エンリコ・フェルミ科学者の伝記

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フェルミ・エンリコ。科学者の伝記

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エンリコ・フェルミ （1901-1954）。

ブルーノ・ポンテコルボは、「イタリアの偉大な物理学者であるエンリコ・フェルミは、現代の科学者の間で特別な地位を占めています。今日では、科学研究の狭い専門分野が典型的になっているため、フェルミであった同じように普遍的な物理学者を指摘することは困難です。理論物理学、実験物理学、天文学、技術物理学の発展に多大な貢献をした人物が XNUMX 世紀の科学の舞台に登場したことは、むしろ特異な現象であるとさえ言えます。レア。

エンリコ・フェルミは、29 年 1901 月 1918 日にローマで生まれました。彼は、鉄道職員のアルベルト・フェルミと旧姓のイダ・デ・ガッティス (教師) の 1923 人の子供の末っ子でした。子供の頃から、エンリコは数学と物理学に優れた才能を示していました。主に独学の結果として得られたこれらの科学における彼の卓越した知識により、彼は1924年に奨学金を受け取り、ピサ大学の高等師範学校に入学することができました。その後、ローマ大学の物理学研究所の准教授であるコルビーノ上院議員の後援の下で、エンリコはローマ大学の化学者のための数学教師としての一時的な地位を得ました。 1925年、彼はドイツ、ゲッティンゲン、マックス・ボルンに出張しました。フェルミはあまり自信がなく、1926 年 1926 月から XNUMX 月までライデンにいたエーレンフェストの多大な道徳的支援だけが、彼が物理学者としての使命を信じるのに役立ちました。イタリアに戻ると、フェルミは XNUMX 年 XNUMX 月から XNUMX 年の秋までフィレンツェ大学で働きました。ここで彼は「無料の准教授」の最初の学位を取得し、最も重要なこととして、量子統計に関する有名な研究を作成しました。 XNUMX 年 XNUMX 月、彼はローマ大学で新しく設立された理論物理学の教授の地位に就きました。ここで彼は若い物理学者のチームを組織しました: Rasetti、Amaldi、Segre、Pontecorvo などで、イタリア近代物理学派を構成しました。

1927年にローマ大学に理論物理学の最初の椅子が設置されたとき、国際的な名声を得ることができたフェルミがその長に選出されました。

1928年、フェルミはローマの有名なユダヤ人家族のローラ・カポンと結婚しました。フェルミ夫妻には息子と娘がいました。

ここイタリアの首都で、フェルミは彼の周りに数人の著名な科学者を集め、イタリアで最初の現代物理学の学校を設立しました。国際科学界では、フェルミ群と呼ばれるようになりました。 XNUMX年後、フェルミはベニート・ムッソリーニによって新しく創設されたイタリア王立アカデミーの名誉会員に任命されました。

1932 年代には、原子には XNUMX 種類の荷電粒子が含まれていることが一般的に認められていました。負の電子は、正の陽子の原子核の周りを回っています。物理学者は、原子核が電荷を持たない粒子を含むことができるかどうかに興味を持っていました。電気的に中性の粒子を検出する実験は、ジェームズ・チャドウィックが中性子を発見した XNUMX 年に最高潮に達しました。物理学者、特にウェルナー・ハイゼンベルクは、陽子の核のパートナーとしてほぼ即座に認識しました。

1934 年、フレデリックジョリオとイレーヌジョリオキュリーが人工放射能を発見しました。ホウ素とアルミニウムの原子核にアルファ粒子を衝突させることで、既知の元素の新しい放射性同位体を初めて作成しました。この発見は広く反響を呼び、短期間で多くの新しい放射性同位元素が得られました。

ただし、原子に荷電粒子が衝突した場合、電気的反発を克服するために、強力で高価な加速器で荷電粒子を加速する必要があります。入射電子は原子電子によって反発され、陽子とアルファ粒子は同名の電荷が反発するのと同じように原子核によって反発されます。フェルミは、核反応を開始する強力な手段としての中性子の重要性を高く評価しました。中性子は電荷を持たないため、加速器は必要ありません。

1934 年の春、フェルミは元素に中性子を照射し始めました。予想外で大胆でした。 O. Frisch は次のように書いています。

25 年 1934 月 47 日の最初の通信で、フェルミは、アルミニウムとフッ素を衝突させることによって、電子を放出するナトリウムと窒素の同位体を得たと報告しました (ジョリオ-キュリーのように陽電子ではありません)。中性子衝撃の方法は非常に効果的であることが証明され、フェルミは、この高い核分裂効率は「アルファ粒子や陽子の源と比較して、既存の中性子源の弱点を完全に補う」と書いています。彼は、この方法で研究された XNUMX の要素のうち XNUMX を活性化することに成功しました。

成功に勇気づけられて、彼は F. Razetti と O. d'Agostino と協力して、トリウムとウランの重元素の中性子衝撃を行いました。「実験により、通常の活性不純物から以前に精製された両方の元素が、中性子で衝撃を受けると強く活性化されることが示されました。」

最も重い自然発生元素である86番目の元素であるウランを爆撃することにより、彼らは同位体の複雑な混合物を生成しました. 化学分析では、ウラン同位体も隣接元素の同位体も検出されませんでした（さらに、分析の結果、91から93までのすべての元素の存在が除外されました）。実験者が原子番号 1938 の新しい人工元素を初めて取得することに成功したのではないかとの疑いが生じた. フェルミの不満に、研究所の所長である Orso Corbino は、XNUMX 番目の元素の合成に成功したことを発表するのを待たずに発表した.コントロールテスト。実際には、フェルミはそれを取得できませんでした。しかし、彼は知らず知らずのうちに、ウランの核分裂を引き起こし、重い原子核を XNUMX つ以上の破片やその他の破片に分裂させました。ウラン核分裂は、XNUMX 年にオットーハーン、リーゼマイトナー、フリッツシュトラスマンによって発見されました。

ラザフォードは、フェルミの実験に大きな関心を持って従いました。早くも 23 年 1934 月 XNUMX 日に、彼は彼に次のように書いています。

22 年 1934 月 XNUMX 日、フェルミは根本的な発見をしました。フェルミは、中性子源と活性銀シリンダーの間にパラフィンくさびを配置することによって、くさびが中性子放射能を減少させず、わずかに増加させることに気付きました。フェルミは、この効果は明らかにパラフィン中の水素の存在によるものであると結論付け、多数の水素含有元素が分解活性にどのように影響するかをテストすることにしました. 最初にパラフィンで、次に水で実験を行ったフェルミは、活動が何百倍も増加したと述べました。フェルミの実験は、低速中性子の莫大な効率を明らかにしました。

しかし、驚くべき実験結果に加えて、同じ年にフェルミは驚くべき理論的成果を達成しました。すでに 1933 年 1934 月号で、ベータ崩壊に関する彼の予備的な考えがイタリアの科学雑誌に掲載されました。 XNUMX 年の初めに、彼の古典的な論文「ベータ線の理論について」が出版されました。論文の著者の要約は次のように書かれている：「ニュートリノの存在に基づくベータ崩壊の定量的理論が提案されている一方で、電子とニュートリノの放出は、放射理論における励起された原子による光量子の放出との類推によって考えられています。式は核の寿命とベータ線の連続スペクトルの形から導き出され、得られた式は実験と比較されます。」

この理論におけるフェルミは、ニュートリノ仮説と核の陽子-中性子モデルに命を吹き込み、このモデルに対してハイゼンベルグによって提案された等張スピン仮説も受け入れました。フェルミによって表現されたアイデアに基づいて、湯川秀樹は 1935 年に新しい素粒子の存在を予測しました。現在はパイメソンまたはパイ中間子として知られています。

F. Razetti は、フェルミの理論についてコメントし、次のように書いています。そのような最終的な形で。」

一方、イタリアでは、ムッソリーニのファシスト独裁がますます力を増していた。 1935 年、エチオピアに対するイタリアの侵略は国際連盟のメンバーによる経済制裁につながり、1936 年にイタリアはナチスドイツと同盟を結びました。ローマ大学のフェルミ群は崩壊し始めた。 1938 年 XNUMX 月にイタリア政府が反ユダヤ主義の民法を成立させた後、フェルミとユダヤ人の妻は米国への移住を決意しました。コロンビア大学から物理学教授の職に就くようにとの招待を受け入れたフェルミは、イタリア当局に、XNUMX か月間アメリカに向けて出発することを通知しました。

1938 年、フェルミはノーベル物理学賞を受賞しました。ノーベル委員会の決定は、フェルミに「中性子の照射によって得られた新しい放射性元素の存在の証拠と、低速中性子によって引き起こされる核反応の発見に対して」賞が与えられたと述べました。「フェルミの傑出した発見、実験者としての彼のスキル、驚くべき創意工夫と直感に加えて、核の構造に新たな光を当てることを可能にし、原子研究の将来の発展のための新しい地平を開くことを可能にしました」とハンス・プレイエルは言いました。スウェーデン王立科学アカデミーの受賞者を紹介します。

1938 年 XNUMX 月にストックホルムで開催された授賞式で、フェルミはイタリアのマスコミで攻撃されたファシスト式の敬礼ではなく、スウェーデン国王と握手を交わしました。

祝賀会の直後、フェルミは海外へ。米国に到着すると、当時のすべての移民と同様に、フェルミは知能テストに合格する必要がありました。ノーベル賞受賞者は、15 と 27 を足して 29 を 2 で割るように求められました。

フェルミ家がニューヨークに上陸した直後、ニールスボーアはコペンハーゲンから米国に到着し、プリンストン基礎研究所に数か月滞在しました。ボーアは、ハーン、マイトナー、シュトラスマンがウランに中性子を衝突させて核分裂を発見したことを報告した。多くの物理学者が連鎖反応の可能性について議論し始めました。連鎖反応を実行するために、フェルミはそのような反応が可能であるかどうか、そしてそれが制御可能であるかどうかを決定することを可能にする実験の計画に着手しました。

1939年の海軍との交渉で、フェルミは最初に、強力なエネルギー放出を伴う連鎖反応に基づいて核兵器を作成する可能性について言及しました。彼は研究を続けるために連邦政府の資金援助を受けました。彼の仕事の過程で、フェルミと彼の元学生であるイタリアの物理学者エミリオ・セグレは、当時発見されなかった元素プルトニウムを原子爆弾の「爆発物」として使用する可能性を確立しました。質量数239の元素であるプルトニウムはまだ知られていないが、両方の科学者は、そのような元素は核分裂性でなければならず、ウラン238で中性子を捕獲することによってウラン原子炉で生成できると確信していた。

1942年、米国で原子爆弾の開発に取り組むマンハッタン計画が発足した際、連鎖反応の研究とプルトニウムの入手は、「敵対する外国の主体」の地位にあったフェルミに任された。法的な観点から言えば、権力」。翌年、研究はコロンビアからシカゴ大学に移され、そこでフェルミはウラン委員会の理論的側面サブセクションの委員長として、世界初の原子炉の作成を監督しました。大学のスタッグフィールドフットボールスタジアムのスタンド。

建設された原子炉は、専門用語で「ヒープ」と呼ばれていました。これは、連鎖反応の速度を抑える (中性子を減速させる) と想定されていたグラファイト (純炭素) の棒で構成されていたためです。ウランと酸化ウランをグラファイトバーの間に配置しました。 2 年 1942 月 XNUMX 日、中性子を吸収するカドミウム製の制御棒がゆっくりと伸ばされ、世界で初めて自立連鎖反応が始まりました。「フェルミが原子時代への扉を開いたのは明らかだった」とジョン・コッククロフトは後に書いている。

しばらくして、フェルミはロバート・オッペンハイマーの指揮の下、極秘のロスアラモス、ニューメキシコ州で原子爆弾を作成するために作成された新しい研究所の現代物理学部門の責任者に任命されました。フェルミと彼の家族は 1944 年 16 月に米国市民となり、翌月ロスアラモスに引っ越しました。フェルミは、1945 年 1945 月 XNUMX 日、ニューメキシコ州アラモゴードの近くで最初の原子爆弾の爆発を目撃しました。 XNUMX 年 XNUMX 月、日本の広島と長崎に原子爆弾が投下されました。

戦争が終わると、フェルミはシカゴ大学に戻り、物理学教授の職に就き、シカゴ大学に新設された原子核研究所のメンバーになりました。フェルミは優れた教師であり、卓越した講師として有名でした。彼の大学院生の中には、マレーゲルマン、ヤンジェンニング、リーゼンダオ、オーウェンチェンバレンがいます。 1945 年にシカゴでサイクロトロン (粒子加速器) の建設が完了した後、フェルミは最近発見されたパイ中間子と中性子の間の相互作用を研究するための実験を開始しました。フェルミは、宇宙線の起源とその高エネルギー源の理論的説明にも属しています。

優れた知性と無限のエネルギーを備えたフェルミは、登山、ウィンタースポーツ、テニスが好きでした。彼は 28 年 1954 月 XNUMX 日に XNUMX 歳になった直後、胃がんでシカゴの自宅で亡くなりました。翌年、新しいXNUMX番目の元素は彼に敬意を表してフェルミウムと名付けられました。

著者: サミン D.K.

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