Proyecto Manhattan [ editar ]
Fermi llegó a la ciudad de Nueva York el 2 de enero de 1939. [62] Inmediatamente se le ofrecieron puestos en cinco universidades y se aceptó una en la Universidad de Columbia , [63] donde ya había dado conferencias de verano en 1936. [64] Recibió la noticia que en diciembre de 1938, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann detectaron el elemento bario después de bombardear uranio con neutrones, [65] que Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch interpretaron correctamente como resultado de la fisión nuclear . Frisch confirmó esto experimentalmente el 13 de enero de 1939. [66][67] La noticia de la interpretación de Meitner y Frisch del descubrimiento de Hahn y Strassmann cruzó el Atlántico con Niels Bohr , quien iba a dar una conferencia en la Universidad de Princeton . Isidor Isaac Rabi y Willis Lamb , dos físicos de la Universidad de Columbia que trabajan en Princeton, lo descubrieron y lo llevaron de regreso a Columbia. Rabi dijo que le dijo a Enrico Fermi, pero Fermi más tarde le dio el crédito a Lamb: [68]
Noddack fue probado justo después de todo. Fermi había descartado la posibilidad de fisión basándose en sus cálculos, pero no había tenido en cuenta la energía de enlace que aparecería cuando un núclido con un número impar de neutrones absorbiera un neutrón extra. [58] Para Fermi, la noticia llegó como una profunda vergüenza, ya que los elementos transuránicos que en parte le habían otorgado el Premio Nobel por descubrir no eran en absoluto elementos transuránicos, sino productos de fisión . Agregó una nota a este efecto a su discurso de aceptación del Premio Nobel. [68] [70]
Los científicos de Columbia decidieron que deberían intentar detectar la energía liberada en la fisión nuclear del uranio cuando son bombardeados por neutrones. El 25 de enero de 1939, en el sótano de Pupin Hall en Columbia, un equipo experimental que incluía a Fermi realizó el primer experimento de fisión nuclear en los Estados Unidos. Los otros miembros del equipo fueron Herbert L. Anderson , Eugene T. Booth , John R. Dunning , G. Norris Glasoe y Francis G. Slack . [71] Al día siguiente, la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica comenzó en Washington, DC bajo los auspicios conjuntos de la Universidad George Washington yInstitución Carnegie de Washington . Allí, la noticia sobre la fisión nuclear se extendió aún más, fomentando muchas más manifestaciones experimentales. [72]
Los científicos franceses Hans von Halban , Lew Kowarski y Frédéric Joliot-Curie demostraron que el uranio bombardeado por neutrones emitía más neutrones de los que absorbía, lo que sugiere la posibilidad de una reacción en cadena. [73] Fermi y Anderson también lo hicieron unas semanas más tarde. [74] [75] Leó Szilárd obtuvo 200 kilogramos (440 lb) de óxido de uranio del productor de radio canadiense Eldorado Gold Mines Limited , lo que permitió a Fermi y Anderson realizar experimentos con fisión en una escala mucho mayor. [76]Fermi y Szilárd colaboraron en el diseño de un dispositivo para lograr una reacción nuclear autosuficiente: un reactor nuclear . Debido a la tasa de absorción de neutrones por el hidrógeno en el agua, era improbable que se pudiera lograr una reacción autosuficiente con uranio natural y agua como moderador de neutrones . Fermi sugirió, basándose en su trabajo con neutrones, que la reacción podría lograrse con bloques de óxido de uranio y grafito como moderador en lugar de agua. Esto reduciría la tasa de captura de neutrones y, en teoría, haría posible una reacción en cadena autosuficiente. Szilárd ideó un diseño funcional: una pila de bloques de óxido de uranio intercalados con ladrillos de grafito. [77]Szilárd, Anderson y Fermi publicaron un artículo sobre "Producción de neutrones en uranio". [76]Pero sus hábitos de trabajo y personalidades eran diferentes, y Fermi tenía problemas para trabajar con Szilárd. [78]
Fermi fue uno de los primeros en advertir a los líderes militares sobre el impacto potencial de la energía nuclear, dando una conferencia sobre el tema en el Departamento de la Armada el 18 de marzo de 1939. La respuesta no alcanzó lo que esperaba, aunque la Armada acordó proporcionar $ 1,500. hacia una mayor investigación en Columbia. [79] Más tarde ese año, Szilárd, Eugene Wigner y Edward Teller enviaron la famosa carta firmada por Einstein al presidente de los Estados Unidos Roosevelt , advirtiendo que la Alemania nazi probablemente construiría una bomba atómica . En respuesta, Roosevelt formó el Comité Asesor sobre Uranio para investigar el asunto. [80]
El Comité asesor sobre uranio proporcionó dinero a Fermi para comprar grafito, [81]y él construyó una pila de ladrillos de grafito en el séptimo piso del laboratorio Pupin Hall. [82] En agosto de 1941, tenía seis toneladas de óxido de uranio y treinta toneladas de grafito, que utilizaba para construir una pila aún más grande en Schermerhorn Hall en Columbia. [83]
La Sección S-1 de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico , como se conocía ahora al Comité Asesor sobre el Uranio, se reunió el 18 de diciembre de 1941, y los Estados Unidos ahora participan en la Segunda Guerra Mundial , lo que hace que su trabajo sea urgente. La mayor parte del esfuerzo patrocinado por el Comité se había dirigido a producir uranio enriquecido , pero el miembro del Comité Arthur Compton determinó que una alternativa viable era el plutonio , que podría producirse en masa en reactores nucleares a fines de 1944. [84] Decidió Concentrar el trabajo de plutonio en la Universidad de Chicago . Fermi se mudó a regañadientes y su equipo se convirtió en parte del nuevo Laboratorio Metalúrgico allí.[85]
Los posibles resultados de una reacción nuclear autosuficiente eran desconocidos, por lo que no parecía aconsejable construir el primer reactor nuclear en el campus de la Universidad de Chicago, en el centro de la ciudad. Compton encontró una ubicación en la Reserva Forestal de Argonne Woods, a unas 20 millas (32 km) de Chicago. Stone & Webster fue contratado para desarrollar el sitio, pero el trabajo se detuvo por una disputa industrial. Luego, Fermi convenció a Compton de que podía construir el reactor en la cancha de squash bajo las gradas del Stagg Field de la Universidad de Chicago . La construcción de la pila comenzó el 6 de noviembre de 1942, y Chicago Pile-1 fue crítico el 2 de diciembre. [86] La forma de la pila estaba destinada a ser aproximadamente esférica, pero a medida que avanzaba el trabajo, Fermi calculó que se podía lograr la criticidad sin terminar toda la pila según lo planeado. [87]
Este experimento fue un hito en la búsqueda de energía, y fue típico del enfoque de Fermi. Cada paso fue cuidadosamente planeado, cada cálculo hecho meticulosamente. [86] Cuando se logró la primera reacción en cadena nuclear autosostenida, Compton realizó una llamada codificada a James B. Conant , presidente del Comité de Investigación de la Defensa Nacional .
Para continuar la investigación donde no representaría un peligro para la salud pública, el reactor fue desmontado y trasladado al sitio de Argonne Woods. Allí, Fermi dirigió experimentos sobre reacciones nucleares, disfrutando de las oportunidades brindadas por la abundante producción de neutrones libres del reactor. [89] El laboratorio pronto se ramificó desde la física y la ingeniería hasta usar el reactor para la investigación biológica y médica. Inicialmente, Argonne fue dirigida por Fermi como parte de la Universidad de Chicago, pero se convirtió en una entidad independiente con Fermi como director en mayo de 1944. [90]
Cuando el Reactor de Grafito X-10 enfriado por aire en Oak Ridge fue crítico el 4 de noviembre de 1943, Fermi estaba presente en caso de que algo saliera mal. Los técnicos lo despertaron temprano para que pudiera verlo. [91] Poner en funcionamiento el X-10 fue otro hito en el proyecto de plutonio. Proporcionó datos sobre el diseño del reactor, la capacitación del personal de DuPont en el funcionamiento del reactor y produjo las primeras pequeñas cantidades de plutonio producido por el reactor. [92] Fermi se convirtió en ciudadano estadounidense en julio de 1944, la fecha más temprana en que la ley lo permitió. [93]
En septiembre de 1944, Fermi insertó la primera bala de combustible de uranio en el Reactor B en el Sitio de Hanford , el reactor de producción diseñado para producir plutonio en grandes cantidades. Al igual que el X-10, había sido diseñado por el equipo de Fermi en el Laboratorio Metalúrgico y construido por DuPont, pero era mucho más grande y estaba refrigerado por agua. Durante los días siguientes, se cargaron 838 tubos y el reactor se volvió crítico. Poco después de la medianoche del 27 de septiembre, los operadores comenzaron a retirar las barras de control.para iniciar la producción. Al principio todo parecía estar bien, pero alrededor de las 03:00, el nivel de potencia comenzó a disminuir y a las 06:30 el reactor se había apagado por completo. El Ejército y DuPont acudieron al equipo de Fermi en busca de respuestas. El agua de refrigeración se investigó para ver si había una fuga o contaminación. Al día siguiente, el reactor volvió a arrancar repentinamente, solo para apagarse una vez más unas horas más tarde. El problema se debió al envenenamiento por neutrones del xenón-135., un producto de fisión con una vida media de 9.2 horas. DuPont se había desviado del diseño original del Laboratorio metalúrgico en el que el reactor tenía 1.500 tubos dispuestos en un círculo, y había agregado 504 tubos para rellenar las esquinas. Originalmente, los científicos consideraron que esta ingeniería excesiva era una pérdida de tiempo y dinero, pero Fermi se dio cuenta de que si se cargaban los 2,004 tubos, el reactor podría alcanzar el nivel de potencia requerido y producir plutonio de manera eficiente. [94] [95]
A mediados de 1944, Robert Oppenheimer persuadió a Fermi para que se uniera a su Proyecto Y en Los Alamos, Nuevo México . [96] Al llegar en septiembre, Fermi fue nombrado director asociado del laboratorio, con amplia responsabilidad en física nuclear y teórica, y fue puesto a cargo de la División F, que recibió su nombre. La División F tenía cuatro ramas: F-1 Super y General Theory under Teller, que investigó la bomba "Super" (termonuclear) ; Caldera de agua F-2 bajo LDP King, que cuidaba el reactor de investigación homogénea acuosa "caldera de agua" ; F-3 Super Experimentation bajo Egon Bretscher ; y F-4 Estudios de Fisión bajo Anderson.[97] Fermi observó laprueba de la Trinidad el 16 de julio de 1945 y realizó un experimento para estimar el rendimiento de la bomba lanzando tiras de papel a la onda expansiva. Se alejó de la distancia a la que fueron impactados por la explosión y calculó el rendimiento en diez kilotones de TNT; El rendimiento real fue de unos 18,6 kilotones. [98]
Junto con Oppenheimer, Compton y Ernest Lawrence , Fermi formó parte del panel científico que asesoró al Comité Interino en la selección de objetivos. El panel acordó con el comité que las bombas atómicas se utilizarían sin advertencia contra un objetivo industrial. [99] Como otros en el Laboratorio de Los Álamos, Fermi se enteró de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki a través del sistema de megafonía en el área técnica. Fermi no creía que las bombas atómicas disuadieran a las naciones de iniciar guerras, ni pensaba que era el momento oportuno para el gobierno mundial . Por lo tanto, no se unió a la Asociación de Científicos de Los Álamos . [100]
Trabajo de post-guerra [ editar ]
Fermi se convirtió en Profesor Distinguido de Física Charles H. Swift en la Universidad de Chicago el 1 de julio de 1945 [101], aunque no abandonó el Laboratorio de Los Álamos con su familia hasta el 31 de diciembre de 1945. [102] Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1945. [103] El Laboratorio Metalúrgico se convirtió en el Laboratorio Nacional de Argonne el 1 de julio de 1946, el primero de los laboratorios nacionales establecidos por el Proyecto Manhattan. [104] La corta distancia entre Chicago y Argonne permitió que Fermi trabajara en ambos lugares. En Argonne continuó la física experimental, investigando la dispersión de neutrones conLeona Marshall . [105] También habló sobre la física teórica con Maria Mayer , ayudándola a desarrollar ideas sobre el acoplamiento de la órbita y la rotación que la llevarían a recibir el Premio Nobel. [106]
El Proyecto Manhattan fue reemplazado por la Comisión de Energía Atómica (AEC) el 1 de enero de 1947. [107]Fermi formó parte del Comité Asesor General de la AEC, un comité científico influyente presidido por Robert Oppenheimer. [108] También le gustaba pasar algunas semanas de cada año en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, [109] donde colaboró con Nicholas Metropolis , [110] y con John von Neumann sobre la inestabilidad de Rayleigh-Taylor , la ciencia de lo que ocurre. En la frontera entre dos fluidos de diferentes densidades. [111]
Después de la detonación de la primera bomba de fisión soviética en agosto de 1949, Fermi, junto con Isidor Rabi, escribió un informe redactado enérgicamente para el comité, oponiéndose al desarrollo de una bomba de hidrógeno por razones morales y técnicas. [112] No obstante, Fermi continuó participando en el trabajo sobre la bomba de hidrógeno en Los Alamos como consultor. Junto con Stanislaw Ulam , calculó que no solo sería prohibitiva la cantidad de tritio necesaria para el modelo de un arma termonuclear de Teller, sino que una reacción de fusión podría no estar segura de propagarse incluso con esta gran cantidad de tritio. [113] Fermi estaba entre los científicos que testificaron en nombre de Oppenheimer en elLa audiencia de seguridad de Oppenheimer en 1954 dio como resultado la denegación de la autorización de seguridad de Oppenheimer. [114]
En sus últimos años, Fermi continuó enseñando en la Universidad de Chicago. Sus estudiantes de doctorado en el período de posguerra incluyeron a Owen Chamberlain , Geoffrey Chew , Jerome Friedman , Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee , Arthur Rosenfeld y Sam Treiman . [115] [116] Jack Steinberger era un estudiante graduado, y Mildred Dresselhaus estuvo muy influenciada por Fermi durante el año en que se superpuso con él como estudiante de doctorado. [117] [118] Fermi realizó una importante investigación en física de partículas, especialmente relacionada con piones y muones.. Hizo las primeras predicciones de pion- nucleón de resonancia, [110] apoyándose en métodos estadísticos , ya que razonó que las respuestas exactas no se requieren cuando la teoría estaba mal de todos modos. [119] En un artículo en coautoría con Chen Ning Yang , especuló que los piones podrían ser realmente partículas compuestas. [120] La idea fue elaborada por Shoichi Sakata . Desde entonces, ha sido suplantado por el modelo de quark , en el que el pión está formado por quarks, que completaron el modelo de Fermi y reivindicaron su enfoque. [121]
Fermi escribió un artículo "Sobre el origen de la radiación cósmica " en el que proponía que los rayos cósmicos surgían a través de un material acelerado por los campos magnéticos en el espacio interestelar, lo que llevó a una diferencia de opinión con Teller. [119] Fermi examinó los problemas que rodeaban los campos magnéticos en los brazos de una galaxia espiral . [122] Reflexionó sobre lo que ahora se conoce como la " paradoja de Fermi ": la contradicción entre la presunta probabilidad de la existencia de vida extraterrestre y el hecho de que no se ha hecho contacto. [123]
Hacia el final de su vida, Fermi cuestionó su fe en la sociedad en general para tomar decisiones sabias sobre la tecnología nuclear. Él dijo:
Muerte [ editar ]
Fermi se sometió a una operación exploratoria en el Hospital Billings Memorial en octubre de 1954, después de lo cual regresó a casa. Cincuenta días después, murió de cáncer de estómago a los 53 años en su casa de Chicago. [2] Su servicio conmemorativo se llevó a cabo en la capilla de la Universidad de Chicago , donde los colegas Samuel K. Allison , Emilio Segrè y Herbert L. Anderson hablaron para lamentar la pérdida de uno de los "físicos más brillantes y productivos del mundo". [125] Su cuerpo fue enterrado en el cementerio de Oak Woods . [126]
Impacto y legado [ editar ]
Legado [ editar ]
Como persona, Fermi parecía la simplicidad misma. Era extraordinariamente vigoroso y amaba los juegos y el deporte. En tales ocasiones se hizo evidente su naturaleza ambiciosa. Jugaba al tenis con una ferocidad considerable y cuando subía montañas actuaba más bien como un guía. Uno podría haberlo llamado un dictador benevolente. Recuerdo que una vez en la cima de una montaña, Fermi se levantó y dijo: "Bueno, son dos minutos para las dos, vamos todos a las dos en punto"; Y, por supuesto, todos se levantaron fiel y obedientemente. Este liderazgo y seguridad en sí mismo le dieron a Fermi el nombre de "El Papa", cuyos pronunciamientos eran infalibles en física. Una vez dijo: "Puedo calcular cualquier cosa en física dentro de un factor 2 en unas pocas hojas; para obtener el factor numérico en frente de la fórmula correcta puede que un físico tome un año para calcular, Fermi se acercó y dijo que tenía una filosofía diferente sobre el corte de pan, sacó el cuchillo de la mano de mi esposa y siguió con el trabajo porque estaba convencido de que su propio método era superior. Pero todo esto no ofendió en absoluto, sino que encantó a todos a que les gustara Fermi. Tenía muy pocos intereses fuera de la física y cuando me escuchó tocar el piano de Teller, confesó que su interés por la música estaba restringido a las melodías simples. Fermi se acercó y dijo que tenía una filosofía diferente sobre el corte de pan, sacó el cuchillo de la mano de mi esposa y siguió con el trabajo porque estaba convencido de que su propio método era superior. Pero todo esto no ofendió en absoluto, sino que encantó a todos a que les gustara Fermi. Tenía muy pocos intereses fuera de la física y cuando me escuchó tocar el piano de Teller, confesó que su interés por la música estaba restringido a las melodías simples.
Fermi recibió numerosos premios en reconocimiento a sus logros, entre ellos la Medalla Matteucci en 1926, el Premio Nobel de Física en 1938, la Medalla Hughes en 1942, la Medalla Franklin en 1947 y el Premio Rumford en 1953. Fue galardonado con la Medalla por Méritoen 1946 por su contribución al Proyecto Manhattan. [128] Fermi fue elegido miembro extranjero de la Royal Society (FRS) en 1950 . [127]La Basílica de Santa Croce , Florencia , conocida como el Templo de las Glorias ItalianasPor sus numerosas tumbas de artistas, científicos y figuras prominentes en la historia italiana, tiene una placa conmemorativa de Fermi. [129] En 1999, Time nombró a Fermi en su lista de las 100 mejores personas del siglo XX. [130] Fermi fue ampliamente considerado como un caso inusual de un físico del siglo 20 que sobresalió teórica y experimentalmente. El historiador de la física, CP Snow , escribió que "si Fermi hubiera nacido unos años antes, uno podría imaginarlo descubriendo el núcleo atómico de Rutherford y luego desarrollando la teoría de Bohr sobre el átomo de hidrógeno. Si esto suena como una hipérbole, cualquier cosa sobre Fermi. es probable que suene como una hipérbole ". [131]
Fermi era conocido como un maestro inspirador, y se destacó por su atención a los detalles, la simplicidad y la preparación cuidadosa de sus conferencias. [132] Más tarde, sus apuntes fueron transcritos en libros. [133] Sus papeles y cuadernos están hoy en la Universidad de Chicago. [134] Victor Weisskopf observó que Fermi "siempre logró encontrar el enfoque más simple y directo, con el mínimo de complicaciones y sofisticación". [135]La habilidad y el éxito de Fermi se derivaron tanto de su evaluación del arte de lo posible, como de su habilidad e inteligencia innata. No le gustaban las teorías complicadas y, si bien tenía una gran habilidad matemática, nunca lo usaría cuando el trabajo se pudiera hacer mucho más simple. Era famoso por obtener respuestas rápidas y precisas a los problemas que podrían afectar a otras personas. Más adelante, su método de obtener respuestas rápidas y aproximadas a través de los cálculos de la parte posterior del sobre se conoció informalmente como el " método Fermi ", y se enseña ampliamente. [136]
A Fermi le gustaba señalar que Alessandro Volta , trabajando en su laboratorio, no tenía idea de a dónde conduciría el estudio de la electricidad. [137] Fermi es generalmente recordado por su trabajo sobre la energía nuclear y las armas nucleares, especialmente la creación del primer reactor nuclear y el desarrollo de las primeras bombas atómicas y de hidrógeno. Su trabajo científico ha resistido la prueba del tiempo. Esto incluye su teoría de la desintegración beta, su trabajo con sistemas no lineales, su descubrimiento de los efectos de los neutrones lentos, su estudio de las colisiones entre piones y nucleones y sus estadísticas de Fermi-Dirac. Su especulación de que un pión no era una partícula fundamental señaló el camino hacia el estudio de los quarks y los leptones . [138]
Cosas que llevan el nombre de Fermi [ editar ]
Muchas cosas llevan el nombre de Fermi. Estos incluyen el acelerador de partículas Fermilab y el laboratorio de física en Batavia, Illinois , que fue renombrado en su honor en 1974, [139] y el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , que recibió su nombre en 2008, en reconocimiento a su trabajo sobre cosmicidad. rayos [140] Tres instalaciones de reactores nucleares fueron nombradas en su honor: las centrales nucleares Fermi 1 y Fermi 2 en Newport, Michigan , la central nuclear Enrico Fermi en Trino Vercellese en Italia, [141] y la investigación RA-1 Enrico Fermi reactor enArgentina . [142] Un elemento sintético aislado de los escombros de la prueba nuclear Ivy Mike de 1952 fue nombrado fermio , en honor a las contribuciones de Fermi a la comunidad científica. [143] [144] Esto lo convierte en uno de los 16 científicos que tienen elementos con su nombre . [145]
Desde 1956, la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos ha nombrado a su máximo honor, el Premio Fermi , en honor a él. Los ganadores del premio incluyen a científicos de renombre como Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller y Hans Bethe.
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