Энрико Ферми

После открытия искусственной радиоактивности работы по ее исследованию и получению новых изотопов развернулись широким фронтом.Наиболее плодотворными в этом направлении оказались опы- ты Энрико Ферми 1901-1954. Ферми писал Бруно Понтекорво занимает особое место среди современных ученых в наше время, когда узкая специализация в научных иссле- дованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, каким был Ферми. Можно даже сказать, что появление на на- учной арене XX в. человека, который внес такой громадный вклад в развитие теоретической и экспериментальной физики, астрономии и технической физики явление скорее уникальное, чем редкое.

Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме, в семье служаще- го. У Энрико очень рано проявились большие способности к точным наукам, в частности к физике и математике. Осенью 1919 г. Ферми поступил одновременно в Высшую Нормаль- ную школу и на физико-математический факультет Пизанского универ- ситета.Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень трудный вступительный экзамен.

Ученик Нормальной школы автомати- чески становился и студентом университета, причем обучение таких студентов в университете было бесплатным. Будучи студентом, Ферми стремится познать новые отрасли фи- зики, касающиеся строения материи и квантовой теории. Но эти раз- делы не культивировались в Италии, по ним не читались универси- тетские курсы.Что касается классической физики и теории относи- тельности, 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 полу- чает 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 образова- ния уезжает для совершенствования в Геттинген к М.Борну. В Гет- тингене 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-тео- ретика.

Именно под влиянием Эренфеста Ферми приобретает уверен- ность в своих силах у него появляются характерные черты серьез- ного исследователя стремление к конкретности во всем, умение вы- делять главное, исключительный здравый смысл.

И в дальнейшем поч- ти 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 про- фессором во Флоренции, читая лекции по теоретической механике и математической физике.Здесь он получает свою первую ученую сте- пень 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 долж- ность 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 исс- ледовательского коллектива. Ферми сразу же начал создавать такой коллектив из сотрудников университета и своих наиболее способных учеников.Вскоре вокруг него сформировалось ядро этой школы Ра- зетти, Сегре, Амальди, Понтекорво, Майорана и др. Лекции Ферми в университете по квантовой механике, атомной физике, математической физике, термодинамике и его любимой геофи- зике отличались большой ясностью и стройностью изложения.

В физи- ке, 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 ил- люстрировал 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 про- никнуть в существо любой задачи, какой бы сложной она не каза- лась. Он срывал с нее покров математических усложнений и ненужно- го формализма.

С помощью такого метода он мог, часто не более чем за полчаса, решить весьма сложную физическую задачу. Он был мас- тером получения важных результатов минимальными усилиями и прос- тейшим математическим аппаратом. Кипучая теоретическая деятельность Ферми в период с 1926 по 1933 г. шла по трем главным направлениям.Во-первых, в этот пери- од, 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 Мо- лекулы и кристаллы. После 1933 г. Ферми целиком погружается в проблемы ядерной физики.В 1934 г. он создает теорию 7 b 0-распада.

Суть ее состояла в том, что при 7b 0-распаде кроме электрона испускается еще нейтрино - маленький нейтрон. Эта теория Ферми явилась прототипом современ- ной 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 7b 0-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 искусс- твенной радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, пос- кольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, долж- ны 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, оказавшее- ся на редкость плодотворным.

Ферми со свойственной ему кипучей энергией начал облучать нейтронами почти все элементы. В резуль- тате этих экспериментов было получено более 60 новых радиоактив- ных 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 дейс- твием медленных нейтронов в 1938 г. Э.Ферми была присуждена Нобе- левская премия.Выехав за ее получением в Стокгольм вместе с семьей, Ферми не вернулся в Италию, где фашистская диктатура Мус- солини 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 начина- ет работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе.

К весне 1941 г. эта теория была разработана, и летом началась се- рия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано около тридцати опытов, и в июне 1942 г. был получен коэффициент размножения нейтронов больше еди- ницы. Это означало возможность получения цепной реакции в доста- точно большой решетке из урана и графита и послужило началом раз- работки конструкции реактора.Ферми, как всегда сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в разме- рах 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.Постройка реактора началась в Чикаго в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 г. После запуска реактора Ферми работает над проблемами мир- ного и военного использования атомной энергии. В науке науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым.

В возрасте около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и прекрасную базу для исследований, Ферми изменяет направление своей научной деятельности и начинает заниматься областью частиц высоких энергий и астрофизикой. И здесь он достиг замечательных результатов.Одной из особенностей физических идей Ферми является их дол- голетие. Ряд последних работ великого ученого был оценен лишь после его смерти.

Одной из них является совместная работа Ферми и Ч.Янга по составным моделям элементарных частиц. Когда она появи- лась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены ее бессодержательностью. Но прошло время, и на основе работы Фер- ми - Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц.Одной из последних таких моделей является модель кварков.

На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященную тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят как хорошо известно, как нетрудно показать и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в 1946 г. Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре Одна треть.Две трети он собирался еще сделать, до предела уплотняя свой рабочий день. Ферми с олимпийским спокойствием работал до - 7 - самого конца своей жизни.

Ферми умер 28 ноября 1954 г в возрасте всего лишь 53 лет. Трудно представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он прожил еще лет 15-20. Но и та одна треть, которую успел сделать Ферми из намеченного им плана и которая, по словам Понтекорво, достойна 6-8 Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя этого исключительного одаренного ученого.