Enrico Fermi: su vida y obra








Enrico Fermi






Nacido el
29 de septiembre de 1901,
en
Roma, Italia
Fallecido el
29 de noviembre de 1954,
en
Chicago, USA.







Enrico Fermi, físico nacido en Roma, Italia, el 29 de septiembre de 1901. En 1918, le concedieron una beca en la Scuola Normale Superiore de Pisa, donde recibió su doctorado en física en 1922 bajo la guía del profesor Puccianti. Luego, el gobierno italiano le concedió una beca para estudiar algunos meses en Göttingen con Max Born. Posteriormente, en 1924, se traslada a Leyden becado por la Fundación Rockefeller y, en el mismo año, vuelve a Italia para ocupar una cátedra de física en la universidad de Florencia.

En 1926, Fermi descubrió las leyes estadísticas, conocidas hoy en día como la «estadística de Fermi», por la cual las partículas son gobernadas conforme al principio de exclusión de Pauli. Tales partículas se llaman ahora «fermiones» en honor a Fermi y contrastan con los «bosones» que obedecen a la estadística de Bose-Einstein.

Tras su estadía en Florencia, Fermi fue nombrado profesor de la cátedra de física teórica de la universidad de Roma, un puesto que conservó hasta 1938 en que, inmediatamente después de recibir el premio Nobel de física por sus estudios de la radiactividad artificial producida por los neutrones y por las reacciones nucleares provocadas por neutrones lentos, escapa a Estados Unidos para evitar el fascismo de Mussolini y, con ello, la persecución de su esposa, que era judía.

Durante los años de su carrera en Roma, Fermi estudió problemas en electrodinámica y realizó investigaciones teóricas sobre varios fenómenos espectroscópicos. Sin embargo, el trabajo más importante de Fermi comenzó cuando él dirigió su atención desde los electrones externos a los núcleo atómico en sí. Previamente, en 1934, él desarrolló la teoría del decaimiento beta, trabajo que logró formular uniendo la teoría de la radiación con la idea de Pauli sobre el neutrino. Después del descubrimiento realizado por Marie e Irene Curie y Frédéric Joliot de la radiactividad artificial (1934), él demostró que la transformación nuclear ocurre en casi cada uno de los elementos que son sometidos a bombardeos de neutrones. Este trabajo dio lugar al descubrimiento, ese mismo año, de los neutrones lentos, lo que condujo, posteriormente, al descubrimiento de la fisión nuclear y a la producción de elementos que yacen más allá de aquellos descritos en la tabla periódica (es decir, los elementos transuránicos).

Intuitivo teórico y brillante experimentador, Fermi, con sus colaboradores, sometió una larga serie de elementos al bombardeo por neutrones. Una pequeña ampolla que contenía una mezcla de polvo de berilio y de radón constituía la fuente de proyectiles y lanzaba por segundo 20.000.000 de neutrones contra blancos formados por las sustancias elegidas para la investigación. Las energías individuales de los proyectiles se repartían sobre una escala amplia; muchos alcanzaban hasta 8.000.000 de eV.

La mayoría de los sesenta y tres elementos que Fermi y sus colaboradores investigaban, cedieron a la acción transformadora del bombardeo y se volvieron activos. Si bien la duración de la vida del núcleo activado raramente sobrepasó algunos minutos, no obstante el equipo de Fermi logró identificar la naturaleza química de los elementos portadores de la actividad inducida. De las sustancias que en ese proceso fueron examinadas, más de cuarenta se revelaron transmutables por la irradiación neutrónica. Así la coraza del núcleo había sido perforada por el neutrón, penetrando en él como una suerte de caballo de Troya.

Una vez transcurridos seis meses desde sus primeros ensayos de bombardeo neutrónico, Fermi y su equipo, inducidos por un afortunado azar, realizaron un descubrimiento excepcional. Al procurar mejorar el rendimiento de las transmutaciones, notaron que la intensidad de la activación como función de la distancia a la fuente, presentaba anomalías que dependían -así parecía- de la materia que rodeaba a la fuente neutrónica. Comprobaron que el paso de los proyectiles a través de sustancias hidrogenadas como agua y parafina, en vez de disminuir -como hubiera podido creerse-, aumentaba de manera sorprendente, a menudo en una relación de uno a cien, la eficacia de los proyectiles y la consiguiente actividad de la materia bombardeada. Ese imprevisto efecto fue interpretado por Fermi con la capacidad de deducción que lo caracterizaba: los neutrones –al penetrar en la sustancia hidrogenada– pierden rápidamente energía en sus reiterados choques con los protones. Expulsados por la fuente con una velocidad de varios millones de kilómetros por segundo, se convierten al atravesar una pantalla de parafina en neutrones lentos con una velocidad del orden de un kilómetro por segundo, casi desprovistos de energía y más o menos en equilibrio térmico con la materia que los rodea.

El efecto descubierto por Fermi es bastante extraño y sin una comparación en nuestro mundo macroscópico donde la eficiencia de los proyectiles se acrecienta con su energía cinética. Lo mismo sucede con proyectiles cargados en el mundo microscópico. Los físicos que habían bombardeado los blancos atómicos con partículas alfa, con deutones o protones, pusieron su empeño en acelerar los proyectiles: los tubos de descarga de Cockcroft, los generadores electroestáticos de Van de Graaff, los ciclotrones de Lawrence, fueron inventados y construidos, en primer término, para servir a esa finalidad. Antes del descubrimiento de Fermi, los investigadores hubieran comprendido difícilmente que era menester moderar la velocidad de un proyectil para aumentar su eficacia. Mas con los neutrones que no llevan carga y que, por ende, están libres de toda repulsión por parte de las barreras de potencial eléctrico de los núcleos, el problema cambia de aspecto. Dada su pequeña velocidad, los neutrones lentos –explicó Fermi– tienen tiempo para sufrir la acción de los núcleos que atraviesan y dejarse capturar por éstos gracias a un efecto de resonancia con las capas neutrónicas de los núcleos, efecto del cual la mecánica ondulatoria permite dar cuenta.

La facilidad con que los neutrones lentos se incorporan en los núcleos, provocando su transmutación, permitió a Fermi y colaboradores a producir isótopos radiactivos de una larga serie de elementos. Los isótopos así obtenidos, más pesados que la sustancia primitiva, se desintegran expulsando electrones negativos; como la pérdida de una carga negativa equivale a la ganancia de una positiva, se forman de esta manera nuevos núcleos con números atómicos más elevados que el núcleo primitivo.

El procedimiento hallado por Fermi para bombardear elementos pesados con neutrones, adquirió un particular interés cuando el físico italiano atacó en 1934 al más pesado de los elementos naturales, el uranio, El núcleo de este último, radiactivo en estado natural, se desintegra irradiando una partícula alfa, disminuyéndose así en dos su número atómico. Sin embargo, era de esperar que el núcleo de uranio, expuesto al bombardeo neutrónico, al capturar un neutrón, se desintegrara emitiendo un electrón, lo cual aumentaría su número atómico en una unidad, formando entonces un elemento desconocido de número 93. Si éste resultaba radiactivo a su vez, podía dar nacimiento a un elemento de número 94 expulsando un electrón. Así aparecerían nuevos átomos, inexistentes en la naturaleza terrestre, que ocuparían en la tabla periódica de Mendelejeff posiciones situadas más allá del uranio: elementos transuránicos.

Enrico Fermi en Chicago

Ya en 1938, Fermi era considerado, sin duda alguna, como el mayor experto en neutrones y, cuando arribó a los Estados Unidos, continuó investigando sobre ellos. En ese país, pronto fue nombrado profesor titular de una de las cátedras de física de la Universidad de Columbia, en New York.

Cuando en 1939 Hahn y Strassman descubren la fisión, él vio inmediatamente la posibilidad de la emisión de neutrones secundarios y de una reacción en cadena. Se centró a trabajar con enorme entusiasmo sobre el tema, y dirigió una serie de experimentos clásicos que condujeron finalmente a la construcción de una pila atómica que produjo la primera reacción nuclear en cadena controlada. Ello ocurrió en Chicago el 2 de diciembre de 1942, en un campo del voleibol situado en los bajos del estadio deportivo de la Universidad de Chicago. Lo anterior, llevó a Fermi a jugar un rol importantísimo en la solución de los problemas ligados a la construcción de la primera bomba atómica, y era uno de los líderes del equipo de físicos en el proyecto de Manhattan encabezado por Robert Oppenheimer (1904 – 1967) para el desarrollo de ese artefacto nuclear.

Fermi se hizo ciudadano norteamericano en 1944 y, una vez finalizada la Segunda Guerra Mundial, en 1946 aceptó una cátedra en el Instituto de Estudios Nucleares de la Universidad de Chicago, una posición que desempeñó hasta su muerte, acaecida el 29 de noviembre de 1954. En ese período, Fermi fundó un grupo para la investigación de la física de altas energías, incluyendo la interacción del pión–neutrón.

Durante los años de Fermi como investigador, también se ocupó del problema del origen de los enigmáticos rayos cósmicos, formulando una teoría sobre ello, según la cual un campo magnético universal – actuando como un acelerador gigante – explicaría las fantásticas energías presentes en las partículas de esos rayos. Fue también uno de los científicos que investigó la existencia de los ovnis.

El Profesor Fermi era el autor de numerosos artículos sobre física teórica y experimental y, como conferencias, siempre contó con un gran auditorio. Dictó varios cursos en universidades como la de Michigan, Ann Arbor; y en la Universidad de Stanford , California. Fue el primer receptor de una dieta especial de investigación de US$50.000 – que ahora lleva su nombre – para las investigaciones referidas al átomo.

Se casó con Laura Capon en 1928. Tuvo un hijo Giulio y una hija Nella. Sus pasatiempos favoritos eran las caminatas, el montañismo, y los deportes de invierno.







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