Enrico Fermi Biographie

Der italienisch-amerikanische Physiker (Spezialist für die Beziehung zwischen Materie und Energie) Enrico Fermi entwickelte die erste nukleare (unter Verwendung von Atomenergie) Kettenreaktion, die zur Schaffung der Atombombe beitrug.

Frühe Jahre

Enrico Fermi wurde am 29. September 1901 in Rom, Italien, als drittes Kind von Alberto und Ida de Gattis Fermi geboren. Sein Vater war Inspektor im Eisenbahnministerium und seine Mutter Lehrerin. Etwa im Alter von zehn Jahren erwachte sein Interesse für Mathematik und Physik. Ein Freund seines Vaters, der Ingenieur Adolfo Amidei, erkannte Fermis intellektuelle Fähigkeiten und leitete seine mathematischen und physikalischen Studien, indem er ihm in seinen Teenagerjahren Bücher auslieh.

Als Fermi 1922 seinen Doktortitel an der Universität Pisa in Italien erhielt, hatte er bereits mehrere Arbeiten über Elektrodynamik (ein Zweig der Physik, der sich mit den Beziehungen zwischen elektrischen Strömen und Magneten befasst) geschrieben. Anschließend studierte Fermi acht Monate an der Universität Göttingen in Deutschland. 1924 ging Fermi zum Studium an die Universität Leiden in Holland.

Fermi-Statistik

Ende 1924, nachdem er Leiden verlassen hatte, ging Fermi an die Universität Florenz, Italien, wo er mathematische Physik und Theorien der Mechanik (das Studium der Kräfte und ihrer Wirkung auf die Materie) lehrte. 1926 veröffentlichte er seine erste große Entdeckung, die sogenannte Fermi-Dirac-Statistik. Er hatte einen Weg gefunden, die Eigenschaften und das Verhalten bestimmter Teilchen zu bestimmen, die dem Ausschlussprinzip von Wolfgang Pauli gehorchen. (Paulis Prinzip besagt, dass keine zwei Teilchen die gleiche Position und die gleiche Geschwindigkeit oder Geschwindigkeit haben.) Diese gehorchenden Teilchen sind jetzt als Fermionen bekannt.

Fermis Entdeckung kam direkt aus seinen eigenen Studien. Diese Studien begannen 1923, stießen jedoch auf Probleme, da Paulis Idee damals nicht bekannt war. Fermi sah sofort, dass alle Teilchen (Fermionen), die Paulis noch nicht vorgeschlagenem Ausschlussprinzip gehorchen, sich auf eine bestimmte Weise verhalten würden. Diese Entdeckung führte unter anderem zu einem Verständnis bestimmter Merkmale der Gastheorie und dazu, wie Metalle Elektrizität leiten. Es wurde auch zur Grundlage von Fermis weit verbreitetem Atommodell von 1927.

Theorie des Beta-Zerfalls

Die Jahre zwischen 1926 und 1938 gelten als Fermis „goldenes Zeitalter“. 1926 übernahm er den Lehrstuhl für Theoretische Physik (der nur theoretisch existierte) an der Universität Rom und wurde drei Jahre später als eines der ersten dreißig Mitglieder (und einziger Physiker) in die Königliche Akademie von Italien gewählt. 1928 heiratete er Laura Capon; Sie hatten zwei Kinder.

Fermis berühmtestes Werk dieser Zeit war seine Theorie des nuklearen Beta-Zerfalls von 1933. Beim Beta-Zerfall wird ein Teilchen (Beta-Teilchen), von dem bekannt ist, dass es mit einem Elektron identisch ist, da es eine „negative“ elektrische Ladung hat, vom Kern (Kern) eines Atoms abgegeben. Dadurch erhöht sich die Ordnungszahl (Anzahl der Protonen oder Teilchen mit „positiver“ elektrischer Ladung abzüglich der Anzahl der Elektronen) des Atomkerns um eine Einheit. Fermi arbeitete eine detaillierte Theorie des Beta-Zerfalls aus, die auf der Idee basiert, dass ein Neutron (ein Teilchen ohne elektrische Ladung) im Kern in drei Teilchen „zerfällt“ oder sich in drei Teilchen verwandelt: ein Proton, ein Elektron (Beta-Teilchen) und a Neutrino. Tatsächlich wurde das Neutrino (ein Teilchen ohne Masse oder elektrische Ladung) erst in den 1950er Jahren in Experimenten gefunden.

Langsame Neutronen

In den späten 1920er Jahren entwickelte Fermi eine Neutronenquelle, mit der man experimentieren und feststellen konnte, ob Neutronen Radioaktivität verursachen könnten (ein Prozess, bei dem die Atome eines Elements Materieteilchen und schädliche Energiestrahlen abgeben). Fermi konstruierte eine Maschine ähnlich einem Geigerzähler (ein Gerät zur Messung der Radioaktivität) und begann, verschiedene Elemente mit Neutronen zu beschießen. Er hatte keinen Erfolg, bis er während der Behandlung mit Fluorium eine schwache Radioaktivität feststellte. Dieser Stichtag war der 21. März 1934. Bis zum Sommer 1934 hatten Fermi und seine Mitarbeiter viele Substanzen getestet und bei einigen eine leichte Radioaktivität festgestellt.

Fermi und sein Team stellten dann fest, dass die in einer Substanz erzeugte Radioaktivität erhöht wurde, wenn ein Filter aus Paraffin (einer wachsartigen Substanz) in den Pfad der Neutronen platziert wurde, die die Substanz bombardierten. Fermis Idee war, dass beim Durchgang durch das Paraffin (eine Verbindung, die eine große Menge Wasserstoff enthält) die Geschwindigkeit der Neutronen durch den Kontakt mit den Wasserstoffatomen verringert wurde und diese sehr langsamen Neutronen eine viel höhere Radioaktivität in Substanzen verursachten als schnelle Neutronen . Langsame Neutronen erzeugen eine Art von Reaktion, schnelle Neutronen eine andere. Die Entdeckung der Eigenschaften langsamer Neutronen war die Schlüsselentdeckung in der Neutronenphysik.

Bis 1937 machten sich Fermis Frau und ihre Kinder Sorgen über den politischen Wandel

Atomzeitalter

Mit der Unterstützung seines Kollegen Herbert L. Anderson erzeugte Fermi in Columbia einen Neutronenstrahl, mit dem er bewies, dass die Spaltung (die Spaltung eines Atoms in zwei ungefähr gleiche Teile) von Uran möglich war. Mitte 1939 gab es Hinweise darauf, dass eine menschengemachte nukleare Kettenreaktion möglich sein könnte. (Das Ziel war es, mindestens eines der bei einer Spaltungsreaktion freigesetzten Neutronen dazu zu bringen, eine weitere Spaltung zu verursachen, wobei sich der Vorgang immer wieder wiederholt. Dies würde sehr schnell zur Freisetzung einer großen Energiemenge führen.) Das Militär wurde sehr stark interessiert, und Fermi wurde gebeten, die Forschung zu der Idee zu leiten. Er und andere Physiker zogen Anfang 1942 an die University of Chicago; Im Oktober war Fermi zuversichtlich, dass er wusste, wie man die Arbeit erledigt, und das Projekt (das „Manhattan-Projekt“) war im Gange. Die Bauarbeiten begannen im November, und am 2. Dezember leitete Fermi den Betrieb der ersten selbsterhaltenden Kettenreaktion, die von Menschen geschaffen wurde. Es dauerte vierzig Minuten und erzeugte eine Leistung von einem halben Watt, genug, um eine Stablampe zu aktivieren. Es war die Eröffnung des Atomzeitalters.

Als Ergebnis von Fermis Experiment wurden riesige nationale Laboratorien errichtet, von denen eines, Los Alamos, unmittelbar für den Bau der Atombombe verantwortlich war. Im September 1944 wurde Fermi für die letzten wichtigen Schritte beim Bau der Bombe aus Chicago geholt. Anfang 1945 war das Projekt so weit fortgeschritten, dass es an der Zeit war, die tödliche Waffe zur Explosion zu bringen. Der Test mit dem Codenamen „Project Trinity“ wurde im Juli 1945 in der Wüste im Süden von New Mexico erfolgreich durchgeführt.

Letzten Jahren

Im Dezember 1945 wurde Fermi Professor für Physik und Mitglied des Institute for Nuclear Studies (heute Enrico Fermi Institute) an der University of Chicago. Während dieser Zeit nahmen seine Lektüre und sein Interessenspektrum erheblich ab. Einige Jahre arbeitete er weiterhin in der Kernphysik. Um 1949 verlagerte sich sein Interesse auf die Hochenergie-(Teilchen-)Physik. Enrico Fermi starb am 29. November 1954 in Chicago, Illinois.

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