21 Yaşında Doktorasını Tamamlayan ve Atom Çağını Başlatan Fizikçi: Enrico Fermi

Kuantum teorisi, nükleer ve parçacık fiziği ve istatistiksel mekanik alanlarına katkıları ile tanınan İtalyan fizikçi Enrico Fermi'nin hayatı ve meslek hayatından önemli anları öğrenelim.
21 Yaşında Doktorasını Tamamlayan ve Atom Çağını Başlatan Fizikçi: Enrico Fermi

enrico fermi 29 eylül 1901'de roma, italya' da doğmuştur ve 28 kasım 1954'te chicago, birleşik devletler'de ölmüştür. nükleer çağın baş mimarlarından biri olan, italyan doğumlu amerikan vatandaşı bir bilim insanıdır. büyük bir atomaltı fenomenini netleştirmek için gereken matematiksel istatistikleri geliştirdi, nötronların neden olduğu nükleer dönüşümleri araştırdı ve nükleer fisyon içeren ilk kontrollü zincir reaksiyonunu yönetti. 1938 nobel fizik ödülü'nü aldı ve fermi'yi onurlandırmak adına abd enerji bakanlığı, enrico fermi ödülü'nü başlattı. illinois'deki ulusal hızlandırıcı laboratuvarı, fermilab adını aldı ve 100 atom numaralı elemente, fermium adı verildi.

hayatının erken dönemi ve eğitimi

fermi’nin babası alberto fermi, devlet demiryollarının baş denetçisiydi. annesi ise bir öğretmen olan ida de gattis idi. 1918'de enrico fermi, pisa üniversitesi'nin seçkin scuola normale superiore adlı bursunu kazandı. 1922'de doktora yaptıktan sonra fermi, italya kamu idare bakanlığı ve rockefeller vakfı’nın bursları sayesinde, almanya’da göttingen üniversitesi'nde max born’a ve hollanda’da leiden eyalet üniversitesi’nde paul ehrenfest’e asistanlık yaptı.

avrupa kariyeri

fermi, 1924'te floransa üniversitesi'nde matematiksel fizik dersi veren öğretim görevlisi olarak italya'ya döndü. ilk araştırmaları genel görelilik, yoğuşma mekaniği ve kuantum mekaniği üzerineydi. gaz dejenerasyonu örnekleri (beklenmedik olayların ortaya çıkması) biliniyordu ve bazı vakalar, bozon olarak bilinen atomaltı parçacıkların davranışını tanımlayan bose-einstein yoğunlaşmalarıyla açıklanmıştı. 1926 ve 1927 arasında, fermi ve ingiliz fizikçi paul adrien maurice dirac bağımsız olarak, pauli dışarlama ilkesine uyan atomaltı parçacıkları ele almak için fermi-dirac yoğunlaşmaları olarak bilinen yeni yoğunlaşmaları geliştirdi. elektronları, protonları, nötronları (henüz keşfedilmemişti) ve yarı-tamsayılı dönüşe sahip diğer parçacıkları içeren bu parçacıklar şimdi fermiyonlar olarak bilinir. bu, özellikle kuantum mekaniğinin ilk uygulandığı dönemde, atomik ve nükleer fizikte olağanüstü bir öneme sahipti.

bu üretken çalışma, fermi'ye 1926'da roma üniversitesi'nde profesör olma davetini getirdi. fermi'nin 1927'de yeni görevine başlamasından kısa bir süre sonra, diğer bir üstün deneyci olan franco rasetti, roma'da fermi'ye katıldı ve etraflarında bir grup yetenekli öğrenciler toplamaya başladılar. bunların arasında emilio segrè, ettore majorana, edoardo amaldi ve bruno pontecorvo vardı. karizmatik, enerjik ve görünüşte yanılmaz bir figür olan fermi, açıkça liderdi ve meslektaşları ona “papa” adını verdi.

1929’da, italya’nın ilk teorik fizik profesörü ve avrupa biliminde yükselen bir yıldız olan fermi, italya başbakanı benito mussolini’nin yeni accademia d'ıtalia’sı olarak seçildi. pozisyonun, üniversite profesörlüğünden daha iyi bir maaş getirisi vardı ve üniforma ile "ekselans" unvanı da cabasıydı.

Nobel ödülünü alırken.

1920'lerin sonunda kuantum mekaniği, atom fiziğindeki problemlere çözüm olarak gelmişti. ancak fermi diğerlerinden daha erken bir zamanda, bu alanın tükenmekte olduğunu fark etti ve kasıtlı olarak odağını daha ilkel olarak geliştirilen nükleer fizik alanına değiştirdi. radyoaktivite, o zamana kadar neredeyse yirmi yıl boyunca nükleer bir fenomen olarak kabul edilmişti. beta bozunumunda veya negatif bir elektronun çekirdekten çıkarılmasında, enerji ve momentumun korunmadığı görülmüştü. fermi, birkaç yıl önce avusturyalı fizikçi wolfgang pauli tarafından önerilmekte olan bir beta bozulma teorisini biçimlendirmek için, neredeyse saptanamadığı öne sürülen bir partikül olan nötrinoyu kullandı. bu, beta bozulmasının bilinen dört evrensel kuvvetten biri olan zayıf etkileşimin (diğerleri yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü etkileşim) tezahürü olduğunun farkına varmasına neden oldu.

1933'te fransız karı koca frédéric joliot-cruie ve irène joliot-curie takımı, alfa parçacıklarının (helyum çekirdeği) neden olduğu yapay radyoaktiviteyi keşfetti. fermi, bir yıl önce ingiliz fizikçi james chadwick tarafından tespit edilen tarafsız nötronun, bu tür reaksiyonları başlatmak için yüklü çekirdeği bombalamak için daha iyi bir mermi olacağını düşündü. meslektaşları ile fermi, üretilen yeni radyoaktif izotopları belirlemek için emisyonları tespit etmek ve kimyasal analizler yapmak için bir geiger-müller sayacı kullanarak nötron bombardımanına 60'tan fazla elementi maruz bıraktı. yol boyunca, hızlarında düşüş olan nötronların, çoğu zaman daha etkili olduğunu tesadüfen buldular. uranyum test edilirken çeşitli aktiviteler gözlemlediler, ancak ne olduğunu yorumlayamadılar. bazı bilim insanları 92 atom numaralı uranyumdan, uranyumdan daha yüksek elementler olan transuranyum elementlerini (uranyum ötesi elementler) ürettiklerini düşünüyorlardı. sorun, 1938 yılına kadar alman kimyagerler otto hahn ve fritz strassmann'ın ve avusturyalı fizikçiler lise meitner ve otto frisch'in teorik olarak çözüm üretmesine kadar çözülmedi. uranyumun bölündüğünü ve tespit edilen radyoaktivitelerin fisyon fragmanlarından olduğunu ortaya çıkararak karmaşayı giderdiler.

fermi siyasetle pek ilgilenmiyordu, ancak anavatanının faşist siyasetinden rahatsızlık duyuyordu. italya, müttefiki nazi almanyası'nın anti-semitik politikalarını kabul ettiğinde, fermi’nin karısı laura’nın yahudi olması sebebiyle bir kriz yaşandı. 1938 nobel fizik ödülü'nün fermi'ye verilmesi, ailenin yurtdışına seyahat etmesine mazeret oldu ve para ödülü de abd'ye yerleşmesine yardımcı oldu.

Fermi ve eşi Laura.

amerika kariyeri

ilk önce new york'ta, daha sonra leonia'da bulunan fermi, yeni hayatına new york'taki columbia üniversitesi'nde başladı. gelişinden birkaç hafta sonra uranyumun, fizik çevrelerince fisyon başlatabileceği dedikoduları yankılanıyordu. bilim adamları, yıllarca çekirdeklerin alfa partiküllerinin, beta partiküllerinin, protonlarının ve nötronlar gibi küçük parçalarının, doğal radyoaktivitede veya bir mermi tarafından bombardıman altına bırakılabileceğini biliyorlardı. ancak, neredeyse ikiye bölünmüş bir çekirdek hiç görmemişlerdi. etkileri hem heyecan, hem de kaygı vericiydi ve yaygın olarak etkiler tarif edilmeye çalışıldı. uranyum parçalandığında, albert einstein’ın ünlü e=mc2 formülünün belirttiği gibi, bir miktar kütle enerjiye dönüştürüldü. uranyum ayrıca daha büyük parçalara ek olarak birkaç nötron da saldı. bu nötronlar, verimlerini en üst düzeye çıkarmak için yavaşlatılabilirse, enerji üretmek için kontrollü bir zincirleme reaksiyona katılabilirlerdi; yani bir nükleer reaktör inşa edilebilirdi. ilk yüksek hızlarında seyahat eden aynı nötronlar da kontrolsüz bir zincir reaksiyonuna katılarak, her biri bir saniyenin bir bölümü içinde, birçok fisyon olayı ve muazzam miktarda enerji açığa çıkardı; yani, bir atom bombası inşa edilebilirdi.

öncelikle macar fizikçi leo szilard ile birlikte çalışan fermi, nötron kaynakları ve uranyum parçalarıyla ilgili deneysel düzenlemeler yaptı. bir yapının gerekli büyüklüğünü, nötronları yavaşlatmak için bir moderatör önlem olarak kullanılacak en iyi malzemeyi, tüm bileşenlerin gerekli saflığını (böylece nötronlar kaybolmaz) ve nötronları absorbe edebilecek kontrol çubukları oluşturmak için en iyi maddeyi, gerekirse reaksiyonu yavaşlatmak veya durdurmak için belirlemeye çalıştılar. fermi, abd donanması'nı araştırmaları hakkında uyarmak için washington'ı ziyaret etti, ancak korumalar tarafından engellendi. bunun üzerine einstein’ın abd başkanı franklin d. roosevelt'e yazdığı, yavaş yavaş büyüyen bir atom bombasının potansiyeli ve tehlikesi hakkında bilgi veren mektubunu bıraktı.

abd aralık 1941'de ikinci dünya savaşı'na girdiğinde nükleer araştırma bir dereceye kadar konsolide edilmişti. fermi columbia'da, kendi değimiyle bir dizi “basur memesi” inşa etmişti. sonra, futbol sahası standlarının altındaki bir alanda basur memesi inşa etmeye devam ettiği chicago'ya taşındı. yaklaşık 7.5 metre çapında yassılaştırılmış bir küre olan son meme, moderatör önlem olarak 380 ton grafit blok ile 6 ton uranyum metal içeriyordu ve yakıt olarak 40 ton uranyum oksit ihtiva ederek dikkatli bir şekilde dağıtmaktaydı. meme, 2 aralık 1942'de nükleer reaksiyonun başlatılabileceğini, kontrol edilebileceğini ve durdurabileceğini kanıtlayan “kritik” hale gelmişti. ismi chicago pile-1 olan yapı, uranyumdan daha ağır, insan yapımı bir element olan plütonyumun kullanıldığı hanford bölgesindeki nükleer reaktörlerin ilk prototipidir. plütonyum da parçalanabilirdi ve bu nedenle atom bombasına giden başka bir yoldu.

1944'te fermi bir amerikan vatandaşı oldu ve fizikçi robert oppenheimer'ın, nadir bulunan uranyum-235 izotopu ve plütonyumdan atom bombası yapmak amacıyla manhattan projesi'nin laboratuvarını yönettiği new mexico'daki los alamos'a taşındı. fermi laboratuvarın yardımcı direktörlüğünü yaptı ve bölümlerinden birine başkanlık etti. ilk plütonyum bombası 16 temmuz 1945'te alamogordo yakınlarında test edildiğinde, fermi ustaca kağıtlarının dikey olarak ne kadar uzağa uçtuğuna dikkat ederek patlama enerjisinin kaba bir hesaplamasını yaptı.

Ernest Lawrence, Enrico Fermi, I. I. Rabi

savaş bittikten sonra fermi, chicago üniversitesi'nde kalıcı bir pozisyonu kabul etti

burada harold agnew, owen chamberlin, geoffrey chew, james cronin, jerome friedman, richard garwin, murray gell-mann, marvin goldberger, tsung-dao lee, jack steinberger ve chen ning yang gibi diğer bir grup fizikçiyi etkiledi. fermi o anda, tıpkı roma'da olduğu gibi, nükleer fizikte olan mevcut arayışlarının artık bir olgunluğa yaklaştığını fark etti. bu nedenle, temel parçacık fiziği veya yüksek enerji fiziği denilen alanlara ve daha yüksek enerjilerdeki tepkiler konusuna görüşlerini yönlendirdi.

savaştan bu yana, bilim abd'de ulusal güvenlik için son derece önemli olarak kabul edilmişti. fermi siyasetten büyük ölçüde kaçındı, ancak atom enerjisi komisyonu'nun beş komisyon üyesine danışmanlık yapan genel danışma komitesi'nde (gac) görev yapmayı kabul etti. eylül 1949’da sovyetler birliği’nin atom bombası patlattığı dedikodusuna cevaben pek çok amerikan hükümeti mensubu, hükümete daha güçlü etkilere sahip olabilecek bir termonükleer (füzyon) bomba inşa etme çağrısı yaptı. genel danışma komitesi, çoğunlukla teknik gerekçelerle bu adıma karşı çıkarken, fermi ve isidor rabi, bu “nesnel” tavsiyeye etik bir soruyu ekleyerek daha da ileri gittiler. böyle bir bomba, “pratikte neredeyse soykırımdan daha kötü sonuçlar doğuran bir silah haline gelir. bu şeyin yaratacağı ışıkta, düşünülmesi gereken şeytani bir şey vardır.”

başkan harry s. truman aksi yönde karar verdi ve sadık bir amerikan vatandaşı olarak fermi, füzyon bombasının geliştirilmesine yardımcı olmak için los alamos'a geri döndü, ancak inşa etmenin imkansız olduğunu umuyordu.

fermi chicago'ya döndükten sonra, öncelikle atomaltı parçacıkları, özellikle de pi mezonlarını ve müonları araştırdı. aynı zamanda mükemmel bir öğretmen olarak da biliniyordu ve kitaplarının çoğu hala okullarda dersler için kullanılmaktadır. daha sonraki yıllarda fermi paradoksu olarak bilinen bir soruyu gündeme getirdi: “herkes nerede?” evrenin büyüklüğüne ve yaşına rağmen, neden dünya dışı medeniyetler, tespit edilememişti) (extraterrestrial intelligence/life) karamsarlıkla, cevabın nükleer imha olabileceğini düşünüyordu...

28 Kasım 1954'te, Şikago'da ve nükleer reaksiyonlarla haddinden fazla ilgilendiği için 53 yaşında kanserden ölmüştür.

Uzaylıların Neden Hala Dünya'ya Gelmediğini Açıklayan Olay: Fermi Paradoksu

Hiroşima ve Nagazaki'ye Atılan Atom Bombalarını Geliştiren Fizikçi: Robert Oppenheimer

Fakir Bir Aileden Gelip Bilim Dünyasında Çığır Açan Usta Kimyager: Michael Faraday