Enrico Fermi

Erken Hayatı

Enrico Fermi 29 Eylül 1901 tarihinde Roma’da doğdu.
Demiryolları bakanlığında bölükbaşı olan Alberto Fermi ve İlkokul öğretmeni
olan İda de Gattis çiftinin üçüncü çocuğuydu. Kız kardeşi Maria Enrico
Fermi’den 2 yaş büyüktü ve erkek kardeşi Giulio 1 yaş büyüktü. İki erkek çocuk
kırsal bir çevrede bir süt anneye gönderildikten sonra Enrico iki buçuk yaşında
iken Roma’ya ailesinin yanına döndü. Ailesinin katolik olmasına ve büyük
ebeveynlerinin istekleri doğrultusunda vaftiz olmasına rağmen  aile dindar değildi ve Fermi yetişkin hayatı
boyunca Agnostikti. Çocukluğunda kardeşi Giulio ile birçok ortak ilgi alanı
vardı. Birlikte elektrik motorları yaptılar ve elektriksel ve mekanik
oyuncaklarla oynadılar. Giulio 1915 yılında boğazındaki bir apsenin alınması
sırasında verilen narkozun etkisi nedeniyle hayatını kaybetti.
Fermi’nin fizik
çalışmaları için ilk kaynağı Roma’daki Campo de’ Fiori pazarında bulduğu bir
kitaptı. Bu kitap, Collegio Romano’da profesör olan Peder Andrea Caraffa’nın
yazdığı 1840 tarihli 900 sayfalık Latince Elementorum Physicae Mathematicae
idi. Kapsadığı konular arasında o zaman bilindikleri kadarıyla matematik,
klasik mekanik, astronomi, optik ve akustik yer alıyordu. Fermi bilime ilgisi
olan diğer bir öğrenci olan Enrico Persico ile arkadaş oldu ve bu ikili
Dünyanın manyetik alanını ölçme ve jiroskop inşa etme gibi bilimsel projelerde
çalıştılar. Fermi’nin fiziğe olan ilgisi kendisine hızlı bir şekilde okuduğu
fizik ve matematikle ilgili çeşitli kitaplar veren babasının meslektaşı Adolfo
Amidei tarafından teşvik edildi.

Scuola Normale Superiore yılları

Fermi liseyi Temmuz 1918’de bitirdi ve Amidei’nin
desteği ile Pisa’daki Scuola Normale Superiore’ye başvurdu. Diğer oğullarını
kaybettikleri için ailesi evden taşınmasına önce izin vermedi, ancak sonradan
bu isteğini kabul ettiler. Pisa’daki okul öğrencilere ücretsiz barınma
sunuyordu, ancak bir kompozisyon yazmayı gerektiren giriş sınavı bir hayli
zordu. Verilen tema “Seslerin spesifik karakteristikleri” idi. 17 yaşındaki
Fermi kısmi diferansiyel denklemi türetip çözerek titreşen bir çubuğa uyguladı
ve bunu yaparken Fourier analizini kullandı. Sınav gözetmeni Sapienza
Üniversitesi’nden Profesör Giuseppe Pittarelli Fermi ile bir mülakat yaptı ve
verdiği sınavın doktora seviyesinde olduğunu söyledi ve Fermi okula
birincilikle girdi.
Scuola Normale Superiore’deki yıllarında diğer bir
öğrenci olan Franco Rasetti ile arkadaş oldu ve birlikte şakalaşıcak kadar
samimiydiler ve daha sonra birlikte çalışmaya başladılar. Pisa’da Fermi fizik
laboratuvarının müdürü Luigi Puccianti Fermi’ye öğretecek pek birşeyinin
olmadığını ve Fermi’nin ona birşeyler öğretmesi gerektiğini söyledi. Fermi’nin
kuantum fiziği bilgisi öyle bir seviyeye ulaştı ki Puccianti ondan bu konuda
seminerler organize etmesini istedi. Fermi bu sürede Gregorio Ricci ve Tulli
Levi-Civita tarafından geliştirilen ve genel görelilik teorisinin prensiplerini
göstermek için gerekli olan tensör hesabını öğrendi. Fermi önce matematik
branşını seçti, ancak daha sonra fiziğe geçti. Kendi kendine genel görelilik,
kuantum mekaniği ve atom fiziği öğrendi.
Eylül 1920’de Fermi fizik bölümüne kabul edildi.
Bölümde sadece üç öğrenci olduğu için (Fermi, Rasetti ve Nello Carrara)
Puccianti onlara laboratuvarı istedikleri gibi kullanmaları için izin verdi.
Fermi x-ışını kristalografisini araştırmalarına karar verdi ve üçü birlikte bir
kristalin x-ışını resmi olan Laue fotoğrafını üretmeye çalıştılar. Fermi’nin
üniversitedeki üçüncü yılı olan 1921’de Fermi İtalyan dergisi Nuovo Cimento’da
yazılarını bastırdı. İlk makalesinin adı “Katı ve ötelenme hareketi içerisinde
olan bir elektrik yükü sisteminin dinamikleri” idi. Ağırlık, hareket eden ve üç
boyutlu uzayda yer değiştiren bir şey, yani tensör olarak ifade edilmişti.
Klasik mekanikte ağırlık skalar bir değerdi, ancak görelilikte hız ile değişir.
İkinci makale “Elektromanyetik yüklerin ağırlıkları ve elektromanyetik
akımlardan oluşan yeknesak bir yerçekimi alanının elektrostatiği üzerine” idi.
Genel göreliliği kullanarak Fermi bir yükün ağırlığının U/c²
olduğunu buldu (U sistemin elektrostatik enerjisi iken c ışığın hızıdır).
İlk makale elektrodinamik teorisi ile görelilik
teorisi arasındaki çelişmeyi elektromanyetik ağırlığın hesaplanması yönünden
ifade etti (elektrodinamik teorisinde 4/3 U/c²). Fermi bir sonraki
sene bu sorunu “Elektrodinamik ve görelilik teorilerin elektromanyetik ağırlığı
açıklaması arasındaki bir çelişme” konulu bir makalede gündeme getirdi ve bu
çelişmenin göreliliğin bir sonucu olduğunu belirtti. Bu makalenin itibari
yüksekti ve Almancaya çevrilerek 1922'de Alman Physikalische Zeitschrift
dergisinde basıldı. Aynı yıl, Fermi “Zaman çizgileri yakınında gerçekleşen
olaylar” adlı makalesini İtalyan I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei
dergisine verdi. Bu makalede Eşitlik ilkesini ele aldı ve Fermi koordinatlarını
sundu. Zaman çizgilerine yakın yerlerde uzayın Öklid uzayı gibi davrandığını
kanıtladı.
Fermi Temmuz 1922'de Scuola Normale Superiore'ye
“Olasılık ve uygulamaları üzerine bir teorem” başlıklı tezini sundu ve 21
yaşında diplomasını aldı. Tezi, x ışını difraksiyon resimleri üzerineydi.
Teorik fizik henüz İtalya'da bir disiplin olarak tanınmıyordu ve bu alanda
yalnızca deneysel fizik üzerine tezler kabul ediliyordu. Bu nedenle İtalyan
fizikçiler Almanya'dan gelen görelilik gibi fikirleri daha geç kabul ettiler.
Fermi laboratuvar deneylerinde oldukça iyi olduğu için bu onun için bir problem
değildi.
August Kopff'un Göreliliğin Matematiksel Teorisi
adlı kitabına bir eklenti yazarken Einstein'ın ünlü E = mc2 denkleminin
içerisinde muazzam bir miktarda nükleer enerjinin potansiyelinin yattığını fark
etti. Fermi, “Yakın gelecekte bu korkunç miktarda enerjinin salınması mümkün
gözükmüyor, çünkü bu olay gerçekleştiğinde bu enerji patlamasının ilk işi onu
yaratan fizikçiyi parçalara ayırmak olacaktır” dedi.
1924 yılında Fermi İtalyan Masonlarının Adriano
Lemmi locasına alındı.
Fermi yurtdışına gitmeye karar verdi ve Göttingen
Üniversitesi'nde Max Born'un bir dönem öğrencisi oldu. Burada Werner Heisenberg
ve Pascual Jordan ile tanıştı. Fermi daha sonra Leiden'da Paul Ehrenfest ile
Eylül-Aralık 1924 arasında kendisine matematikçi Vito Volterra'nın sağladığı
Rockefeller bursuyla okudu. Fermi burada Hendrik Lorentz ve Albert Einstein ile
tanıştı ve Samuel Goudsmit ve Jan Tinbergen ile arkadaş oldu. Ocak 1925'ten
1926'nın sonlarına kadar Fermi Floransa Üniversitesi'nde matematiksel fizik ve
teorik mekanik dersleri verdi ve burada Rasetti ile cıva buharına manyetik
alanların etkisi üzerine deneyler yaptı. Roma Sapienza Üniversitesi'nde
seminerlere de katıldı ve kuantum mekaniği ile katı hal fiziği dersleri cerdi.
Schrödinger'in denklemini olağanüstü bir kesinlikle kullanarak yeni kuantum
mekaniği dersleri verdiği sırada Fermi “Denklemin bu kadar iyi uyması
inanılmaz” dedi.
Wolfgang Pauli 1925'te
dışlama ilkesini ortaya attığında Fermi buna karşılık olarak “Kusursuz tek
atomlu gazın nicelendirilmesi” adlı bir makale yazdı ve burada dışlama ilkesini
ideal bir gaza uyarladı. Bu makale Fermi'nin istasistiksel formülleri açısından
önemliydi çünkü birçok aynı parçacıktan oluşan bir sistemde parçacıkların
dışlama ilkesi uyarınca dağılımını açıklıyordu. Bu bağımsız olarak Britanyalı
fizikçi Paul Dirac tarafından geliştirildi ve ayrıca Bose-Einstein
istatistiğine uyduğu da gösterildi. Böylece bugün buna Fermi-Dirac istatistiği
denmektedir. Dirac'a göre dışlama ilkesine uyan parçacıklar “fermiyon”lardı ve
buna uymayanlar ise “bosonlar” idi.

Roma'daki Profesörlüğü

İtalya'da profesörlükler konkur ile verilmekteydi ve
adaylar bir profesör komitesi tarafından yayınları üzerinden değerlendirilmekteydi.
Fermi Sardunya'da Cagliari Üniversitesi'nde matematiksel fizik bölümüne
başvurdu ancak yerine Giovanni Giorgi alındı. Bunun üzerine Sapienza
Üniversitesi'ne başvurdu. İtalya'daki 3 teorik fizik pozisyonundan biri olan bu
pozisyon Eğitim Bakanı'nca Profesör Orso Mario Corbino'nun isteği üzerine
kurulmuştu. Corbino üniversitenin deneysel fizik profesörüydü, ayrıca Fizik
Enstitüsü Başkanı ve Mussolini'nin hükümetinin üyesiydi. Seçim komitesinin de
başkanı olan Corbino bu yeni pozisyonun İtalya'da fiziğin standardını ve
itibarını artıracağını umuyordu. Komite Enrico Persico ve Aldo Pontremoli
yerine Fermi'yi seçti ve Corbino Fermi'ye asistanlarını seçmesinde yardım etti.
Bu gruba Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana ve Emilio Segre gibi
önemli isimler katıldı. Franco Rasetti de Fermi tarafından yardımcı olarak
atandı. Bu grup daha sonra Fizik Enstitüsünün sokağı olan “Via Panisperna
gençleri” adını aldı.
Fermi 19 Temmuz 1928'de üniversitede bilim okuyan
Laura Capon ile evlendi. İki çocukları oldu: Ocak 1931 doğumlu Nella ve Şubat
1936 doğumlu Giulio. Fermi 18 Mart 1929'da Mussolini tarafından İtalya Kraliyet
Akademisi üyesi yapıldı ve 27 Nisan'da Faşist Parti üyesi oldu. Daha sonra
Mussolini tarafından İtalyan faşizmini Alman nasyonal sosyalizmine yaklaştırmak
için 1938'de çıkarılan ırk yasaları nedeniyle faşizme karşı çıktı. Bu yasalar
Yahudi olan Laura'yı tehlikeye soktu ve Fermi'nin birçok asistanını işsiz
bıraktı.
Roma'dayken Fermi ve grubu fiziğin teorik ve pratik
alanlarına birçok önemli katkıda bulundu. 1928 yılında Atomik Fiziğe Giriş adlı
kitabı yayınladı ve bu sayede İtalyan üniversite öğrencilerine güncel ve
okunabilir bir metin sunmuş oldu. Fermi ayrıca halka açık dersler verdi ve
popüler makaleler yazarak bilim adamları ve öğretmenlere yeni fiziği
yaymalarınca yardımcı oldu. Öğretme metodu, günün sonunda meslektaş ve
öğrencilerini toplayarak kendi araştırmalarında karşılaştığı bir problemi
çözmekten ibaretti. Bu sayede yabancı öğrenciler de İtalya'ya gelmeye başladı.
Bunların en ünlüsü Alman fizikçi Hans Bethe idi. Bethe Rockefeller bursuyla
Roma'ya 1932'de geldi ve Fermi ile “İki elektronun etkileşimi üzerine” adlı
makalede çalıştı.
Fizikçiler bu dönemde atom çekirdeğinden elektronun
salınması olan beta çürümesini anlamakta zorluk çekiyordu. Enerjinin korunması
yasasını tamamlamak için Pauli yüksüz ve ağırlıksız görünmez bir parçacığın
aynı zamanda salındığını ortaya attı. Fermi bu fikri geliştirerek 1933'te ve
1934'te birer makale yazdı ve bu parçacığa “nötrino” adını verdi. Daha sonra
Fermi'nin etkileşimi ve zayıf etkileşim denen bu teori, doğanın dört temel
kuvvetinden birini tanımladı. Nötrino onun ölümünden sonra bulundu ve teorisi
neden bulunmasının zor olduğunu kanıtladı. Britanya'da Nature dergisine
makalesini sunduğu zaman editör bunu reddetti ve gerçeklikten çok uzak olduğunu
söyledi. Bu nedenle makale İngilizceden önce Almanca ve İtalyanca basıldı.
1968 İngilizce versiyonunun girişinde fizikçi Fred
L. Wilson şöyle yazdı:
“Fermi'nin teorisi Pauli'nin nötrino önergesini
geliştirmenin ötesinde modern fiziğin tarihinde önemli bir yere sahiptir. O
zamanda sadece doğal beta yayıcılar bilinmekteydi. Daha sonra pozitron çürümesi
bulununca Fermi'nin teorisi çerçevesinde kolayca tanımlandı. Onun teorisine
göre bir çekirdeğin yörüngesel bir elektronu yakalaması beklenen ve
gözlemlenebilen bir şeydi. Zamanla çok fazla deneysel bilgi toplandı. Beta
çürümesinde birçok gariplik gözlemlenmiş olsa da Fermi'nin teorisi her zaman
bunları açıklayabildi. Fermi'nin teorisi inanılmaz etkiler yaratmıştır.
Örneğin, nükleer yapının incelenmesin için beta spektroskopisi geliştirildi.
Ancak Fermi'nin en önemli katkısı onun etkileşim modeliyle başka birçok
etkileşimin açıklanabilmesidir. Materyel parçacıkların oluşumu ve yok edilişi
üzerine ilk başarılı teoriydi. Önceden sadece fotonların böyle davrandığı
bilinmekteydi.
Ocak 1934'te Irene Joliot-Curie ve Frederic Joliot
elementleri alfa parçacıklarıyla bombardıman ederken onları radyoaktif hale
getirdiklerini duyurdular. Martta Fermi'nin asistanı Gian-Carlo Wick Fermi'nin
beta çürümesi teorisini kullanarak teorik bir açıklama getirdi. Fermi deneysel
fiziğe geçmeye karar verdi ve James Chadwick'in 1932'de keşfettiği nötronu
kullanmaya başladı. Mart 1934'te Fermi Rasetti'nin polonyum-berilyum nötron
kaynağı ile radioaktiviteyi oluşturmayı denedi. Nötronların elektrik yükü
yoktu, bu nedenle pozitif bir çekirdek onların yönünü değiştiremezdi. Bu da
çekirdeği delmek için yüklü parçacıklardan daha az enerji gerektiği anlamına
geliyordu ve Via Panisperna gençlerinin sahip olmadığı parçacık hızlandırıcıya
gerek kalmıyordu.
Fermi polonyum-berilyum nötron kaynağını
radon-berilyum kaynağı ile değiştirdi. Bunu cam bir ampulü berilyum tozuyla
doldurduktan sonra havayı boşaltıp 50 mCi radon gazı ekleyerek yaptı. Bu daha
güçlü bir nötron kaynağı yarattı, ancak etkisi radon'un 3.8 günlük yarı ömrü
ile sınırlıydı. Fermi bu kaynağın gamma ışınları da yayacağını biliyordu, ancak
teorisine göre bu deneyin sonuçlarını etkilemezdi. Hazır bulunan yüksek atom
numaralı bir element olan Platini bombardıman ederek başladı ancak sonuç
alamadı. Daha sonra aluminyumu denedi; bunun sonucunda bir alfa parçacığı
oluştu ve önce sodyum, daha sonra magnezyuma dönüştü. Sonuçsuz deneylerinde
kurşunu ve kalsiyüm florür şeklinde alfa parçacığı yayarak nitrojen ve oksijene
çürüyen floridi denedi. 22 değişik elementi radyoaktif hale getirmeyi başardı.
Fermi nötron sebepli radyoaktiviteyi İtalyan La Ricerca Scientifica dergisinde
25 Mart 1934'te yayınladı.
Toryum ve uranyumu doğal radyoaktivitesi bu
elementlerin nötronlarla bombardıman edildiğinde ne olduğunu görmeyi
zorlaştırıyordu ancak uranyumdan hafif ve kurşundan ağır elementleri yok ederek
Fermi yeni elementler bulduğunu belirtti ve bunlara hesperyum ve ausonyum adını
verdi. Kimyager Ida Noddack bunu eleştirdi ve bazı deneylerin kurşundan hafif
elementler oluşturduğunu söyledi. Noddack'in eleştirisi ciddiye alınmadı çünkü
onun takımı uranyumla deney yapmamıştı ve masuryum 'u (teknetyum) buluşuna
kesin gözüyle bakılmıyordu. O zamanda fizyonun teorik olarak olasılıksız ve
imkansız olduğu düşünülüyordu. Fizikçiler yüksek atom numaralı elementlerin
nötron bombardımanından hafif elementlerden oluşacağını beklerken kimse
nötronların ağır bir atomu Noddack'in dediği gibi iki hafif parçaya
bölebileceğini beklemiyordu.
Via Panisperna gençleri açıklanamayan bazı etkiler
de gördüler. Deney mermer yerine tahta bir masada daha iyi yapılıyordu. Fermi
Joliot-Curie ve Chadwick'in parafin mumunun nötronları yavaşlattığını
söylediğini hatırladı ve bunu denemeye karar verdi. Nötronlar parafin mumundan
geçerken gümüşte parafinsiz deneye nazaran yüzlerce kat daha fazla
radyoaktivite oluşturdular. Fermi bunun parafindeki hidrojen atomları yüzünden
olduğunu düşündü. Tahtadaki atomlar da mermer ile aradaki farkı açıklıyordu.
Bir nötronun çarpıştığı elementin çekirdeğinin atom numarası ne kadar düşükse,
kaybettiği enerji de o kadar yüksekti ve bu nedenle nötronu yavaşlatmak için az
çarpışma gerekiyordu. Fermi bunun daha fazla radyoaktivite oluşturduğunu fark
etti çünkü yavaş nötronlar hızlı olanlardan daha kolay yakalanıyordu. Bunu
açıklamak için bir difüzyon denklemi geliştirdi ve bu denklem daha sonra Fermi
yaş denklemi adını aldı.
1938 yılında Fermi 37
yaşındayken “nötronla ışınama sonucu ortaya çıkan yeni elementlerin varlığını
gösterme ve buna bağlı olan yavaş nötronlarla nükleer reaksiyonları keşfetme”
üzerine çalışmaları için Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Fermi Stockholm'da ödülü
aldıktan sonra İtalya'ya dönmedi ve ailesiyle Aralık 1938'de New York City'ye
taşındı ve vatandaşlığa başvurdu. Ailenin Amerika'ya taşınma kararı öncelikle
İtalya'daki ırk yasalarının bir sonucuydu.

Manhattan Projesi

Fermi 2 Ocak 1939'da New
York City'ye geldi. Hemen beş değişik üniversiteden teklif aldı ve 1936 yazında
ders vermiş olduğu Columbia Üniversitesi'ninkini kabul etti. Aralık 1938'de
Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın baryumu uranyumu nötron
bombardımanına tutarak bulduğunu öğrendi ve Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch
bunu nükleer fizyonun ürünü olarak tanımladı. Frisch bunu deneysel olarak 13
Ocak 1939'da kanıtladı. Frisch ve Meitner'ın Hahn ve Strassmann'ın keşfinin
incelemesi Atlantik Okyanusu'nu Niels bohr ile geçti. Princeton'da ders veren
Bohr bunu İsidor İsaac Rabi ve Willis Lamb'e söyledi ve onlar da bunu
Columbia'ya taşıdı. Rabi bunu Fermi'ye söylediğini iddia etti ancak Fermi daha
sonra Lamb'in söylediğini belirtti:
“Ocak 1939 ayını çok iyi
hatırlıyorum. Pupin Laboratuarı'nda çalışmaya başlamıştım çünkü her şey çok
hızlı gelişiyordu. O dönemde Niels Bohr Princeton'da ders vermekteydi ve bir
öğleden sonra Willis Lamb heyecanla bana gelip Bohr'un iyi haberler verdiğini
söyledi. Bu haber, fizyonun buluşu ve tanımının genel bir fikrini içeriyordu.
Aynı ay, Washington'da bir toplantı oldu ve burada yeni bulunan fizyonun önemi
ve nükleer enerji kaynağı olabilmesi konuşuldu.” 
Noddack sonunda haklı
çıkmıştı. Fermi hesaplamalarına göre fizyonun olasılığını yok saymıştı, ancak
tek nötron sayılı bir nüklidin fazladan bir nötron almasında ortaya çıkan
bağlayıcı enerjiyi göz ardı etmişti. Fermi için bu haber utanç vericiydi çünkü
bulduğunu düşündüğü ve Nobel aldığı transuranik elementler element değil,
fizyon ürünleriydi. Nobel kabul konuşmasına bunu ekledi. 
Columbia'daki bilim
adamları uranyumun nötron bombardımanında verdiği enerjiyi ölçmeye karar verdi.
25 Ocak 1939'da Columbia'daki Pupin Hall'ın bodrum katında, Fermi ve deney
takımı ABD'nin ilk nükleer fizyon deneyini yaptılar. Takımın diğer üyeler
Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe ve
Francis G. Slack idi. Ertesi gün, Beşinci Washington Teorik Fizik konferansı
Washington DC'de başladı. George Washington Üniversitesi ve Carnegie
Enstitüsü'nün bu ortak konferansında fizyonun haberi iyice yayıldı ve başka
deneylere yol açtı.
Fransız bilim adamları
Hans von Halban, Lew Kowarski ve Frederic Joliot-curie uranyumun nötron
bombardımanında aldığından fazla nötron verdiğini bulmuştu. Fermi ve Anderson
da birkaç hafta sonra bunu buldu. Leo Szilard Fermi ve Anderson'ın fizyon
deneylerini yeni bir boyuta taşımak için Kanadalı radyum üreticisi Eldorado
Gold Mines Limited'den 200 kilogram uranyum oksit elde etti. Fermi ve Szilard
birlikte kendi kendine yeten bir nükleer reaksiyon (nükleer reaktör)
geliştirdi. Hidrojenin suda emdiği nötronların sayısı ve hızı yüzünden doğal
uranyumu nötron moderatörü kullanarak kendiliğinden olan bir nükleer reaksiyon
yapmak zordu. Fermi su yerine uranyum oksit bloklar ve grafiti kullanayı teklif
etti. Böylece nötron yakalama hızı azalacak ve kendi kendine yeten bir zincir
reaksiyonu olacaktı. Szilard çalışan bir dizayn sundu: grafit tuğlaların
arasında uranyum oksit blokları. Szilard, Anderson ve Fermi “Uranyum'da Nötron
Üretimi” adlı bir makale yazdı. Ancak kişilikleri farklı olduğu için Fermi
Szilard'la çalışmakta zorluk çekti. 
Fermi askeri liderleri
nükleer enerjinin gücü hakkında uyaran ilk kişi oldu ve bunu 18 Mart 1939'da
Deniz Kuvvetleri'nde verdiği derste yaptı. Deniz kuvvetleri Columbia
araştırmalarına 1500 dolar takviyede bulundular ancak verdikleri cevap gene de
Fermi için yeterli değildi. Daha sonra Szilard, Eugene Wigner ve Edward Teller
Einstein imzalı meşhur mektubu Başkan Roosevelt'e yollayarak Nazi Almanyası'nın
atom bombası yapabileceğini yazdılar. Böylece Roosevelt S-1 Uranyum Komitesi'ni
oluşturdu.
S-1 Komitesi Fermi'ye
grafit alması için para sağladı ve bununla Pupil Hall Laboratuvarı'nda bir
grafit tuğla yığıntısı yaptı. Ağustos 1941'de altı ton uranyum oksit ve 30 ton
grafiti vardı ve bununla Columbia'da daha büyük bir düzen kurdu.
S-1 Komitesi tekrar 18
Aralık 1941'de buluştu ve ABD artık 2. Dünya Savaşı'na girdiği için çalışmalar
önem kazandı. Çalışmaların çoğu zenginleştirilmiş uranyum üretmeye yönelikti,
ancak komite üyesi Arthur Compton daha mantıklı bir alternatifin plütonyum
olduğunu ve 1944'ün sonuna kadar bunun reaktörlerde seri üretime geçebileceğini
söyledi. Chicago Üniversitesi'nde plütonyum çalışmaları başlattı. Fermi
istemeyerek taşındı ve takımıyla yeni Metalurji Laboratuvarı'nda görev aldı.
Kendi kendine yeten bir
nükleer reaksiyonun sonuçları kesin değildi ve bu nedenle Chicago kampüsünde
şehrin ortasında bunu yapmamaya karar verdiler. Compton Argonne Woods
Ormanı'nda Chicago'ya 32 kilometre uzaklıkta bir yer buldu. Stone & Webster
alanı geliştirmek için iş aldı ancak endüstriyel bir anlaşmazlık nedeniyle
durdular. Fermi Compton'ı reaktörü Chicago'nun Stagg Field'ının altındaki
squash kortunda inşa etmeye ikna etti. Bu inşaat 6 Kasım 1942'de başladı ve
Chicago Pile-1 2 Aralık'ta kritik hale geldi. Yığının şekli küre biçimindeydi,
ancak Fermi bütün düzeni kurmadan kritik hale gelebileceğini hesapladı.
Bu deney enerji
arayışında önemli bir noktaydı ve Fermi'nin tipik yaklaşımını gösterdi. Her
adım dikkatlice planlandı ve her hesaplama dikkatlice yapıldı. İlk kendi
kendine yeten nükleer zincir reaksiyonu yapıldığında Compton Ulusal Savunma
Araştırma Komitesi Başkanı James B. Conant'la şifreli bir telefon görüşmeyi
yaptı:
“Telefonu elime alıp
Conant'ı aradım. Ona Harvard Üniversitesi Rektörü'nün ofisinde ulaştım. 'Jim,'
dedim, 'İtalyan kaşifin yeni dünyaya ulaştığını öğrenmek hoşuna gidecektir.
Sonra, önceden komiteyi daha bir haftalık işimiz olduğuna inandırdığım için
özür dileyerek 'Dünya sandığımız kadar büyük değilmiş, oraya çok erken ulaştı,'
diye ekledim. Conant 'Demek öyle. Yerliler arkadaş canlısı mıydı peki?' diye
sordu. Ben de 'herkes sağ salim ulaştı,' dedim.”
Araştırmayı topluma
tehlikeli olmayan bir yerde sürdürmek için reaktör demonte edilerek Argonne
Ormanı'na taşındı. Fermi burada nükleer reaksiyonlar üzerine araştırmalar yaptı
ve reaktörün serbest nötron üretiminden faydalandı. Laboratuvar kısa zamanda
fizik ve mühendisliği geçerek biyolojik ve tıbbi araştırmalara geçti. Önceden
Argonne Fermi tarafından Chicago Üniversitesi adına yürütüldü ancak Mayıs
1944'te ayrılarak Fermi yönetiminde kaldı. 
Oak Ridge'deki hava soğutmalı
X-10 Grafit Reaktörü 4 Kasım 1943'te kritik hale gelince Fermi birşeylerin
yanlış gitmesi olasılığı yüzünden oradaydı. Teknisyenler onu erken uyandırarak
bunu izlemesini sağladılar. X-10'u çalıştırmak plütonyum projesinde başka bir
başarıydı. Reaktör dizaynı hakkında bilgiler sağladı, ayrıca DuPont
çalışanlarına reaktör çalıştırma eğitimi vererek reaktörde oluşan küçük
miktarda plütonyum üretti. Fermi kanunen izin verilen en kısa süre olan Temmuz
1944'te Amerikan vatandaşı oldu.
Eylül 1944 yılında Fermi ilk uranyum yakıtı külçesini
Hanford tesisindeki B-reaktörünün içine yerleştirdi.Bu reaktör büyük
miktarlarda plütonyum yerleştirilmek üzere geliştirilmişti. X-10 gibi bu da Fermi’nin
takımı tarafından Metalurji laboratuvarında DuPont tarafında insa
edilmişti. Fakat bu reaktör çok daha büyük ve su soğutmalıydı. Geçen birkaç gün
içerisinde 838 tüp dolduruldu ve reaktör kritik bir hale geldi. Kısa bir süre
sonra 27 Eylül gece yarısında, operatörler kontrol çubuklarını harekete
geçirdiler. Bir süre bu işe yaradı, fakat 03.00 sıralarında, güç seviyesi
düşmeye başladı ve saat 06.30’da tamamen durduruldu. Ordu ve DuPont Fermi’nin
takımından bir cevap bekliyordu. Sonraki gün araştırmalar sonucu soğutma
suyunda kaçak ya da kirlenme olduğu tespit edildi. Ertesi gün reaktörler
tekrar çalışmaya başladı fakat kapanması birkaç saat sürdü. Problem
xenon-135 ten kaynaklanan nötron zehirlemesinden dolayı oluyordu. Bir
fizyonunun yarılanma ömrü 9.2 saat sürüyordu. Dupont’un Metalurji
Laboratuvarındaki reaktör dizaynında 1500 tüp bulunuyordu.Bu yüzden kenarlara
504 tane daha tüp eklemek zorunda kaldılar. Bilim insanları bunun gereğinden
fazla bir mühendislik uygulaması oluğunu para ve zaman kaybından başka bir şey
olmadığı düşünüyorlardı. Fakat Fermi 2.004 tüpün hepsini doldurmanın,
reaktörlerin yeterince güce ulaştıracağını ve bunun plütonyum üretmek için
uygun bir yol olduğunun farkına vardı.
1944 yılının ortasında Robert Oppenheimer Fermi’yi Los
Alamos’taki Project Y’ye katılması için ikna etti.  Fermi Eylül ayında laboratuvar yöneticisi
oldu. Nükleer ve teorik fizikten sorumlu oldu. Katılığı bölüğün ismi adından
dolayı F bölüğü olarak anılmaya başladı.F bölüğü 4 parçadan oluşuyordu; F-1
süper ve genel teori adı altında Teller’a aitti ve “Süper”termonükleer bomayı
geliştiyordu;F-2 “su kaynatıcısı” adı altında projeyi L.D.P.king gözetmenliği
altında geliştiriyor;F-3 Egon Bretscher’in gözetimi altında Super
Experimention;ve F-4 ise Anderson’un gözetemi altında fisyon araştırmaları
yapıyordu. Fermi 16 Temmuz 1945 yılında yapılan Trinity denemlerini gözlemledi.
Gözlem esnasında patlamanın etkisiyle elindeki bir miktar kağıdı yere düşürdü.
Patlamanın uzaklığını adımladı ve patlamanın 18.6 kiloton TNT patlaması ile
aynı miktarda olduğunu hesapladı.
Oppenheimer, Compton ve Ernest Lawrence ile birlikte
Fermi Ara Komiteye hedef seçiminde tavsiye veren bilimsel paneldeydi. Panel ve
komite herhangi bir uyarı verilmeksizin atom bombasının endüstiriyel bir hedefe
atılabiliceği konusunda hemfikirdi. Fermi Nagazaki ve Hiroşima'nın bombalanacağını
kamusal seslendirme sisteminden öğrendi. Fermi atom bombasının ne devletleri
savaş yapmaktan alıkoyacağını ne de devletleri kemale erdireceğini düşünüyordu.
Bu yüzden Los Alamos Bilim İnsanları Derneğine katılmadı.

Savaş sonrası

Fermi 1 Temmuz 1945'te Chicago üniversitesi'nde
profesör oldu ancak 31 Aralık 1945'e kadar ailesiyle Los Alamos laboratuvarını
terk etmedi. Metalurji Laboratuvarı 1 Temmuz 1946'da Argonne Ulusal Laboratuvarı
oldu ve Manhattan Projesi tarafından kurulan ilk ulusal laboratuvar oldu.
Chicago ve Argonne arasındaki kısa mesafe sayesinde Fermi iki yerde de
çalışabildi. Argonne'da deneysel fiziğe devam etti ve Leona Marshall'la nötron
dağılımını inceledi. Maria Mayer ile de teorik fiziği tartışarak daha sonra ona
Nobel Ödülü'nü kazandıran dönüş-yörünge ikilisini anlamasını sağladı.
Manhattan Projesi 1 Ocak 1947'de Atom Enerjisi Komisyonu
olarak değiştirildi. Fermi bu komisyonun Genel Danışma Komitesi'nde görev
yaptı. Bu komitenin başkanı Robert Oppenheimer idi. Her yıl birkaç hafta Los
Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda da zaman geçirdi ve burada Nicholas Metropolis ve
John von Neumann ile iki farklı yoğunlukta sıvının sınırında olanları inceleyen
Rayleigh-Taylor dengesizliği üzerine çalıştı.
Ağustos 1949'da Sovyet fizyon bombasının
patlatılmasından sonra Fermi İsidor Rabi ile komiteye sert bir rapor yazdı ve
hidrojen bombasının geliştirilmesine ahlaki ve teknik nedenlerle karşı çıktı.
Ancak Fermi Los Alamos'ta hidrojen bombası çalışmalarında danışman olarak
çalışmaya devam etti. Stanislaw Ulam ile Teller'ın termonükleer bomba modeli
için gereken tritium miktarının aşırı fazla olacağını ve füzyon reaksiyonunun
bu kadar trityumla bile mümkün olacağının kesin olmadığını hesapladı. Fermi
1954'teki davada Oppenheimer hakkında ifade veren bilim insanlarından biriydi. Fermi suçlamayı saçma buldu. Hastalığı kötüye gittiği halde  Oppenheimer lehine ifade verdi. Oppenheimer' ın olağanüstü hizmetler verdiğini söyledi. Ancak bu dava sonunda Oppenheimer'ın güvenlik izni iptal edildi.
Sonraki yıllarda Fermi Chicago Üniversitesi'nde ders
vermeye devam etti. Savaş sonrası doktora öğrencilerinin arasında Owen
Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee,
Arthur Rosenfeld ve Sam Treiman vardı. Jack Steinberger ise yüksek lisans
öğrencisiydi. Fermi parçacık fiziği ve özellik pion ve müonlarla ilgili önemli
araştırmalar yaptı. Pion-nükleon rezonansının ilk tahminlerini istatistiksel
metodlara dayanarak ortaya attı. Bunun nedeni teorinin zaten yanlış olması
nedeniyle kesin cevaplara gerek olmamasıydı. Chen Ning Yang ile yazdığı bir
makalede pionların bileşik parçacık olabileceğini belirtti. Bu fikir Shoichi
Sakata tarafından ele alındı. Pionun quarklardan oluştuğunu söyleyen quark
modeli bu teoriyi etkisiz bırakmış ve Fermi'nin modelini tamamlamıştır.
Fermi “Kozmik radyasyonun kökeni” adlı bir makale
yazdı ve kozmik ışınların maddenin yıldızlararası uzayda manyetik alanlar
tarafından hızlandırılması nedeniyle oluştuğunu ortaya attı. Fermi spiral
galaksilerin kolları etrafındaki manyetik alanlarla ilgili sorunları inceledi.
Ayrıca Fermi paradoksunu ortaya attı: uzayda yaşamın olasılığı ve bununla
iletişime hala geçilmemiş olması arasındaki çelişme.
Hayatının sonuna doğru Fermi genel toplumun nükleer
teknoloji ile mantıklı kararlar vermesine inanmadığını söyledi:
“Bazılarınız sorabilir, birkaç yaşlı profesöre biraz
bilgi toplayarak sadece onları mutlu etmek için bu kadar çalışıp sadece
uzmanların anlayabileceği gereksiz işler yapmanın anlamı nedir? Bunun cevabını
az çok sağlam bir tahminle verebilirim.
Teknoloji ve bilimin tarihi bize temel bilgilerde
yapılan bilimsel gelişmelerin er ya da geç teknik ve endüstriyel uygulamalara
yol açtığını ve hayatımızda devrimler yaptığını gösterir. Maddenin yapısına
ulaşmanın da buna dahil olduğunu düşünüyorum. Daha az kesin olan, ve hepimizin
umduğu ise, insanlığın yeterince olgunlaşarak elde ettiği doğal güçleri iyilik
için kullanmasıdır.” 
Fermi 53 yaşında Chicago'daki evinde mide kanserinden öldü ve Oak Woods Mezarlığı'na gömüldü.

Etkileri ve Mirasları

Fermi başarıları için çeşitli ödüller aldı. Bunlar;
1926'da Matteucci Madalyası, 1938'de Nobel Fizik Ödülü, 1942'de Hughes
Madalyası, 1947'de Franklin Madalyası ve 1953'te Rumford Ödülü idi. 1946'da
Manhattan Projesi'ne katkıları için Başarı Ödülü'nü aldı. Floransa'daki Santa
Croce Bazilikası birçok sanatçı, bilim adamı ve önemli ismin yanında Fermi için
de bir plak bulundurmaktadır. 1999'da Time dergisi Fermi'yi 20. yüzyılın en
önemli 100 insanından biri olarak nitelendirdi. Fermi hem deneysel hem teorik alanda
başarı sahibi olan nadir fizikçilerden biriydi. Fizik tarihçisi C. P. Snow
“Fermi eğer birkaç yıl önce doğsaydı, Rutherford'ın atom çekirdeğini, Bohr'un
da hidrojen atomu teorisini keşfedebilirdi. Eğer bu abartma gibi duyuluyorsa
Fermi ile ilgili her şey abartma gibi duyulur.”
Fermi ilham veren bir öğretmen olarak tanınıyordu ve
detaya, basitliğe ve derslerini özenle hazırlamasına verdiği dikkat takdir
topluyordu. Daha sonra ders notları kitap haline getirildi. Makale ve
defterleri bugün Chicago Üniversitesi'ndedir. Victor Weisskopf Fermi'nin “her
zaman en basit ve direkt yolu seçtiğini ve karmaşayı en aza indirgediğini”
yazmıştır. Fermi'nin başarı ve yeteneği, mümkün olanın takdiri ile kendi
zekasından geliyordu. Karmaşık teorileri sevmezdi ve matematikte çok iyi
olmasına rağmen iş daha basit yapılabilecekse bunu hiç kullanmazdı.
Başkalarının kafasını karıştıracak problemlere hızlı ve doğru cevaplar
bulmasıyla ünlüydü. Daha sonra bu “Fermi metodu” olarak öğretilmeye başladı.
Fermi Alessandro Volta'nın laboratuvarındaki
çalışmaları sonucunda elektriğin nasıl kullanılabileceği hakkında hiçbir fikri
olmadığını söylerdi. Fermi genellikle nükleer enerji ve nükleer silahlar
üzerine çalışmaları ve ilk nükleer reaktörün oluşturulması ve ilk atom ve
hidrojen bombalarının geliştirilmesi ile hatırlanmaktadır. Bilimsel çalışmaları
zamana meydan okumuştur. Bu beta bozunması teorisini, çizgisel olmayan
sistemleri, yavaş nötronların etkilerini, pion-nükleon çarpışmalarını ve
Fermi-Dirac istatistiklerini kapsar. Bir pionun temel bir parçacık olmadığı
tahmini quark ve leptonların keşfinin yolunu açmıştır.

Fermi adının verildiği şeyler

Birçok şeye Fermi'nin adı verilerek
onurlandırılmıştır. Bunların arasında 1974 yılında adı değiştirilen Batavia,
İllinois'teki Fermilab parçacık hızlandırıcısı ve 2008'de adı verilen Fermi
gamma ışını teleskopu bulunur. Newport, Michigan'da ve Trino Vercellese,
İtalya'da üç adet nükleer reaktöre, ayrıca Arjantin'deki RA-1 Enrico Fermi
araştırma reaktörüne adı verilmiştir. 1952'de İvy Mike nükleer testinin
kalıntılarından çıkarılan sentetik bir elemente fermium adı verilmiştir. Bu
element einsteinium'dan sonra gelir ve ikisi birlikte keşfedilmiştir. 1956'dan
beri ABD Atom Enerjisi Komisyonu en yüksek ödülünü Fermi Ödülü olarak
adlandırmıştır. Bu ödülü Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller ve Hans
Bethe gibi tanınmış bilim adamları almıştır.