Enrico Fermi

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Enrico Fermi
Enrico Fermi – Foto seines Los-Alamos-Dienstausweises (Zweiter Weltkrieg)
Gedenkstein für Enrico Fermi in der Kirche „Santa Croce“ in Florenz, Italien
Der FERMIAC, ein von Enrico Fermi erfundener analoger Computer zum Studium des Neutronentransports

Enrico Fermi (* 29. September 1901 in Rom, Italien; † 28. November 1954 in Chicago, USA) war einer der bedeutendsten Kernphysiker des 20. Jahrhunderts. 1938 erhielt er den Nobelpreis für Physik.

Leben[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bereits im Alter von 17 Jahren begann er ein Physikstudium an der Scuola Normale Superiore in Pisa, das er 1922 mit einer Promotion (magna cum laude) über Röntgenstreuung an Kristallen abschloss. 1923 hatte Fermi dank eines Stipendiums einen mehrmonatigen Forschungsaufenthalt in Göttingen bei Max Born. Göttingen war damals das führende Zentrum der theoretischen Physik, hier entstanden viele wesentliche Arbeiten für die Quantenmechanik. 1924 arbeitete er mehrere Monate in den Niederlanden bei Paul Ehrenfest, ebenfalls ein Mitbegründer der Quantenmechanik. Danach wurde Fermi zunächst als Professor für Mathematik nach Florenz berufen (Januar 1925). Zwei Jahre später (1926) ging er als Professor für theoretische Physik an die Universität Rom (La Sapienza) auf den von Orso Mario Corbino neu gegründeten Lehrstuhl für theoretische Physik, den er bis 1938 innehatte. In der Zeit von 1926 bis 1932 entstanden wichtige Arbeiten von Fermi zur Quantenmechanik mit Anwendungen zum Beispiel in der Festkörperphysik und Quantenstatistik (Fermi-Dirac-Statistik für Fermionen, Fermis Goldene Regel, Fermifläche, Fermi-Resonanz, Thomas-Fermi Theorie des Atoms). In Rom entstand um Fermi eine sehr aktive Gruppe theoretischer und experimenteller Physiker. Ihr gehörten Gian-Carlo Wick, Ugo Fano, Giovanni Gentile, Giulio Racah, Ettore Majorana sowie die Experimentatoren Franco Rasetti, Giuseppe Cocconi, Emilio Segrè, Edoardo Amaldi und Bruno Pontecorvo an.

Angeregt durch die Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick im Jahr 1932 sowie durch den Nachweis von Kernumwandlungen nach Bestrahlung mit Alphateilchen durch Irène und Frédéric Joliot-Curie wandte sich Fermi 1934 der Experimentalphysik zu. Seine bahnbrechende Entdeckung war, dass Kernumwandlungsprozesse durch Neutronenstrahlung wesentlich effektiver ablaufen. Eine weitere Verbesserung der Ausbeute erhält man, wenn die Neutronen stark abgebremst werden (thermische Neutronen). 1934 veröffentlichte Fermi seine Theorie des Beta-Zerfalls („Fermi-Wechselwirkung“). Schon 1933 hatte er die Bezeichnung Neutrino für eines der am Beta-Zerfall beteiligten Teilchen geprägt, dessen Existenz drei Jahre zuvor von Wolfgang Pauli postuliert worden war.

Durch Neutronenbestrahlung des damals schwersten bekannten Elementes Uran erzielten Fermi und seine Mitarbeiter ebenfalls Veränderungen im Ausgangsmaterial (anderes chemisches Verhalten, geänderte Halbwertszeiten der austretenden Strahlung) und interpretierten diese irrtümlich als Kernumwandlung zu Transuranen (Nature-Artikel 1934). Ida Noddack-Tacke kritisierte das und wies schon auf die Möglichkeit einer Kernspaltung hin, was dann vier Jahre später Otto Hahn und Fritz Straßmann mittels chemisch-analytischer Techniken zeigten; die theoretischen Grundlagen wurden von Lise Meitner und Otto Frisch erarbeitet (siehe Geschichte der Kernspaltung). Das erste Transuran konnte erst 1942 nachgewiesen werden, allerdings nach einer gänzlich anderen Synthesevorschrift. 1938 erhielt Fermi für seine Arbeiten den Nobelpreis der Physik (laut offizieller Begründung für die Identifizierung neuer radioaktiver Elemente produziert nach Bestrahlung mit Neutronen und seine Entdeckung von Kernreaktionen, die durch langsame Neutronen bewirkt werden[1]), obschon seine Interpretation des Neutronenexperiments (Erzeugung von „Transuranen“) nach heutigem Kenntnisstand falsch war. Im selben Jahr emigrierte Fermi aufgrund der 1938 erlassenen antisemitischen Gesetze des Mussolini-Regimes, die seine jüdische Frau Laura, seine beiden Kinder und einige seiner Mitarbeiter betrafen, mit seiner Familie in die USA.

Anfang der 1940er-Jahre arbeitete Fermi mit Isidor Isaac Rabi und Polykarp Kusch an der Columbia-Universität in New York.

Ihm gelang am 2. Dezember 1942 (15:25 Uhr) an der University of Chicago mit dem Kernreaktor Chicago Pile No. 1 erstmals eine kritische Kernspaltungs-Kettenreaktion, eine Leistung, die auf der theoretischen Vorarbeit von Leó Szilárd fußte.

Im April 1943 schlug Fermi Robert Oppenheimer die Möglichkeit vor, mittels der radioaktiven Nebenprodukte aus der Anreicherung die deutsche Lebensmittelversorgung zu verseuchen. Hintergrund war Angst davor, dass das deutsche Atombombenprojekt schon in einem fortgeschrittenen Stadium wäre und Fermi war auch zum damaligen Zeitpunkt skeptisch, ob eine Atombombe schnell genug entwickelt werden konnte. Oppenheimer besprach den "vielversprechenden" Vorschlag mit Edward Teller, welcher die Verwendung von Strontium-90 vorschlug. Auch James Bryant Conant und Leslie R. Groves wurden unterrichtet, Oppenheimer wollte aber nur dann den Plan in Angriff nehmen, falls mit der Waffe genug Nahrungsmittel verseucht werden könnten, um eine halbe Million Menschen zu töten.[2]

Im Sommer 1944 zog Fermi mit seiner Familie nach Los Alamos (New Mexico) in das geheime Atom-Forschungslabor der USA. Als Berater von Robert Oppenheimer spielte Fermi eine wichtige Rolle bei Entwicklung und Bau der ersten Atombomben. Nach dem Zweiten Weltkrieg beschäftigte sich Fermi wieder mit der Grundlagenforschung im Kernforschungszentrum an der Universität Chicago. Nach einer Europareise 1954 erkrankte Fermi an Magenkrebs, woran er noch im selben Jahr verstarb.

Fermi war für seine schnellen Abschätzungen und seine physikalische Intuition bekannt – er war ein Meister der „back of the envelope“-Rechnungen (die nicht mehr Platz als die Rückseite eines Briefkuverts benötigen). Sprichwörtlich sind auch die Fermi questions (Fermi-Probleme), wie etwa aus wenigen Daten die Anzahl der Klavierstimmer in einer Stadt wie Chicago abzuschätzen.[3]

Nach ihm wird das Elektronengas (auch Fermigas) (vgl. hierzu Metallbindung), eine Gruppe von Elementarteilchen (Fermionen), das künstlich hergestellte chemische Element Fermium und ein Energieniveau in Festkörpern (Ferminiveau) benannt. Die Atomenergiebehörde der USA stiftete zu seinem Gedenken den z. Z. mit 375.000 US-Dollar dotierten Enrico-Fermi-Preis. Das Fermi National Accelerator Laboratory bei Chicago ist nach ihm benannt und die regelmäßigen Kurse der International School of Physics Enrico Fermi der italienischen physikalischen Gesellschaft und deren Premio Enrico Fermi.

Fermi war seit 1924 Mitglied des Freimaurerbundes.

Er war seit 1928 mit Laura Capon verheiratet und hatte zwei Kinder Nella (* 1931) und Giulio (* 1936).

Werke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bücher:

  • Emilio Segrè, Franco Rasetti, Enrico Persico, Edoardo Amaldi, Herbert Anderson, C. S. Smith, A. Wattenberg (Hrsg.) Note e Memorie (Collected works), University of Chicago Press, Accademia dei Lincei, 2 Bde. 1962, 1965.
  • Introduzione alla Fisica Atomica, Bologna: N. Zanichelli. 1928.
  • Fisica per i Licei, Bologna: N. Zanichelli. 1929.
  • Molecole e cristalli, Bologna: N. Zanichelli. 1934.
  • Fisica per Istituti Tecnici, Bologna: N. Zanichelli. 1938.
  • mit Edoardo Amaldi: Fisica per Licei Scientifici, Bologna: N. Zanichelli. 1938.
  • Nuclear physics, University of Chicago Press 1949, 1950
  • Thermodynamics, Prentice-Hall 1937, Dover 1956 (Vorlesung von 1936).
  • Elementary particles, New Haven: Yale University Press. 1951.

Einige Aufsätze:

Ehrungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auszeichnungen und Mitgliedschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Er war auswärtiges Mitglied der Royal Society (1950), der royal Society of Edinburgh, Mitglied der National Academy of Sciences und der Leopoldina (1935).

1936 wurde er Ehrendoktor der Universität Heidelberg, 1946 der Yale University und der Washington University, 1948 der Harvard University und 1952 der University of Rochester. 1953 war er Präsident der American Physical Society.

In Italien war er Mitglied der Accademia d’Italia.

Nach Enrico Fermi benannte Begriffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Konzepte:

Philosophische und methodische Konzepte:

  • das Fermi-Paradoxon zur Frage, ob wir die einzigen intelligenten Wesen im Universum sind
  • das Fermi-Problem zur Abschätzung von Werten ohne genaue Messdaten

Sonstiges:

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Laura Fermi Mein Mann und das Atom. Diederichs Verlag., 1956 (englisches Original: Atoms in the family, University of Chicago Press 1954).
  • Samuel King Alison: Enrico Fermi, Biographical Memoirs Fellows National Academy, Band 30, 1957, S. 125-155
  • C. Bernardini, Luis Bonolis (Hrsg.): Enrico Fermi, his work and legacy, Bologna, Societa Italiana di Fisica 2001
  • Dan Cooper: Enrico Fermi and the revolutions of modern physics, Oxford University Press 1999
  • Emilio Segrè: Enrico Fermi: Physicist, University of Chicago Press 1970

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Enrico Fermi – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Laudatio: for his demonstrations of the existence of new radioactive elements produced by neutron irradiation, and for his related discovery of nuclear reactions brought about by slow neutrons, Nobelprize.org
  2. Richard Rhodes: Die Atombombe oder Die Geschichte des 8. Schöpfungstages. Greno, Nördlingen, 1988. ISBN 3-89190-522-X S.  S. 854f, Rhodes, Making of the atomic bomb, S. 510ff
  3. Nach William Poundstone How would you move Mt.Fuji? beliebtes Rohmaterial für Einstellungsgespräche à la Microsoft.