих достижений: запустил первый атомный реактор.

Умер Энрико Ферми от неизлечимой болезни в возрасте 53 лет в ноябре 1954 года дома в Чикаго. За свою короткую жизнь он сделал столько, сколько за век трудно сделать большому исследовательскому коллективу.

Биография

Молодые годы

Ферми родился в 1901 году в Риме в семье железнодорожного служащего и учительницы. В 1923 году он успешно закончил Высшую Нормальную Школу в Пизе и Пизанский Университет и был направлен на стажировку к Максу Борну в Гёттингенский университет. По возвращении в Италию Ферми оказался на распутье и даже подумывал об уходе из науки. Однако в 1924 году по просьбе Пауля Эренфеста его отыскал в Риме Георг Уленбек и пригласил в Лейденский университет [1] . Это стало поворотным моментом в карьере Ферми и заставило его поверить в свои силы. В 1925 году он преподавал в Флорентийском и Римском университетах. В декабре 1925 года он независимо от Поля Дирака разработал статистику частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу Паули, которые позднее назвали фермионами.

Ферми был масоном, его посвятили в ложе «Лемми», в 1923 году, находящейся в ведении масонской штаб-квартиры на площади Джезу в Риме [2] .

В Римском университете

В 1926 году Ферми был назначен на должность профессора Римского университета, что стало началом плодотворного периода его жизни. В 1928 году он развил предложенный Л. Томасом метод определения основных состояний многоэлектронных атомов (теория Томаса — Ферми). В 1929-30 годах Ферми внес принципиальный вклад в становление квантовой электродинамики, разработав канонические правила квантования электромагнитного поля, отличные от подхода Гейзенберга — Паули.

После 1933 года Ферми целиком погрузился в проблемы ядерной физики. В 1934 году он создал теорию бета-распада. Суть её состояла в том, что при бета-распаде, кроме электрона, испускается ещё нейтрино. Эта теория Ферми явилась прототипом современной теории слабых взаимодействий элементарных частиц.

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 (эффект Ферми), в 1936 году было открыто селективное поглощение нейтронов.

Нобелевская премия и эмиграция

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире, она явилась началом нейтронной физики. Эффект Ферми оказался востребован в атомной технике. За серию работ по получению радиоактивных элементов путём нейтронной бомбардировки 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, где фашистская диктатура Муссолини по существу ликвидировала условия для нормальной научной работы. К тому же его жена происходила из известной еврейской семьи, а как раз в это время в Италии были приняты законы, существенно ужесточившие положение евреев. Ферми отправился 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 теорию потерь энергии заряженными частицами на ионизацию вещества с учётом его поляризации.

Работа над атомными проектами

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

В это время Ферми начал работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе. К весне 1941 года эта теория была разработана, и летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано (совместно с Г. Андерсоном) около тридцати опытов, и в июне 1942 году 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 было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей реактор. Постройка реактора началась в Металлургической лаборатории Чикагского университета (Metallurgical Laboratory of the University of Chicago) в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 года. В самодельной лаборатории под стадионом Stagg Field Stadium на этом реакторе был проведен поистине эпохальный эксперимент, продемонстрировавший первую самоподдерживающуюся цепную реакцию.

Работа в Чикаго продолжалась до 1944 года, когда Ферми принял американское гражданство и стал одним из руководителей (Associate Director) Лос-Аламосской Национальной лаборатории в Нью-Мексико (Los Alamos National Laboratory in New Mexico). 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. Помимо этого, с 1950 года он стал одним из первых членов Комитета советников при Комиссии по атомной энергии (General Advisory Committee of the Atomic Energy Commission).

Последние годы

В науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым. В возрасте около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и прекрасную базу для исследований, Ферми изменил направление своей научной деятельности и начинал заниматься физикой частиц высоких энергий и астрофизикой. И здесь он достиг замечательных результатов: 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.

Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ великого ученого был оценён лишь после его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям элементарных частиц, в которой в качестве основных частиц рассматривались нуклоны и антинуклоны (модель Ферми — Янга). Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены её «бессодержательностью». Но прошло время, и 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 Сегре, собирался написать книгу, посвящённую тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят «как хорошо известно», «как нетрудно показать» и т. п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в 1946 году Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: «Одна треть». Две трети он собирался ещё сделать, до предела уплотняя свой рабочий день. Ферми с олимпийским спокойствием работал до самого конца своей жизни.

Ферми умер 28 ноября 1954 года, в возрасте всего лишь 53 лет от рака желудка. Трудно себе представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он прожил ещё лет 15—20. Но и та «одна треть», которую успел сделать Ферми из намеченного им плана и которая, по словам Понтекорво, достойна 6—8 Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя этого исключительного одарённого учёного.

Память

В 1956 г. в память о выдающемся учёном в США учреждена Премия Энрико Ферми, которой награждаются учёные, внесшие 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 и космический телескоп, улицы во многих итальянских городах.

Энрико Ферми – кратко

Жизнь выдающегося учёного Энрико Ферми.

Энрико Ферми прожил не долгую жизнь, всего 53 года, однако кратко о ней рассказать не просто. Его жизнь была полна событий и научных открытий. Энрико в 38 году, прошедшего столетия стал лауреатом Нобелевской премии. Он познакомил человечество с существованием, ранее неизвестных, радиоактивных частиц. Это открытие привело к открытию ядерной реакции и созданию в будущем атомной бомбы.

Детство Энрико Ферми

Будущий физик родился в столице Италии Риме. Случилось это в 1901 г., Родители ребенка были простые люди, отец работал на железной дороге, а мама учила детишек в школе. Кроме Энрико в семье были старшие брат и сестра. Ему нравилось проводить время со старшим братом, уже тогда они проводили различные физические испытания и опыты. Когда Энрико исполнилось 14 лет, в семье произошло большое несчастье. Брат Джулио, умер после неудачной операции. Младший брат сильно переживал смерть Джулио, он сильно замкнулся и углубился в изучение математики и физики.

Кроме этого будущего учёного интересовали такие темы, как:

Вскоре у Энрико появится научный наставник Адольфо Амидеи. Он будит рекомендовать юному физику научную литературу, а так же коллеги будут проводить совместные исследования и научные опыты.

Первые научные достижения

Осенью 18 года 20 века Ферми поступает на учёбу в городе Пизе. Совместно с учёбой студент проводит испытания с лучами рентгена. Так же параллельно изучает теорию относительности. Позже, многие из этих работ будут опубликованы. Так же за исследование рентгеновских лучей он получит учёную степень Пизанского учебного заведения. Через 4 г. Ферми закончит учёбу с отличием, однако в родной стране не окажется мест для стажировки юного физика. И он будит стажироваться у Макса Борна, в Геттингенском университете.

Вернувшись домой, молодой учёный пытается победить в конкурсе, наградой за что будит профессорская должность по физике в Флорентийском и Пизанском высших учебных заведениях. И ему улыбается удача, в первом из учебных заведениях он выигрывает. Перед работой в Флоренции Энрико Ферми уезжает набираться опыта к Паула Энерфеста. Благодаря этому приглашению молодой физик стал сильнее духом, так как его способности высоко оценил Пауль Энерфест.

Карьера учёного

В 25 г. учёный преподаёт в Риме и Флоренции. Параллельно, независимо от другого учёного, Дирака, Ферми разрабатывает статистику частиц, которые позже назовут фермионами. В 26 г. прошлого века Ферми назначают профессором в Римский университет. Дальнейший период жизни учёного насыщен открытиями и событиями.

В 28 г физик продвинул теорию другого учёного, о состоянии многоэлектронных атомов. Со временем эта теория будит называться именами двух учёных Томаса – Ферми. Когда Энрико Ферми исполнилось 27 лет его избрали в Королевскую Академию наук Италии.

В 29 – 30 годах молодой учёный трудился над проектом квантовой электродинамики. Его выводы значительно отличались от выводов другого учёного на эту тему. Другим учёным был известный Гейзенберг – Паули. После 32 года учёный отдаёт все силы изучению ядерной физики. А в 34 г. ученый достигает первого значительного успеха.
Ферми создаёт теорию, при которой взаимодействуют между собой фермионы:

Эта работа получит название, теория бета распада. Она станет прототипом действующей теории, изучающей взаимодействие микро частиц. Учитывая вклад внесённый талантливым учёным в изучение микро частиц, некоторые названия науки имеют имя ученого. Примером тому служит единица измерения, применяемая в ядерной науке, она называется ферми. Её величина равна длинные от 10 до 13 сантиметров.

В 34 году учёный – физик повёл опыты в которых элементы обучались нейтронами. После этих опытов он сделал предположение, что с помощью облучения нейтронов можно получать радио активные элементы. Это предположение Ферми оказалось верным и получило название “эффект Ферми”. В 38 г. за труды над исследованием радиоактивных элементов, талантливый учёный стал лауреатом Нобелевской премии.

Семейная жизнь учёного

Ферми был загружен научной работой настолько, что на личную жизнь не хватало времени. Но несмотря на это учёный женился в 28 г. на еврейке Лауре Капон. Через десять лет в семье физика родилось двое детей, сын и дочка. Сына назвали в честь брата Джулио. В 39 г. семья учёного была приглашена в Стокгольм, там они должны были получить премию по физике. Обратно в Италию они не вернуться, там приняли законы, по которым будет преследоваться еврейское население.

Жизнь в Америке

Семья физика переселяется в США, там перед востребованным учёным открываются двери всех университетов. Ферми решил жить в Нью-Йорке. Ученый трудился там с 39 по 42 год. За это время он сделал много открытий. В 39 году увидела свет теория по которой заряженные частицы теряли силу на ионизации, при чем учитывалась их поляризация. Продолжались труды над разделением ядра урана. Здесь Ферми экспериментально доказал, что число вылетевших нейтронов, больше чем поглощённых. Это было раньше предположено теоретически Лио Силард, но тогда, доказать это опытным путём не получалось. Весной 41 г. велась работа по изучению цепной реакции, которая происходила в системе, состоящей из ископаемого уран-графита. А вскоре, экспериментально была доказана возможность возникновения цепной реакции. В 44 году уже заслуженный учёный стал гражданином Америки. Заслуженный ученый руководил Манхеттенским проектом. Как всем известно, этот проект занимался испытаниями атомной бомбы. А в 46 г. учёный вернулся в Чикаго и устроился в институт, где проводились ядерные исследования. В наше время этот институт называется именем заслуженного учёного.

За три года до смерти учёный резко меняет направление работы, и начинает изучать астрофизику. Талантливый ученый преуспел: описал теорию возникновения космических лучей, объяснил процесс ускорения частиц космических лучей. В 50 году стал создателем идеи рождения мезонов. В 52 г. создал изотопический квадруплет, так же занимался изучением взаимодействия пимезонов с протонами.

Многие открытия учёного Ферми оценили по достоинству только когда он умер. В 54 г., ещё при жизни заслуженного учёного, была учреждена специальной комиссией премия, за заслуги в изучении атомной энергетики. С 56 года 20 века, эта премия носит имя Энрико Ферми.

Создание ядерного реактора

Ферми высказал идею о том, что при делении уранового ядра число образовавшихся нейтронов может быть больше числа поглощённых, а как следствие, это может привести к цепной реакции. Изучение дало результат, хоть он и был довольно неопределённым. После работы с урановым ядром Энрико перешёл к работе в другой системе – Ураново-графитной. Летом 1941 года началась череда испытаний, в общей сложности около тридцати, и к лету 1942 года была определена величина размножения нейтронов.

Данная величина оказалась больше единицы, что свидетельствовало о положительном результате, наличии цепной реакции. Это означало, что в довольно большой графитно-урановой решётке можно получить качественную цепную реакцию, а это, в свою очередь, ознаменовало начало проектирования ядерного реактора. Обработанные данные были направлены для создания реактора, строительство которого началось в Чикаго и было закончено 2 декабря 1942. Данный реактор продемонстрировал самоподдерживающуюся цепную реакцию. Труды лаборатории были инициированы правительством в военных целях. Так был создан первый в мире ядерный реактор.