Enrico Fermi e la Fisica Nucleare

Nella storia della fisica del Novecento pochi scienziati incarnano meglio di Enrico Fermi l'unione fra genio teorico e abilità sperimentale, una combinazione talmente rara da fargli meritare, fra i colleghi, il soprannome di Papa. La sua vicenda, che si snoda fra Roma, gli Stati Uniti e le grandi questioni politiche del secolo, non è soltanto una biografia scientifica, ma anche uno specchio delle tensioni fra ricerca, potere e responsabilità morale. Questo testo ripercorre le tappe principali della sua carriera e si interroga su che cosa significhi, oggi, ricordare uno scienziato i cui risultati hanno aperto la strada tanto all'energia nucleare quanto alle armi atomiche. Fermi nacque a Roma nel 1901 e mostrò fin da ragazzo un talento straordinario per la matematica e la fisica, che coltivò leggendo da autodidatta testi avanzati e che lo condusse, a soli diciassette anni, alla Scuola Normale Superiore di Pisa. Dopo la laurea, ottenuta nel 1922 con una tesi sperimentale sui raggi X, trascorse alcuni periodi di perfezionamento in Germania e nei Paesi Bassi, dove entrò in contatto con i protagonisti della nascente meccanica quantistica. Nel 1926 formulò la statistica che oggi porta il suo nome, insieme a quello di Paul Dirac, e che descrive il comportamento degli elettroni e di altre particelle dette fermioni, un risultato fondamentale per comprendere la struttura della materia. Poco dopo, nel 1927, ottenne a Roma la prima cattedra italiana di fisica teorica, e intorno a lui si formò un gruppo di giovani ricercatori destinato a fare la storia. Il gruppo, passato alla storia come i ragazzi di via Panisperna, dal nome della strada romana in cui aveva sede l'istituto di fisica, comprendeva fra gli altri Edoardo Amaldi, Franco Rasetti, Emilio Segrè, Bruno Pontecorvo e Ettore Majorana. Nel 1934, bombardando vari elementi con neutroni, essi scoprirono che la radioattività indotta risultava molto più intensa quando i neutroni attraversavano materiali ricchi di idrogeno, come la paraffina. Si trattava di una scoperta decisiva, perché i neutroni lenti si rivelarono uno strumento potentissimo per produrre nuovi isotopi radioattivi, e proprio da questa strada si sarebbe arrivati alla fissione nucleare. Nello stesso anno Fermi pubblicò inoltre la teoria del decadimento beta, che introduceva per la prima volta l'interazione debole e che rimane un riferimento della fisica delle particelle. Per questi risultati, nel 1938 gli fu conferito il premio Nobel per la fisica, motivato dalla dimostrazione dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti con l'irradiazione di neutroni e dalla scoperta delle reazioni nucleari provocate da neutroni lenti. L'anno del Nobel fu però anche quello delle leggi razziali, introdotte in Italia dal regime fascista, che colpivano la moglie di Fermi, Laura Capon, di origine ebraica, e mettevano a rischio la sicurezza dell'intera famiglia. Approfittando del viaggio a Stoccolma per ritirare il premio, Fermi non tornò in Italia e si trasferì con moglie e figli negli Stati Uniti, dove insegnò alla Columbia University di New York. La sua partenza fu parte di una più vasta emorragia di scienziati che lasciarono l'Europa in quegli anni, e che contribuì a spostare oltreoceano il centro della ricerca fisica mondiale. Quando, fra la fine del 1938 e l'inizio del 1939, i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann ottennero risultati che Lise Meitner e Otto Frisch interpretarono come la fissione dell'uranio, Fermi comprese subito che il fenomeno poteva liberare enormi quantità di energia e innescare una reazione a catena. Con lo scoppio della guerra in Europa, il suo lavoro assunse un'importanza militare, e Fermi si trasferì a Chicago per dirigere un esperimento destinato a dimostrare che una reazione a catena autosostenuta era realizzabile. Il 2 dicembre 1942, in una sala sotto le tribune dello stadio universitario, la cosiddetta Chicago Pile One raggiunse per la prima volta la criticità, segnando la nascita dell'era nucleare. Negli anni successivi Fermi partecipò al Progetto Manhattan, il programma segreto americano che portò alla costruzione delle prime bombe atomiche, lavorando anche nel laboratorio di Los Alamos. Nel luglio del 1945, durante la prova di Alamogordo, egli stimò la potenza dell'esplosione osservando lo spostamento di alcuni pezzetti di carta lasciati cadere al passaggio dell'onda d'urto, un episodio che illustra il suo talento per i calcoli approssimati. Questo talento è rimasto proverbiale, tanto che i problemi in cui si stima una grandezza partendo da pochi dati e da ragionamenti plausibili sono ancora chiamati problemi di Fermi. Il ruolo di Fermi nella costruzione dell'arma nucleare ha sollevato, e solleva ancora, interrogativi morali, e storici e biografi hanno discusso a lungo come egli stesso vivesse il rapporto fra curiosità scientifica e conseguenze della ricerca. Un dato documentato è che nel 1949, insieme a Isidor Rabi, egli si pronunciò contro lo sviluppo della bomba all'idrogeno in una relazione a un comitato consultivo governativo, sostenendo ragioni di ordine etico oltre che strategico. Dopo la guerra Fermi tornò all'insegnamento e alla ricerca all'Università di Chicago, dove formò una nuova generazione di fisici, fra i quali alcuni futuri premi Nobel, e si occupò di raggi cosmici e di fisica delle particelle. Morì nel 1954, a soli cinquantatré anni, e il suo nome è stato attribuito a un elemento chimico, il fermio, a un grande laboratorio americano di fisica delle particelle, il Fermilab, e a numerosi premi e istituzioni, fra cui un centro di ricerca a Roma. L'Italia gli deve riconoscenza non soltanto per le sue scoperte, ma anche per aver formato una scuola che ha inciso sulla successiva fisica italiana, a cominciare da allievi come Amaldi, che avrebbe poi contribuito alla nascita del CERN e dell'Agenzia spaziale europea. Resta da chiedersi perché la vicenda di Fermi continui ad affascinare. Forse perché mostra, in modo quasi emblematico, quanto la scienza possa essere insieme fonte di progresso e di rischio, e quanto le biografie dei ricercatori siano intrecciate alla storia politica del loro tempo. Se non fosse stato costretto a lasciare l'Italia, la fisica italiana avrebbe forse mantenuto più a lungo il primato che aveva conquistato negli anni Trenta, ma è impossibile dire come sarebbe andata la storia. Ciò che si può affermare con certezza è che il suo esempio, fatto di rigore, semplicità e passione per la comprensione profonda dei fenomeni, rimane un modello per chiunque voglia fare ricerca, e che la domanda sulla responsabilità dello scienziato, che la sua vita pone con tanta forza, non ha ancora trovato una risposta definitiva.

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