ANNI 1952-53
Il lavoro principale effettuato con il sincrociclotrone da 450 MeV di Chicago consiste nello studio delle interazioni pione nucleone. Questo è un lavoro che assorbe molto tempo e a cui Fermi si dedica a lungo.
Grazie a questi lavori è possibile scartare molte delle teorie possibili sul mesone.
Pochi mesi dopo, nel corso di un incontro a New York della American Physical Society, annuncia che nell'interazione forte tra pione e nucleone si conserva lo spin isotopico, un numero quantico interno che consente di considerare il protone e il neutrone come due stati della stessa particella, il nucleone.
Intanto, è comparsa la prima "risonanza", il primo stato eccitato del nucleone, che farà pensare che i nucleoni abbiano una struttura. L'importanza di questi esperimenti deriva dalla possibilità di trovare la chiave per capire le forze nucleari.
Questi lavori di Fermi hanno dato inizio a un nuovo capitolo della fisica teorica e sperimentale.
Il lavoro sperimentale sulle interazioni fra pioni e nucleoni riaccende l'interesse di Fermi per i computer, che cominciano a entrare in funzione proprio in questi anni e dei quali riconosce le potenzialità per lo studio di problemi nell'ambito delle discipline fisiche, astrofisiche e della fisica classica.
In particolare, decide subito di utilizzare il MANIAC, uno dei più potenti calcolatori esistenti all'epoca appena costruito a Los Alamos, per eseguire l'analisi del gran numero di dati sperimentali raccolti dal suo gruppo.
Il risultato di questi specifici calcoli è contenuto nel lavoro Numerical Solution of a Minimum Problem frutto della collaborazione tra Fermi e Nicholas Metropolis. Al suo ritorno a Chicago Fermi è un esperto di analisi computazionale e pieno di entusiasmo per i calcolatori e tiene una serie di lezioni sull'uso e la programmazione dei computer.
É in queste circostanze che si appassiona all'uso del metodo Monte Carlo che era stato inventato dai suoi colleghi e amici John von Neuman e Stanislaw Ulam.
Nel 1953: Fermi viene eletto presidente dell'American Physical Society.
Per I suoi interessi nel campo dell'astrofisica gli viene chiesto di tenere una importante conferenza per l'American Astronomical Society nella quale coglie l'occasione per riesaminare le sue precedenti idee sull'origine dei raggi cosmici alla luce dei successivi sviluppi delle conoscenze sull'intensità e il comportamento dei campi magnetici (Galactic Magnetic Fields and the Origin of Cosmic Radiation). É il primo "non astronomo" a meritare questo onore, di cui è particolarmente orgoglioso.
Fermi conclude il proprio lavoro sperimentale affrontando la diffusione dei pioni.
Libero dal lavoro sperimentale Fermi si occupa negli anni 1952-53 con Chandrasekhar di problemi di interesse astrofisico,
Nell'estate del 1952, durante una delle sue frequenti visite a Los Alamos, Fermi discute con il matematico Stanislaw Ulam il tipo di problemi che nel futuro si sarebbero potuti studiare per mezzo dei computer sfruttandone le potenzialità in via di sviluppo.
Insieme decidono di fare una selezione di problemi da risolvere euristicamente per mezzo del computer nel tentativo di capire le proprietà delle soluzioni di problemi che non ammettono una forma analitica chiusa.
Il caso studiato è quello di una molla elastica, con le due estremità fisse, sottoposta a una forza elastica di tipo ideale, in cui lo sforzo è proporzionale alla tensione, ma a cui viene sommato un termine non lineare molto piccolo per tener conto delle correzioni fisiche. Il problema è quello di trovare in che modo questa perturbazione non lineare avrebbe progressivamente alterato, dopo un gran numero di periodi di oscillazione.
John Pasta, un fisico arrivato da poco a Los Alamos, assiste Fermi e Ulam nel compito di elaborare un diagramma di flusso, di scrivere un programma e di farlo girare sul MANIAC.
In una sola estate Fermi impara molto rapidamente come programmare i problemi sul calcolatore
Nel lavoro Studies of non Linear Problems firmato da Fermi, J. Pasta e S. Ulam, ma pubblicato nel 1955, dopo la morte di Fermi, vengono presentati i risultati di questo primo tentativo. Il lavoro, progettato già nel 1952, viene eseguito al calcolatore l'estate successiva, nel 1953. Queste ricerche sull'evoluzione dei sistemi non lineari rappresentano un lavoro pionieristico.
