Ферми, Энрико

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Энрико Ферми
итал. Enrico Fermi
Enrico Fermi 1943-49.jpg
Дата рождения:

29 сентября 1901({{padleft:1901|4|0}}-{{padleft:9|2|0}}-{{padleft:29|2|0}})

Место рождения:

Рим, Италия

Дата смерти:

28 ноября 1954({{padleft:1954|4|0}}-{{padleft:11|2|0}}-{{padleft:28|2|0}}) (53 года)

Место смерти:

Чикаго, штат Иллинойс, США

Страна:

Flag of Italy.svg Италия
US flag 48 stars.svg США

Научная сфера:

физика

Место работы:
Альма-матер:

Высшая нормальная школа в Пизе,
Пизанский университет

Научный руководитель:

М. Борн,
П. Эренфест

Известные ученики:

Ц. Ли,
Ч. Янг,
Э. Сегре,
О. Чемберлен,
М. Гелл-Манн

Известен как:

один из основоположников ядерной физики

Награды и премии


Нобелевская премия Нобелевская премия по физике (1938)

Подпись:

Подпись

Энрико Ферми на Викискладе

Энри́ко Фе́рми (итал. Enrico Fermi; 29 сентября 1901, Рим — 28 ноября 1954, Чикаго) — итальянский физик, 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»[1]. За свою жизнь он получил несколько патентов, связанных с использованием атомной энергии. 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»[2]. Ферми был одним из немногих физиков, преуспевших как в теоретической физике, так и в экспериментальной.

Член Национальной академии деи Линчеи (1935), иностранный член-корреспондент АН СССР (1929). Он создал теории бета-распада, замедления нейтронов[⇨]. В 1939 году ввёл понятие цепной реакции и позже принял участие в атомном проекте[⇨].

В его честь названы распределение Ферми — Дирака, модель Томаса — Ферми, химический элемент фермий и др.

Биография[править | править вики-текст]

Молодые годы[править | править вики-текст]

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[3][4].

В ноябре 1918 года Ферми поступил в Высшую нормальную школу в Пизе[3][5]. 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[6]. 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[3][7].

В Римском университете[править | править вики-текст]

В 1926 году Ферми был назначен на должность профессора Римского университета[3]. 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 19291930 гг. Ферми внёс принципиальный вклад в становление квантовой электродинамики, разработав канонические правила квантования электромагнитного поля, которые отличались от подхода Гейзенберга — Паули. В 1928 году 27-летнего Ферми избирают членом Королевской Академии наук Италии, а ещё через год — член-корреспондентом АН СССР.

После 1932 года Ферми концентрируется на проблемах ядерной физики[3]. 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)[7]. 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 (GF); 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[7]. 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.

Ферми, как и многие итальянские учёные того времени, состоял в фашистской партии. Вместе с тем, в 1928 году он женился на Лауре Капон, которая происходила из известной еврейской семьи и к 1938 году у них было двое детей: Нелла и Джулио[3].

Нобелевская премия и эмиграция[править | править вики-текст]

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире, она также явилась началом нейтронной физики. Эффект Ферми (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[3]. 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[3]. 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 теорию потерь энергии заряженными частицами на ионизацию вещества с учётом его поляризации.

Работа над атомными проектами[править | править вики-текст]

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[3]. Поиском материалов для металлургической лаборатории занимался Артур Комптон, он же пригласил Ферми в проект, отправившись для этого в Колумбийский университет[8]. Последующие два года Ферми продолжал эксперименты с реактором, а также занимался разработкой нового реактора для Аргоннской национальной лаборатории, расположенной в окрестностях Чикаго[3].

Фотография с пропуска в лабораторию в Лос Аламосе

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 над 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[3].

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[3]. Помимо этого, с 1950 года он стал одним из первых членов Комитета советников при Комиссии по атомной энергии.

Последние годы[править | править вики-текст]

Ферми был очень одержим и увлечён наукой. В возрасте около 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[7].

Главной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ этого ученого 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 антинуклоны (она также известна как модель Ферми — Янга). Когда она появилась, то многие, 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 исключительного 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, два месяца Ферми посещал различные медицинские процедуры. Он умер во сне 28 ноября 1954 года, в возрасте 53 года от рака желудка[3].

Память[править | править вики-текст]

Рим. Улица Энрико Ферми.

Незадолго до смерти Ферми Комиссия по атомной энергии учредила специальную премию для учёного[3]. В 1956 году эта премия стала носить имя Премия Энрико Ферми и вручаться регулярно. Премией награждаются учёные, внесшие выдающийся вклад в области исследования, использования и производства энергии[9]. В его честь назван 100-й химический элемент — фермий. Его имя носят Чикагский институт ядерных исследований, Национальная ускорительная лаборатория (Фермилаб) и космический телескоп[10], а также улицы во многих итальянских городах.

На сайте Аргоннской национальной лаборатории он назван «последним универсальным учёным» (англ. last universal scientist)[8].

Ученики[править | править вики-текст]

Ферми является создателем крупной научной школы. Среди его учеников времен работы в Римском университете (конец 1920-х — 1930-е годы) — Э. Амальди, Ф. Разетти, Э. Сегре, Б. Понтекорво, Дж. Бернардини, Дж. Вик, Э. Майорана, Б. Росси, Дж. Рака, 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, Дж. Чу, О. Чемберлен, М. Розенблют, Дж. Штейнбергер и др.

Публикации[править | править вики-текст]

Книги[править | править вики-текст]

  • Ферми Э. Молекулы и кристаллы. — М.: ИЛ, 1946.
  • Ферми Э. Элементарные частицы. — М.: ИЛ, 1953.
  • Ферми Э. Лекции о пи-мезонах и нуклонах. — М.: ИЛ, 1956.
  • Ферми Э. Квантовая механика. — 2-е изд. — М.: Мир, 1968.
  • Ферми Э. Научные труды. — В 2-х т. — М.: Наука, 1971—1972.
  • Ферми Э. Термодинамика. — 2-е изд. — Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1973.
  • Ферми Э. Лекции по квантовой механике. — М., 2000.
  • Ферми Э. Лекции по атомной физике. — М., 2001.

Статьи[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Enrico Fermi Dead at 53; Architect of Atomic Bomb (29 ноября 1954). Проверено 21 января 2013.
  2. The Nobel Prize in Physics 1938 (англ.). Нобелевский фонд. Проверено 17 июня 2012. Архивировано из первоисточника 22 июня 2012.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 About Enrico Fermi (англ.). Чикагский университет. Проверено 7 января 2012. Архивировано из первоисточника 10 января 2013.
  4. П. Лятиль Энрико Ферми. — М.: Атомиздат, 1965.
  5. Segrè, Emilio, "Enrico Fermi", «Dizionario Biografico degli Italiani», Enciclopedia Italiana 
  6. Сэмюэл Гаудсмит. Открытие спина электрона (из истории физики). // УФН. — 1967. — Т. 93. — № 9.
  7. 1 2 3 4 Б. М. Понтекорво. Ферми Энрико // Большая советская энциклопедия.
  8. 1 2 The «Last Universal Scientist» Takes Charge (англ.). www.ne.anl.gov. Проверено 8 ноября 2014.
  9. The Enrico Fermi Award (англ.). science.energy.gov. Проверено 8 ноября 2014.
  10. Enrico Fermi and the First Self-Sustaining Nuclear Chain Reaction (англ.). www.osti.gov. Проверено 8 ноября 2014.

Ссылки[править | править вики-текст]