Enrico Fermi
(Roma 29 settembre del 1901
Chicago 29 novembre del 1954)
Certi esseri umani sembrano predestinati a portare a termine grandi cose: sono nati nel momento giusto per essere testimoni di una certa evoluzione ed hanno proprio quelle predisposizioni necessarie per trasformare repentinamente questa evoluzione in rivoluzione.
La carriera del fisico italiano Enrico Fermi inizia proprio con lo sbocciare delle conoscenze sull’atomo.
Egli arrivò al momento giusto, con le qualità richieste, svolgendo un ruolo essenziale e decisivo in una delle più importanti e sconvolgenti conquiste dell’umanità.
Va sottolineato che un ruolo altrettanto importante fu ricoperto da tutte le persone con cui Fermi collaborò prima in Italia e poi in America.
Fermi può essere definito il “Cristoforo Colombo dell’atomo”. Del resto così lo definì il Prof. Arthur Compton durante una telefonata in codice a James B. Conant, di Harward, responsabile del “Progetto Uranio” all’Ufficio Ricerche Scientifiche.
La telefonata fu effettuata per informare Conant della riuscita della reazione a catena. Era il 2 dicembre 1942: “Il navigatore italiano è arrivato nel nuovo mondo” disse Compton. “E come erano gli indigeni?” chiese Conant. “Molto cordiali” fu la risposta (da “Atomi in famiglia” di Laura Fermi, pag. 222).
Le teorie di Einstein, le teorie sulla struttura dell’atomo di Niels Bohr, le esperienze di Rutherford, Bequerel, dei coniugi Curie iniziavano ad essere insegnate presso le Università.
Era quindi inevitabile il compimento del passo successivo: l’applicazione delle scoperte effettuate.
Con la generazione di Fermi iniziarono gli studi sul nucleo dell’atomo.
ENRICO FERMI RITRATTO DA EMILIO SEGRE’
I PRIMI PASSI NEL MONDO DELLA FISICA
I "CAPOSTIPITI" DELLA NUOVA SCUOLA ROMANA
IL MATRIMONIO - UN VIAGGIO IN IDROVOLANTE
IL CONVEGNO SOLVAY E LA TEORIA DEI RAGGI BETA
LA PRODUZIONE DI UN NUOVO ELEMENTO
Emilio Segrè ha dipinto, nella biografia da lui scritta su Enrico Fermi (“Enrico Fermi, fisico”), un ritratto caratteriale di quest’ultimo.
Enrico Fermi appariva come una persona estremamente riservata, puntigliosa e critica nel lavoro e non, restia ad affrontare problemi poco definibili o che andassero al di là della sua portata, entusiasta del suo lavoro.
Enrico Fermi nacque a Roma il 29 settembre del 1901, in via Gaeta nel quartiere di Castro Pretorio.
Il padre, Alberto Fermi, era funzionario delle Ferrovie e ricopriva il ruolo di capo divisione della direzione generale di Roma. La madre, Ida De Gattis, era maestra elementare.
La famiglia Fermi aveva origine da agricoltori piacentini. L'ascesa sociale della famiglia fu iniziata da Stefano, nonno di Enrico, che abbandonò il lavoro dei campi per entrare al servizio del duca di Parma in qualità di Segretario Comunale. Alberto, padre di Enrico, fu costretto ad interrompere molto presto gli studi per andare a lavorare, nonostante avesse grandi doti intellettuali. Anche se non aveva conseguito il diploma e la laurea, entrò a lavorare nell'amministrazione delle ferrovie, arrivando a ricoprire un ruolo che a quell'epoca era riservato solo a laureati. A Roma, dove si stabilì, conobbe e sposò Ida. La coppia ebbe tre figli: Maria, nata nel 1899, Giulio, nato nel 1900, ed Enrico. I bambini nacquero in successione così rapida che i genitori decisero di mandare il secondo ed il terzo “a balia” in campagna. Enrico, molto gracile e apparentemente delicato, fece ritorno in famiglia solo all'età di due anni e mezzo. Il bambino apprese dai genitori “un senso del dovere spinto all'estremo, e un'integrità inflessibile”.
Enrico e Giulio erano molto uniti, tanto che ritrovavano l’uno nell'altro l'unico compagno ed amico. I due si completavano a vicenda escludendo tutti gli altri dai loro giochi. Entrambi erano molto intelligenti, avevano in comune la passione per la meccanica. Anche se molto piccoli, erano in grado di costruire motori elettrici funzionanti.
Questa simbiosi s’interruppe tragicamente nel 1915 quando Giulio, sottoposto ad un banale intervento chirurgico effettuato per asportare un ascesso in gola, morì durante la narcosi.
Tutta la famiglia fu scossa profondamente dal lutto improvviso, in particolare la madre, che prediligeva il carattere aperto ed affettuoso del secondogenito, ed Enrico, che già caratterialmente introverso, divenne ancor più chiuso e taciturno. Per dimenticare la sofferenza e la solitudine si immerse nella lettura di testi scientifici e non, che acquistava presso i rivenditori di libri usati a Campo dei Fiori.
Ben presto stringe amicizia con un compagno di scuola del fratello, Enrico Persico, con il quale condivideva la passione per gli studi di matematica e fisica.
Persico diverrà professore di matematica presso l’Università di Roma, e di fisica presso quelle di Torino e di Firenze.
Gli studi scientifici del giovane Fermi furono condizionati anche dalla conoscenze dell'ingegner Amidei, collega di lavoro del padre. La sera, Enrico andava spesso incontro al padre che tornava dal lavoro. Il genitore e l’ingegner Amidei condividevano un pezzo di strada durante il ritorno a casa. Amidei fu colpito dall’intelligenza del ragazzo e dal suo interesse per la matematica e la fisica. Gli prestò diversi testi che misero in risalto le capacità del giovane e fecero nascere in lui il desiderio di diventare un fisico.
Al termine della scuola superiore intrapresa con studi liceali, lo stesso Amidei gli consigliò di intraprendere gli studi universitari nella città di Pisa dove, oltre all’Università, poteva frequentare la Scuola Normale Superiore, presso la quale erano insegnate materie supplementari a quelle impartite dall’università, se non addirittura nuove materie. Questa scuola garantiva vitto ed alloggio agli studenti. Per accedervi era necessario superare un concorso alquanto selettivo.
Il 14 novembre del 1918, Fermi sostenne con successo il concorso d’ammissione. Ebbe per tema “Caratteri distintivi dei suoni”. Il professor Piuttarelli, colpito dalla maestria con cui Fermi svolse la prova scritta, lo convocò nel suo studio e, dopo un lungo colloquio, realizzò di non aver mai incontrato in tutta la sua carriera un adolescente così straordinariamente dotato.
Nell'autunno del 1918, all'età di diciassette anni, Fermi si recò a Pisa.
In quel periodo la prima guerra mondiale era sul finire e nei giovani aleggiava un certo senso di sollievo, dopo le incertezze dovute agli anni di guerra. Questo aspetto, la goliardia dei giovani pisani e l'allontanamento dal clima di lutto famigliare, fecero sì che i quattro anni di università "furono i più felici e spensierati della sua vita.
Rasetti, studente di fisica appassionato di scienze naturali, ma non normalista. Insieme a Rasetti, Enrico fondò la “società degli anti-vicini” il cui scopo era quello di seccare gli altri con scherzi vari. Per esempio, si divertivano a gettare pezzetti di sodio negli orinatoi per spaventare gli ignari usufruitori o a lanciare bombette puzzolenti durante le lezioni.
I due, quindi, oltre che nello studio si impegnavano in imprese collettive buffonesche, per le quali rischiarono di essere espulsi dall’Università, ma la spuntarono grazie all’intervento del professore di fisica sperimentale che aveva per Fermi una grande stima.
Durante l’estate del 1919 Fermi ritornò in famiglia, a Roma, dove ritrovò l’amico Persico. Trascorse anche un po’ di tempo a Caorso, nella casa del nonno paterno. Approfittò delle vacanze per porre ordine tra le sue nozioni di fisica. Riempì di appunti un libricino rilegato in cuoio, comprato a Vienna, che ancora si conserva tra le carte di Fermi pressi l’Università di Chicago. Il libricino, costituito da centodue pagine, fu redatto tra il 18 luglio e il 29 settembre del 1919 e compilato a matita, quasi senza cancellature, così come era sua abitudine.
Nel gennaio nel 1920, Fermi scriveva a Persico: “All’Istituto di Fisica sto a poco a poco diventando l’autorità più influente. Anzi uno di questi giorno dovrò tenere, davanti a diversi magnati, una conferenza sulla teoria dei quanti di cui sono sempre un propagandista…”. Era allora uno studente di diciannove anni.
Nel giugno del 1920, Fermi completò il biennio propedeutico e la natura dei suoi studi cambiò alquanto: per i due anni successivi frequentò solo alcuni corsi di sua scelta e preparò la tesi di laurea. Erano tre i laureandi: Enrico Fermi, Franco Rasetti e Nello Carraro. Il professor Luigi Puccianti, direttore del Laboratorio di fisica, lasciò loro libera iniziativa per quanto riguarda l’argomento della tesi, cosa raramente concessa agli studenti dell'epoca, in Italia e altrove. Era l’inizio del 1922 e, allora, Fermi aveva già pubblicato alcune importanti relazioni teoriche quali, nel 1921, sulla rivista ad alto livello "Nuovo Cimento" , i due articoli “Sulla elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche” e “Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio” seguiti, nel 1922, da tre esposti sulla relatività pubblicati sulla rivista "Physikalische Zeitschrift".
Nonostante questo, decise di presentare una tesi sperimentale e non teorica perché in quell’epoca in Italia, la fisica teorica non era riconosciuta come disciplina oggetto di insegnamento universitario. I fisici erano essenzialmente sperimentatori e una tesi di fisica sarebbe stata accettata soltanto se sperimentale.
Parte del 1922 fu dedicato alla stesura di tale tesi, svolta sulla diffrazione dei raggi X da parte dei cristalli curvi e sulle immagini che si possono ottenere con questo metodo. Nello stesso tempo dovette preparare anche un’altra tesi di abilitazione per la Scuola Normale. Scelse come argomento un teorema di calcolo delle probabilità e alcune sue applicazioni astronomiche.
La tesi presentata all’università fu discussa il 7 luglio 1922, giorno in cui gli venne conferita la laurea magna cum laude . Subito dopo ottenne il diploma della Scuola Normale, ma questa tesi ebbe riscontri meno positivi perché si trovò in parte anticipata da altri lavori che Fermi non conosceva e, facendo riferimento a questi, i matematici sollevarono obiezioni in merito al rigore delle dimostrazioni elaborate da Fermi.
Dopo la laurea tornò a Roma. Qui, dopo tre mesi dal suo ritorno, ci fu la storica Marcia su Roma. Era il 28 ottobre 1922. Fermi quella mattina si trovava nell'Istituto di Fisica di Via Panisperna, col senatore Mario Orso Corbino, direttore dell'Istituto e Ministro della Pubblica Istruzione. Il senatore, ritenuto uomo di indiscutibile valore, ricoprì queste cariche senza mai avere la tessera fascista.
Fermi si recò da Corbino, noto come una delle personalità più eminenti in campo scientifico, per discutere il suo avvenire. Fermi intendeva intraprendere la carriera univesitaria. Tra Fermi e Corbino, oltre che un produttivo rapporto di lavoro, si stabilì anche una duratura amicizia.
Corbino era molto preoccupato per la situazione politica. Se il re avesse firmato lo stato d'assedio, sarebbe scoppiata la guerra civile, se non lo avesse fatto, si sarebbe instaurata la dittatura mussoliniana. Fu dopo quella conversazione con Corbino che Fermi pensò per la prima volta di emigrare.
Nell'inverno dello stesso anno, Fermi si recò in Germania, a Göttingen, grazie ad una borsa di studio del Ministero dell'Istruzione Pubblica, ottenuta tramite Corbino. In quell'esperienza poté lavorare nei laboratori di Max Born con Heisenberg e Pauli, suo coetaneo ed ancora sconosciuto. Furono sette mesi poco proficui, soprattutto perché non riuscì ad allacciare rapporti amichevoli con le altre persone. Nonostante la buona conoscenza che aveva del tedesco, imparato per poter leggere i testi scientifici scritti in tale lingua, si sentiva uno straniero.
Ritornato a Roma, ottenne, per l'anno accademico 1923-24, l'incarico di matematica per i corsi di Chimica e Scienze Naturali.
Nell'autunno trascorse tre mesi a Leida, dove lavorò nei laboratori di Ehrenfest per una borsa di studio.
Al ritorno in Italia, Fermi riprese l'insegnamento, a Firenze, come docente di matematica e meccanica. La cattedra che occupava precedentemente a Roma venne occupata da Persico.
A Firenze Fermi ritrovò Rasetti. Qui i laboratori di fisica sorgevano sulla collina di Arcetri, lontano dal centro abitato. In quell'atmosfera, Rasetti trascinò spesso Fermi nelle sue numerose scorribande naturalistiche, anche se il compagno stava maturando ben altri pensieri. In quel periodo, infatti, Fermi elaborò la sua tesi sul comportamento degli atomi dei gas monoatomici perfetti. In seguito alla lettura del principio di esclusione di Pauli, pubblicato nel 1925, giunse ad elaborare quella che verrà definita la “statistica di Fermi-Dirac”. Nel 1926 pubblicò, in italiano ed in tedesco (per facilitarne la divulgazione), “Sulla quantizzazione del gas monoatomico perfetto” sulle riviste “Resoconto dell'Accademia dei Lincei” e “Zeitschrift für Physik”.
Gli atomisti iniziarono a chiamare bosoni i corpuscoli che obbedivano alla statistica di Bose - Einstein e fermioni quelli che obbedivano alla statistica di Fermi-Dirac.
Intanto Corbino progettava la rinascita della fisica italiana, caduta in crisi già prima della guerra. Pensava di radunare in un istituto le menti migliori dell'epoca affinché potessero dare nuova linfa alla disciplina in decadenza. In quel periodo gli studenti migliori frequentavano la Facoltà d’Ingegneria che consentiva di approdare a brillanti carriere in ambito industriale. Il corso di Fisica era frequentata da coloro che non erano stati ammessi ad Ingegneria o che, spaventati dall’impegno richiesto da quest'ultima, avevano optato per tale corso.
Corbino desiderava creare una scuola romana di fisica moderna e ci riuscì grazie all'aiuto della politica nazionalista di Mussolini, che mirava a rinforzare il prestigio della città eterna.
La scuola avrebbe dovuto essere focalizzata sulla fisica teorica, campo in cui si stavano facendo grandi progressi.
Corbino ottenne dal Ministero della Pubblica Istruzione l’istituzione di una cattedra di Fisica Teorica, destinata a Fermi, che superò facilmente il concorso "a titoli". A soli ventiquattro anni, Fermi deteneva una cattedra universitaria. Franco Rasetti, laureatosi con Fermi all'Università di Pisa, divenne suo assistente.
Vi era un eminente professore di fisica teorica, ma mancavano gli studenti di valore. Vennero reclutati Edoardo Amaldi, Emilio Segrè ed Ettore Majorana che frequentavano la Facoltà di Ingegneria di Roma. In particolare Majorana veniva considerato superiore ai suoi compagni, anche a Fermi, nella matematica pura. Purtroppo la sua profonda intelligenza era accompagnata da una tendenza sfrenata alla critica e da un profondo pessimismo. Era talmente introverso e insicuro, che nonostante avesse elaborato la teoria di Heisenberg, del nucleo fatto di protoni e neutroni, prima che questi la pubblicasse, non volle pubblicare i risultati ottenuti perché li riteneva incompleti. Le sue teorie vennero pubblicate solo molto più tardi, quando ormai erano state scoperte indipendentemente da altri.
L’Istituto di Fisica dell’Università era sito in via Panisperna n. 89/a, nei pressi del centro di Roma e circondato da un parco che lo rendeva un centro di studi molto piacevole. Accanto vi era l’Istituto di Chimica.
L’edificio dell’Istituto di Fisica era strutturato su tre piani. Al piano terreno erano situate l’officina meccanica, le aule di lezione, i laboratori per gli studenti. Al primo piano si trovavano i laboratori, gli uffici, la biblioteca molto fornita e aggiornata. Il secondo piano ospitava l’abitazione di Corbino. Le apparecchiature dei laboratori erano mediocri e consistevano principalmente di spettroscopi e strumenti ottici, con poche attrezzature moderne. L’officina meccanica era antiquata in quanto a macchine e utensili e non era all’altezza della situazione. Era chiaro che mentre la situazione teorica era soddisfacente, quella sperimentale lasciava a desiderare. Per importare nuove tecniche sperimentali, alcuni membri del gruppo si recarono in laboratori stranieri. Inizialmente Rasetti andò a Pasadena al California Institute of Technology diretto da Millikan, Segrè al laboratorio di Zeeman ad Amsterdam, Amaldi da Debye a Lipsia. Lo scopo era proseguire con metodi sperimentali migliori ricerche già iniziate a Roma. Successivamente si decise di sfruttare i laboratori stranieri per lavorare in campi del tutto nuovi. Rasetti si recò la Lisa Meitner al Kaiser Wilhelm Institut a Berlino, Segrè da Otto Stern ad Amburgo. Del resto vari giovani fisici tedeschi, diretti verso gli Stati Uniti per sfuggire alla situazione che si stava delineando in Germania, trascorsero periodi più o meno lunghi a Roma. I fisici stranieri apportarono nuove idee e giovarono molto all’Istituto.
Nell'estate del 1926, Fermi trascorse le vacanze in Val Gardena con la famiglia del professor Castelnuovo. Qui incontrò nuovamente Laura Capon, la cui famiglia, di origine ebrea, si era unita a quella dei Castelnuovo per la villeggiatura. Fermi aveva già incontrato Laura nella primavera del 1924, durante una partita di calcio con gli amici.
In quest'occasione emersero il temperamento e le passioni di Fermi. Era l'unico e instancabile organizzatore delle gite in quota, che programmava con scrupolo scientifico determinando il periodo di marcia ed il tempo delle soste, che non venivano mai disattesi. Quando Fermi proponeva la sua idea nessuno osava contraddirlo.
Era appassionato delle escursioni in montagna ed in generale di tutti gli sport che richiedevano un notevole impegno fisico. In particolare amava giocare a tennis, sport praticato già durante la giovinezza con Persico. Nulla veniva anteposto a questo sport. La moglie, all'epoca studentessa di scienze naturali, ricorda che riuscì ad evitare un brutto voto, o addirittura una bocciatura, grazie ad una partita durata più del previsto, che "impedì" a Fermi e Rasetti di assistere agli esami universitari, delle cui commissioni facevano parte.
A Roma, Fermi frequentava spesso, il sabato sera, la famiglia del professor Castelnuovo, che radunava nel suo salotto i più grandi matematici del tempo. Erano per lo più uomini uniti da legami affettivi e parentali e dal comune interesse scientifico. Qui si affrontavano gli argomento più disparati: dalle nuove scoperte e teorie, all'evoluzione della vita mondana.
I loro figli si radunavano nella sala accanto dove passavano il tempo facendo giochi di ogni tipo come il gioco delle pulci o quello che verrà chiamato poi da Fermi "il gioco delle due lire". Quest'ultimo consisteva nel fare una domanda di fisica a turno ad una persona: se questa rispondeva in modo corretto riceveva una lira da chi poneva la domanda, altrimenti si procedeva a controllare che effettivamente chi aveva posto il quesito fosse preparato. Se questi non ne conosceva la risposta, doveva dare due lire all'interrogato. Tale gioco consentì un reciproco arricchimento tra i partecipanti, professori e alunni che fossero. Tra i partecipanti vi erano Amaldi, Rasetti, Fermi, Persico e Segrè allora studente di Ingegneria. Fermi ed i suoi amici riuscivano a fare della fisica non solo un argomento di lavoro, ma anche un argomento di svago.
Laura Capon frequentava il gruppo di amici insieme alla sorella Anna che non condivideva per nulla la loro passione per la fisica e che, annoiata dai loro discorsi, li nominò "la brigata dei logaritmi", nome che identificò il gruppo per molto tempo.
La scuola romana si stava sviluppando intorno a quelli che venivano scherzosamente definiti “i quattro moschettieri”: Fermi, Rasetti, Segrè e Amaldi.
Tra le varie discipline insegnate da Fermi vi era la meccanica quantistica. Il gruppo di Fermi si era dimostrato un po’ reticente nei confronti di queste nuove teorie sviluppate prima da Planck e Bohr, e poi da Heisenberg e Schrödinger, ma con il passare del tempo la loro posizione verso la materia cambiò.
Il gruppo di studiosi, molto unito, si era dato dei soprannomi.
Solitamente quanto detto da Fermi veniva considerato ineccepibile ed assolutamente vero, come se fosse un dogma di fede, per cui venne soprannominato “il Papa”. Rasetti, il più adatto a sostituirlo, venne nominato il “Cardinale Vicario”. Majorana, sempre pronto a fare obiezioni, a rilevare errori, a domandare chiarimenti, fu definito il “Grande Inquisitore”. In ultimo Persico, al quale andava il compito di far conoscere a Firenze ed altrove le nuove teorie sulla meccanica quantistica, venne definito “Cardinale Pro Propaganda Fide”.
In quegli anni Fermi ed il suo gruppo si occuparono, quindi, di meccanica quantistica, affrontando i problemi relativi alla struttura atomica.
Essi si concentrarono sull’energia emessa dall’atomo, benché, per il momento, si trattasse di energie infime, dovute al passaggio di elettroni da un livello quantico ad un altro.
Il 19 luglio 1928 Fermi sposò Laura Capon in Campidoglio, con cerimonia tradizionale. Il matrimonio fu quasi inaspettato per la giovane Capon. Era venuta a conoscenza del fatto che Fermi aveva acquistato una automobile e, conoscendo lo stile di vita semplice ed austero del fidanzato, si era convinta che Fermi non avrebbe affrontato altre spese, comprese quelle per il matrimonio. Dopo alcuni mesi divenne comproprietaria della Bebè Peugeot gialla.
Il viaggio di nozze iniziò con un’impresa ardimentosa: i coniugi volarono. L’aviazione civile era ancora ai primordi e il servizio italiano passeggeri funzionava da soli due anni. Tutte le linee italiane erano servite da idrovolanti a motore. La coppia si servì della linea Genova-Palermo per proseguire il viaggia fino a Champoluc, sulle pendici occidentali del Monte Rosa.
Durante il viaggio di nozze il giovane sposo divenne intollerante all’ozio cui aveva costretto la sua mente. In mancanza di meglio, prese la moglie come allieva per insegnarle “tutta” la fisica, senza porre in dubbio il successo del suo insegnamento. La caparbietà della moglie pose presto fine ai corsi di fisica.
Nonostante questo primo fiasco, i coniugi collaborarono alla stesura di un libro di testo di fisica per le scuole superiori. Fermi dettava e la moglie, nel ruolo di segretaria, prendeva appunti da battere a macchina in un secondo tempo. In questo modo miravano ad incrementare il loro reddito famigliare.
Anche Amaldi si sposò, prendendo in moglie una studentessa di fisica, Ginestra, appartenente alla “brigata dei logaritmi”.
Nel 1928 Corbino decise di fare entrare Fermi all’Accademia dei Lincei. Le nomine venivano fatte soltanto una volta all’anno, in occasione della seduta reale, il giorno dello Statuto. Corbino, in quel periodo assente per un impegno negli Stati Uniti, aveva delegato la presentazione del giovane ad un collega docente di fisica, il professor Lo Surdo, detto “Signor Nord”. Questi, indisposto per l'assegnazione della nuova cattedra di fisica teorica a Fermi, approfittò dell'occasione per operare una personale vendetta. Non fece quanto richiesto da Corbino e si scusò avanzando una dimenticanza. Disse: “Colpa della mia memoria…la lettera mi è rimasta in tasca.
Nello stesso anno Fermi ricevette l’allettante offerta di una cattedra di fisica teorica all’università di Zurigo. Per indurlo a restare, Corbino riuscì a fargli avere il posto di redattore della sezione di fisica dell’Enciclopedia Italiana Treccani.
Lasciò il posto da redattore quando nel marzo 1929 entrò a far parte della “Accademia Reale”. Tale Accademia fu istituita da Mussolini sul modello di quella francese, con lo scopo di oscurare quella dei Lincei, di cui diffidava ritenendo che tra di suoi membri vi fossero molti antifascisti. Fermi fu il solo fisico scelto nel primo gruppo di scienziati reclutati, anche per intercessione di Corbino.
Dopo la sua nomina all’Accademia d’Italia, inoltre, Fermi poteva essere annoverato tra i "pezzi grossi" del fascismo. Egli, però, si occupava poco di politica, considerando le discussioni politiche di scarsa importanza in quanto astratte. Finché gli era possibile occuparsi delle sue ricerche predilette, senza compromettere la sua integrità personale, era disposto ad ignorare le stranezze del governo. Evitava, nei limiti del possibile, ogni manifestazione pubblica di adesione al regime. Si rifiutava di usare la sua importante posizione per ottenere favori per la scienza, per i suoi amici e, soprattutto, per sé.
Quando nel 1930 il principe ereditario si sposò, le alte cariche dello Stato furono invitate alle nozze. Via Nazionale, a Roma, fu sbarrata da cordoni di truppe e per andare all’Istituto di Fisica la si doveva attraversare. A bordo della sua Peugeot gialla e vestito di grigio, senza la sua brillante divisa di accademico con feluca e spadino, Fermi si trovò bloccato. In quell’istante si ricordò che aveva in tasca l’invito alle nozze e lo mostrò ad un ufficiale dicendo: “sono l’autista di sua eccellenza Fermi e devo andarlo a prendere, mi lascia passare?”. E così arrivò all’istituto.
La nomina di Fermi all’Accademia ebbe, comunque, un effetto benefico sullo sviluppo della fisica in Italia, almeno per un certo periodo, perché la fisica si trovò ad essere rappresentata da una persona veramente eminente.
La nomina portò vantaggi di tipo economico, in quanto la pensione di accademico era di molto superiore al suo stipendio di professore.
Nel 1929 Rasetti era stato a Pasadena come borsista della fondazione Rockefeller e al suo ritorno a Roma descrisse con entusiasmo al gruppo la California. Non è da escludere che le descrizioni entusiastiche di Rasetti abbiano influenzato Fermi nella decisione di accettare l’invito rivoltogli dall’Università del Michigan, ad Ann Arbor, nel 1930, per tenere un corso estivo di fisica teorica.
Fermi divenne uno dei più fedeli frequentatori di quella scuola estiva. Vi tornò nel 1933 e nel 1935 dall’Italia e più tardi da New York. Grazie a queste visite acquistò una profonda simpatia per l’America. Ne ammirava i laboratori attrezzati, gli abbondanti mezzi di ricerca, l’entusiasmo che sentiva nella nuova generazione di fisici.
Nel 1930 Fermi partecipò al sesto convegno Solvay, tenutosi a Bruxelles dal 20 al 26 ottobre 1930 e che aveva come tema il magnetismo.
Nel 1911, al primo convegno, si era discussa la teoria della radiazione, al quinto, nel 1927 e a cui avevano partecipato, tra gli altri, Bohr e Einstein, si era discussa, per la prima volta, la teoria della meccanica quantistica.
Le conferenze Solvay erano state fondate dal Ernest Solvay, l’inventore del metodo di produzione industriale del carbonato sodico. I convegni si tenevano a Bruxelles e duravano circa una settimana, durante la quale, una trentina di fisici, di tutti i paesi, scelti accuratamente tra i più importanti in un dato campo, discutevano un tema prestabilito. In un periodo in cui viaggi e conferenze internazionali erano poco frequenti, partecipare ad uno di questi convegni era una grande onore.
Ancora più incisivo per la sua carriera fu il settimo congresso svoltosi dal 22 al 29 ottobre del 1933.
All’epoca era stata ormai stabilita con certezza l’esistenza del neutrone e il modello nucleare composto di protoni e neutroni si era affermato grazie allo studio di Heisenberg, Ivanenko e Majorana. Nel corso dei due mesi successivi alla conferenza, Fermi scrisse il lavoro sulla teoria del raggi beta, pubblicata sulla rivista italiana "Nuovo Cimento", e, in tedesco, sulla rivista "Zeitschrift für Physik". Inviò l'articolo anche alla rivista inglese "Nature", che si rifiutò di pubblicarlo perché "conteneva troppe congetture ed era troppo lontana dalla realtà fisica".
All'esistenza dei neutroni si giunse nel 1932, quando Irene Curie, figlia di Pierre e Marie Curie, ed il marito Frédéric Joliot eseguirono esperimenti, che ripresi da James Chadwich, dimostrarono l’esistenza di queste particelle.
Nel corso dei loro esperimenti, i coniugi Joliot-Curiè bombardarono il berillio con le particelle alfa emesse dal polonio. Il berillio, bombardato con particelle alfa, emetteva radiazioni sconosciute che innescavano l’emissione di protoni dagli atomi di idrogeno della paraffina.
Chadwich, riprendendo gli stessi esperimenti, dimostrò che tale radiazione era costituita da corpuscoli aventi la stessa massa del protone, ma nessuna carica elettrica. Queste particelle vennero chiamate neutroni.
I neutroni consentirono di spiegare perché lungo la tavola periodica le masse atomiche aumentano più velocemente dei numeri atomici e perché per un certo elemento possano esistere più isotopi.
Il 15 gennaio del 1934, i fisici Joliot e Curie annunciarono all’Accademia delle Scienze di Parigi di aver scoperto la radioattività artificiale. I coniugi avevano studiato il comportamento dell’alluminio bombardato con le particelle alfa emesse dal polonio. Le particelle alfa, colpendo la lamina di alluminio, determinavano un’emissione di positroni che persisteva anche interponendo una lamina di piombo tra la sorgente e la lamina di alluminio in modo da arrestare le particelle alfa ed anche togliendo la fonte delle stesse.
Gli atomi dell'elemento alluminio così bombardati subivano una modificazione della loro struttura profonda, diventando un isotopo instabile del fosforo, il P30.
L’esperimento dei Joliot-Curie può essere espresso con una equazione nucleare:
Al2713 + He42 = P3015 +n0
Quando questo lavoro venne pubblicato, Fermi era in vacanza sulle Dolomiti. Ritornato, venne informato della scoperta dei coniugi Joliot, scoperta che diede al gruppo di Fermi l’occasione di iniziare nuovi importanti ricerche sperimentali.
Il gruppo si mise al lavoro. Per effettuare gli esperimenti, decise di utilizzare i neutroni e non le particelle alfa in quanto i neutroni, essendo privi di carica, non subiscono alcun tipo di repulsione elettrica e quindi sono proiettili più efficaci.
Nei due anni precedenti ai lavori dei fisici francesi, Rasetti aveva imparato a preparare sorgenti neutroniche evaporando polonio non capisco su berillio. Utilizzando tale fonte di neutroni il gruppo provò ad irradiare varie sostanze, ma i risultati furono negativi perché questa radiazione era poco efficace in quanto troppo debole.
Fermi pensò di sostituire la sorgente di polonio e berillio con una diradon e berillio, più potente. Il radon è uno dei prodotti di disintegrazione del radio e, analogamente a quest'ultimo, emette particelle alfa. Il radon a temperatura e pressione ambiente è gassoso. Per porlo a contatto con la polvere di berillio lo si sarebbe dovuto anzitutto condensare.
Il gruppo poteva disporre del radio grazie al professor Trabacchi, detto anche “Divina Provvidenza” perché riusciva a fornire al gruppo di fisici tutto quello di cui avevano bisogno. Il professor Trabacchi dirigeva il Laboratorio di fisica dell'Istituto di Sanità Pubblica presso l’Istituto di Fisica. Conservava un grammo di radio, del valore di seicentosettantamila lire, chiuso nella cassaforte dell’Istituto.
Raccogliere il radon condensato, chiamato "l'emanazione", non era facile,come racconta Laura Fermi in “Atomi in famiglia”. Un giorno, Ginestra Amaldi e Laura Fermi si recarono all’Istituto, dove incontrarono Rasetti, che le accompagnò nel laboratorio, dove si stava raccogliendo l'emanazione. Rasetti,tornato da pochi giorni dal Marocco, non collaborava al lavoro in atto e non perdeva l'occasione di schernire i colleghi. Fece notare alle signore il tubettino di vetro in mano a Fermi, dicendo: “Vedono quel tubettino di vetro lungo un centimetro e mezzo in mano al Papa? Quei tre vi hanno già messo la polvere di berillio ed ora cercheranno di farci andare l’emanazione”. A questo punto alzò la voce e disse forte: “Tanto gli si rompe”. Fermi era andato ad accendere un becco a gas all’altro estremo della stanza. Amaldi e Segrè tenevano in mano il tubicino di vetro in cui era stata fatta gocciolare l’emanazione. “E’pronto” disse Segrè e corse a portare il tubicino a Fermi. Segrè proseguì: “Orail Papa cercherà di chiuderlo alla fiamma, ma tanto gli si rompe”. Così accadde.
I tubicini che non si rompevano venivano utilizzati come sorgenti di neutroni per bombardare le sostanze procurate da Segrè.
Il lavoro venne quindi attentamente organizzato. Fermi assunse la direzione del “settore esperimenti e calcoli”, Amaldi la responsabilità delle misurazioni e delle apparecchiature elettroniche, Segrè l’incombenza de gliacquisti con la seguente raccomandazione: “Procurarsi possibilmente tutti gli elementi chimici della tabella di Mendeleev”. Il signor Troccoli, commerciante specializzato in tali prodotti, lo ricevette calorosamente. Quando Segrè, nello scorgere il lungo elenco, giunse al cesio e al rubidio, due metalli poco usati in chimica, Troccoli gli disse: “Rubidium caesiumque tibi donabo gratis et amore dei. Li ho tenuti in negozio per quindici anni e lei è il primo a chiedermeli” .
L’eventuale attivazione delle sostanze bombardate con neutroni era rilevata con i contatori Geiger-Müller. Poiché la radiazione emessa dalla sorgente di neutroni avrebbe potuto portare delle perturbazioni negli strumenti di misura, la stanza in cui veniva portata la sorgente e quella dei contatori erano alle due estremità di un lungo corridoio.
La radioattività prodotta poteva essere di così breve durata da richiedere uno spostamento molto veloce verso la sala di misurazione. Amaldi e Fermi si vantavano di essere i corridori più veloci, per cui spettò a loro il compito di portare le sostanze da una estremità all'altra del corridoio. Amaldi e Fermi si cimentavano in vere e proprie gare di velocità e, a sentire Fermi,vinceva sempre lui.
Un giorno in cui all’Istituto ci si impegnava in imprese di questo tipo,giunse un ingegnere spagnolo. All’ingresso, l’ingegnere incontrò Segrè, a cui chiese di Sua Eccellenza Fermi. “Il Papa è su al primo piano” rispose distrattamente Segrè. Poi, accortosi dello stupore dell’altro, aggiunse:“Intendo Fermi, si capisce”. Quando l’ingegnere giunse al primo piano, un giovane dalle guance rosse, Amaldi, e un ometto dalle gambe corte, Fermi, gli passarono accanto all’impazzata, indossando camici sporchi e svolazzanti e con strani oggetti in mano. L’ingegnere incontrò Gian Carlo Wick, un giovane fisico dai modi ricercati e precisi, a cui chiese di Enrico Fermi. In quell’istante isoliti due pazzi gli passarono accanto a rotta di collo. “Enrico” strillò Wick tanto quanto glielo permettevano le buone maniere “Questo signore ti vuole parlare”. “Fallo venire!” strillò Fermi e sparì.
L’intervista ebbe luogo davanti ad un contatore, come tutte le interviste che Fermi concedeva in quei tempi sia a studenti che a visitatori. L’ingegnere non nascose il suo disappunto.
Con spirito metodico, Fermi decise di effettuare esperimenti su tutti gli elementi della tavola periodica, iniziando dall'elemento più leggero,l'idrogeno, e proseguendo secondo il numero atomico crescente.
I primi risultati furono scoraggianti, ma quando giunsero a bombardare il fluoro, questo diventò fortemente radioattivo, così come molti altri elementi che vengono dopo il fluoro.
La prima pubblicazione, sulla “Rivista Scientifica” del CNR, relativa ai risultati ottenuti con il fluoro e l’alluminio, è del 25 marzo, dopo soli due mesi dalla pubblicazione della scoperta dei Joliot-Curiè. Una seconda comunicazione venne effettuata in aprile ed una terza in maggio. Ne seguirono altre due, una il 23 giugno, l’altra il 12 luglio. Questo rende idea della frenesia con cui Fermi e il suo gruppo conducevano gli esperimenti.
Gli esperimenti condotti sembravano una vera e propria alchimia. Nella maggior parte dei casi non erano prodotti isotopi radioattivi dell’elemento iniziale, ma elementi diversi, spostati nella tavola periodica verso elementi con numero atomico minore, nel caso ci fosse emissione di particelle alfa o di protoni, e con numero atomico maggiore, nel caso ci fosse emissione di particelle beta o elettroni.
L'analisi chimica delle sostanze radioattive prodotte veniva effettuata con l'aiuto del chimico Oscar D'Agostino che aveva lavorato nei laboratori della signora Curie a Parigi. Il metodo utilizzato consisteva nel far precipitare la sostanza che si presumeva si fosse prodotta usando un composto della stessa e duna reazione di precipitazione. Per esempio, dal ferro bombardato con neutroni,ipotizzarono che si fossero formati atomi radioattivi di elementi quali cromo,manganese, cobalto. Provarono, quindi, a disciogliere la sostanza incognita attivata in acido nitrico e aggiunsero piccole quantità di cromo, di manganese e di cobalto. Dopo aver isolato questi elementi con metodi chimici, ne misurarono la radioattività e si resero conto che l'unico elemento radioattivo era il manganese. Il ferro bombardato con neutroni si trasformava in manganese.
Alcuni esperimenti, che diedero risultati contraddittori, indirizzarono,però, i fisici sulla strada di un nuovo fenomeno, che si sarebbe rivelato di straordinaria importanza.
Alla fine dell’estate si era unito al gruppo Bruno Pontecorvo, amico di Rasetti, laureatosi l’estate stessa, a pieni voti in fisica teorica presso l'Università di Roma.
Nel corso di una serie di esperimenti sulla radioattività indotta dei metalli, Pontecorvo e Amaldi si accorsero di un fenomeno mai rilevato.
Per mantenere le condizioni uniformi e riproducibili, i metalli erano stati forgiati come piccoli cilindri, tutti della stessa grandezza, dentro i quali veniva inserita la sorgente di neutroni, ossia il tubicino di radon e berillio. Il tutto veniva richiuso in una scatola di piombo per proteggere l'ambiente dalle radiazioni.
In quell'occasione stavano lavorando con l'argento. Pontecorvo fu il primo ad accorgersi del comportamento insolito del preparato. L'attivazione del cilindretto d’argento sembrava aumentare se era posto in un angolo piuttosto che al centro della scatola di piombo. La radiazione aumentava anche se l’esperimento era condotto su un tavolo di legno piuttosto che su uno di marmo.
Fermi, informato degli strani risultati, ritornò dalla Toscana, dove si era recato in vacanza e decise di separare la sorgente di neutroni ed il bersaglio e di interporre tra essi uno schermo di paraffina. Era la mattina del22 ottobre del 1934. Interponendo lo schermo di paraffina, l'attività dell'argento aumentava di circa cento volte. Non avevano mai assistito ad un’attività di tale portata.
Fermi realizzò che ciò era dovuto ad un rallentamento dei neutroni,rallentamento che aveva facilitato la penetrazione dei neutroni nei nuclei. I neutroni rallentati avevano una maggiore probabilità di colpire i nuclei rispetto a neutroni non rallentati. Responsabile di tale rallentamento erano gli atomi di idrogeno della paraffina. Secondo Fermi, un neutrone non avrebbe dovuto essere rallentato né dallo scontro con elettroni, né dallo scontro con nuclei di atomi che contengano più di 200 nucleoni. Il neutrone sarebbe invece stato rallentato dallo scontro con un protone, a cui, avendo una massa circa identica,il neutrone avrebbe ceduto circa metà della sua energia. Ad ogni urto con un protone i neutroni avrebbero perso parte della loro energia e, quindi, della loro velocità. Gli urti subiti dai neutroni nell’attraversare uno schermo quale quello di paraffina erano molto elevati, la loro velocità si sarebbe dovuta ridurre in modo significativo.
Ideale per il rallentamento dei neutroni è quindi l’idrogeno. La paraffina si rivelò un buon rallentatore di neutroni in quanto ha formula CnH2n+2. I nuclei del carbonio non sono nuclei pesanti,essendo solo 12 volte più pesanti di quelli dell’idrogeno.
I nuclei degli atomi di piombo, invece, essendo molto grandi, erano pessimi rallentatori, ma pur sempre ostacoli capaci di far perdere ai neutroni parte della loro velocità, da cui l’aumentata attività dell’argento posto in un angolo della scatola di piombo.
Se questa spiegazione era esatta, qualunque altra sostanza contenente idrogeno in proporzioni elevate avrebbe dovuto produrre lo stesso effetto della paraffina.
Fermi pensò di ripetere l'esperimento utilizzando l'acqua. La molecola d’acqua contiene due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno, che è relativamente leggero. Dove potevano reperire una vasca d’acqua sufficientemente grande per un simile esperimento? Nel giardino personale di Corbino. Qui, posta accanto al muro della Chiesa di San Lorenzo in Via Panisperna, vi era una vasca ornamentale di pesci rossi. Nel pomeriggio del 22 ottobre tutto il gruppo si trasferì presso la vasca. Vi immersero il cilindro di argento e la sorgente di neutroni. In accordo con l’ipotesi, anche l'acqua moltiplicava la radioattività artificiale dell'argento di un fattore molto elevato.
La sera stessa si riunirono a casa di Amaldi per stendere una relazione in forma di lettera alla Direzione della "Ricerca Scientifica".
Corbino fece notare loro i risvolti industriali che avrebbe potuto avere la scoperta e cioè lo sfruttare i neutroni rallentati per produrre elementi radioattivi. Benché Fermi e il suo gruppo non fossero dell’idea, insistette affinché ne chiedessero il brevetto. Il brevetto italiano n.324458 venne rilasciato il 26 ottobre 1935.
Proseguendo ordinatamente lungo la tavola periodica, nel maggio del 1934,il gruppo giunse all'uranio, a quello che al tempo veniva considerato l'ultimo elemento del sistema periodico.
Attivandolo con i neutroni rallentati, osservarono una radiazione beta molto complessa, indice del fatto che erano stati prodotti più elementi radioattivi. Dopo accurate analisi chimiche, Fermi e D’Agostino conclusero che non si trattava di isotopi dell’uranio.
Non riuscendo ad identificarli con alcuno degli elementi delle caselle inferiori a quella dell’uranio ipotizzarono che fosse stato prodotto un nuovo elemento, l’elemento 93, che Fermi chiamò Ausonio, da Ausonia, per decadimento beta del quale si produceva un altro elemento, non radioattivo, l’elemento 94,che Fermi chiamò Esperio, da Esperia. Ausonio ed Esperio vennero poi rispettivamente chiamati Nettunio e Plutonio.
L’errore commesso da Fermi e il suo gruppo fu di indagare solo sugli elementi vicini alla casella 92. Se avessero indagato anche su elementi posti al centro della tavola periodica, si sarebbero resi conto che, oltre al nettunio(prodotto per trasmutazione dell’Uranio 238 che è l’isotopo dell’uranio di gran lunga più abbondante = 99,3% dell’uranio naturale) e al plutonio (prodotto per trasmutazione del nettunio che è accompagnata, come la precedente, da decadimento beta) si producevano anche altri elementi. Questi elementi prodott ipresentavano massa pari a circa la metà di quella dell’uranio ed erano prodotti dalla fissione dell’Uranio 235, un isotopo presente in piccola quantità nell’uranio naturale. Responsabili dell’elevata attività osservata erano proprio questi ultimi.
Scrissero subito un resoconto e lo inviarono alla rivista "Ricerca Scientifica" con lo scopo di rendere noti gli indizi della esistenza di un nuovo elemento, e non tanto per annunciarne la scoperta.
Il 4 giugno 1934, il senatore Corbino tenne un discorso durante la giornata dello Statuto dell'Accademia del Lincei, giornata a cui presiedevano i sovrani. Corbino, riassunti i risultati ottenuti dalla fisica moderna, focalizzò il suo discorso sugli esperimenti effettuati a Roma. Con termini entusiastici dichiarava che “la ricerca è così delicata da giustificare la prudenza del Fermi nel continuare le indagini prima di annunciare la scoperta come definitiva…”tuttavia “…per quello che può valere la mia opinione sull'andamento di queste indagini…credo di poter concludere che la produzione di questo nuovo elemento è già sicuramente accertata”.
Nei giorni che seguirono questo discorso, la stampa fascista strumentalizzò pesantemente le parole di Corbino per elevare a gloria il regime che, con l'atmosfera creata, aveva determinato il grande apporto dei fisici italiani alla ricerca mondiale. Anche la stampa americana, nella veste del "NewYork Times", pubblicò un articolo su due colonne dal titolo “Un italiano crea un nuovo elemento bombardando l’uranio”.
Fermi fu molto turbato da tutta questa pubblicità ed anche dal timore che questo annuncio prematuro lo screditasse davanti all'opinione pubblica per troppa leggerezza. Gli ambienti scientifici internazionali erano scettici di fronte a conclusioni che non fossero supportate da un lavoro particolareggiato.
Fermi, in accordo con Corbino, decise di scrivere una smentita in cui sottolineava che quest’ultimo aveva enfatizzato i risultati ottenuti e che lo scopo principale della ricerca svolta era lo era lo studio del fenomeno dei neutroni rallentati e non la produzione di un nuovo elemento.
La controversia sulla scoperta di un nuovo elemento si protrasse, con alterne vicende, fino al 1936, quando, in seguito all'avanzamento delle ricerche a livello internazionale, nel mese di dicembre Corbino pubblicò un articolo su“Nuova Antologia” in cui scriveva: “La scoperta fu messa in dubbio con vera leggerezza…Ma recentemente i due più grandi maestri della chimica radioattiva,Lisa Meitner e Otto Hahn di Berlino, hanno pienamente confermato la scoperta di Fermi…E così può sciogliersi la riserva fatta nel 1934 dallo scopritore.
Nel 1933 l’avvento al potere dei nazisti rappresentò una svolta nell astoria dell’Europa.
Mussolini, inizialmente, era tutt’altro che favorevole alle idee Hitler, tanto che nell’estate del 1934 concentrò truppe italiane al Brennero per intimidire e bloccare Hitler, ma dopo solo quattro anni fu soggiogato al Reich e con lui l’Italia. Nel maggio 1938 Hitler visitò Roma come ospite ufficiale del governo italiano.
Nell’autunno dello stesso anno in Italia vennero promulgate le leggi razziali che rappresentarono un brutto colpo per i Fermi, essendo la signora Laura di origine ebrea.
Il “Manifesto della razza” presentava gli ebrei come stranieri e nemici. Il governo cercò di rendere incisivo il documento facendolo firmare da alcuni scienziati consenzienti. E' da considerarsi onorevole il fatto che Mussolini trovò solamente due professori, in tutta l'Università italiana, disposti a sottoscrivere il documento.
L’imminente promulgazione di tale manifesto venne annunciata durante l’estate, mentre Laura era in vacanza sulle Dolomiti con i figli Nella e Giulio. Fermi la raggiunse per informarla. La decisione fu immediata. Dovevano lasciare l’Italia. Durante un giro automobilistico in Carnia con Persico e Rasetti, Fermi imbucò quattro lettere per quattro università americane. Per non destare sospetti le imbucò in quattro paesi diversi e scrisse che si sarebbero trattenuti in Stati Uniti per soli sei mesi. Le risposte furono immediate. Gli si proponevano cinque incarichi. Egli scelse l’università della Columbia a New York sia perché già la conosceva, essendoci stato con i suoi amici di Roma, sia perché al centro delle ricerche di questa università vi erano gli studi sui neutroni.
Durante l’estate stessa, Bohr comunicò a Fermi l'indiscrezione che nell’autunno avrebbe ricevuto il premio Nobel. Il 10 novembre Fermi ricevette l’annuncio telefonico che nel successivo dicembre (il 10) avrebbe dovuto recarsi a Stoccolma per ritirare il premio, conferitogli per la scoperta di nuove sostanze radioattive e dell’efficacia dei neutroni lenti nel produrre tali sostanze. Bohr non venne smentito nella sua previsione e la famiglia Fermi si organizzò per il viaggio a Stoccolma che sarebbe proseguito per portarli definitivamente negli Stati Uniti.
Fermi decise di sfruttare l’avvenimento per partire per gli Stati Uniti. Le autorità italiane ignoravano quanto stesse avvenendo presso l’ambasciata americana. Del resto solo Rasetti e Amaldi erano al corrente della decisione presa da Fermi. La famiglia Fermi partì per Stoccolma il mattino del 6 dicembre. Solo Rasetti e Amaldi erano presenti.
Era la fine di un’epoca memorabile. Nel gennaio del 1937 era morto il senatore Corbino. Al suo posto venne nominato il professore Lo Surdo. Segrè era già partito per Berkeley nell’estate dello stesso anno, Rasetti partì per il Canada nell’estate del 1939, l’unico che rimase a Roma fu Amaldi. Di Majorana, caduto in una profonda crisi depressiva a seguito di una spiacevole evento familiare, se ne persero le tracce in Sicilia. Aveva lasciato una lettera con la volontà di suicidarsi.
Ricevuto il premio Nobel, al conferimento del quale i giornali fascisti dedicarono un breve trafiletto, i Fermi lasciarono Stoccolma per Copenhagen, dove Fermi si intrattenne per qualche giorno con Niels Bohr. Proseguirono, quindi, per l’Inghilterra e a Southampton , il 24 dicembre 1938, si imbarcarono sulla “Franconia” per gli Stati Uniti. Giunsero a New York il 2 gennaio1939.
Al principio del loro soggiorno a New York, i Fermi stettero al King’s Crown Hotel, molto vicino all’Università Columbia che avevano frequentato come visitatori dell'istituzione universitaria. Si trasferirono poi in un appartamento vicino e, infine, acquistarono una casa a Leonia, non lontana dalla Columbia, in un sobborgo in cui vivevano altri professori, tra cui Harold Urey,lo scopritore del deuterio.
Il direttore del dipartimento di fisica era George B. Pegram. Ben informato sull’importanza degli sviluppi più recenti della fisica, Pegram aveva come grande ambizione quella di portare la Columbia ad una posizione di primato nella fisica.
Appena arrivato alla Columbia, Fermi riprese ad insegnare con la solita energia. Tuttavia benché il suo insegnamento avesse un grande successo, la ricerca veniva in prima linea. Il suo gruppo di ricerca era costituito, tra glia ltri, dai fisici Andersen, Zinn e Szilard, quest’ultimo un ebreo fuggito dall’Ungheria.
Intanto in Europa altri fisici, in particolare Hahn e Strassmann, Lisa Meitner e suo nipote Otto Frisch, riprendendo esperimenti condotti dai Joliot-Curiè, erano riusciti a dipanare l’imbrogliata matassa delle filiazioni radioattive dell’uranio. Il 6 gennaio Hahn e Stassmann pubblicarono i risultati dell’analisi chimica che provavano la trasmutazione dell’uranio in elementi di massa media. Per la prima volta venne usata la parola fissione.
Questa scoperta venne comunicata a Fermi da Niels Bohr che, il 16 gennaio1939, giunse negli Stati Uniti invitato da Einstein, anch’egli esiliato in America, a trascorrere qualche settimana a Princeton.
Fermi prevedette subito le importanti conseguenze: in una massa di uranio sufficientemente grande, una volta innescato, il processo di fissione si sarebbe automantenuto attraverso una reazione a catena.
Del resto, qualsiasi fisico dell’epoca che lavorasse in tal campo sapeva che procedendo lungo la tavola periodica il rapporto tra il numero di neutroni ed il numero di protoni aumenta, per cui questo rapporto nell’uranio doveva essere più elevato che in atomi di elementi stabili con numero atomico pari a circa la metà di quello dell’uranio.
Quando l’atomo di uranio si scindeva in frammenti, l’eccesso di neutroni sarebbe stato liberato o attraverso l’emissione dei neutroni come tali o attraverso il decadimento beta (i neutroni sono prima liberati come protoni).Responsabile del primo processo è l’isotopo U235, mentre del secondo è l’isotopo U238. Nell’uranio naturale sono presenti entrambi gli isotopi. Appare evidente che, ai fini di una reazione a catena, è necessario l’isotopo U235. I neutroni, emessi durante la fissione di tale isotopo, possono provocare altre scissioni in atomi di U235vicini,per cui se ci sono abbastanza neutroni ed abbastanza atomi di U235 pronti ad assorbirli si può innescare una reazione a catena.
Queste semplici idee sorsero subito ed indipendentemente nella mente divari fisici, ma come sarebbe stato possibile tradurre in realtà tali congetture?Come separare l’isotopo utile U235dall’isotopo U238? Quanti neutroni secondari era necessario fossero emessi in una data massa di uranio affinché la reazione a catena si automantenesse? Questo valore, detto coefficiente di moltiplicazione dei neutroni (K), oggi si sa valere 2,5, ma rimase, dopo essere stato individuato, per lungo tempo un segreto militare.
E soprattutto quali sarebbero state le conseguenze tecnologiche di queste scoperte?
La maggior parte degli americani con incarichi di responsabilità non si rendeva conto dell’importanza e della vastità dei problemi posti dalle possibili applicazioni della fisica nucleare.
Lo sviluppo degli studi sull’energia atomica in America, inizialmente,avvenne grazie a fisici europei immigrati da poco. Questo perché in quegli anni, 1939-1940, gli americani avevano deciso di concentrare i loro sforzi sulla messa a punto del radar, ritenuto di importanza bellica più immediata che la fisica nucleare. Il progetto atomico venne, quindi, lasciato a fisici che, in quanto stranieri, non potevano essere impiegati nei laboratori del progetto radar.
Lo studio di una reazione a catena fu iniziato indipendentemente da vari gruppi negli Stati Uniti e in Europa. Non ci fu, però, uno scambio di informazione tra questi, in parte per una loro volontaria reticenza, in parte perché preoccupati per le conseguenze pratiche delle scoperte. In particolare,la scoperta della fissione nucleare era stata fatta in Germania e, fin dal mese di gennaio, un ambiguo silenzio era sceso sulle ricerche degli scienziati tedeschi. Vi erano stati forse nuovi progressi e tanto importanti da richiedere il silenzio più assoluto? La Germania stava forse preparando una bomba?
Fermi e Pegram decisero di informare il governo sulle ricerche che stavano effettuando. Pegram scrisse, in data 16 marzo 1939, quindi due mesi dopo la pubblicazione dei risultati di Hahn e Strassmann, la seguente lettera all’ammiraglio Hooper, direttore dell’Ufficio delle Operazioni Navali presso il Ministero della Marina, : “Alcuni esperimenti eseguiti nel mio laboratorio hanno rivelato che si potrebbero creare condizioni nelle quali l’uranio sarebbe in grado di liberare la sua energia atomica. Si può prevedere il suo impiego come esplosivo. Potrebbe, infatti, liberare un’energia un milione di volte superiore a quella di qualsiasi altra bomba finora conosciuta”.
Il 18 marzo, Fermi tenne una conferenza al Ministero della Marina, inseguito alla quale questo ministero destinò l’esigua somma di 1500 dollari perle ricerche sulla reazione a catena.
Szilard, spazientito, decise di rivolgersi direttamente al Presidente Roosvelt. Insieme all’altro fisico ungherese Wigner, scrisse una lettera che fece firmare ad Einstein, il più grande fisico dell’epoca. La lettera fu quindi affidata a Alexander Sachs, un economista alla cui famiglia appartenevano banchieri e uomini politici importanti. Sachs avrebbe dovuto far pervenire lal ettera al Presidente Roosvelt.
Essendo nel frattempo scoppiata la seconda guerra mondiale, scatenata dall’invasione della Polonia da parte di Hitler, Sachs fu ricevuto dal Presidente solo l’11 ottobre. Al termine del colloquio, il Presidente istituì un Comitato per l’Uranio, del quale facevano parte, tra gli altri, scienziati quali Fermi, Szilard, Teller e Wigner.
Parte dell’opinione pubblica americana iniziava a temere che gli Stati Uniti sarebbero intervenuti nella guerra per tutelare i loro interessi. Il Governo, allarmato dalle invasioni hitleriane, sentiva il bisogno di rafforzarela propria posizione militare.
Vanevar Bush, in particolare, direttore della Carnegie Institution, persuase il Presidente Roosvelt ad istituire un National Defense Research Committee (NDRC) per mobilitare la scienza a scopi bellici. Bush fu nominato presidente dell’NDRC e il Comitato dell’Uranio fu posto sotto la sua giurisdizione. L’NDRC procurò agli scienziati i fondi richiesti.
Fermi s’interessava poco ai problemi di pianificazione e organizzazione, essendo completamente preso dallo sforzo di ottenere una reazione a catena. Benché fosse lontano dall’attivismo politico di Szilard, Teller e Wigner, era evidente a tutti che il protagonista dal punto di vista tecnico era lui. Volendo ottenere una reazione a catena, l’acqua non era adatta quale moderatore dei neutroni in quanto la maggior parte dei neutroni erano assorbiti dall’acqua stessa. Gli atomi di idrogeno, infatti, captano facilmente i neutroni trasformandosi in deuterio. Peraltro, anche le impurità dell’acqua e i materiali delle diverse apparecchiature assorbivano numerosi neutroni. L’equipe francese Jioliot- Halban, Koworski-Perrin decise di utilizzare come rallentatore l’acqua pesante, di cui l’unica fabbrica produttrice era in Norvegia. La Francia si impadronì dell’intero stock mondiale di D2O, ossia 26 bidoni da 5 litri l’uno.Negli Stati Uniti, Fermi e il suo gruppo decisero di usare la grafite. Il carbonio non assorbe assolutamente i neutroni e ha una massa di solo 12 u.m.a.
Dove reperire la grafite e l’uranio sufficientemente puri e in quantità adeguate? Quanto uranio e quanta grafite sarebbero serviti? Se la massa di uranio utilizzata era troppo piccola, quasi tutti i neutroni prodotti durante la fissione sarebbero sfuggiti dalla massa stessa, diventando inutilizzabili ai fini della reazione a catena. In primavera furono consegnate parecchie tonnellate di grafite e in novembre, finalmente, anche parecchie tonnellate di uranio dalla Westinghouse and Manifacturing Co. e dalla Metal Hybrides Co..Quale avrebbe dovuto essere la disposizione relativa di uranio e grafite? Fermi decise di alternare a strati di sola grafite, strati contenenti sia grafite che blocchetti di uranio. Il sistema venne chiamato pila dall’inglese "pile", che significa mucchio, catasta. In effetti la pila atomica altro non era che una catasta di grafite e uranio, ordinatamente disposti. Alla Columbia, i fisici iniziarono ad accatastare blocchi di grafite e blocchetti di uranio normale. La pila raggiunse il soffitto, ma era ancora troppo piccola, per cui molti neutroni sfuggivano nell’aria circostante prima di aver urtato atomi di uranio. In tali condizioni, la reazione a catena non riusciva ad essere innescata.
Era necessaria una stanza con il soffitto più alto. Toccò ad Herbert Anderson togliersi la tuta, indossare una giacca e andare in giro per New York e dintorni alla ricerca di una qualche stamberga sufficientemente grande da ospitare una pila atomica. Adocchiò vari locali e iniziò a discutere con i proprietari l’affitto. Decisioni dall’alto, però, resero inutile il suo lavoro.Vanevar Bush persuase il Presidente Roosvelt a creare un nuovo organo l’Office Scientific Research and Development (OSRD), destinato a godere di indipendenza rispetto alle precedenti organizzazioni. Questo per sveltire le ricerche sull’energia atomica.L’OSRD doveva mobilitare le risorse scientifiche del paese a scopi militari. Bush divenne direttore dell’OSRD, Conant lo sostituì nella presidenza dell’NDRC, il Comitato dell’Uranio divenne la sezione S-1 dell’OSRD. Il gruppo della Columbia dovette trasferirsi all’Università di Chicago, presso la quale al professor Arthur H. Compton spettava il ruolo di coordinatore dei lavori sulla fissione dell’uranio.Trasformare le esperienze di laboratorio in realizzazioni industriali era un’impresa colossale. Le circostanze belliche spinsero il Governo ad investire in spese che sarebbero sembrati folli in tempi di pace. Per di più tutto ciò andava fatto nella segretezza più assoluta.Gli scienziati si trovarono spesso in conflitto tra le loro aspirazioni tecnico-scientifiche e le decisioni imposte dai dirigenti. Inoltre non erano abituati né alla disciplina militare, né all’etica industriale. Fu senza dubbio molto importante la motivazione al lavoro data dalla volontà di fermare Hitler nel compimento della sua ideologia. Gran parte dei fisici, che lavorarono a questo progetto, erano europei emigrati in America per fuggire i regimi dittatoriali che si erano instaurati nei loro paesi.
Il 6 dicembre, alla vigilia dell’attacco di Pearl Harbor da parte dei giapponesi, la situazione era la seguente. Non era stata ancora realizzata una reazione a catena, non era stata separata una quantità apprezzabile di U235 ed erano stati preparati solo alcuni microgrammi di Plutonio con il ciclotrone.
Fermi accettò di recarsi a Chicago senza entusiasmo. A differenza del ruolo svolto alla Columbia, il suo lavoro consisteva nel dirigere piuttosto che nell’eseguire gli esperimenti. Disse a Segrè che si era ridotto a fare fisica per telefono. Inoltre, dopo l’attacco a Pearl Harbor e l’entrata in guerra dell’America, egli, come tutti gli altri cittadini dell’asse Roma-Berlino, fu dichiarato “straniero nemico” e, in quanto tale, soggetto a varie restrizioni. In particolare non poteva allontanarsi dal suo luogo di residenza oltre un certo limite senza uno speciale permesso. Questo, proprio nel momento in cui doveva spesso recarsi a Chicago. Il trasferimento a Chicago pose fine alle difficoltà di viaggio, ma al suo arrivo trovò un’altra sgradevole situazione. La sua corrispondenza fu posta sotto controllo, come egli poté intuire dalle lettere maldestramente richiuse. Si risentì vivacemente con le autorità competenti, le quali si scusarono e promisero che avrebbero provveduto immediatamente nel senso da lui desiderato.Il gruppo di Chicago venne denominato “Laboratorio Metallurgico”, per mantenere la segretezza. Del resto l’uranio era un metallo. I rapporti sociali dei metallurgici dovevano limitarsi alla loro cerchia ristretta. La moglie racconta che Fermi non le disse neanche il perché del loro trasferimento a Chicago. Quando gli chiedeva il perché di tutta questa segretezza, lui le rispondeva pregandola di non pensarci.Intanto, a Berkeley, Lawrence studiava la separazione elettromagnetica degli isotopi dell’uranio, mentre un gruppo guidato da Oppenheimer studiava il modo per costruire una bomba.A Chicago, la pila venne costruita sotto la tribuna dello stadio di Stagg Field, facente parte della zona universitaria. Secondo il progetto iniziale, la pila avrebbe dovuto avere la forma di un elissoide di rotazione, con un asse polare di 309 cm ed un asse equatoriale di 388cm. I fisici accumulavano e rimuovevano più volte il materiale per riuscire ad ottenere una pila dalla forma e dalle dimensioni necessarie all’innesco e automantenimento della reazione a catena. Fermi si rendeva conto della pericolosità del processo esplosivo che si sarebbe innescato qualora non fossero riusciti a controllare la reazione a catena. Questa doveva essere bloccata non appena fosse entrata nella fase esponenziale. A causa della pericolosità di quanto faceva, il gruppo di Fermi era detta la “squadra suicida”. Inoltre, la radioattività sprigionata dalla pila in funzione avrebbe inquinato l’aria circostante. Decise, quindi, di circondare la pila con gomma stagna. Venne chiesto alla fabbrica di palloni Good Year di costruire un pallone cubico. I tecnici protestarono dicendo che un simile pallone non avrebbe mai potuto alzarsi in volo. L’Università fu inflessibile. In poche settimane, il gruppo di Fermi, aiutato da studenti e operai che non capivano assolutamente a che cosa potesse servire quell’apparato vagamente cubico, montò la pila. Al centro della pila, vi erano spranghe in cadmio, che assorbe intensamente i neutroni e la cui funzione era di mantenere K (il fattore di riproduzione, legato al numero di neutroni prodotti dalla reazione in atto) ad un valore inferiore ad uno; se K diventa maggiore a uno si innesca la reazione a catena. Quindi, le spranghe di cadmio impedivano il funzionamento della pila. Se fossero state tolte dalla pila, K sarebbe aumentato e la reazione a catena si sarebbe innescata. Una di queste aste, manovrata da George Weil, faceva passare la pila dallo stato di autoestinzione a quello di autosviluppo. Una grossa sbarra di sicurezza era sospesa sopra questo pozzo. Hiberry, uno dei fisici, avrebbe tagliato la corda, che teneva sospesa la sbarra, qualora il sistema automatico, che doveva far rientrare le sbarre di cadmio se il flusso di neutroni fosse aumentato eccessivamente, non avesse funzionato. In tal caso, un’ulteriore precauzione era versare sulla pila una soluzione di cadmio. Una specie di balcone dominava un lato della sala. Su esso era stato montato un quadrante per le misurazioni.
Uno strumento avrebbe registrato graficamente l’andamento dell’esperimento tracciando una linea indicante l’intensità dell’attività della pila. Quando fosse iniziata la reazione a catena, tale linea avrebbe iniziato a salire esponenzialmente. Il 1 dicembre, il gruppo depose gli ultimi blocchi di grafite e uranio. La catasta aveva raggiunto una forma e una dimensione tali per cui, tolte le sbarre di cadmio, la reazione a catena nella pila si sarebbe sicuramente innescata. Essendo quel giorno Fermi assente, si decise di proseguire l’esperimento il giorno dopo. Alle ore 8,30 del 2 dicembre, l’esperimento riprese. Furono tirate fuori tutte le aste di cadmio eccetto quella che da sola impediva l’innesco della reazione a catena. Fermi diede ordine a Weil di tirare fuori un po' alla volta tale asta. Quando un tratto di asta era tirato fuori, i contatori acceleravano il loro ticchettio, la linea saliva sino al punto predetto da Fermi, dopo di che seguitava allo stesso livello. La mattinata trascorse così. Giunse l’ora di colazione e, Benché nessuno avesse fame, Fermi, uomo dalle abitudini radicate, disse una frase divenuta celebre: “Andiamo a fare colazione” (“Fermi, la vita, le ricerche, le testimonianze”, di Pierre de Latil, pag. 121).L’esperimento riprese alle ore 14,20. Alle ore 15,20, Fermi disse a Weil: “Tira fuori l’asta di un piede!” Dopo di che annunciò: “La reazione a catena è iniziata, la curva è esponenziale”. Leona Woods, l’unica donna del gruppo, si avvicinò a Fermi e gli disse: “Quando dobbiamo iniziare ad avere paura?”. Sotto il soffitto, la “squadra suicida” era vigile con la soluzione di cadmio pronta. Questo era il momento pericoloso. Come previsto da Fermi, non accadde nulla. Il gruppo stette 28 minuti a guardare gli strumenti che indicavano il progredire della reazione, poi Zinn riabbassò l’asta di cadmio bloccando la reazione. Arthur Compton fece subito una telefonata a Conant dell’Ufficio per la Ricerca e lo Sviluppo ad Harward. “Il navigatore è arrivato nel nuovo mondo” disse. “E come erano gli indigeni?” chiese Conant. “Molto cordiali” rispose Compoton. Eugene Wigner, colui che insieme a Szilard e tramite Einstein aveva informato Roosvelt degli esperimenti effettuati dal gruppo di Fermi, estrasse un fiasco di Chianti. Tutti bevvero senza fare alcun brindisi, dopo di che apposero una firma sulla paglia del fiasco. Il fisico Al Wattemberg raccolse il fiasco vuoto.
Quando l’Università di Chicago festeggiò il decimo anniversario della pila, tutti coloro che erano presenti il 2 dicembre 1942 furono invitati. Al Wattenberg scherzosamente rispose all'invito dicendo che sia lui che il fiasco accettavano l’invito. Il 2 dicembre, però, nacque suo figlio. Decise allora di spedire il fiasco, dopo averlo fatto assicurare per un milione di dollari. La notizia provocò grande clamore sulla stampa del tempo.Un paio di mesi dopo, un importatore di vini spedì a Fermi e alcuni altri fisici una cassetta di Chianti per ringraziarli della pubblicità gratuita fatta al suo prodotto.
All’esperimento aveva assistito anche Crawford H. Greenwalt della Compagnia du Pont alla quale le autorità militari avevano chiesto di costruire pile atomiche su scala industriale. I dirigenti della compagnia esitavano. Greenwalt, dopo aver assistito all’esperimento, annunciò che la Compagnia du Pont accoglieva la richiesta delle autorità militari purché si potesse contare sempre sulla consulenza di persone qualificate come Fermi e i suoi collaboratori. Fin dall’agosto del 1942, le autorità militari avevano assunto la direzione del Progetto Uranio, che era stato ridenominato Progetto Manhattan. Il Governo nominò comandante del Manhattan District del Corpo del Genio Militare (MED), il generale Leslie R. Groves che avevaesperienza di costruzioni civili e militari essendo stato sovraintendente alla costruzione del Pentagono. Il Manhattan District era un reparto del Genio Militare che si occupava degli studi in campo atomico. Al momento in cui Groves assunse la direzione del Progetto Manhattan, uno dei problemi più urgenti era la produzione di materiali fissili ai fini della costruzione di una bomba atomica.
Era chiaro che l’uranio normale, utilizzato nella realizzazione della pila, essendo costituito principalmente dall’isotopo U238, non poteva essere utilizzato come materiale fissile nella preparazione di una bomba atomica. In una bomba, il processo di fissione doveva diventare esplosivo. Si doveva separare l’isotopo abbondante, ma non fissile, U238 dall’isotopo raro, ma fissile, U235. Riuscire ad ottenere una quantità sufficiente di U235 sembrava un’impresa di difficoltà insormontabile a molti fisici dell’epoca, compreso Fermi. E’ stato un trionfo della scienza e della tecnologia americane riuscire a separare gli isotopi su vasta scala. Fermi non partecipò a tale impresa. Questa era una delle due vie che potevano essere seguite per realizzare una bomba atomica. L’altra prevedeva l’utilizzo del Plutonio, anch’esso fissile, come accertato da esperimenti condotti alla Columbia dal gruppo di Fermi. Il Plutonio, come dimostrato dagli esperimenti di Fermi a Roma, si forma dal decadimento beta del Nettunio, formatosi dal decadimento beta dell’U238 bombardato con neutroni. Se fossero riusciti a realizzare una reazione a catena con l’uranio normale, nel reattore si sarebbe accumulata anche una notevole quantità di Plutonio. Il plutonio, non essendo un isotopo dell’uranio, avrebbe potuto essere separato con mezzi chimici ordinari, che vennero messi a punto da Kennedy, Seaborg e Wahl. Una bomba atomica poteva quindi essere preparata utilizzando l’isotopo raro U235 o il Plutonio. Entrambe le vie furono seguite nella preparazione della bomba atomica. Le bombe lanciate sul Giappone erano costituite rispettivamente da U235 e da Plutonio. A tale scopo era necessario costruire laboratori e impianti industriali nuovi, la cui funzione doveva rimanere segreta. Il generale Groves acquistò vasti terreni presso la foresta delle Argonne, ad Oak Ridge (nello Stato del Tennesee), a Los Alamos ( nel Nuovo Messico), e a Hanford (nello Stato di Washington). Tali siti erano decentrati, anzichè in un unico territorio, per non destare sospetti.
A Hanford la Compagnia du Pont cominciò a costruire pile su vasta scala. A Oak Ridge, detto Sito X, si separavano gli isotopi dell’uranio.
Per la progettazione e costruzione delle bombe si era reso necessario un luogo più isolato. Nella ricerca Groves fu aiutato dal professor Robert Oppenheimer che suggerì al generale Groves un altopiano solitario, a 2100m di altitudine, situato lungo il Canyon Los Alamos, nel Nuovo Messico, stato tra i più desertici e meno popolosi degli Stati Uniti. Su questo altopiano era presente un collegio maschile, raggiungibile solo grazie ad una strada in pessime condizioni che si collegava a valle con la statale che portava a Santa Fé. La città di Santa Fé si trovava a circa settanta chilometri dal sito e la ferrovia più vicina a circa cento chilometri. Nel novembre 1942, prima ancora che Fermi e il suo gruppo confermassero il funzionamento della pila, le autorità militari decisero di comprare il collegio ed il terreno. La zona venne detta “località Y”. Iniziò la costruzione di laboratori e nuove abitazioni per gli scienziati e le loro famiglie che avrebbero abitato in quel luogo per tutto il periodo del lavoro. Si prevedeva la presenza di un centinaio di persone, di cui trenta scienziati, numero che raggiunse il valore di seimila alla fine della guerra e raddoppiò nel decennio seguente.
La cittadella acquistò il nome del canyon, Los Alamos.
Era un paese militarizzato e circondata da rete metallica e da un doppio muro di filo spinato. Presentava un'entrata occidentale ed una orientale, pattugliate costantemente da militari. Chi attraversava gli ingressi era soggetto ad attenti controlli e doveva esibire un lasciapassare.
L’abitato era separato dalla “Technical Area”, il centro degli studi, da rete metallica e filo spinato. Alla “Technical Area” potevano accedere solamente le persone autorizzate. Gli scienziati erano tenuti a mantenere il segreto militare e a non rivelare alcun particolare ai loro famigliari, per evitare fughe di notizie. Furono costretti a cambiare nome in quanto lo spionaggio avrebbe potuto insospettirsi sapendo che fisici di fama mondiale erano riuniti in un unico sito. Non potevano utilizzare i loro veri nomi neanche durante le conversazioni private. I coniugi Fermi divennero i coniugi Farmer e dei loro nomi conservarono solo le iniziali.
A tal fine venne anche istituita la censura della posta, istituzionalizzata dopo che Segrè, deciso a verificare se venissero controllate anche le comunicazioni personali alle famiglie, ne provò l’evidenza con un semplice stratagemma. Partito da Los Alamos, inviò una lettera alla moglie. Fermi venne assegnato a Los Alamos nell’estate del 1944, seguito poco dopo dalla famiglia. Nello stesso anno ricevettero la cittadinanza americana. Nel 1943, Groves decise di proteggere gli scienziati più preziosi agli scopi che il governo si era prefissato affidando loro delle guardie del corpo. Fermi, in particolare, essendo italiano e quindi nemico in patria, poteva essere oggetto di rappresaglie. La sua guardia del corpo era un giovane avvocato di origine italiane, John Baudino. Baudino doveva seguire Fermi in tutti i suoi viaggi. Lo seguì anche a Los Alamos, dove si trasferì anch’egli con la sua famiglia. Fra gli altri scienziati, a Los Alamos erano presenti Segrè, Bruno Rossi, Urey, Peierls, Fuchs (che nel 1950, confessò di aver passato informazioni segrete ai russi), Bethe, Teller, Pontecorvo (fuggito poi in Russia nel 1950 in quanto indagato per spionaggio), Bohr, ed altri ancora.
Le mogli degli scienziati, oltre che curarsi delle famiglie, venivano impiegate come maestre per i bambini, o come segretarie negli uffici della “Technical Area”. La vita non era facile. Secondo la signora Fermi: “Eravamo nervosi per effetto dell'altitudine; perché i nostri uomini lavoravano lunghe ore e sotto pressione incessante; perché eravamo troppo simili, troppo vicini e tutti cervelli balzani. Eravamo nervosi perché ci sentivamo impotenti di fronte a circostanze strane, irritati da piccole contrarietà di cui gettavamo la colpa sulle autorità militari, e che ci spingevano a un'irrazionale e inutile ribellione”.L'isolamento era compensato da una intensa vita di relazione, che si instaurò molto velocemente tra gli abitanti. Tra i vicini si era quindi instaurata un legame molto profondo, dovuto proprio dall'isolamento forzato dal resto del mondo. Organizzavano spesso escursioni sulle montagne circondanti l'altopiano d'estate e giornate di sci d'inverno.
Al Techinical Laboratory ogni gruppo aveva un lavoro ben definito e ignorava completamente l'attività dei colleghi. Soltanto Oppenheimer, cui venne affidata la direzione dei laboratori, e i suoi più stretti collaboratori erano a conoscenza di tutti gli aspetti del progetto.
Fermi dirigeva la "divisione F", semplicemente la “divisione Fermi”,la cui funzione era fornire un aiuto di natura teorica quando un altro gruppo avesse a che fare con un qualche intricato problema.I lavori procedettero intensamente fino al 16 luglio 1945 quando, nel deserto di Alamogordo, in codice Trinity, venne fatta esplodere la prima bomba atomica.
Fermi e gli altri scienziati erano circa a dieci miglia dal punto in cui fu posta la bomba. Nonostante fosse un’esplosione sperimentale, il bagliore generato dallo scoppio fu visto anche da Santa Fé. Un giornale del Nuovo Messico parlò di un bagliore eccezionale, che si ritenne fosse dovuto all'esplosione di un deposito di munizioni. Durante l'esplosione Fermi si era concentrato su un semplice esperimento per verificare la forza dell'esplosione. Subito dopo lo scoppio, lasciò cadere dalla mano pezzetti di carta e osservò come venivano investiti e trascinati via dall’onda d’urto. Quindi misurò lo spazio percorso dalla carta e, con questo dato, calcolò l'entità della forza. Il valore ottenuto, secondo lui, coincideva con quello rilevato poi tramite strumenti di precisione e calcoli accurati. Dopo qualche ora dall’esplosione, il cui fragore venne paragonato allo scoppio di migliaia di "block-busters" (le più grandi bombe aeree), Fermi, a bordo di un autoblindo interamente foderato di piombo, si recò sul luogo dell’esplosione per verificare l'esito dell'esperimento. L’esplosione aveva prodotto un cratere con un raggio di circa trecentocinquanta metri e ricoperto da una superficie vetrosa, formatasi a seguito della solidificazione della sabbia del deserto fusa dal calore generatosi durante l’esplosione. In seguito, l’energia nucleare venne liberata una seconda volta. In questo caso si andò al di là delle sole speculazioni fisiche e imponesse un vero dramma di coscienza. Roosvelt era morto in aprile, per cui non aveva potuto vedere la conclusione del Progetto Manhattan. Il suo successore, Truman, comunicò agli alleati il successo dell’esperimento di Alamagordo e istituì un Comitato per l’Energia Nucleare. Il Comitato, di cui facevano parte tra gli altri scienziati Arthur Compton, Ernest Lawrence, Robert Oppenheimer e Enrico Fermi, lo avrebbe dovuto consigliare sull’eventuale impiego della bomba atomica e su tutte le questioni relative all’energia nucleare. Le bombe atomiche vennero sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki il 6 e il 9 agosto del 1945. Al Technical Laboratory ne ebbero notizia via altoparlante dopo che Truman ne lesse il comunicato alla radio.
A Los Alamos, le notizie sulla distruzione delle città giapponesi colpirono duramente molti scienziati. Era proprio quello che avevano voluto?
“Dopo Hiroshima gli avvenimenti si susseguirono con grande rapidità. Una seconda bomba fu sgancia su Nagasaki. La Russia dichiarò guerra al Giappone e la guerra durò sei giorni. In agosto il Giappone si arrese. E allo scoppiare della bomba atomica a Hiroshima si produsse di riflesso un'esplosione di sentimenti e di parole a Los Alamos…Gli uomini, compiuta l'opera, volsero la mente alle sue conseguenze…” Gli scienziati si consideravano responsabili di quanto accaduto in Giappone e di tutte le possibili conseguenze negative dovute all'energia atomica.
Laura Fermi propone una personale interpretazione di quanto accadde e dei riflessi di quanto accadde sulla comunità scientifica.
Spiegò la presa di coscienza avvenuta dopo i fatti con queste parole: “Gli uomini di scienza si sono sempre appartati dal resto del mondo, in un isolamento protettivo, entro le mura della proverbiale torre d'avorio. Non si sono mai curati di eventuali applicazioni pratiche dei loro ritrovati, poiché nella torre d'avorio il contributo alla scienza è fine a se stesso…I nostri mariti a Los Alamos non differivano dalle precedenti generazioni di scienziati. Lavoravano in un certo isolamento, facilitato dalla separazione della nostra mesa dal resto del mondo. Sapevano che i loro sforzi erano diretti a fabbricare un'arma che con tutta probabilità avrebbe accorciato la durata della guerra. Consideravano loro dovere di concentrare tutte le forze, tutta l'attività per il raggiungimento di tale scopo…Non credo che si fossero prospettati gli effetti di una bomba di cui avevano calcolato con la massima precisione il potere distruttivo”. Altri scienziati, non lavorando sotto pressione come a Los Alamos, avevano potuto riflettere sui complessi problemi che sarebbero sorti con l'impiego della bomba atomica. Gli scienziati del Metallurgical Laboratory di Chicago avevano potuto discutere e analizzare le probabili conseguenze e complicazioni internazionali cui avrebbe portato l'energia atomica. Nel marzo del 1945 Szilard aveva inviato un memorandum al presidente Roosvelt in cui propugnava il controllo internazionale dell'energia atomica e dava suggerimenti sulle modalità da seguirsi per metterlo in atto.
Compton, direttore del Laboratorio Metallurgico, istituì un Comitato, formato da sette persone, per lo studio delle eventuali conseguenze sociali e politiche dell'energia atomica. Il Comitato sosteneva che se l'America avesse utilizzato un ordigno di tale potenza distruttiva, dopo non le sarebbe più stato possibile, per ragioni morali, il controllo internazionale dell'energia atomica. Una relazione con queste convinzioni, firmata da sessantaquattro scienziati, fu inviata al Presidente Truman e al ministro della Guerra Stimson nel giugno del 1945. Le opinioni degli scienziati non erano comunque unanimi, soprattutto riguardo la possibilità di un controllo internazionale.
Anche a Los Alamos le opinioni divergevano. Alcuni ritenevano che la sciagura generata dall'impiego delle bombe atomiche fosse compensata dall'immediato termine della guerra, altri ritenevano che gli scienziati avrebbero dovuto interrompere il lavoro non appena si fossero resi conto che la bomba era fattibile. Fermi non condivideva quest'ultima presa di posizione. Egli riteneva che non è possibile arrestare il progresso della scienza e che l'ignoranza non è mai migliore del sapere. Se la bomba atomica non fosse stata fabbricata da loro, sicuramente, in un prossimi futuro, sarebbero giunti altri allo stesso risultato.
Da varie parti del mondo si levavano voci di accusa, travagliando ancora di più le coscienze. Nell'ottobre del 1945, gli scienziati di Los Alamos fondarono un’associazione che nel gennaio seguente venne incorporata nella Federazione degli Scienziati Americani. Questa Federazione si proponeva di promuovere l'apertura a discussioni internazionali dirette ad istituire un ente mondiale per il controllo dell’energia nucleare. Fermi si rifiutò di diventare membro della Federazione in quanto riteneva che i precedenti storici non provavano certamente che la scoperta di armi più temibili avesse spinto i popoli ad evitare le guerre. Riteneva che le guerre non fossero determinate dal progressi tecnici delle armi, bensì dalla volontà degli uomini. Inoltre riteneva che l’umanità non fosse ancora matura per un Governo mondiale. Alla fine dell’autunno, Los Alamos iniziò a svuotarsi. Nei laboratori, il lavoro continuava, ma le università esigevano il ritorno del personale. I Fermi lasciarono quelle montagne la notte di San Silvestro per far ritorno a Chicago, dove Fermi riprese a dedicarsi alla ricerca all’insegnamento universitari. Qualche mese dopo, il 19 marzo del 1946, Fermi e altri quattro scienziati ricevettero la medaglia al merito del Congresso degli Stati Uniti per il ruolo assunto nell'attuazione della bomba atomica, presso l'Università di Chicago. Al termine della guerra, Compton, sostenuto dal direttore dell'università di Chicago, Robert Maynard Hutchins, decise di istituire un Istituto di ricerca pura in cui erano riuniti gli scienziati più capaci di quello che era stato il Laboratorio Metallurgico. L'istituto venne scisso in tre sezioni a seconda della disciplina sperimentale che veniva studiata, e vennero quindi fondati l'Istituto per gli studi nucleari, dove sarebbe andato a lavorare Fermi, l'Istituto dei metalli e l'Istituto di Radiobiologia.
Nell'estate del 1951, presso Università di Chicago, dopo quattro anni di lavori era entrato in funzione un ciclotrone.
Il primo acceleratore di particelle era stato costruito da Ernest Lawrence, a Berkeley nel 1931, su una collina lontana da centri abitati per via delle radiazioni che emette un ciclotrone durante il suo funzionamento.
A Chicago, il ciclotrone venne costruito vicino all'Istituto, nel pieno centro cittadino. Per ovviare ai problemi delle radiazioni, venne situato a grande profondità nel terreno e ricoperto da un muro di cemento spesso più di tre metri. Il colosso, il cui costo si aggirava sui due milioni e mezzo di dollari, venne finanziato dalla Marina degli Stati Uniti e dagli stessi cittadini di Chicago.
La moglie racconta che Fermi era profondamente interessato alla costruzione del ciclotrone come “un bambino che avesse ricevuto un giocattolo sognato da tempo e superiore ad ogni aspettativa”; collaborò all'opera costruendo un accessorio per il suo perfezionamento. Durante il funzionamento del ciclotrone, al suo interno si formava il vuoto e non era possibile posizionare a piacere il materiale da colpire con le particelle accelerate. Per porre rimedio a questo inconveniente, Fermi ideò una piattaforma di leucite montata su quattro ruote e che si muoveva sfruttando il campo magnetico dell’acceleratore. Questo "gadget" veniva scherzosamente chiamato il “tram di Fermi”. Il ciclotrone veniva utilizzato per studiare i nuclei atomici. Il fisici erano coscienti del fatto che le particelle elementari dei nuclei non si limitavano ai protoni e ai neutroni. Infatti nella radiazione cosmica si trovavano altre particelle, i mesoni, la cui teorizzazione è dovuta al giapponese Yukawa Hideki (Premio Nobel nel 1949).
Fermi utilizzò il ciclotrone per gli studi sui mesoni. E’ in gran parte merito suo se la fisica dei mesoni riuscì a spiegare le interazioni fra protoni e neutroni e, in particolare, la non apparente repulsione tra protoni. Secondo la teoria di Fermi, protoni e neutroni si scambiano continuamente mesoni con una frequenza pari a 10- 23 secondi. I mesoni sarebbero delle particelle di carica negativa che, annullando la carica positiva del protone, lo fanno passare allo stato di neutrone. Il neutrone, espellendo la carica negativa, torna allo stato di protone. Questi scambi legano tra loro protoni e neutroni e, quindi, indirettamente i protoni tra loro. Per lavorare in questo nuovo campo dovette imparare nuovi metodi sperimentali, cosa non scontata per un uomo di cinquant'anni.
Nell'estate del 1954, Fermi si recò in Europa per partecipare ad una conferenza sui prioni (mesoni?) a Varese e ad un seminario sui raggi cosmici a Houches, nella valle di Chamonix.
Ritornato a Chicago, debilitato, si sottopose ad accurati accertamenti clinici che rilevarono un tumore all'apparato digerente ormai non operabile. Questa malattia lo portò alla morte il 29 novembre del 1954, a soli 53 anni.
Alla prima conferenza di Ginevra, nell'estate seguente, Seaborg, che aveva scoperto la maggior parte degli elementi transuranici, annunciò di aver scoperto l'elemento 100 tra le ceneri dell'atollo Eniwetock, dopo l'esplosione della prima bomba H. Egli propose ed ottenne dall'assemblea mondiale di chiamare questo nuovo elemento “fermio” in onore del fisico scomparso prematuramente.