SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


Nel mese di maggio del 1945 Fermi viene invitato a parlare in pubblico di energia atomica e sceglie come argomento le applicazioni pacifiche dell'energia atomica ( [L'energia atomica come risorsa energetica]).

Tra il 1944 e il 1945, fin dai primi stadi dello sviluppo dei reattori si era fortemente interessato alla possibilità di usarli per produrre energia, in particolare aveva subito considerato la produzione in un reattore di più materiale fissile di quanto ne fosse impiegato, cioè la possibilità di reattori autofertilizzanti (Discussion on Breeding; Relation of Breeding to Nuclear Properties [Discussione sull'autofertilizzazione; Relazione tra autofertilizzazione e proprietà nucleari]). In una pila che utilizza uranio naturale questo significa produrre più plutonio rispetto all'U-235 consumato.;

Fermi è talmente convinto dell'importanza pratica di sviluppare reattori autofertilizzanti da incoraggiare Zinn, direttore del laboratorio di Argonne, a progettarne e a costruirne uno. Il primo impianto commerciale di questo tipo sarà chiamato "The Enrico Fermi Atomic Power Plant"

Nel marzo del 1946 Fermi si trasferisce all'Università di Chicago rifiutando la direzione dell'Institute for Nuclear Studies, per dedicarsi completamente alla ricerca.

Gli anni della guerra avevano contribuito alla nascita della cosiddetta big science, sia a livello finanziario, sia a livello scientifico e tecnologico, con la costruzione di grandi macchine come reattori nucleari e acceleratori di particelle, sia a livello organizzativo.

Nel gennaio 1946 Fermi scrive a e Gian Carlo Wick: "Dal gennaio io mi sono stabilito a Chicago, più o meno definitivamente. [. . . ] Sembra che avremo mezzi piuttosto illimitati e abbiamo cominciato ad usarli ordinando un betatrone da 100 MeV [. . . ]. Anche in America la situazione della fisica ha subito cambiamenti molto profondi per effetto della guerra. Alcuni sono per il meglio: ora che la gente si è convinta che con la fisica si possono fare le bombe atomiche tutti parlano con apparente indifferenza di cifre di vari milioni di dollari. Fa l'impressione che dal lato finanziario la maggiore difficoltà consisterà nell'immaginare abbastanza cose per cui spendere. D'altra parte ci aspettiamo che il numero degli studenti cresca considerevolmente [. . . ]".

Anche nella nuova sede si manifesta pienamente la sua grande capacità di insegnante. Chicago diventa la meta di un gran numero di giovani talenti che accorrono anche da paesi come la Cina, l'India e il Canada. La sua forza è di rendere partecipi i più giovani del processo di ricerca nel momento stesso in cui lui stesso vi è impegnato in prima persona.

Secondo la sua vecchia abitudine romana, Fermi raccoglie nel suo studio, una o due volte la settimana, un piccolo gruppo di laureati a cui fa lezione in modo informale. Il tema viene proposto da lui stesso o da uno degli studenti. Gli argomenti sono i più svariati e la discussione viene mantenuta a un livello elementare.

Dalla nuova scuola di fisica teorica fondata da Fermi a Chicago usciranno ricercatori come Owen Chamberlain (premio Nobel con per la scoperta dell'antiprotone), Jay Orear, Harold Agnew, Geoffrey Chew, Tsung Dao Lee e Chen Ning Yang (i quali condivideranno il premio Nobel per la scoperta della non conservazione della parità nelle interazioni nucleari deboli). Nel frattempo Fermi si impegna di nuovo a fondo nelle ricerche.

Nel 1947 Fermi viene nominato commissario del General Advisory Committee (GAC), un comitato consultivo dell'Atomic Energy Commission, composto da otto scienziati e presieduto da Oppenheimer, che ha il compito di fornire pareri scientifici e tecnici sui programmi civili e militari per lo sviluppo dell'energia nucleare; terrà questa carica fino all'agosto del 1950. La sua presenza a Chicago influenza l'Atomic Energy Commission a scegliere un luogo vicino a questa città come sede permanente dell'Argonne National Laboratory.

Uno degli interessi di Fermi riguarda l'uso dei fenomeni di interferenza ottenuti con neutroni per lo studio della struttura dei liquidi e dei solidi.

Ma nel frattempo l'attenzione di Fermi è di nuovo catturata dal problema dei mesoni. Alla fine del 1946 viene messo al corrente di un importante esperimento effettuato a Roma da Marcello Conversi, Ettore Pancini e Oreste Piccioni nel corso di quell'anno. I tre avevano trovato che il decadimento e l'assorbimento dei mesotroni avveniva con delle modalità molto diverse da quello che ci si aspettava in base all'ipotesi che queste potessero essere le particelle responsabili delle interazioni nucleari, secondo la teoria formulata dal fisico giapponese Hideki Yukawa nel 1935.

Fermi si rende subito conto dell'importanza dei risultati dell'esperimento e nel giro di pochi giorni, insieme a Edward Teller e Victor Weisskopf, completa un'analisi dettagliata del fenomeno giungendo alla conclusione che i mesotroni dei raggi cosmici non possono essere identificati con la particella di Yukawa, in quanto hanno un'interazione con i nuclei molto più debole (; ).

L'enigma viene risolto definitivamente pochi mesi dopo, a Bristol: Cesare Lattes, Giuseppe Occhialini e Cecil Frank Powell scoprono che il mesotrone osservato a livello del mare non è altro che il cosiddetto mesone m (o muone) prodotto del decadimento di una nuova particella, il mesone p (o pione) che è appunto il mesone postulato da Yukawa.

L'origine dei raggi cosmici era un problema che lo aveva sempre attratto. 

In un articolo pubblicato nel 1949 () Fermi utilizza la conoscenza della probabile esistenza di campi magnetici relativamente intensi che attraversano la nostra galassia, e che devono necessariamente essere indotti e trascinati dal materiale interstellare ionizzato in movimento per spiegare che il principale meccanismo di accelerazione consiste nell'interazione delle particelle dei raggi cosmici con i campi magnetici vaganti che occupano lo spazio interstellare. Tuttavia questo modello, in contraddizione con l'evidenza sperimentale, non spiega le più alte velocità raggiunte dai protoni.

L'articolo, che ha origine da accese discussioni con Teller, viene scritto da Fermi anche con lo scopo di confutare il punto di vista che le particelle che formano i raggi cosmici siano principalmente di origine solare e che non possano attraversare lo spazio galattico a causa della grande quantità di energia necessaria.

Fermi riesce a individuare sia un metodo per spiegare la generazione dei raggi cosmici, sia un meccanismo di accelerazione alle altissime energie osservate sperimentalmente. Queste stesse ipotesi verranno presentate da Fermi in una conferenza tenuta al Congresso Internazionale di Como sulla fisica dei raggi cosmici nel 1949, al suo primo rientro in Italia.

Fermi e gli altri fisici di Chicago erano impazienti di avere a disposizione un grande acceleratore. La costruzione di un sincrociclotrone da 170 pollici comincerà nel 1949 sotto la direzione di Herbert Anderson e John Marshall.

Fermi seguirà molto da vicino questo lavoro e si occuperà di effettuare i calcoli del raggio dell'orbita del fascio emergente, usando un calcolatore grafico di sua invenzione. Prima dell'entrata in funzione di questa macchina Fermi decide appunto di dedicarsi agli studi teorici affrontando lo studio delle nuove teorie delle particelle elementari.



Enrico Fermi a Chicago


Fermi con Edward Teller


Il ciclotrone a Chicago


Fermi al lavoro al ciclotrone