Enrico Fermi
Enrico Fermi nació en
Roma, Italia, el 29 de septiembre de 1901. Fue el tercer hijo de Alberto Fermi,
inspector general del Ministerio de Comunicaciones. Su madre, Ida de Gattis,
era maestra en una escuela.
Su hermana María
era dos años mayor y su hermano Giulio era un año mayor que Enrico. Los dos
hermanos fueron enviados a un pueblo con un ama de cría para su lactancia.
Enrico volvió a Roma con su familia a los dos años y medio de edad.
Aunque fue bautizado
como católico según los deseos de sus abuelos, su familia no era especialmente
religiosa. Enrico fue agnóstico durante toda su vida adulta.
De niño
compartió
los mismos intereses que su hermano Giulio, construyendo motores eléctricos y jugando con
juguetes mecánicos y eléctricos. Giulio
murió
en 1915 durante la anestesia para una operación de un absceso en la
garganta. Su hermana Maria murió en 1959 en un accidente
de aviación
cerca de Milán.
Se interesó por la
física a los 14 años de edad, tras la lectura de un viejo texto escrito en
latín: Elementorum physicae mathematicae, un libro de 900 páginas publicado en
1840 por el jesuita Andrea Caraffa del Colegio Romano. Cubría todo el saber de
la época en matemáticas, mecánica clásica, astronomía, óptica y acústica. Su
historial académico
fue excelente, disfrutando de una gran memoria que le permitía recitar la Divina
Comedia de Dante y gran parte de Aristóteles. Gozaba de una gran facilidad para
resolver problemas de física
teórica y una gran capacidad de síntesis. En su juventud Enrico disfrutaba
aprendiendo física y matemáticas y compartiendo sus intereses con su hermano
mayor, Giulio. La muerte repentina de Giulio, debido a un absceso en la
garganta en 1915, perturbó a Enrico y aumentó su dedicación a los estudios de
la ciencia para distraerse. Según su propio relato, todos los días pasaba
delante del hospital donde había fallecido su hermano mayor hasta que se hizo
insensible a la pena.
Posteriormente, Enrico
trabó amistad con otro estudiante interesado en la ciencia llamado Enrico
Persico, y los dos colaboraron
en proyectos científicos
tales como la construcción
de giróscopos,
y la medición
del campo gravitatorio de la Tierra. El interés de Fermi por la física fue en aumento
cuando un amigo de su padre, Adolfo Amidei, le regaló varios libros sobre
física y matemáticas, que leyó con gran avidez.
ROMA
Los catedráticos en
Italia accedían a las plazas vacantes por concurso en el que un comité de
profesores evalúa a los candidatos por sus publicaciones. Fermi se presentó a
una vacante de física matemática en la Universidad de Cagliari en Cerdeña, pero
fue sobrepasado por poco por Giovanni Giorgi.
En 1926, con 24 años de
edad, postuló a la cátedra de física de la Universidad Sapienza de Roma. Era un
puesto nuevo, uno de los primeros tres en física teórica en Italia, los que
habían sido creados por el Ministerio de Educación a petición del profesor Orso
Mario Corbino, que era profesor universitario de física experimental, Director
del Instituto de Física y miembro del gobierno de Benito Mussolini. Corbino
presidió el comité de selección y esperaba que el nuevo puesto elevaría el
nivel y la reputación de la Física en Italia. El comité eligió a Fermi por delante de
Enrico Persico y Aldo Pontremoli.
Corbino ayudó
a Fermi a reclutar un equipo, que pronto contó con estudiantes
notables como Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana, Emilio Segrè,
y Franco Rasetti, al que Fermi nombró su asistente.
Pronto recibieron el sobrenombre de los chicos de la Vía Panisperna por la
calle donde estaba el Instituto de Física.
En 1927 fue nombrado
profesor de la Universidad de Roma "La Sapienza", convirtiendo a esta
ciudad en uno de los centros de investigación más importantes del mundo.
El 19 de julio de 1928
Fermi se casó con Laura Capon, una estudiante de ciencias en la universidad.
Tuvieron dos hijos: Nella, nacida en enero de 1931, y Giulio, nacido en febrero
de 1936.
El 18 de marzo de 1929,
Fermi fue nombrado miembro de la Real Academia de Italia por Mussolini y el 27
de abril se afilió al partido Fascista. En 1938 se opuso al fascismo cuando se
promulgaron las leyes racistas italianas para acercarse al nacionalsocialismo
alemán. Estas leyes amenazaban a Laura, que era judía, y dejaron sin trabajo a
muchos de los investigadores de Fermi.
Durante su estancia en
Roma, Fermi y su grupo realizaron contribuciones importantes a muchos aspectos
teóricos y prácticos de la Física. En 1928 publicó Introducción a la física
atómica (en italiano: Introduzione alla fisica atomica), que proporcionó a los
estudiantes universitarios italianos un texto actualizado y accesible. Fermi
impartió conferencias y escribió artículos para profesores y científicos con el
fin de extender el conocimiento de la nueva física tanto como fuese posible.
Parte de su método de
enseñanza consistía en juntar a sus colegas y estudiantes graduados al final
del día y plantear un problema, que con frecuencia era de su propia
investigación.
Una muestra de su éxito
fue que estudiantes extranjeros comenzaron a acudir a Italia. El más notable de
ellos fue el físico alemán Hans Bethe, que acudió a Roma becado por la
Fundación
Rockefeller y colaboró
con Fermi en 1932 en el artículo «Sobre la interacción entre dos electrones» (en alemán: Über die Wechselwirkung
von Zwei Elektronen).
En aquel tiempo los
físicos estaban perplejos con la desintegración beta o decaimiento beta, que es
un proceso mediante el cual un nucleido o núclido inestable emite una partícula
beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y
protones del núcleo atómico. Para satisfacer la conservación de energía,
Wolfgang Pauli postuló la existencia de una partícula invisible sin carga y
poca o nula masa, que también era emitida al mismo tiempo. Fermi tomó esa idea
y la desarrolló en un artículo tentativo en 1933 y en otro más amplio en 1934
en el que incorporó la partícula postulada a la que llamó "neutrino".
Su teoría
se llamó
interacción
de Fermi y más
tarde interacción
débil. Describe una de las
cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. El neutrino se descubrió tras su muerte y su
teoría mostraba por qué era tan difícil de detectar. Cuando mandó su artículo a
la revista británica Nature, el editor lo rechazó porque contenía
especulaciones demasiado alejadas de la realidad física como para ser del
interés de los lectores. De este modo
Fermi vio su teoría
publicada en italiano y alemán antes que en inglés.
En 1930 fue invitado a
dar cursos de verano por la Universidad de Míchigan, pasando desde entonces la
mayoría de los veranos en los Estados Unidos, realizando trabajos científicos y
dando conferencias. También impartió clases en las universidades de Columbia,
Stanford y Chicago.
En enero de 1934, Irène
Joliot-Curie y Frédéric Joliot anunciaron que habían bombardeado elementos con
partículas alfa y habían inducido radioactividad en ellos. Hacia
marzo de 1934 el asistente de Fermi Gian-Carlo Wick proporcionó una explicación teórica usando la teoría de Fermi del
decaimiento beta. Fermi decidió cambiar a la física experimental usando
el neutrón, que había descubierto James Chadwick en 1932.
En marzo de 1934 Fermi
quería ver si podía inducir radioactividad con la fuente de neutrones de
polonio y berilio de Rasetti. Los neutrones no tienen carga eléctrica, de modo
que no pueden ser desviados por un núcleo cargado positivamente. Esto
significaba que necesitaban mucha menos energía para penetrar el núcleo que las
partículas cargadas y no requería el uso de un acelerador de partículas, que
los chicos de la Vía Panisperna no tenían.
Fermi tuvo la idea de
reemplazar la fuente de polonio-berilio con una de radón-berilio que construyó
llenando una válvula de vidrio con polvo de berilio, sacando el aire y
añadiendo 50 mCi de gas radón proporcionado por Giulio Cesare Trabacchi.
Así
creó
una fuente de neutrones mucho más potente, cuya efectividad declinaba por
la vida media del radón
de 3,8 días.
Sabía
que esta fuente también
emitiría
rayos gamma, pero de acuerdo a su teoría creía que no afectaría los resultados
del experimento. Comenzó bombardeando platino, un elemento con un número
atómico alto que estaba disponible, sin éxito. Cambió al aluminio, que emitía
partículas alfa y producía sodio, que decaía en magnesio que emitía partículas
alfa y producía nitrógeno, decayendo en oxígeno con emisión de partículas beta.
En total indujo radioactividad en 22 elementos diferentes.
Fermi publicó
el descubrimiento de la radioactividad inducida por neutrones en la revista
italiana La Ricerca Scientifica el 25 de marzo de 1934. Presentó públicamente sus
resultados por la primera vez en Buenos Aires en julio de 1934.
La radioactividad
natural del torio y del uranio le complicaron el determinar lo que ocurría
cuando esos elementos eran bombardeados con neutrones pero, después de eliminar
la presencia de elementos más ligeros que el uranio pero más pesados que el
plomo, Fermi concluyó que había creado nuevos elementos a los que llamó
hesperium y ausonium.
La química Ida Noddack
criticó este trabajo sugiriendo que algunos de los experimentos podrían haber
producido elementos más ligeros que el plomo en lugar de elementos nuevos más
pesados. Su sugerencia no fue tomada en serio en aquel momento porque su equipo
no había llevado a cabo experimentos con uranio y su afirmación de haber
descubierto el masurium (tecnecio) estaba en disputa.
Por aquel entonces la
fisión se pensaba que era improbable si no imposible sobre bases teóricas.
Mientras que los físicos esperaban elementos con números atómicos más altos
formados por el bombardeo de neutrones de elementos ligeros, nadie esperaba que
los neutrones tuvieran suficiente energía para romper un átomo pesado en dos
fragmentos de elementos ligeros en el modo que Noddack había sugerido.
Los chicos de la Vía
Panisperna también se dieron cuenta de algunos efectos no explicados. El
experimento parecía funcionar mejor sobre una mesa de madera que sobre una de
mármol. Fermi recordó que Joliot-Curie y Chadwick habían apreciado que la
parafina era efectiva para desacelerar neutrones, de modo que decidió probarlo.
Cuando los neutrones pasaban por parafina inducían cien veces más
radioactividad en plata que sin parafina. Fermi intuyó que era debido a los
átomos de hidrógeno en la parafina. Análogamente los átomos de hidrógeno
explicarían las diferencias entre las mesas de madera y mármol. Esto se
confirmó repitiendo el efecto con agua. Concluyó que las colisiones con los
átomos de hidrógeno desaceleraban los neutrones. Cuanto menor es el número atómico de un núcleo con el que choca,
mayor es la energía
que pierde un neutrón por colisión, y por tanto se requieren menos colisiones
para desacelerar un neutrón en una cierta cantidad.
Fermi se dio cuenta de
que esto inducía más radioactividad porque los neutrones lentos eran capturados
más fácilmente que los rápidos. Desarrolló una ecuación de difusión para
describirlo (Fermi age equation).
Fue galardonado en 1938
con el premio Nobel de Física «por sus demostraciones sobre la existencia de
nuevos elementos radiactivos producidos por procesos de irradiación con neutrones
y por sus descubrimientos sobre las reacciones nucleares debidas a los
neutrones lentos».
Con sus colaboradores,
bombardeó con neutrones 60 elementos, logrando obtener isótopos de 40 y la
transmutación de átomos del elemento 92, uranio, en átomos de un elemento 93,
neptunio, no existente en la naturaleza.
Fermi permaneció en Roma
hasta 1938. Tras recibir el Premio Nobel en Estocolmo, emigró a Nueva York
junto con su esposa Laura y sus hijos. Esto fue principalmente una reacción a
las leyes antisemitas promulgadas por el régimen fascista de Benito Mussolini,
que representaban una amenaza para Laura, judía ella. La nueva ley también significaba que varios
de los ayudantes de investigación de Fermi (todos ellos judíos), perdían sus trabajos.
El
proyecto Manhattan
En el Proyecto Manhattan
participaron grandes científicos como Robert Oppenheimer, Enrico Fermi (Premio
Nobel 1938), Edward Teller, Hans Bethe (Premio Nobel 1967), Richard Feynman
(Premio Nobel 1965) y John von Neumann.
A mediados de 1944
Robert Oppenheimer persuadió a Fermi para que se uniera al Project Y en Los
Álamos, Nuevo México.
Fermi llegó a Los Álamos
en septiembre de 1944 y fue nombrado Director Asociado del laboratorio, con
amplias responsabilidades para física teórica y nuclear. Fue puesto a cargo de
la División F, que fue nombrada en su honor. Tenía cuatro ramas: F-1. Teoría
Súper y General bajo Teller, que investigaba la bomba termonuclear Súper; F-2.
Caldera de agua bajo L. D. P. King, que investigaba el reactor de agua
homogénea. F-3. Súper experimentación bajo Egon Bretscher; y F-4. Estudios de
Fisión bajo Anderson.
Fermi observó la prueba
Trinity el 16 de julio de 1945, y llevó a cabo un experimento para calcular la
potencia de la bomba arrojando tiras de papel a la onda de choque de la
explosión. Midió el desplazamiento de la tiras y calculó una potencia de 10
kilotones de TNT. La potencia real fue de 18.6 kilotones.
Junto a Oppenheimer,
Compton y Ernest Lawrence, Fermi formó parte del panel científico que aconsejó
sobre la selección de objetivos. El panel acordó con el comité que las bombas
atómicas serían usadas sin aviso contra un objetivo industrial.
Como otros en el
Laboratorio de Los Álamos Fermi se enteró de los lanzamientos de bombas
atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki por los altavoces de la zona técnica. Fermi
no creía que las bombas atómicas disuadirían a las naciones de iniciar guerras,
ni que había llegado el momento de un gobierno mundial. Por lo tanto no se unió
a la Asociación de Científicos de los Álamos (en inglés: Association of Los
Alamos Scientists).
Tras
la Segunda Guerra Mundial
El 1 de julio de 1945
Fermi fue nombrado Profesor de Física en la Universidad de Chicago,
aunque no abandonó
el Laboratorio de Los Álamos
con su familia hasta el 31 de diciembre de 1945.
En 1945 fue elegido
miembro de la Academia Nacional de Ciencias (en inglés: U.S. National Academy
of Sciences)
El 1 de julio de 1946 el
Laboratorio de Metalurgia (en inglés: Metallurgical Laboratory) pasó a ser el
Laboratorio Nacional Argonne (en inglés: Argonne National Laboratory), el
primero de los Laboratorios Nacionales del Departamento de Energía de los
Estados Unidos establecido por el Proyecto Manhattan. La
poca distancia entre Chicago y Argonne le permitió a Fermi trabajar en
ambos lugares. En Argonne continuó la física experimental investigando la
dispersión de neutrones con Leona Woods.106También discutía física teórica con Maria Mayer, a
la que ayudó
en el descubrimiento de la interacción spin-órbita (en inglés: Spin–orbit interaction), que
la llevaría a recibir el Premio Nobel.
El 1 de enero de 1947 el
Proyecto Manhattan fue reemplazado por la Comisión de la Energía Atómica (AEC)
(en inglés: United States Atomic Energy Commission).
Fermi sirvió en el
Comité General Consultivo de la AEC, un influyente comité presidido por Robert
Oppenheimer. Le gustaba pasar unas semanas cada año en Los Álamos National
Laboratory, donde colaboró con Nicholas Metropolis, y con John von
Neumann sobre la inestabilidad Rayleigh-Taylor (en inglés: Rayleigh–Taylor
instability), la ciencia que estudia lo que ocurre en el borde entre dos
fluidos de densidades diferentes.
Tras la detonación de la
primera bomba de fisión soviética en agosto de 1949, Fermi e Isidor Rabi
redactaron un informe muy duro para el Comité, oponiéndose al desarrollo de una
bomba de hidrógeno basándose en razones morales y técnicas.
Sin embargo, Fermi continuó participando en el trabajo de la bomba
de hidrógeno en Los Álamos como consultor. Junto con Stanislaw Ulam, calculó
que la cantidad de tritio necesaria para el modelo de Teller para un arma
termonuclear sería prohibitiva, pero la propagación de una reacción de fusión nuclear
no podría estar asegurada incluso con una gran cantidad de tritio.
En 1954 Fermi estuvo
entre los científicos que testificaron a favor de Oppenheimer y que terminó
retirando a Oppenheimer el acceso a los secretos nacionales.
Fermi continuó enseñando
en la Universidad de Chicago. Entre sus estudiantes posdoctorales estaban Owen
Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee,
Arthur Rosenfeld y Sam Treiman.
Fermi llevó a cabo
investigaciones importantes en la física de partículas, especialmente
relacionadas con los piones y muones. Hizo las primeras predicciones la
resonancia del pión nucleón
basándose
en métodos
estadísticos,
ya que razonó que las respuestas exactas no eran necesarias cuando la teoría
estaba equivocada de entrada.
En un artículo que
escribió con Chen Ning Yang, especuló que los piones podrían ser partículas
compuestas.119La idea fue elaborada
por Shoichi Sakata. Desde entonces se ha sustituido por el modelo quark, en el
que el pion está compuesto de quarks, completando el modelo de Fermi.
Fermi escribió el
artículo Sobre el origen de la radiación cósmica (en inglés: On the Origin of
cosmic radiation) en el que propuso que los rayos cósmicos surgían del material
acelerado por campos magnéticos en el espacio interestelar. Esto supuso una
diferencia de opinión con Teller.
Fermi examinó los
problemas que rodeaban los campos magnéticos en los brazos de una galaxia
espiral.
Reflexionó sobre lo que
ahora es conocida como la paradoja de Fermi en la que hay una contradicción
entre la probabilidad de la existencia de vida extraterrestre y el hecho de que
no hayamos tenido ningún contacto con ella.
Vida
personal
Tenía una vida con
hábitos regulares. Se solía levantar a las 05:00 y trabajaba solo hasta las
07:00; desayunaba y hacia las 08:00 salía de casa para la universidad. Le
gustaba parar para la comida del mediodía y notoriamente lo hizo en medio de
los experimentos de los neutrones lentos y en las pruebas de la Chicago Pile.
Le encantaba estar con
gente porque era muy sociable. Practicaba el tenis, la natación y el alpinismo.
Tenía una compulsión docente y entendía mejor las cosas cuando las enseñaba. En
su luna de miel trató de enseñar a su esposa Laura las ecuaciones de Maxwell.
Estaba más con sus estudiantes que con su familia.
Su suegro era almirante
de la Marina italiana, quien decidió quedarse en Italia (no obstante que su
hija se iba a residir a EE. UU. junto con su esposo). Cuando Mussolini cayó,
los nazis tomaron el control de Italia, y por ello, lo enviaron a un campo de
concentración donde falleció.
Cuando entró a trabajar
en el Proyecto Manhattan acababa de nacionalizarse estadounidense, mientras
Italia seguía en guerra contra Estados Unidos. Fermi tenía acceso a todos los
altos secretos del proyecto. Estuvo muy agradecido a los Estados Unidos por las
oportunidades y la confianza otorgados, y logró con facilidad asimilarse a su
cultura. Le encantaba el béisbol, las hamburguesas y la Coca-cola. Durante toda
su vida estuvo expuesto a diferentes sustancias tóxicas y radioactivas. No está
claro que ello le provocara el cáncer de estómago por el que falleció.
Fallecimiento
El 28 de noviembre de
1954 Fermi falleció a los 53 años de edad a causa de un cáncer de estómago en
su casa de Chicago. El 9 de octubre de 1954 Fermi se había sometido a una
operación exploratoria en el Billings Memorial Hospital.
Fue enterrado en el cementerio Oak Woods de Chicago.
Legado
Fermi fue conocido por
ser un profesor inspirador, con gran atención al detalle, a la simplicidad y por
el cuidado en la preparación de sus conferencias. Más adelante sus
conferencias se publicaron en libros.Sus
papeles y cuadernos están
en la Universidad de Chicago
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