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'de 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 plutonyum 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
tekrardan 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. Biliminsanları 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 güçe ulaştırıcağını ve bunun plutonyum üretmek için
uygun bi 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 Biliminsanları Derneğine katılmadı.

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.

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.

Birçok şeye Fermi'nin adı verilerek
onurlandırılmıştır. Bunların arasında 1974 yılında adı değiştirilen Batavia,
İllinois'deki 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 re