Noto principalmente per gli studi teorici e sperimentali nell'ambito della meccanica quantistica e della fisica nucleare, tra i suoi maggiori contributi si possono citare la teoria del decadimento beta, la statistica di Fermi-Dirac e i risultati riguardanti le forze nucleari debole e forte.
Dopo l'attività di ricerca alla guida del gruppo dei cosiddetti "ragazzi di via Panisperna" a Roma, si trasferì negli Stati Uniti, dove progettò e guidò la costruzione del primo reattore nucleare a fissione, che produsse la prima reazione nucleare a catena controllata, e fu uno dei direttori tecnici del Progetto Manhattan, che portò alla realizzazione della bomba atomica. Fu, inoltre, tra i primi a interessarsi alle potenzialità della simulazione numerica in ambito scientifico, nonché l'iniziatore di una feconda scuola di fisici, tanto in Italia quanto negli Stati Uniti.
Ricevette nel 1938 il premio Nobel per la fisica per «l'identificazione di nuovi elementi della radioattività e la scoperta delle reazioni nucleari mediante neutroni lenti». In suo onore, venne dato il nome a un elemento della tavola periodica, il fermio (simbolo Fm), a un sottomultiplo del metro comunemente usato in fisica atomica e nucleare, il fermiIl fermi è pari a un femtometro, cioè 10−15 , e ha lo stesso simbolo , nonché a una delle due classi di particelle della statistica quantistica, i fermioni.
Biografia Infanzia e adolescenza
Enrico Fermi nacque a Roma il 29 settembre 1901 da Alberto Fermi, piacentinoAlberto Fermi era nato per la precisione a Bettola (al tempo Borgonure), un centro dell'Appennino piacentino; la sua famiglia era originaria, per parte paterna, della zona di pianura di Caorso, che dopo molti anni sarebbe diventato nota sede di uno dei pochi impianti nucleari italiani., ispettore capo presso il Ministero delle poste e dei telegrafi, e da Ida De Gattis, barese, insegnante di scuola elementare nella capitale. Era l'ultimo di tre figli: la sorella primogenita Maria (nata il 12 aprile 1899 e morta il 26 giugno 1959 nel disastro aereo di Olgiate Olona) e il fratello Giulio, maggiore di un anno. Mostrò fin da piccolissimo di possedere una memoria eccezionale e una grande intelligenza, che gli permisero di primeggiare negli studi.
Fin dall'infanzia fu inseparabile dal fratello, che nel 1915 morì nel corso di un'operazione chirurgica per rimuovere un ascesso della gola. Enrico, per lenire il profondo dolore, si gettò nello studio e completò il ginnasio con un anno di anticipo presso il liceo Umberto I di Roma (oggi liceo classico "Pilo Albertelli").
Una delle prime fonti per soddisfare la sua fame di conoscenza fu un trattato del 1840 trovato al mercato romano di Campo de' Fiori, intitolato Elementorum physicae mathematicae, scritto da padre Andrea Caraffa, gesuita e professore presso il Collegio Romano." Le novecento pagine in latino, comprendenti argomenti di matematica, meccanica classica, astronomia, ottica e acustica, furono studiate approfonditamente dal giovane Fermi, come dimostra il ritrovamento di molti foglietti e annotazioni all'interno dei due tomi.
Importante fu anche la conoscenza di un amico del fratello, Enrico Persico, di un anno più anziano e suo compagno di liceo, insieme al quale sviluppò con continue discussioni e, dopo l'iscrizione all'università, con scambi epistolari, le sue conoscenze in fisica e matematica, già stimolate in entrambi da un loro comune insegnante di fisica del liceo, il professor Filippo Eredia.. I due amici vinsero, nel 1926, due delle prime tre cattedre di fisica teorica (insieme ad Aldo Pontremoli) istituite in Italia.
Durante gli anni del liceo, conobbe inoltre un collega del padre e amico di famiglia, l'ingegner Adolfo Amidei, il quale, impressionato dalla sua straordinaria intelligenza, ne guidò la formazione, prestandogli diversi trattati di livello universitario che il giovane Fermi lesse con grande passione. In particolare, nel 1914, a tredici anni, ricevette in prestito da Amidei il testo Die Geometrie der Lage di Theodor Reye e il Traité de trigonométrie di Joseph-Alfred Serret; nel '15 gli prestò il Corso di Analisi Algebrica con introduzione al Calcolo Infinitesimale di Ernesto Cesaro e le Lezioni di geometria analitica di Luigi Bianchi; nel '16 le Lezioni di analisi infinitesimale di Ulisse Dini e nel '17 il Traité de mécanique di Siméon-Denis Poisson. Nel 1918 Amidei gli suggerì di iscriversi, anziché alla Sapienza di Roma, all'Università di Pisa e partecipare al concorso per entrare alla prestigiosa Scuola Normale Superiore della stessa città.
Scuola Normale Superiore di Pisa
Per accedere alla prestigiosa università, Fermi dovette superare un concorso con il seguente tema: Caratteri distintivi dei suoni e loro cause. L'argomento fu svolto con straordinaria sicurezza e assoluto possesso dei mezzi matematici. Basandosi su quanto appreso nei trattati di meccanica di Poisson e Chvol'son, utilizzando concetti come equazioni differenziali e sviluppo in serie di Fourier, descrisse esaustivamente il carattere del suono analizzando le vibrazioni di una sbarra con un estremo fisso. Il livello del suo svolgimento fu talmente elevato da riuscire sbalorditivo per la commissione esaminatrice. In seguito a un colloquio orale richiesto dal docente di geometria dell'Università di Roma Giulio Pittarelli, membro della commissione, venne confermata l'eccellenza della preparazione del diciassettenne Fermi, che ottenne il primo posto in graduatoria. Durante il colloquio Pittarelli si sbilanciò, preannunciando al giovane studente romano che sarebbe diventato un importante scienziato.
Fra il 1919 e il 1923 studiò la relatività generale, la meccanica quantistica e la fisica atomica. La sua preparazione in meccanica quantistica raggiunse livelli talmente elevati che Luigi Puccianti, direttore dell'Istituto di Fisica presso la Scuola Normale, gli chiese di organizzare alcuni seminari sul tema, e lo considerava "il suo esperto personale di relatività". Sempre in questo periodo apprese il calcolo tensoriale, strumento matematico inventato da Gregorio Ricci Curbastro e Tullio Levi-Civita, indispensabile al fine di dimostrare i principi della relatività generale.
Nel 1921, al terzo anno di università, pubblicò i suoi primi due lavori sulla rivista scientifica Nuovo Cimento: Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in modo transitorio e Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche. Il primo di questi lavori portò a una conclusione che poneva in contraddizione il calcolo della massa effettuato nell'ambito della teoria di Lorentz con il principio di equivalenza dell'energia di Einstein. Tale apparente contraddizione venne chiarita l'anno seguente dallo stesso Fermi nell'articolo Correzione di una grave discrepanza fra la teoria elettrodinamica e quella relativistica delle masse elettromagnetiche. Inerzia e peso dell'elettricità, dove la massa elettromagnetica è il contributo del campo elettromagnetico alla massa, che apparve prima sulla rivista I rendiconti e in seguito sulla prestigiosa rivista tedesca Physikalische Zeitschrift.
Nel 1922 pubblicò il suo primo importante lavoro sulla rivista Rendiconti dell'Accademia dei Lincei, dal titolo Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria, dove introduceva per la prima volta quelle che furono in seguito denominate le coordinate di Fermi, e dimostrò che, in prossimità di una linea oraria, lo spazio si comporta come se fosse euclideo.Sui lavori giovanili di Fermi compiuti durante i suoi studi a Pisa, cfr. E. Fermi, Se il risultato è contrario all'ipotesi. I manoscritti giovanili di Enrico Fermi, un tesoro dell'Università di Pisa, a cura di Paolo Rossi, Pisa University Press, Pisa, 2017.
Sempre nel 1922 cominciò la sua tesi di laurea sperimentale sulle immagini di diffrazione dei raggi X prodotte da cristalli curvi. È da notare che i tubi per i raggi X furono fabbricati da Fermi insieme ad altri due studenti: Nello Carrara e Franco Rasetti, nell'ambito dei loro esperimenti «liberi» all'interno del laboratorio di fisica presso l'Istituto di fisica della Normale. I tre ragazzi avevano libero accesso al laboratorio e alla biblioteca su permesso del capo dell'istituto stesso. Secondo Franco Rasetti, Fermi dimostrò di essere un fisico completo, svolgendo una tesi sperimentale pur essendo già noto come fisico teorico. Ad ogni modo, sembra che allora Fermi preferisse gli aspetti teorici rispetto a quelli sperimentali: in una lettera all'amico Persico, datata marzo 1922, fa capire che non vedeva l'ora di terminare la tesi per potersi dedicare alla meccanica quantistica. Il 4 luglio dello stesso anno si laureò presso l'ateneo pisano con Luigi Puccianti e il successivo 7 luglio si diplomò pure alla Normale; in entrambi i casi, ottenne la magna cum laude, anche se, in quest'ultima occasione, gli esaminatori si rifiutarono di stringergli la mano e di pubblicare la sua tesi, come avveniva di solito.David Schwartz ipotizza che la causa dello sgarbo sia da attribuirsi a una sorta di vendetta nei confronti di "quello studente di matematica rinnegato, che alla loro disciplina esoterica aveva preferito la fisica, più concreta e meno astrusa.
Nel 1923, in seguito alla scrittura dell'appendice del libro Fondamenti della relatività einsteiniana di August Kopff, Fermi, specializzatosi ulteriormente nello studio della relatività generale grazie a Giuseppe Armellini e Tullio Levi-Civita, pose per la prima volta l'accento sull'enorme quantità di energia insita nella famosa equazione E=mc², osservazione che può essere vista come il primo vero passo nella direzione della generazione di energia atomica.
Nel 1924 fu iniziato nella Loggia massonica "Adriano Lemmi" del Grande Oriente d'Italia a Roma.Cfr. pure Vittorio Gnocchini, L'Italia dei Liberi Muratori. Piccole biografie di massoni famosi, Erasmo Editore/Mimesis Edizioni, Roma, 2005.
Periodo a Gottinga Subito dopo la laurea, il giovane Fermi si presentò a Orso Mario Corbino, professore di fisica sperimentale, e, nel 1923, grazie a una borsa di studio, si recò per sei mesi a Gottinga presso la scuola di Max Born. Il periodo a Gottinga non si rivelò molto fruttuoso e le ragioni sembrano essere di vario tipo: c'è chi sostiene che non si trovò a suo agio con lo stile eccessivamente teorico e formale della principale scuola di fisica quantistica dell'epoca, chi, come Emilio Segrè, sostiene che Fermi era da un lato timido e da un lato troppo orgoglioso, e chi, anche, che i suoi colleghi (Born, Heisenberg, Pauli, Jordan e Marie Curie) non lo avevano apprezzato, giungendo persino a ignorarlo del tutto e a ostracizzarlo, come lo stesso Fermi confessò a Leona Woods Marshall Libby, sua collega del Progetto Manhattan.
Durante questi sei mesi, piuttosto che occuparsi di risolvere le contraddizioni della cosiddetta old quantum physics, introdotta da Bohr e Sommerfeld e su cui si stavano cimentando i suoi colleghi a Gottinga, preferì studiare i limiti di applicazione ai sistemi atomici del cosiddetto principio delle adiabatiche, enunciato da Paul Ehrenfest, che formulava una delle idee guida per ricavare le condizioni di quantizzazione della old quantum physics.
Nonostante il non perfetto ambientamento, la produzione scientifica di Fermi a Gottinga fu intensa. A un mese dall'arrivo, pubblicò un articolo dal titolo Il principio delle adiabatiche ed i sistemi che non ammettono coordinate angolari, articolo in cui si proponeva di determinare i limiti di validità del principio di Ehrenfest, mostrando che per particolari trasformazioni adiabatiche veniva a perdere la sua base.
Due mesi dopo pubblicò un secondo articolo sulla rivista Physikalische Zeitschrift, dal titolo Dimostrazione che in generale un sistema meccanico normale è quasi ergodico, articolo che attrasse l'attenzione di Ehrenfest.