SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


Fermi, dopo il successo della costruzione della pila atomica, è interessato alle eccezionali possibilità offerte dalla stessa in quanto nuovo e straordinario apparato sperimentale.

La pila permette un'analisi della purezza dell'uranio, uno studio accurato del reticolo uranio-grafite, tutto lavoro per fisici: un nuovo apparato da calibrare, misure da eseguire, nuovi metodi da sviluppare, limiti da esplorare, nuovi effetti da osservare, risultati da interpretare. Dopo tre mesi le potenzialità della pila sono state esplorate in lungo e in largo. 

La pila di Chicago viene smontata e rimontata nel laboratorio delle Argonne. 

Dopo il successo della pila vengono avviati due progetti paralleli per la produzione di materiali fissili: un impianto per la separazione dell'U-235 e la costruzione di reattori destinati alla produzione di plutonio.

Fra il 1943 e il 1944 Fermi, Zinn, Marshall e altri fanno molti esperimenti di fisica pura con la pila delle , i cui risultati rimarranno tuttavia segreti fino a dopo la guerra [un resoconto su tale attività è stato pubblicato dal centro di Los Alamos in occasione del centenario]. Questi esperimenti aprono un nuovo settore di ricerca in cui i neutroni vengono applicati allo studio dei problemi più diversi

Ancora una volta Fermi intuisce le potenzialità offerte dai neutroni e inizia lo studio dello stato solido. Nel corso di queste ricerche viene introdotta la cosiddetta "colonna termica", un blocco di grafite pura che, disposta alla sommità della pila, agisce come un selettore di velocità lasciando passare soltanto neutroni lentissimi, in modo da selezionare intensi fasci di neutroni di energia inferiore a quella termica, i cosiddetti "neutroni freddi" I neutroni così filtrati hanno una lunghezza d'onda di de Broglie confrontabile con le distanze interatomiche delle sostanze cristalline e quindi possono essere utilizzati per osservare fenomeni di diffrazione. 

Questi effetti erano stati già osservati negli anni '30, ma erano molto modesti. Ora Fermi dispone di fasci di neutroni ad alta intensità e molto collimati e li impiega inducendo effetti di interferenza in berillio, bismuto e zolfo. 

Insieme a , Fermi progetta anche un selettore meccanico di velocità con il quale osserva la riflessione e la rifrazione dei neutroni. Con questi lavori Fermi dà così inizio a ricerche sistematiche sulle proprietà ottiche dei neutroni. Da questa serie di esperienze nasce il metodo di diffrazione a cristalli, che diventerà in seguito uno dei sistemi più efficaci nello studio della struttura dei cristalli.

Fermi si trova di nuovo nelle condizioni migliori per fare ricerca, la sua attività preferita, relativamente libero da problemi organizzativi che lo hanno occupato in precedenza. Ma le sue competenze sulla fisica dei neutroni e sulla conoscenza della pila sono assolutamente uniche e spesso viene chiamato a fare da "ancora di salvezza" nei vari laboratori dove vengono prodotti i materiali fissili.

Verso la fine dell'estate del 1944 Fermi si trasferisce stabilmente a Los Alamos, nel New Mexico, dove in precedenza si era recato saltuariamente. Questi laboratori, dove sono in corso ricerche su problemi più strettamente connessi con la costruzione della bomba, costituiscono il centro principale di tutto il .

Nella primavera del 1945 più di duemila persone lavorano a Los Alamos e sotto la direzione di , un brillante fisico teorico che aveva introdotto la meccanica quantistica negli Stati Uniti, i migliori fisici teorici e sperimentali si trovano ad affrontare e risolvere una serie di problemi fondamentali per il funzionamento di una .

Fermi ha il ruolo di superconsulente. Secondo la testimonianza di Segrè "Fermi funzionava come una specie di oracolo a cui ogni fisico con problemi difficili poteva rivolgersi e spesso ricevere aiuto".

Poco dopo il suo arrivo Fermi inizia a tenere lezioni su molti argomenti e verso la fine del 1945 svolge un corso regolare di fisica dei neutroni.Gli appunti vengono presi da un certo numero di studenti e stilati mantenendo alla lettera la presentazione di Fermi ().

Durante il soggiorno a Los Alamos fa amicizia con John von Neumann, che ha un ruolo fondamentale nello sviluppo dei primi calcolatori elettronici. Entrambi condividono l'interesse per i computer. Fermi, da sempre un appassionato di calcoli numerici, nel suo lavoro ha dato costantemente un ruolo importante a questo tipo di applicazioni e quindi apprezza immediatamente le possibilità aperte dai nuovi strumenti. A Los Alamos passa molte ore nella stanza dei computer per studiarli e sperimentarli.

Il 16 luglio, ad viene fatta esplodere la prima bomba atomica della storia. Fermi ha un ruolo centrale nella supervisione di questo esperimento e nella successiva .

Fin dal mese di maggio il nuovo presidente Truman aveva creato una commissione con il compito di affrontare la questione di un eventuale uso della bomba atomica. L'Interim Committee era stato affiancato da una commissione scientifica composta da Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton, i leader scientifici del progetto, che hanno il compito delicato di fornire consigli tecnici sull'uso dell'arma nucleare.

Dopo la resa della Germania, avvenuta l'otto maggio di questo anno, gli scienziati impegnati nel Progetto Manhattan sono costretti a porsi concretamente l'interrogativo sull'utilità di un impiego militare degli ordigni nucleari in costruzione a Los Alamos.

Nei giorni immediatamente successivi alla fine della guerra con la Germania la responsabilità di affrontare queste questioni era stata affidata da Arthur Compton a un Comitato formato da vari scienziati del Metallurgical Laboratory di Chicago, presieduto da James Franck, un valente fisico tedesco sfuggito alle persecuzioni naziste. In data 11 giugno il Comitato aveva presentato un lungo Memorandum nel quale si sconsigliava apertamente "l'uso delle bombe nucleari per un attacco precoce contro il Giappone" e si insisteva che fosse data una dimostrazione della bomba atomica ai capi giapponesi in una zona disabitata, prima di farne uso militare.

Il memorandum non aveva avuto alcun riscontro e quindi , che aveva fatto parte della commissione ed era fortemente convinto che l'uso della bomba atomica contro il Giappone potesse dare il via a una corsa agli armamenti, aveva fatto una serie di tentativi andati a vuoto per sensibilizzare le massime autorità dello Stato e gli altri scienziati, ma il processo decisionale era ormai inesorabilmente avviato verso l'impiego delle nuove armi nucleari.

La dell'Interim Committee formata da Fermi, Oppenheimer, Lawrence e Compton non era persuasa che una dimostrazione avrebbe assicurato una rapida fine della guerra nel Pacifico e suggeriscono che :"Non siamo in grado di proporre alcuna dimostrazione tecnica suscettibile di fare finire la guerra; non vediamo alcuna alternativa accettabile all'impiego militare diretto". 

Il 6 e il 9 agosto una e una vengono sganciate rispettivamente sulle città giapponesi di e . Il 15 agosto cessano le ostilità.


Impianto di Hanford per la produzione del Plutonio


Fermi con Zinn a Chicago


Fermi con Bohr a Los Alamos


Robert Oppenheimer a capo del Progetto Manhattan


L''esplosione Trinity ad Alamogordo