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BIOGRAFIEN GROSSER WISSENSCHAFTLER
Fermi Enrico. Biographie eines Wissenschaftlers
Verzeichnis / Biografien großer Wissenschaftler
„Der große italienische Physiker Enrico Fermi“, schrieb Bruno Pontecorvo, „nimmt einen besonderen Platz unter den modernen Wissenschaftlern ein: In unserer Zeit, in der eine enge Spezialisierung in der wissenschaftlichen Forschung typisch geworden ist, ist es schwierig, auf einen ebenso universellen Physiker hinzuweisen, der Fermi war Man könnte sogar sagen, dass das Erscheinen einer Person in der wissenschaftlichen Arena des XNUMX. Jahrhunderts, die einen so enormen Beitrag zur Entwicklung der theoretischen Physik, der experimentellen Physik, der Astronomie und der technischen Physik geleistet hat, ein ziemlich einzigartiges Phänomen ist Selten. Enrico Fermi wurde am 29. September 1901 in Rom geboren. Er war das jüngste von drei Kindern eines Eisenbahnangestellten, Alberto Fermi, und der geborenen Ida de Gattis, einer Lehrerin. Schon als Kind zeigte Enrico großes Talent für Mathematik und Physik. Seine hervorragenden Kenntnisse in diesen Wissenschaften, die er hauptsächlich als Ergebnis der Selbsterziehung erworben hatte, ermöglichten ihm 1918 ein Stipendium und den Eintritt in die Höhere Normalschule an der Universität von Pisa. Dann erhielt Enrico unter der Schirmherrschaft von Senator Corbino, außerordentlicher Professor des Physikalischen Instituts der Universität Rom, eine befristete Stelle als Mathematiklehrer für Chemiker an der Universität Rom. 1923 erhielt er eine Dienstreise nach Deutschland, nach Göttingen, zu Max Born. Fermi fühlt sich nicht sehr sicher, und nur die große moralische Unterstützung von Ehrenfest, mit dem er von September bis Dezember 1924 in Leiden war, half ihm, an seine Berufung als Physiker zu glauben. Nach seiner Rückkehr nach Italien arbeitete Fermi von Januar 1925 bis Herbst 1926 an der Universität Florenz. Hier erhält er seinen ersten Grad als „freier außerordentlicher Professor“ und schafft vor allem sein berühmtes Werk zur Quantenstatistik. Im Dezember 1926 trat er eine Professur am neu eingerichteten Lehrstuhl für Theoretische Physik an der Universität Rom an. Hier organisierte er ein Team junger Physiker: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo und andere, die die italienische Schule der modernen Physik bildeten. Als 1927 der erste Lehrstuhl für Theoretische Physik an der Universität Rom eingerichtet wurde, wurde Fermi, dem es gelang, internationales Ansehen zu erlangen, zu dessen Leiter gewählt. 1928 heiratete Fermi Laura Capon, die einer bekannten jüdischen Familie in Rom angehörte. Das Ehepaar Fermi hatte einen Sohn und eine Tochter. Hier, in der Hauptstadt Italiens, scharte Fermi mehrere bedeutende Wissenschaftler um sich und gründete die erste Schule für moderne Physik des Landes. In internationalen wissenschaftlichen Kreisen wurde sie als Fermi-Gruppe bezeichnet. Zwei Jahre später wurde Fermi von Benito Mussolini zum Ehrenmitglied der neu geschaffenen Royal Academy of Italy ernannt. In den 1932er Jahren wurde allgemein angenommen, dass das Atom zwei Arten geladener Teilchen enthält: negative Elektronen, die um den Kern positiver Protonen kreisen. Die Physiker interessierten sich dafür, ob der Kern ein Teilchen ohne elektrische Ladung enthalten könnte. Experimente zum Nachweis eines elektrisch neutralen Teilchens gipfelten XNUMX in der Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick, das Physiker, insbesondere Werner Heisenberg, fast sofort als Kernpartner des Protons erkannten. 1934 entdeckten Frédéric Joliot und Irene Joliot-Curie die künstliche Radioaktivität. Indem sie die Kerne von Bor und Aluminium mit Alpha-Teilchen bombardierten, erzeugten sie zum ersten Mal neue radioaktive Isotope bekannter Elemente. Diese Entdeckung löste eine breite Resonanz aus, und in kurzer Zeit wurden eine Reihe neuer radioaktiver Isotope erhalten. Werden Atome jedoch mit geladenen Teilchen beschossen, müssen zur Überwindung der elektrischen Abstoßung die geladenen Teilchen an leistungsfähigen und teuren Beschleunigern beschleunigt werden. Einfallende Elektronen werden von Atomelektronen abgestoßen, und Protonen und Alpha-Teilchen werden vom Kern abgestoßen, ebenso wie elektrische Ladungen gleichen Namens abgestoßen werden. Fermi schätzte die Bedeutung des Neutrons als mächtiges Mittel zum Auslösen von Kernreaktionen. Da das Neutron keine elektrische Ladung hat, braucht es keine Beschleuniger. Im Frühjahr 1934 begann Fermi, Elemente mit Neutronen zu bestrahlen. Es war unerwartet und mutig. "Ich erinnere mich", schrieb O. Frisch, "dass meine Reaktion und die Reaktion vieler anderer skeptisch war: Das Fermi-Experiment schien bedeutungslos, weil es viel weniger Neutronen als Alpha-Teilchen gab." In der ersten Mitteilung vom 25. März 1934 berichtete Fermi, dass er durch Beschuss mit Aluminium und Fluor Natrium- und Stickstoffisotope erhielt, die Elektronen emittieren (und nicht Positronen, wie bei Joliot-Curie). Die Methode des Neutronenbeschusses erwies sich als sehr effektiv, und Fermi schrieb, dass diese hohe Spaltungseffizienz "die Schwäche bestehender Neutronenquellen im Vergleich zu Quellen von Alphateilchen und Protonen vollständig kompensiert". Es gelang ihm, 47 der XNUMX untersuchten Elemente mit dieser Methode zu aktivieren. Durch den Erfolg ermutigt, unternahm er in Zusammenarbeit mit F. Razetti und O. d'Agostino den Neutronenbeschuss schwerer Elemente: Thorium und Uran. „Experimente haben gezeigt, dass beide Elemente, zuvor von den üblichen aktiven Verunreinigungen gereinigt, stark aktiviert werden können, wenn sie mit Neutronen beschossen werden.“ Durch den Beschuss von Uran, dem zweiundneunzigsten Element, dem schwersten natürlich vorkommenden Element, erzeugten sie ein komplexes Isotopengemisch. Die chemische Analyse hat darin weder Isotope von Uran noch Isotope eines benachbarten Elements nachgewiesen (außerdem schlossen die Ergebnisse der Analyse das Vorhandensein aller Elemente mit Nummern von 86 bis 91 aus). Es kam der Verdacht auf, dass es den Experimentatoren erstmals gelungen war, ein neues künstliches Element mit der Ordnungszahl 93 zu erhalten.Zu Fermis Missfallen meldete der Leiter des Labors, Orso Corbino, die erfolgreiche Synthese des dreiundneunzigsten Elements, ohne dies abzuwarten Kontrolltests. In Wirklichkeit gelang es Fermi nicht, es zu bekommen. Aber er verursachte, ohne es zu wissen, die Spaltung von Uran und spaltete den schweren Kern in zwei oder mehr Fragmente und andere Fragmente. Die Uranspaltung wurde 1938 von Otto Hahn, Lise Meitner und Fritz Strassmann entdeckt. Rutherford verfolgte Fermis Experimente mit großem Interesse. Bereits am 23. April 1934 schrieb er ihm: "Ihre Ergebnisse sind sehr interessant, und es besteht kein Zweifel, dass wir in Zukunft mehr Informationen über den tatsächlichen Mechanismus dieser Umwandlungen erhalten können." Am 22. Oktober 1934 machte Fermi eine grundlegende Entdeckung. Durch das Platzieren eines Paraffinkeils zwischen der Neutronenquelle und dem aktivierten Silberzylinder stellte Fermi fest, dass der Keil die Neutronenaktivität nicht verringert, sondern leicht erhöht. Fermi kam zu dem Schluss, dass dieser Effekt offensichtlich auf das Vorhandensein von Wasserstoff im Paraffin zurückzuführen ist, und beschloss zu testen, wie eine große Anzahl wasserstoffhaltiger Elemente die Spaltungsaktivität beeinflussen würde. Nachdem Fermi das Experiment zuerst mit Paraffin, dann mit Wasser durchgeführt hatte, stellte er eine hundertfache Aktivitätssteigerung fest. Fermis Experimente offenbarten die enorme Effizienz langsamer Neutronen. Aber neben bemerkenswerten experimentellen Ergebnissen erzielte Fermi im selben Jahr bemerkenswerte theoretische Leistungen. Bereits in der Dezemberausgabe des Jahres 1933 wurden seine Vorüberlegungen zum Beta-Zerfall in einer italienischen Fachzeitschrift veröffentlicht. Anfang 1934 wurde sein klassischer Aufsatz „On the Theory of Beta Rays“ veröffentlicht. Die Zusammenfassung des Artikels des Autors lautet: „Eine quantitative Theorie des Beta-Zerfalls basierend auf der Existenz von Neutrinos wird vorgeschlagen, während die Emission von Elektronen und Neutrinos in Analogie zur Emission eines Lichtquants durch ein angeregtes Atom in der Strahlungstheorie betrachtet wird. Formeln werden aus der Lebensdauer des Kerns und für die Form des kontinuierlichen Spektrums von Betastrahlen abgeleitet; die erhaltenen Formeln werden mit dem Experiment verglichen. Fermi erweckte in dieser Theorie die Neutrino-Hypothese und das Proton-Neutron-Modell des Kerns zum Leben und akzeptierte auch die von Heisenberg für dieses Modell vorgeschlagene isotonische Spin-Hypothese. Basierend auf den Ideen von Fermi sagte Hideki Yukawa 1935 die Existenz eines neuen Elementarteilchens voraus, das heute als Pi-Meson oder Pion bekannt ist. Zu Fermis Theorie schrieb F. Razetti: „Die Theorie, die er auf dieser Grundlage aufgebaut hat, hat sich als nahezu unverändert herausgestellt, um zweieinhalb Jahrzehnte der revolutionären Entwicklung der Kernphysik zu überstehen. Man könnte bemerken, dass eine physikalische Theorie selten geboren wird in solch einer endgültigen Form." Unterdessen gewann in Italien die faschistische Diktatur Mussolinis immer mehr an Stärke. 1935 führte die italienische Aggression gegen Äthiopien zu Wirtschaftssanktionen durch Mitglieder des Völkerbundes, und 1936 schloss Italien ein Bündnis mit Nazideutschland. Die Fermi-Gruppe an der Universität Rom begann sich aufzulösen. Nach der Verabschiedung antisemitischer Zivilgesetze durch die italienische Regierung im September 1938 beschlossen Fermi und seine jüdische Frau, in die Vereinigten Staaten auszuwandern. Fermi nahm eine Einladung der Columbia University an, die Position eines Physikprofessors anzunehmen, und teilte den italienischen Behörden mit, dass er für sechs Monate nach Amerika gehen würde. 1938 erhielt Fermi den Nobelpreis für Physik. Die Entscheidung des Nobelkomitees besagte, dass der Preis Fermi "für den Nachweis der Existenz neuer radioaktiver Elemente, die durch Bestrahlung mit Neutronen erhalten wurden, und die Entdeckung von Kernreaktionen, die durch langsame Neutronen verursacht wurden, verliehen wurde". „Neben Fermis herausragenden Entdeckungen ermöglichten es sein experimentelles Können, sein erstaunlicher Einfallsreichtum und seine Intuition …, neue Erkenntnisse über die Struktur des Kerns zu gewinnen und neue Horizonte für die zukünftige Entwicklung der Atomforschung zu eröffnen“, sagte Hans Pleyel der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, die den Preisträger vorstellt. Während einer Preisverleihung im Dezember 1938 in Stockholm schüttelte Fermi dem König von Schweden die Hand, anstatt ihn mit einem faschistischen Gruß zu begrüßen, für den er in der italienischen Presse angegriffen wurde. Unmittelbar nach den Feierlichkeiten ging Fermi nach Übersee. Bei der Ankunft in den Vereinigten Staaten musste Fermi, wie alle Einwanderer dieser Zeit, einen Intelligenztest bestehen. Ein Nobelpreisträger wurde gebeten, 15 und 27 zu addieren und 29 durch 2 zu teilen. Kurz nachdem die Familie Fermi in New York gelandet war, kam Niels Bohr aus Kopenhagen in die Vereinigten Staaten, um mehrere Monate am Princeton Institute for Basic Research zu verbringen. Bohr berichtete über die Entdeckung der Spaltung von Uran durch Hahn, Meitner und Strassmann durch Beschuss mit Neutronen. Viele Physiker begannen, die Möglichkeit einer Kettenreaktion zu diskutieren. Um eine Kettenreaktion durchzuführen, machte sich Fermi daran, Experimente zu planen, die es ermöglichen würden, festzustellen, ob eine solche Reaktion möglich und kontrollierbar ist. In Verhandlungen mit der Marine im Jahr 1939 erwähnte Fermi erstmals die Möglichkeit, eine Atomwaffe zu schaffen, die auf einer Kettenreaktion mit einer starken Energiefreisetzung basiert. Er erhielt Bundesmittel, um seine Forschungen fortzusetzen. Fermi und der italienische Physiker Emilio Segre, sein ehemaliger Schüler, stellten im Zuge seiner Arbeiten die Möglichkeit her, das damals noch unentdeckte Element Plutonium als „Sprengstoff“ für eine Atombombe einzusetzen. Obwohl Plutonium, ein Element mit der Massenzahl 239, noch nicht bekannt war, waren beide Wissenschaftler überzeugt, dass ein solches Element spaltbar sein muss und in einem Uranreaktor durch Einfangen eines Neutrons mit Uran-238 hergestellt werden könnte. Als 1942 in den Vereinigten Staaten das Manhattan-Projekt gegründet wurde, um an der Schaffung einer Atombombe zu arbeiten, wurde die Verantwortung für die Erforschung der Kettenreaktion und die Gewinnung von Plutonium Fermi übertragen, der den Status eines "fremden Subjekts eines Feindes" hatte Macht" aus rechtlicher Sicht. Im nächsten Jahr wurde die Forschung von Columbia an die University of Chicago verlegt, wo Fermi als Vorsitzender der Theoretical Aspects Subsection des Uranium Committee die Schaffung des weltweit ersten Kernreaktors beaufsichtigte, der auf einem Squashplatz unter dem gebaut wurde Tribünen des Fußballstadions Stagg Field der Universität. Der errichtete Reaktor wurde im Fachjargon "Haufen" genannt, da er aus Graphitstäben (reinem Kohlenstoff) gebaut war, die die Geschwindigkeit der Kettenreaktion drosseln (Neutronen verlangsamen) sollten. Uran und Uranoxid wurden zwischen Graphitstäben platziert. Am 2. Dezember 1942 wurden neutronenabsorbierende Cadmium-Steuerstäbe langsam ausgefahren, um die weltweit erste selbsterhaltende Kettenreaktion zu starten. "Es war klar", schrieb John Cockcroft später, "dass Fermi die Tür zum Atomzeitalter geöffnet hatte." Etwas später wurde Fermi zum Leiter der Abteilung für moderne Physik in einem neuen Labor ernannt, das unter der Leitung von Robert Oppenheimer geschaffen wurde, um eine Atombombe im hochklassifizierten Los Alamos, New Mexico, zu bauen. Fermi und seine Familie wurden im Juli 1944 Staatsbürger der Vereinigten Staaten und zogen im folgenden Monat nach Los Alamos. Fermi war Zeuge der ersten Atombombenexplosion am 16. Juli 1945 in der Nähe von Alamogordo, New Mexico. Im August 1945 wurden Atombomben auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki abgeworfen. Am Ende des Krieges kehrte Fermi an die University of Chicago zurück, um den Posten eines Physikprofessors anzunehmen und Mitglied des neu geschaffenen Institute for Nuclear Research an der University of Chicago zu werden. Fermi war ein ausgezeichneter Lehrer und als unübertroffener Dozent berühmt. Zu seinen Doktoranden zählen Murray Gell-Mann, Yang Zhenning, Li Zhengdao und Owen Chamberlain. Nach Abschluss des Baus des Zyklotrons (Teilchenbeschleuniger) in Chicago im Jahr 1945 begann Fermi mit Experimenten, um die Wechselwirkung zwischen den kürzlich entdeckten Pi-Mesonen und Neutronen zu untersuchen. Fermi gehört auch zur theoretischen Erklärung des Ursprungs der kosmischen Strahlung und der Quelle ihrer hohen Energie. Als Mann mit herausragendem Intellekt und grenzenloser Energie liebte Fermi Bergsteigen, Wintersport und Tennis. Er starb am 28. November 1954 in seinem Haus in Chicago an Magenkrebs, kurz nachdem er dreiundfünfzig geworden war. Im Jahr darauf wurde ihm zu Ehren das neue, hundertste Element Fermium genannt. Autor: Samin D. K.
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