Enrico Fermi

Enrico Fermi (29. syyskuuta 1901 – 28. marraskuuta 1954) oli italialais-amerikkalainen fyysikko. Erityisen tunnettu hän on työstään kvanttimekaniikan alalla, beetahajoamisen tutkimisessa ja ensimmäisen ydinreaktorin kehittämisessä. Hän sai Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1938.

Elämä 
Roomassa syntynyt Fermi alkoi tosissaan opiskella fysiikkaa 14-vuotiaana veljensä Giulion kuoleman jälkeen selviytyäkseen surustaan. Hän menestyi opinnoissaan erittäin hyvin ja siirtyi opiskelemaan lahjakkaille nuorille tarkoitettuun Scuola Normale Superioreen. Valmistuttuaan hän lähti Göttingenin yliopistoon, jossa vaikuttivat silloiset kvanttimekaniikan tärkeimmät kehittäjät kuten Wolfgang Pauli ja Werner Heisenberg. Puolen vuoden jälkeen hän kuitenkin siirtyi Leidenin yliopistoon Alankomaihin opiskelemaan Paul Ehrenfestin johdolla. Siellä hän tapasi myös Albert Einsteinin.

Vuonna 1926 Fermi kehitti statistisen fysiikan periaatteen, jota kutsutaan Fermin–Diracin statistiikaksi.

Opetettuaan lyhyen aikaa Firenzen yliopistossa lahjakas Fermi sai teoreettisen fysiikan professuurin Roomasta vuonna 1927. Hän keräsi ympärilleen tutkijaryhmän, joka omistautui erilaisiin teoreettisiin ja kokeellisiin tutkimuksiin. Nämä nyt kuuluisiksi tulleet kokeet käsittelivät Fermin–Diracin statistiikkaa, beeta-hajoamista ja hitaiden neutronien löytämistä, joita tarvittiin ydinreaktorin kehittämisessä. Vuonna 1938 Fermille myönnettiin Nobelin fysiikanpalkinto työstään ydinfysiikan ja hitaiden neutronien parissa.

Kun Fermi oli saanut palkintonsa, hän muutti Yhdysvaltoihin vaimonsa Lauran ja lastensa kanssa. Fermin vaimo oli juutalaista syntyperää, ja Italian fasistihallinto oli juuri kiristänyt antisemitistisiä lakejaan. Fermi sai pian professuurin Columbia Universitystä. Vuonna 1945 Fermi siirtyi professoriksi  Chicagon yliopistoon. Chicagossa hän työskenteli kuitenkin vuodesta 1941. Fermi sai ensimmäisenä hallitusti syntymään atomiydinten hajoamisen ketjureaktiona, mikä on ensiarvoisen tärkeää sekä atomipommin että ydinvoimaloiden rakentamisessa.

2. joulukuuta 1942 käynnistyi Chicagon yliopiston kampuksella, oikeammin sen hylätyllä tenniskentällä maailman ensimmäinen hallittu reaktiivinen ydinfissio. Fermin apureina oli niin kutsuttu "itsemurharyhmä" — joukko nuoria apulaisia. Heidän oli määrä kaataa väkevöityä kadmium-liuosta reaktion pysäyttämiseen, tapahtumien kulun siten vaatiessa. Kerrotaan, että mikäli he olisivat toimineet liian innokkaasti, Fermi uhkasi  hakata heidät palasiksi pajavasaraa käyttäen. Kadmium-liuoksen kaataminen olisi tehnyt tästä "pile" eli miilu-tyypin reaktorista lopullisesti käyttökelvottoman.

Vuonna 1944 Fermi muutti perheineen Los Alamosin atomitutkimuskeskukseen atomipommin rakentamista johtaneen  Robert Oppenheimerin ja muiden maailman johtavien fyysikoiden seuraan. Manhattan-projekti oli täydessä käynnissä, ja myös Fermillä oli atomipommin kehittämisessä tärkeä osa. Hänet oli ollut  myös mukana komiteassa, joka päätti suositella atomipommin valmistamista Yhdysvaltain presidentille. 

Toisen maailmansodan päätyttyä Fermi palasi ydintutkimuskeskukseen Chicagoon. Elämänsä loppupuolella hän tutki muun muassa pioneja ja kehitteli teoriaa kosmisen säteilyn alkuperästä.  Fermi kuoli vuonna 1954 syöpään, jonka hän todennäköisesti sai työstään. Hänen hautamuistomerkkinsä on Firenzen Santa Croce -kirkossa aivan Galileo Galilein haudan vieressä. Fermin mukaan on nimetty alkuaine fermium.

Fermi oli erikoislaatuinen fyysikko siinä mielessä, että hän ei keskittynyt vain joko kokeelliseen tai teoreettiseen tutkimustyöhön vaan oli hyvä molemmissa. Erityisen taitava hän oli arvioimaan nopeasti suuruusluokkia; "Fermin metodi" tarkoittaakin nopeiden approksimaatioiden laskemista esimerkiksi kirjekuoren takapuolelle. Hän oli myös ihmisenä hyvin pidetty vaatimattomuutensa takia. Fermi oli aina valmis tekemään myös rutiininomaista työtä.

Tutkimustyö 
Alkeishiukkasista bosonit noudattavat Bosen-Einsteinin statistiikkaa, ja niitä voi olla useita samassa kvanttimekaanisessa tilassa. Fermionit, joiden spinkvanttiluku on puoliluku, puolestaan noudattavat Fermin-Diracin statistiikkaa, eikä täsmälleen samassa tilassa voi olla kuin yksi hiukkanen (Paulin kieltosääntö). Kvanttimekaanisten puuhastelujensa jälkeen Fermi suuntasi huomionsa syvemmälle atomiin, sen ytimeen. Neutronin keksimisen jälkeen (James Chadwick vuonna 1932) beetahajoaminen voitiin selittää tapahtumana, jossa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja neutriinoksi. Vuotta myöhemmin Fermi muotoili tämän täsmälliseksi kvanttimekaaniseksi teoriaksi.  

Atomiydinten halkeaminen eli fissio voidaan saada aikaan pommittamalla riittävän epävakaita ytimiä neutroneilla. Halkeamisessa vapautuu lisää neutroneja, jotka puolestaan voivat halkaista uusia ytimiä. Fermi näki tämän ketjureaktion mahdollisuuden heti kun fissio oli keksitty ja alkoi tehdä kokeita, joiden tarkoituksena olisi saada ketjureaktio toimimaan hallitusti laboratoriossa. Hän onnistuikin vuonna 1942 Chicagossa; koetta voidaan pitää maailman ensimmäisenä ydinreaktorina.

Lähteet

Aiheesta muualla 

 
 
 
 

Italialaiset fyysikot
Yhdysvaltalaiset fyysikot
Nobelin fysiikanpalkinnon saajat
Max Planck -mitalin saajat
Vuonna 1901 syntyneet
Vuonna 1954 kuolleet
Seulonnan keskeiset artikkelit