Энрико Ферми

Осенью 1919 г. Ферми поступил одновременно в Высшую Нормальную школу и на физико-математический факультет Пизанского университета. Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень трудный вступительный экзамен.

Ученик Нормальной школы автоматически становился и студентом университета, причем обучение таких студентов в университете было бесплатным.

Будучи студентом, Ферми стремится познать новые отрасли физики, касающиеся строения материи и квантовой теории. Но эти разделы не культивировались в Италии, по ним не читались университетские курсы. Что касается классической физики и теории относительности, то их, как вспоминал позднее уже знаменитый Ферми, в те годы он знал так же, как и в 1934 г. Еще будучи студентом, Ферми много работает в лаборатории университета. В 1922 г. он выполняет экспериментальную дипломную работу по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и получает диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же - 2 - году и с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей Нормальной школы. В январе 1923 г. Ферми по направлению Министерства образования уезжает для совершенствования в Геттинген к М.Борну. В Геттингене Ферми выполнил самостоятельно ряд работ. Одна из них, по теоретической физике, понравилась П.Эренфесту, и он написал об этом Ферми. Это привело к тому, что с сентября по декабрь 1924 г. Э.Ферми обучается в Лейдене у Эренфеста - известного физика-теоретика.

Именно под влиянием Эренфеста Ферми приобретает уверенность в своих силах; у него появляются характерные черты серьезного исследователя: стремление к конкретности во всем, умение выделять главное, исключительный здравый смысл. И в дальнейшем почти все теории Ферми создает для того, чтобы объяснить поведение определенной экспериментальной кривой, 'странность' какого-то экспериментального факта. С января 1925 до осени 1926 г. Ферми работает временным профессором во Флоренции, читая лекции по теоретической механике и математической физике. Здесь он получает свою первую ученую степень 'свободного доцента', создает знаменитую работу по квантовой статистике и пишет блестящую книгу 'Введение в атомную физику', которая позднее стала основным учебником по теоретической физике для студентов университетов. В 1926 г. в Римском университете, собственно, специально для Ферми создается кафедра теоретической физики.

Осенью 1926 г. 25-летний Э.Ферми успешно выдерживает конкурс и занимает должность профессора столичного университета, проработав в нем до 1938 г. Одним из главных итогов деятельности Ферми в этот период бы- - 3 - ло созданием им итальянской школы физики. Когда Ферми в 1926 г. начал работать в Римском университете, там не было никакого исследовательского коллектива. Ферми сразу же начал создавать такой коллектив из сотрудников университета и своих наиболее способных учеников.

Вскоре вокруг него сформировалось ядро этой школы: Разетти, Сегре, Амальди, Понтекорво, Майорана и др.

Лекции Ферми в университете по квантовой механике, атомной физике, математической физике, термодинамике и его любимой геофизике отличались большой ясностью и стройностью изложения. В физике, по мнению Ферми, нет места для путаных мыслей, а физическая сущность любого, действительно понимаемого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул. И это Ферми прекрасно иллюстрировал своими собственными работами и своим стилем. Вот как об этом вспоминал Г.Бете: 'Метод работы Ферми над теоретическими проблемами больше всего поражал меня своей простотой. Он мог проникнуть в существо любой задачи, какой бы сложной она не казалась. Он срывал с нее покров математических усложнений и ненужного формализма. С помощью такого метода он мог, часто не более чем за полчаса, решить весьма сложную физическую задачу. Он был мастером получения важных результатов минимальными усилиями и простейшим математическим аппаратом'. Кипучая теоретическая деятельность Ферми в период с 1926 по 1933 г. шла по трем главным направлениям. Во-первых, в этот период, освоив квантовую механику, он успешно развивал ее, объяснял и пропагандировал в научных кругах. Но, как вспоминает Сегре, эти проповеди имели большой успех у молодежи и ничтожный у ученых старшего поколения.

Второе направление деятельности Ферми было связано со статической механикой. В-третьих, своими теоретически- - 4 - ми работами Ферми внес большой вклад в учение о структуре атомов и молекул.

Совокупность работ в этой области составила книгу 'Молекулы и кристаллы'. После 1933 г. Ферми целиком погружается в проблемы ядерной физики. В 1934 г. он создает теорию b -распада. Суть ее состояла в том, что при b -распаде кроме электрона испускается еще нейтрино - маленький нейтрон. Эта теория Ферми явилась прототипом современной теории взаимодействия элементарных частиц. 'Построенная им теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме',- писал о теории b -распада Ф.Разетти. В 1934 г. Э.Ферми выполняет первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами. Сразу же после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, поскольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. И если все физики после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри заторопились повторить их опыты, то 'только у Ферми, по словам О.Фриша, хватило ума выбрать оригинальное направление, оказавшееся на редкость плодотворным'. Ферми со свойственной ему кипучей энергией начал облучать нейтронами почти все элементы. В результате этих экспериментов было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов.

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире. Если коротко оценить итоги этих исследований. то следует сказать, что они явились началом новой области физики - нейтрон- - 5 - ной.

Открытие эффекта замедления нейтронов (эффект Ферми), по словам Понтекорво, открыло 'новую главу ядерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня,- атомную технику'. За серию работ по получению радиоактивных элементов путем нейтронной бомбардировки и за открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов в 1938 г. Э.Ферми была присуждена Нобелевская премия.

Выехав за ее получением в Стокгольм вместе с семьей, Ферми не вернулся в Италию, где фашистская диктатура Муссолини по существу ликвидировала условия для нормальной научной работы. В январе 1939 г. Э.Ферми высказывает мысль, что при делении урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт.

Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт деления осталось не очень определенным. В это время Ферми начинает работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе. К весне 1941 г. эта теория была разработана, и летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано около тридцати опытов, и в июне 1942 г. был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции реактора. Ферми, как всегда сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство было помещено в гигантскую палатку из материи - 6 - для оболочек аэростатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей реактор.