恩里科·费米。一位科学家的传记

费米·恩里科. 一位科学家的传记

伟大科学家的传记

恩里科费米 （1901 1954）。

“伟大的意大利物理学家恩里科·费米，”布鲁诺·庞特科尔沃写道，“在现代科学家中占有特殊的地位：在我们这个时代，当科学研究的狭隘专业化已成为典型时，很难指出一位同样普遍的物理学家是费米甚至可以说，出现在XNUMX世纪的科学舞台上，对理论物理学、实验物理学、天文学和技术物理学的发展做出如此巨大贡献的人，是一种奇特的现象。稀有的。

恩里科·费米 29 年 1901 月 1918 日出生于罗马。他是铁路员工阿尔贝托·费米和教师艾达·德·加蒂斯的三个孩子中最小的一个。即使在孩提时代，恩里科就表现出对数学和物理的极大天赋。他在这些科学方面的杰出知识主要是通过自学获得的，这使他于 1923 年获得奖学金并进入比萨大学的高等师范学校。随后，在罗马大学物理研究所副教授 Corbino 参议员的赞助下，Enrico 获得了罗马大学化学家数学教师的临时职位。 1924 年，他接受了一次前往德国、哥廷根和 Max Born 的商务旅行。费米并不十分自信，只有 1925 年 1926 月至 1926 月与他一起在莱顿的埃伦费斯特在道义上的大力支持帮助他相信了自己作为物理学家的使命。回到意大利后，费米从 XNUMX 年 XNUMX 月到 XNUMX 年秋天在佛罗伦萨大学工作。在这里，他获得了“免费副教授”的第一个学位，最重要的是，他创作了他著名的量子统计著作。 XNUMX年XNUMX月，他在罗马大学新设立的理论物理系担任教授。在这里，他组织了一支由年轻物理学家组成的团队：Rasetti、Amaldi、Segre、Pontecorvo 等人，他们组成了意大利现代物理学学派。

When the first chair of theoretical physics was established at the University of Rome in 1927, Fermi, who managed to gain international prestige, was elected its head.

1928年，费米与来自罗马一个著名犹太家庭的劳拉·卡彭结婚。费米夫妇育有一子一女。

在这里，在意大利的首都，费米召集了他周围的几位著名科学家，创立了该国第一所现代物理学院。在国际科学界，它开始被称为费米群。两年后，费米被贝尼托·墨索里尼任命为新成立的意大利皇家学院的名誉成员。

在 1932 年代，人们普遍认为原子包含两种类型的带电粒子：负电子，它们围绕正质子的原子核旋转。物理学家对原子核是否可以包含没有电荷的粒子感兴趣。探测电中性粒子的实验在 XNUMX 年达到顶峰，当时詹姆斯查德威克发现了中子，物理学家，尤其是维尔纳海森堡，几乎立即将其视为质子的核伙伴。

1934 年，Frédéric Joliot 和 Irene Joliot-Curie 发现了人工放射性。通过用α粒子轰击硼和铝的原子核，他们首次创造了已知元素的新放射性同位素。这一发现引起了广泛的共鸣，并在短时间内获得了许多新的放射性同位素。

然而，如果原子被带电粒子轰击，那么为了克服电排斥，带电粒子必须在强大且昂贵的加速器上加速。入射电子被原子电子排斥，质子和α粒子被原子核排斥，就像排斥同名电荷一样。费米赞赏中子作为引发核反应的有力手段的重要性。由于中子没有电荷，因此不需要加速器。

1934 年春天，费米开始用中子辐照元素。这是出乎意料和大胆的。 “我记得，”O. Frisch 写道，“我的反应和其他许多人的反应都持怀疑态度：费米实验似乎毫无意义，因为中子比阿尔法粒子少得多。”

在 25 年 1934 月 47 日的第一次通信中，费米报告说，通过轰击铝和氟，他获得了发射电子（而不是正电子，如 Joliot-Curie）的钠和氮同位素。中子轰击方法被证明非常有效，费米写道，这种高裂变效率“完全弥补了现有中子源与 α 粒子和质子源相比的弱点”。他设法激活了通过这种方法研究的 XNUMX 种元素中的 XNUMX 种。

受到成功的鼓舞，他与 F. Razetti 和 O. d'Agostino 合作，对重元素钍和铀进行了中子轰击。 “实验表明，这两种元素，以前都是从通常的活性杂质中纯化出来的，在用中子轰击时可以被强烈激活。”

通过轰击铀，九十二元素，最重的天然元素，他们产生了复杂的同位素混合物。化学分析未检测到铀的同位素或相邻元素的同位素（此外，分析结果排除了所有编号为 86 至 91 的元素的存在）。有人怀疑，实验者首次成功获得了原子序数为 93 的新人工元素。控制测试。实际上，费米没能得到它。但他在不知不觉中引起了铀的裂变，将重核分裂成两个或多个碎片和其他碎片。铀裂变是 1938 年由 Otto Hahn、Lise Meitner 和 Fritz Strassmann 发现的。

卢瑟福以极大的兴趣关注费米的实验。早在 23 年 1934 月 XNUMX 日，他就写信给他：“你的结果很有趣，毫无疑问，将来我们将能够获得更多关于这些转变的实际机制的信息。”

22 年 1934 月 XNUMX 日，费米有了一个重大发现。通过在中子源和活化的银圆柱体之间放置一个石蜡楔，费米注意到该楔并没有降低中子活性，而是略微增加了它。费米得出结论，这种效应显然是由于石蜡中存在氢，并决定测试大量含氢元素如何影响裂解活性。费米先用石蜡，然后用水进行了实验，他说活性增加了数百倍。费米的实验揭示了慢中子的巨大效率。

但是，除了显着的实验结果外，同年费米也取得了显着的理论成就。早在 1933 年 1934 月号上，他对 β 衰变的初步想法就发表在了意大利的一份科学期刊上。 XNUMX年初，他的经典论文《论贝塔射线理论》发表。作者在文章摘要中写道：“提出了一种基于中微子存在的β衰变定量理论，而电子和中微子的发射则类比辐射理论中受激原子发射光量子。公式是从原子核的寿命和β射线的连续光谱的形式推导出来的；将得到的公式与实验进行比较”。

费米在这个理论中赋予了中微子假说和原子核的质子-中子模型以生命，同时也接受了海森堡为此模型提出的等张自旋假说。根据费米所表达的想法，汤川英树在 1935 年预言了一种新的基本粒子的存在，现在被称为 π 介子或π介子。

F. Razetti 在评论费米的理论时写道：“他在此基础上建立的理论结果证明能够经受住核物理学革命性发展的两个半年几乎没有变化。人们可能会注意到，很少有物理理论诞生以这样的最终形式。”

与此同时，在意大利，墨索里尼的法西斯独裁政权越来越强大。 1935年，意大利对埃塞俄比亚的侵略导致国际联盟成员国实施经济制裁，1936年意大利与纳粹德国结盟。罗马大学的费米小组开始瓦解。 1938 年 XNUMX 月意大利政府通过反犹民法后，费米和他的犹太妻子决定移民到美国。费米接受哥伦比亚大学的邀请担任物理学教授，通知意大利当局他将前往美国六个月。

1938年，费米获得诺贝尔物理学奖。诺贝尔委员会的决定称，该奖项授予费米“以证明存在通过中子辐照获得的新放射性元素，以及发现由慢中子引起的核反应”。 “连同费米的杰出发现，他作为实验者的技能，惊人的独创性和直觉……使我们有可能揭示原子核的结构并为原子研究的未来发展开辟新的视野，”汉斯·普莱耶尔说瑞典皇家科学院院长介绍获奖者。

1938 年 XNUMX 月在斯德哥尔摩举行的颁奖典礼上，费米与瑞典国王握手，而不是用法西斯式的敬礼向他致敬，为此他遭到了意大利媒体的攻击。

庆祝活动结束后，费米立即出国。到达美国后，费米和当时所有的移民一样，必须通过智力测试。一位诺贝尔奖获得者被要求将 15 和 27 相加，然后将 29 除以 2。

费米一家在纽约登陆后不久，尼尔斯·玻尔从哥本哈根来到美国，在普林斯顿基础研究所待了几个月。玻尔报告了哈恩、迈特纳和斯特拉斯曼通过用中子轰击铀裂变的发现。许多物理学家开始讨论连锁反应的可能性。为了进行连锁反应，费米着手计划实验，以确定这种反应是否可能以及是否可控。

在 1939 年与海军的谈判中，费米首先提到了制造一种基于链式反应并释放强大能量的原子武器的可能性。他获得了联邦资助以继续他的研究。在他的工作过程中，费米和他以前的学生、意大利物理学家埃米利奥·塞格雷确定了使用当时未被发现的元素钚作为原子弹“炸药”的可能性。尽管钚是一种质量数为 239 的元素，目前尚不为人所知，但两位科学家都相信，这种元素一定是可裂变的，并且可以在铀反应堆中通过用铀 238XNUMX 捕获中子来生产。

1942年，当美国创建曼哈顿计划致力于制造原子弹时，研究链式反应和获得钚的责任被分配给了具有“敌对外国主体”身份的费米。权力”从法律的角度来看。第二年，研究从哥伦比亚大学转移到芝加哥大学，在那里，费米作为铀委员会理论方面的主席，监督了世界上第一个核反应堆的建造，该反应堆正在壁球场上建造。大学Stagg Field足球场的看台。

竖立的反应堆在技术术语中被称为“堆”，因为它是由石墨棒（纯碳）建造的，它应该限制链式反应的速度（减慢中子的速度）。铀和氧化铀被放置在石墨棒之间。 2年1942月XNUMX日，吸收中子的镉控制棒慢慢伸长，开始了世界上第一个自持链式反应。 “很明显，”约翰·考克罗夫特后来写道，“费米打开了通往原子时代的大门。”

不久之后，费米被任命为罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）指导下创建的新实验室现代物理系的负责人，在高度机密的新墨西哥州洛斯阿拉莫斯制造原子弹。费米和他的家人于 1944 年 16 月成为美国公民，并于次月搬到洛斯阿拉莫斯。 1945 年 1945 月 XNUMX 日，费米在新墨西哥州阿拉莫戈多附近见证了第一颗原子弹爆炸。 XNUMX 年 XNUMX 月，原子弹投向了日本的广岛和长崎。

战争结束后，费米回到芝加哥大学担任物理学教授，并成为芝加哥大学新成立的核研究所的成员。费米是一位出色的老师，并以无与伦比的讲师而闻名。他的研究生中有默里·盖尔曼、杨振宁、李政道和欧文·张伯伦。 1945 年在芝加哥完成回旋加速器（粒子加速器）的建造后，费米开始实验研究最近发现的 pi 介子和中子之间的相互作用。费米也属于宇宙线起源及其高能来源的理论解释。

费米聪明绝顶，精力无限，热爱登山、冬季运动和网球。 28 年 1954 月 XNUMX 日，他刚满 XNUMX 岁，不久就死于胃癌。第二年，新的第 XNUMX 元素被命名为镄以纪念他。

作者：萨明 D.K.

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