100 знаменитых ученых
Шрифт:
Значительно больше ему дала работа в конце 1924 года в Лейденском университете у Пауля Эренфеста, который привил Ферми необходимое ему чувство уверенности. Возможность поработать в Голландии дала стипендия Рокфеллера.
После возвращения из Лейдена в 1924 году Ферми стал временным профессором Флорентийского университета. Молодой гений читал лекции по математической физике и механике.
В это время он активно интересуется общей теорией относительности Эйнштейна, статистической механикой, квантовой теорией и теорией электронов в твердом теле. Особенно молодого ученого привлекли исследования по статистической механике и спектроскопии, которые заинтересовали его еще в Лейдене.
Он печатает
Также еще во время преподавания во Флоренции в 1926 году Ферми опубликовал работу, ставшую теперь классической, о статистической механике частиц, подчиняющихся принципу запрета Паули. В этой работе ученый заложил основы статистики Ферми – Дирака, которая позволяла описать поведение в металлах электронов, а затем протонов и нейтронов. Кроме того, работа Ферми нашла применение и в других областях физики, позволила построить более точную модель атома. Эта работа принесла молодому итальянцу огромную популярность.
Когда осенью 1926 года в Римском университете была учреждена первая кафедра теоретической физики, то Ферми уверенно выиграл конкурс и стал ее штатным профессором.
В Риме Ферми начал систематически проводить семинары для молодых физиков. Он основал первую в Италии школу современной физики, которая вскоре обрела популярность в Европе. За свои лекции и отсутствие ошибок в физике другие итальянские физики прозвали Ферми Папой, подобно Папе Римскому.
В 1933 году гениальный итальянец был приглашен на седьмой Сольвеевский конгресс физиков, проводившийся в Брюсселе. После конгресса Энрико Ферми написал свою знаменитую статью по теории бета-распада. Его теория объясняла, как ядро испускает электроны, а также значение нейтрино-частиц, лишенных электрического заряда и не поддававшихся тогда экспериментальному обнаружению. Работа основывалась на предположении Паули о том, что в бета-процессе нейтрино испускается одновременно с электроном.
По сути, данная работа стала прототипом современных теорий взаимодействий элементарных частиц. Согласно Ферми, существовали некие новые силы, которые действуют между протонами и нейтронами в ядре и обусловливают бета-распад. Опираясь на данную теорию, талантливый японский физик Хидеки Юкава в 1935 году предсказал существование новой элементарной частицы, названной пи-мезоном или мезоном.
В 1934 году ученый начал свои первые экспериментальные работы в области ядерной физики. Он заинтересовался работами Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, которые открыли искусственную радиоактивность. Французские ученые бомбардировали ядра бора и алюминия альфа-частицами, в результате чего получили новые радиоактивные изотопы уже известных элементов.
Энрико решил повторить опыты супругов Жолио-Кюри, однако заменил альфа-частицы, выступающие в роли «бомб», на нейтроны, которые тогда считались непригодными для расщепления атомов. Знаменитый ученый предположил – если нейтроны не имеют заряда, то они должны особенно эффективно образовывать радиоактивные элементы.
Вместе со своими сотрудниками Ферми бомбардировал едва ли не каждый из известных элементов периодической таблицы. Источником нейтронов выступала стеклянная трубка с порошком бериллия и газообразным радоном. Ее ученые помещали внутрь цилиндрических образцов из исследуемых веществ, которые после облучения быстро переносили к счетчику Гейгера и регистрировали излучение.
Первый успех к Ферми пришел после бомбардировки фтора. Всего ученый подверг бомбардировке 63 элемента и для 37 из них обнаружил явление искусственной радиоактивности.
При бомбардировке урана ученые получили целый ряд радиоактивных элементов. С помощью химического анализа им не удалось обнаружить среди них изотопов урана. Ферми предположил, что они получили новый искусственный элемент с атомным номером 93. Однако он ошибся. Это была его самая известная ошибка за всю его научную жизнь. Впоследствии было установлено, что в действительности элементы оказались продуктами деления урана, открытого в 1938 году Отто Ганом, Лизой Мейтнер и Фритцем Штрассманом.
Орсо Марио Корбино не дождался контрольных анализов и опубликовал статью об успешном синтезе элемента номер 93. Хотя неудача не остановила исследования Ферми, но он глубоко переживал опубликование неверной статьи.
В следующем году Энрико Ферми сделал уникальное открытие, важнейшее для ядерной энергетики. Он обнаружил, что в том случае, если облучаемый элемент был окружен парафином, водой или другим водородосодержащим веществом, сквозь которое должны пролететь бомбардирующие образец нейтроны, эффект искусственной радиоактивности усиливался. Замедление нейтронов было обусловлено их столкновениями с протонами, которые находились в больших количествах в перечисленных средах. Эффект столкновения нейтронов и протонов с передачей энергии нейтронов напоминал столкновение двух бильярдных шаров.
В сентябре 1938 года фашистская диктатура Муссолини ввела антисемитские гражданские законы. Поскольку жена Ферми, Лаура, была еврейкой, супруги решили эмигрировать в США, где Ферми ранее неоднократно читал лекции и был хорошо известен. Ученый обратился в четыре престижных американских университета и из всех получил положительный ответ. В результате, он решил принять должность профессора Колумбийского университета. Итальянским властям ученый сообщил, что уезжает в США всего на полгода.
В 1938 году Энрико Ферми был удостоен Нобелевской премии по физике «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». В своей презентационной речи 10 декабря 1938 года профессор Ханс Плейель, председатель Нобелевского комитета по физике Шведской королевской академии наук, отметил, что наряду с выдающимися открытиями профессора Ферми можно отметить его мастерство экспериментатора, его феноменальную изобретательность и интуицию.
12 декабря 1938 года Энрико Ферми прочитал свою знаменитую нобелевскую лекцию «Искусственная радиоактивность, полученная нейтронным бомбардированием». Во время церемонии награждения ученый обменялся дружественным рукопожатием с королем Швеции, вместо того чтобы приветствовать его величество фашистским салютом. Этот поступок Ферми был сильно раскритикован в итальянских газетах, но ученый об этом еще не знал – сразу после торжества он отправился вместе с семьей в Соединенные Штаты Америки.
В 1939 году гениальный ученый представил количественную теорию ионизационных потерь энергии заряженными частицами, учитывавшую поляризацию вещества, через которое проходили эти заряженные частицы. Из теории Ферми следовало, что тормозящая способность веществ зависела от степени их конденсации.
В конце 1938 года немецким физикам О. Гану и Ф. Штрассману удалось установить, что при облучении урана нейтронами образуется барий. Своим открытием физики поделились со специалистом по ядерной физике Лизой Мейтнер. Ученые предположили, что образование бария при облучении урана нейтронами свидетельствует о делении ядра урана на две части. 11 февраля 1939 года журнал «Природа» напечатал их статью «Деление урана с помощью нейтронов: новый тип ядерной реакции».