Techniklexikon

Fermi

^*29.9.1901 Rom, †28.11.1954 Chicago, bedeutendster italienischer Physiker des 20. Jahrhunderts.

Nach dem Studium der Physik an der Scuola Normale Superiore in Pisa, das er im Juli 1922 mit der Promotion abschloss, einem Gastaufenthalt bei Max Born in Göttingen sowie einem Lehrauftrag an der Universität Florenz (1924) bezog Fermi 1926 eine Professur für theoretische Physik in Rom; die erste ihrer Art in Italien. Fermis frühe Arbeiten waren theoretischer Natur. 1925 lieferte er einen bedeutenden Beitrag zur Quantentheorie, indem er Paulis Ausschliessungsprinzip auf die Theorie idealer Gase anwandte (Gasentartung). Fermi zeigte, dass das »Pauli-Verbot« für alle Teilchen mit halbzahligem Eigendrehimpuls gelten muss (Fermionen, Fermi-Dirac-Statistik). Zur Erklärung des Betazerfalls hatte Pauli die Existenz eines elektrisch neutralen Teilchens mit Spin 1 / 2 postuliert, das bei jedem Betazerfall emittiert werden soll. 1933 griff Fermi diese Hypothese auf und formulierte eine Theorie des Betazerfalls, die die quantitative Ableitung des Betaspektrums erlaubt. Fermi führte dazu die »schwache Kraft« ein. Dem spekulativen Teilchen gab Fermi den Namen »Neutrino« (ital.: das kleine Neutrale); seine Ruhmasse bestimmte er zu annähernd null. Im März 1934 entdeckte das Ehepaar Joliot-Curie in Paris, dass sich leichte Elemente durch Beschuss mit Alphastrahlen künstlich radioaktiv machen lassen. Fermi beschloss, an Stelle der Alphateilchen erstmals Neutronen zu verwenden. Bis hinauf zum Uran (Z = 92) wurden alle verfügbaren chemischen Elemente mit Neutronen beschossen. Bei Fluor (Z = 9) konnte erstmals Aktivierung beobachtet werden. Beim Uran wies Fermis Gruppe nach, dass die Ordnungszahl der Folgeprodukte nicht zwischen derjenigen von Blei und Uran lag; folglich, so glaubten sie, müsse sie grösser als 92, ein »Transuran«, entstanden sein. Die alternative Möglichkeit, dass das Uran durch den Neutronenbeschuss in zwei nahezu gleich grosse Bruchstücke zerplatzt sei, wurde von Fermi und Mitarbeitern nie ernsthaft diskutiert, obwohl sie durch eine Arbeit der deutschen Chemikerin Ida Noddack auf diese Möglichkeit hingewiesen worden waren. Die Entdeckung der Kernspaltung wurde so verfehlt. Mehr durch Zufall fanden sie, dass die künstliche Aktivierung besonders intensiv ausfiel, wenn die Neutronen vor ihrem Auftreffen auf die zu aktivierenden Elemente wasserstoffhaltige Substanzen wie Paraffin passierten. Die Entdeckung der Bedeutung dieser verlangsamten, »thermischen Neutronen«, einer Voraussetzung für die spätere Nutzung der Kernenergie in Reaktoren, brachte Fermi den Nobelpreis für Physik des Jahres 1938. Die Nobelpreisverleihung nutzte Fermi, um mit seiner Familie Ende 1938 in die USA zu emigrieren, da seine Frau, Laura Capon, als Jüdin in Italien rassische Verfolgung zu befürchten hatte. An der Columbia University in New York begann Fermi theoretische Studien zum Problem der Spaltungsneutronen. 1941 ergab sich die Situation, kriegswichtige Arbeit im Rahmen des Manhattan-Projektes zu leisten. Am Metallurgical Laboratory in Chicago arbeitete Fermi an der Konstruktion des pile, eines »Meilers« zur Einleitung und Aufrechterhaltung der geregelten Kettenreaktion. Mit der Anordnung, die in einem Squash Court unter der Tribüne des Stagg Field Stadions der Universität Chicago errichtet wurde, gelang Fermi und seinen Mitarbeitern am 2. Dezember 1942 erstmals die Einleitung einer kontrollierten, sich selbst erhaltenden Kettenreaktion. Ziel dieser Arbeiten in Chicago war die Gewinnung von Plutonium. Zusammen mit den Ingenieuren von Du Pont arbeitete Fermi in Argonne bei Chicago an der Optimierung der Reaktorkonstruktion. Von September 1944 bis Dezember 1945 verbrachte er viel Zeit in Los Alamos in New Mexico, wo unter der Leitung von J.R. Oppenheimer die Montage der Atombomben erfolgte. Im Anschluss an den ersten Test einer Bombe, der am 16. Juli 1945 bei Alamogordo in der Wüste von New Mexico stattfand, wurde Fermi in ein Komitee berufen, das Präsident Truman in Bezug auf den Kriegseinsatz der Atombomben in Japan zu beraten hatte. 1946 ging Fermi, inzwischen naturalisierter Amerikaner, nach Chicago zurück, wo er sich am Institute for Nuclear Studies der Universität der Elementarteilchenphysik zuwandte. Neben theoretischen Studien galt sein Interesse der Weiterentwicklung der Teilchenbeschleuniger. Unter Einsatz des neuen Zyklotrons der Universität Chicago studierte er gemeinsam mit H.L. Anderson die Wechselwirkungen von Pionen mit Nukleonen (Protonen und Neutronen). Daneben widmete sich Fermi theoretischen Arbeiten über den Ursprung der kosmischen Strahlung sowie der Entwicklung statistischer Methoden zur Beschreibung von Vielteilchen-Prozessen. Fermi starb am 28. November 1954 in Chicago an den Folgen eines Magenkarzinoms. Er selbst und seine zahlreichen bedeutenden Schüler, darunter Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Bruno Rossi, Emilio Segrè, Gian Carlo Wick, Murray Gell-Mann, Owen Chamberlain, Tsung Dao Lee und Chen Ning Yang, haben die Kern- und Elementarteilchenphysik des 20. Jahrhunderts geprägt und dominiert. (Fermis Lösung) [BW2]

Fermi, Enrico

Werke (Auswahl):

Molecole e cristalli. Bologna 1934. Übers. u.d.T.: Moleküle und Kristalle. Übers. von M. Schön und K. Birus. Leipzig 1938.
Nudear Physics. A course given at the University of Chicago. With notes compiled by J. Orear, A.H. Rosenfeld, and R.H. Schluter. Chicago 1949.
Elementary Partides. New Haven 1951. Ital. Übers. u.d.T.: Particelle elementari. Milano 1952.
Note e memorie (Collected papers). Hrsg. von E. Segrè, E. Amaldi, H.L. Anderson, E. Persico, F. Rasetti, C.S. Smith und A. Wattenberg. 2 Bde., Rom/Chicago 1962-1965.

Sekundärliteratur:

Laura Fermi: Atoms in the Family. My life with Enrico Fermi. Chicago 1954. Übers. u.d.T.: Mein Mann und das Atom. Düsseldorf/Köln 1956.
Emilio Segrè: Enrico Fermi, Physicist. Chicago 1970.
Enrico Fermi, in: Dictionary of Scientific Biography, ed. by C.C. Gillispie, 16 Bde., New York 1970-1980 Bd. 4, S. 576-583.
Laurie M. Brown, Abraham Pais and Brian Pippard (Hrsg.): Twentieth Century Physics. 3 Bde., Bristol, Philadelphia, New York 1955.

(nach E. Fermi), nicht mehr anzuwendende Einheit der Länge in der Atom- und Kernphysik; ein Einheitenzeichen gab es nicht, man kann das Fermi aber als besonderen Namen für die Einheit Femtometer (Einheitenzeichen fm) ansehen. 1 Fermi = 10^-15 m = 1 fm.