恩里科·费米

早年

恩里科·費米在1901年9月29日誕生於羅馬。他的父親阿爾貝托·費米是義大利鐵道部的部門負責人（[Capo Divisione] ），母親伊達·德伽提絲是一名小學教員。他是家裡第三個孩子，姐姐瑪麗亞比他年長兩歲，哥哥朱利奧比他年長一歲。兄弟二人出生後被送到鄉下的乳母撫養，兩歲半時恩里科回到家裡。由於祖父母篤信天主教，恩里科在出生後依天主教教義接受了洗禮，但他和他的雙親一樣並沒有宗教信仰，並且一生信奉不可知論。恩里科年幼時與他的哥哥興趣相投，他們一起製作電動機，並玩一些電動和機械玩具。1915年，朱利奧在進行咽喉膿腫手術的麻醉期間意外離世。
在羅馬的鮮花廣場附近的市集裏，費米買到了一本《數學物理要旨》（拉丁語：Elementorum physicae mathematicae），這是他在物理學方面的啟蒙教材之一。這本900餘頁的書是由耶穌會士安德烈亞·卡拉法神甫於1840年以拉丁語寫成的。卡拉法神甫是羅馬學院的教授，他在這本書里敘述了當時已知的數學、古典力學、天文學、光學以及聲學等方面的知識。費米與同樣對科學非常感興趣的恩里科·珀西科非常要好，常常一起鑽研科學。他們曾一起搭起了一架陀螺儀，還嘗試準確測量地球重力所產生的加速度。費米父親的同事阿道弗·阿米代伊積極鼓勵費米學習物理，曾送給他幾本有關物理學及數學的書，這些書讓費米愛不釋手。

任教羅馬

義大利的教授席位歸屬是通過一個由教授組成的委員會依據各位申請者發表的著作評定產生的。費米曾申請過卡利亞里大學的數學物理學教授席位，並依靠喬瓦尼·喬治的支持以微弱優勢當選。1926年，費米申請羅馬大學的理論物理學教授席位。這是一個新設的教授席位，也是義大利國內首批理論物理學教授席位。它是在實驗物理學教授奧爾索·馬里奧·科爾比諾的呼籲下由義大利教育部設立的。科爾比諾是羅馬大學物理研究所的主任，曾在墨索里尼內閣任要職。他擔任了這個教授席位的遴選委員會的主席。他希望這個新席位可以提升義大利物理學的研究水準及聲譽。這個席位共有三個候選人，費米、恩里科·珀西科以及阿爾多·蓬特雷莫利。委員會最終選中了費米。科爾比諾協助費米招募研究團隊。佛朗哥·拉塞蒂立即加入了費米的團隊，並被費米任命為助理。幾位日後聲名卓著的學生也加入了這個團隊。這些學生包括愛德華多·阿馬爾迪、布魯諾·龐蒂科夫、埃托雷·馬約拉納以及埃米利奧·塞格雷。這些學生後來被叫作帕尼斯貝爾納路上的少年。這個綽號來源於物理研究所所在的街道。
1928年7月19日，費米與蘿拉·卡彭結婚。蘿拉曾在羅馬大學學習自然科學。他們育有兩個孩子。女兒內拉生於1931年1月，兒子朱利奧生於1936年2月。1929年3月18日，費米被墨索里尼任命為義大利皇家科學院院士。同年4月27日，他加入法西斯黨。當墨索里尼為使義大利國內的意識形態更為接近納粹主義而在1938年頒布義大利種族法時，費米轉而反對法西斯主義。這項法案令身為猶太人的蘿拉受到威脅，並且會讓費米的幾位學術上的合作夥伴失業。
在羅馬任職期間，費米與他的團隊一道為物理學的理論及實際應用做出多項貢獻。1928年，費米編寫的教材《原子物理學引論》（[Introduzione alla fisica atomica] ）出版，為當時的義大利的大學生提供了當時最新的相關知識。他還舉辦公共講座並編寫科普文章，向大眾傳播了新的物理學知識。他會在一天工作結束後將他的同事及學生聚在一起探討一些問題。這些問題不少是他自己正在研究的課題。他的教學工作是通過這種方式完成的。科爾比諾的努力獲得一定的成效。一些外國留學生開始到義大利學習物理。諾貝爾物理學獎獲得者，德國物理學家漢斯·貝特也曾是這些留學生中的一員。他受到洛克菲勒基金會資助來到羅馬學習，並於1932年與費米合寫論文《論兩個電子間的交互作用》（德語：Über die Wechselwirkung von Zwei Elektronen）。
物理學界此時正為β衰變前後能量是否守恆困擾。為令能量守恆，包立構想了一種新的粒子。這種粒子不帶電荷且質量極小。它會伴隨電子一起放射出來。費米對這一假說非常感興趣。他在1933年至1934年間先後發表了兩篇文章論述了這種粒子的性質，並將這種粒子稱作「微中子」。他對β衰變的理論解釋後來被物理學家稱作費米交互作用。這一理論後來發展為弱交互作用理論。這種交互作用是自然界四種基本交互作用之一。微中子直到費米去世後才被探測到。而他所提出的交互作用理論正好能說明為什麼這種粒子非常難探測到。當費米向《自然》雜誌投遞相關論文時，雜誌的編輯拒絕刊載這些論文。他給出的理由是在這些論文中的相關理論假設「與現實物理圖像相去甚遠，不能引起讀者的興趣」。因而費米不得不先將這些理論發表在義大利語及德語的文獻中。
在1968年發表的這些文獻的英譯本的引論中，這些文獻的譯者這樣評價費米所提出的β衰變相關理論：
費米的理論除了對包立的微中子假說提供支持外，還對現代物理學產生了重大影響。我們必須注意到在費米提出這些理論的時候，人們只能接觸到自然的β衰變放射源。之後人們發現正電子衰變也能在費米原先提出的理論框架中得到解釋。在他的理論基礎上，物理學家預測原子外層上的電子也能被原子核俘獲。這一預測後來被實驗證實。儘管隨著實驗數據的累積人們在實驗中曾發現特例，費米的理論仍是難以撼動。
費米的理論對於後世的影響非常巨大。例如，（基於這一理論得到的）β衰變能譜是研究核結構的重要工具。而費米的這一有關β衰變的理論最重要的影響也許在於它可以適用於其它類似過程。它是首個能成功描述物質粒子的產生與湮滅過程的理論。在此之前，人們只知道光子能夠發生這些過程。
伊雷娜·約里奧-居禮與弗雷德里克·約里奧-居禮於1934年1月宣布，利用α粒子轟擊原子核的方式可以誘導這些原子核產生放射性。同年3月，費米的助理吉安·卡羅·威克利用費米的β衰變理論給出了理論解釋。費米決定採用實驗方法利用查兌克在1932年發現的中子來進行驗證。他想知道利用拉塞蒂發明的釙—鈹中子源是否也能誘導放射性。中子不帶電，所以不會被帶正電的原子核散射。這意味著它們深入原子核時所需能量要比帶電粒子少，因而相關實驗並不需要他們當時還沒有的粒子加速器。
費米後來打算用由他發明的氡—鈹中子源替代釙—鈹中子源。這種中子源是通過向抽空空氣的玻璃燈泡中加入鈹粉然後充入50毫居禮的氡氣製成的。由於氡的半衰期較短，因而這種中子源較釙—鈹中子源來說強度更大。雖然費米知道這种放射源在產生中子同時還會產生γ射線，但他依據自己的理論相信這不會影響到實驗的結果。他開始時是用中子轟擊鉑核。這種元素是當時能獲取的原子序數較高的元素，但實驗並沒有成功。他還嘗試轟擊鉛原子，也沒有獲得成功。於是他轉向轟擊鋁原子核，並成功將其轉化為鈉的一種同位素以及一個α粒子。這個鈉原子後來發生β衰變轉化為鎂原子。他還轟擊了氟化鈣中的氟原子。並成功將其轉化為氮的一種同位素以及一個α粒子。這個氮原子後來發生β衰變，轉化為氧原子。最終，他利用中子轟擊的方法成功誘導了22種元素產生放射。1934年3月25日，費米將這一發現發表在期刊《科學研究》（[La Ricerca Scientifica] ）上。
釷元素與鈾元素具有天然放射性，很難判斷利用中子轟擊這兩種元素原子的結果。費米認為反應產物中包含當時尚未發現的第93號及第94號元素。化學家伊達·諾達克對這一實驗結果表示質疑，表示反應產物可能並不是新的元素而是原子序數較鉛小的元素。由於諾達克的研究團隊之前沒有進行過與鈾有關的研究，並且她此前犯過類似錯誤，因而她的質疑並沒有受到重視。當時的物理學家即使在理論層面也認為核分裂是不存在的。因而他們認為對於一個原子進行中子轟擊只會產生原子序數比它大的原子。並沒有人相信中子會像諾達克預測的那樣具有足夠令較重的原子發生分裂的能量。
費米的學生們注意到實驗中存在他們之前沒有發現的現象。在木質工作檯上進行實驗似乎要比在大理石工作檯上更為順利。這似乎是因為這樣做可以減小中子速度。所以費米決定採用約里奧－居禮以及查兌克此前用過的石蠟來減小中子運動速度以驗證慢中子轟擊的效果是不是更好。他分別用一般中子與經石蠟層減速的中子轟擊了銀原子。他發現後者誘發放射性的效果是前者的一百餘倍。費米認為石蠟之所以能減小中子運動速動是因為其中含有氫原子。這可以解釋使用木質工作檯時的實驗效果為什麼會比使用大理石工作檯時的更好。將介質換為水時，中子的運動也明顯減慢了。費米由此總結中子與氫原子碰撞可以使其減速。與中子發生碰撞的原子的原子序數越低，中子每次碰撞損耗的能量就越多，因而母體上在損耗能量一樣時，氫原子的「減速效率」最大。慢中子較快中子更容易被俘獲。費米推導出了一個可以描述這一情形的擴散方程式。這個方程式後來被物理學家叫作費米壽命方程式。
因「證明存在由微中子輻射誘導產生的新的放射性元素，並發現由慢中子引發的核反應」，費米獲得1938年諾貝爾物理學獎。那年12月頒獎後，費米並沒有回到義大利，而是與家人直接去了紐約。他們一家申請了美國的永久居留權。他們的這一決定是源於義大利當時推行的種族法。

對於後世的影響

費米因為他的成就獲得過許多榮譽，其中包括馬泰烏奇獎章（1926年）、諾貝爾物理學獎（1938年）、休斯獎章（1942年）、富蘭克林獎章（1947年）以及拉姆福德獎（1953年）。1946年，他還因對於曼哈頓計劃做出的貢獻而獲得功績勳章。1950年，費米被選為英國皇家學會的外籍會士。在被稱為「義大利的先賢祠」的聖十字聖殿中也立有費米的紀念碑。1999年，費米又入選了《時代周刊》評選的「20世紀最具影響力的100個人」。費米被公認為20世紀少數幾位在理論方面以及實驗方面皆能稱作佼佼者的物理學家之一。物理學史專家C·P·斯諾這樣寫道：「如果費米早生幾年，也許發現原子核並發展出氫原子波耳模型的人都將是費米。如果這聽起來像是在誇張的話，那麼費米所做過的一切就更不像是現實了。」
尤金·維格納晚年時在自傳中寫道：「費米是我認識過的最偉大的人物之一... 費米的β衰變理論深深地啟迪了我。在20世紀30年代中期，物理學上的大多數進展好像都或者來自在英國劍橋大學的查兌克（James Chadwick）的實驗室，或者來自在羅馬的費米實驗室。 ... 費米期初是作為一名理論家工作的，但現在他卻差不多總是呆在實驗室里。 ... 是查兌克在1932年首次發現了中子。但費米的隊伍做出了進一步的發現：可以把中子減慢，以引起一個原子發生人工嬗變。 ... 我們試圖去幫助他，但費米憑著他的魄力和技藝指引著工作的進行，並不需要多少幫助。他不是一個優柔寡斷的人。在物理學的那個國際小圈子裡，費米的名字獲得了最高的尊敬。因此，如果他需要大量的石墨，就會有人很快送給他。他不需要給他的助手們下命令。他們都自然而然地吸取他的建議。費米最驚人的品格，同時表現在他的科學工作和他的人際關係這兩方面。 ... 他不花多少時間去揣摩他的同事和朋友們；但他很難得對他們判斷失誤。費米不僅能力很強，而且和藹可親。並且，儘管名望很高，他從不裝腔作勢。」
費米在教學方面也是成績斐然。他以注重細節、講求簡潔、備課認真著稱於世。他的講義後來都被改編為教科書。他生前的論文以及筆記現在收藏在芝加哥大學。維克托·魏斯科普夫曾說：「（費米）總是能規避複雜、繁瑣的過程並找到最為簡潔、直接的方法。」費米解決物理問題的能力很大程度上是因為他的本性驅使他規避完美主義，而去追求實際結果。他厭惡煩雜的理論。儘管掌握高超的數學技巧，但在能用更為簡單的方法處理問題時他都不會去使用這些技巧。他以能快速得到較為準確的答案著稱。後來，這種快速得出近似解的方法被人們稱作「費米方法」，受到廣泛效法。
費米曾說亞歷山德羅·伏打本人在實驗室做研究時可能也並不知道電學將來會如何發展。他在核能以及核武器方面的貢獻受到人們的銘記，特別是他設計製造了史上首個反應爐，並在首顆原子彈及氫彈的研製過程中做出了重要的貢獻。他的一項項科學功績經受住了時間的考驗。這些工作包括對於β衰變的理論解釋，對於非線性系統的研究，發現慢中子在誘導放射性時的作用，對於π介子－核子碰撞的研究以及費米－狄拉克統計。後世對於夸克與輕子的研究正是源於他假定π介子並非基本粒子。

後世對他的紀念

費米身後有許許多多的事物是以他的名字命名的。這包括位於伊利諾州的費米實驗室以及2008年發射的費米伽瑪射線太空望遠鏡。此外，還有三座核反應爐設施是以他的名字命名的，分別是位於美國密西根州的恩里科·費米核電站、位於義大利特里諾的恩里科·費米核電廠以及位於阿根廷的RA-1恩里科·費米反應爐。第100號元素鐨也是以費米的姓氏命名的。這種元素是在1952年常春藤麥克核試的輻射落塵中發現的。與這種元素一起被發現的還有第99號元素鑀。1956年，美國原子能委員會將其頒發的最高獎項命名為費米獎。奧托·哈恩、羅伯特·歐本海默、愛德華·泰勒以及漢斯·貝特等知名科學家都曾獲授該獎。