Avant de venir ici, j'étais confus sur ce sujet. Après avoir écouté votre conférence, je suis toujours confus. Mais à un niveau supérieur.
Enrico Fermi était un physicien italien devenu plus tard citoyen américain et le créateur du premier réacteur nucléaire du monde, le Chicago Pile-1. On l'a appelé l'« architecte de l'ère nucléaire » et l'« architecte de la bombe atomique ». Il a été l'un des très rares physiciens à exceller à la fois en physique théorique et en physique expérimentale. Fermi a reçu le prix Nobel de physique en 1938 pour ses travaux sur la radioactivité induite par bombardement de neutrons et pour la découverte d'éléments transuraniens. Avec ses collègues, Fermi a déposé plusieurs brevets relatifs à l'utilisation de l'énergie nucléaire, tous ont été repris par le gouvernement américain. Il a apporté des contributions importantes au développement de la mécanique statistique, de la théorie quantique, et de la physique nucléaire et des particules.
La première contribution majeure de Fermi concernait le domaine de la mécanique statistique. Après que Wolfgang Pauli eut formulé son principe d'exclusion en 1925, Fermi a suivi avec un article dans lequel il a appliqué le principe à un gaz parfait, en utilisant une formulation statistique connue aujourd'hui sous le nom de statistique de Fermi–Dirac. Aujourd'hui, les particules qui obéissent au principe d'exclusion sont appelées « fermions ». Pauli a ensuite postulé l'existence d'une particule invisible non chargée émise avec un électron lors d'une désintégration bêta, pour satisfaire la loi de conservation de l'énergie. Fermi a repris cette idée, en développant un modèle qui incorporait la particule postulée, qu'il a nommée le « neutrino ». Sa théorie, appelée plus tard interaction de Fermi et maintenant appelée interaction faible, décrivait l'une des quatre interactions fondamentales dans la nature. Par le biais d'expériences induisant la radioactivité avec le neutron récemment découvert, Fermi a découvert que les neutrons lents étaient plus facilement capturés par les noyaux atomiques que les neutrons rapides, et il a développé l'équation d'âge de Fermi pour décrire cela. Après avoir bombardé le thorium et l'uranium avec des neutrons lents, il a conclu qu'il avait créé de nouveaux éléments. Bien qu'il ait reçu le prix Nobel pour cette découverte, les nouveaux éléments se sont avérés être ultérieurement des produits de fission nucléaire.
Fermi a quitté l'Italie en 1938 pour échapper aux nouvelles lois raciales italiennes qui affectaient sa femme juive, Laura Capon. Il a émigré aux États-Unis, où il a travaillé sur le projet Manhattan pendant la Seconde Guerre mondiale. Fermi a dirigé l'équipe qui a conçu et construit le Chicago Pile-1, qui est devenu critique le 2 décembre 1942, démontrant la première réaction en chaîne nucléaire auto-entretenue créée par l'homme. Il était présent lorsque le réacteur graphite X-10 à Oak Ridge, Tennessee, est devenu critique en 1943, et lorsque le réacteur B sur le site de Hanford l'a fait l'année suivante. À Los Alamos, il a dirigé la division F, dont une partie travaillait sur la bombe thermonucléaire « Super » d'Edward Teller. Il a assisté au test Trinity le 16 juillet 1945, où il a utilisé sa méthode de Fermi pour estimer le rendement de la bombe.
Après la guerre, Fermi a servi sous J. Robert Oppenheimer au Comité consultatif général, qui conseillait la Commission de l'énergie atomique sur les questions nucléaires. Après la détonation de la première bombe à fission soviétique en août 1949, il s'est fortement opposé au développement d'une bombe à hydrogène à la fois sur des motifs moraux et techniques. Il a figuré parmi les scientifiques qui ont témoigné en faveur d'Oppenheimer lors de l'audience de 1954 qui a entraîné le refus de l'accréditation de sécurité d'Oppenheimer. Fermi a fait un travail important en physique des particules, en particulier lié aux pions et aux muons, et il a spéculé que les rayons cosmiques ont surgi lorsque la matière a été accélérée par des champs magnétiques dans l'espace interstellaire. De nombreux prix, concepts et institutions portent le nom de Fermi, notamment le prix Enrico Fermi, l'Institut Enrico Fermi, le laboratoire accélérateur national Fermi Fermilab, le télescope spatial des rayons gamma Fermi, la centrale nucléaire Enrico Fermi, et l'élément synthétique fermium, ce qui en fait l'un des 16 scientifiques dont des éléments portent le nom.
Fermi était un grand et aimé professeur qui a encadré ou influencé directement pas moins de 8 jeunes chercheurs qui ont remporté des prix Nobel.
Jeunesse
Enrico Fermi est né à Rome, en Italie, le 29 septembre 1901. Il était le troisième enfant d'Alberto Fermi, chef de division au ministère des chemins de fer, et d'Ida de Gattis, institutrice. Sa sœur, Maria, avait deux ans de plus, son frère Giulio d'un an. Après que les deux garçons aient été envoyés dans une communauté rurale pour être allaités par une nourrice, Enrico a rejoint sa famille à Rome quand il avait deux ans et demi. Bien qu'il ait été baptisé catholique romain conformément aux souhaits de ses grands-parents, sa famille n'était pas particulièrement religieuse ; Enrico a été agnostique tout au long de sa vie d'adulte. Petit garçon, il partageait les mêmes intérêts que son frère Giulio, construisant des moteurs électriques et jouant avec des jouets électriques et mécaniques. Giulio est décédé lors d'une intervention chirurgicale pour un abcès à la gorge en 1915 et Maria est décédée dans un accident d'avion près de Milan en 1959.
À un marché local, Fermi a trouvé un livre de physique, l'Elementorum physicae mathematicae de 900 pages. Écrit en latin par le Père jésuite Andrea Caraffa, professeur au Collegio Romano, il présentait les mathématiques, la mécanique classique, l'astronomie, l'optique et l'acoustique telles qu'elles étaient comprises au moment de sa publication en 1840. Avec son ami scientifiquement incliné, Enrico Persico, Fermi a poursuivi des projets tels que la construction de gyroscopes et la mesure de l'accélération de la gravité terrestre. Un collègue du père de Fermi lui a donné des livres sur la physique et les mathématiques qu'il a assimilés rapidement.
Scuola Normale Superiore à Pisa
Fermi a obtenu son diplôme d'études secondaires en juillet 1918, et à l'instigation d'Amidei, il a demandé son admission à la Scuola Normale Superiore à Pisa. Ayant perdu un fils, ses parents lui ont permis avec réticence de vivre dans le logement de l'école pendant quatre ans. Fermi a obtenu la première place à l'examen d'entrée difficile, qui comprenait une dissertation sur le thème des « Caractéristiques spécifiques des sons » ; le Fermi de 17 ans a choisi d'utiliser l'analyse de Fourier pour dériver et résoudre l'équation aux dérivées partielles pour une tige vibrante, et après avoir interrogé Fermi, l'examinateur a déclaré qu'il deviendrait un physicien exceptionnel.
À la Scuola Normale Superiore, Fermi a joué des tours avec son camarade Franco Rasetti ; les deux sont devenus de proches amis et collaborateurs. Fermi a été conseillé par Luigi Puccianti, directeur du laboratoire de physique, qui a dit qu'il avait peu à enseigner à Fermi et qui lui demandait souvent d'enseigner quelque chose à la place. La connaissance de la physique quantique de Fermi était telle que Puccianti lui a demandé d'organiser des séminaires sur le sujet. Pendant cette période, Fermi a appris le calcul tensoriel, une technique clé pour la relativité générale. Fermi a d'abord choisi les mathématiques comme spécialisation, mais a rapidement changé pour la physique. Il est resté largement autodidacte, étudiant la relativité générale, la mécanique quantique et la physique atomique.
En septembre 1920, Fermi a été admis au département de physique. Comme il n'y avait que trois étudiants dans le département—Fermi, Rasetti et Nello Carrara—Puccianti les a autorisés à utiliser librement le laboratoire à leurs fins. Fermi a décidé qu'ils devraient faire des recherches sur la cristallographie aux rayons X, et les trois ont travaillé pour produire une photographie de Laue—une photographie aux rayons X d'un cristal. Au cours de 1921, sa troisième année à l'université, Fermi a publié ses premiers travaux scientifiques dans la revue italienne Nuovo Cimento. Le premier s'intitulait « Sur la dynamique d'un système rigide de charges électriques en mouvement translationnel » Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio. Un signe des choses à venir était que la masse était exprimée sous forme de tenseur—une construction mathématique couramment utilisée pour décrire quelque chose qui se déplace et change dans l'espace tridimensionnel. En mécanique classique, la masse est une grandeur scalaire, mais en relativité elle change avec la vitesse. Le deuxième article était « Sur l'électrostatique d'un champ gravitationnel uniforme de charges électromagnétiques et sur le poids des charges électromagnétiques » Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche. En utilisant la relativité générale, Fermi a montré qu'une charge a un poids égal à U/c2, où U était l'énergie électrostatique du système, et c est la vitesse de la lumière.
Le premier article semblait indiquer une contradiction entre la théorie électrodynamique et la théorie relativiste concernant le calcul des masses électromagnétiques, car la première prédisait une valeur de 4/3 U/c2. Fermi a abordé cela l'année suivante dans un article « Concernant une contradiction entre l'électrodynamique et la théorie relativiste de la masse électromagnétique » dans lequel il a montré que la contradiction apparente était une conséquence de la relativité. Cet article a été suffisamment bien considéré pour être traduit en allemand et publié dans la revue scientifique allemande Physikalische Zeitschrift en 1922. Cette année-là, Fermi a soumis son article « Sur les phénomènes se produisant près d'une ligne du monde » Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria à la revue italienne I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. Dans cet article, il a examiné le principe d'équivalence et a introduit les « coordonnées de Fermi » supposées. Il a prouvé que sur une ligne du monde proche de la ligne de temps, l'espace se comporte comme s'il s'agissait d'un espace euclidien.
Fermi a soumis sa thèse, « Un théorème sur la probabilité et certaines de ses applications » Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni, à la Scuola Normale Superiore en juillet 1922, et a reçu sa laurea à l'âge inhabituellement jeune de 20 ans. La thèse portait sur les images de diffraction des rayons X. La physique théorique n'était pas encore considérée comme une discipline en Italie, et la seule thèse qui aurait été acceptée était une sur la physique expérimentale. Pour cette raison, les physiciens italiens ont été lents à adopter les nouvelles idées comme la relativité en provenance d'Allemagne. Comme Fermi était très à l'aise au laboratoire en travaillant sur des expériences, cela ne lui a pas posé de problèmes insurmontables.
Tout en écrivant l'appendice pour l'édition italienne du livre Fondements de la relativité d'Einstein par August Kopff en 1923, Fermi a été le premier à souligner que caché à l'intérieur de la célèbre équation d'Einstein E = mc2 se trouvait une énorme quantité d'énergie potentielle nucléaire à exploiter. « Il ne semble pas possible, du moins dans un avenir proche », a-t-il écrit, « de trouver un moyen de libérer ces quantités terribles d'énergie—ce qui est tout aussi bien parce que le premier effet d'une explosion d'une telle quantité terrifiante d'énergie serait de réduire en miettes le physicien qui avait le malheur de trouver un moyen de le faire. »
En 1924, Fermi a été initié à la Loge maçonnique « Adriano Lemmi » du Grand Orient de l'Italie.
Fermi a passé un semestre à étudier sous Max Born à l'Université de Göttingen, où il a rencontré Werner Heisenberg et Pascual Jordan. Fermi a ensuite étudié à Leiden avec Paul Ehrenfest de septembre à décembre 1924 avec une bourse de la Fondation Rockefeller obtenue par l'intercession du mathématicien Vito Volterra. Ici, Fermi a rencontré Hendrik Lorentz et Albert Einstein, et est devenu ami avec Samuel Goudsmit et Jan Tinbergen. De janvier 1925 à fin 1926, Fermi a enseigné la physique mathématique et la mécanique théorique à l'Université de Florence, où il s'est associé à Rasetti pour mener une série d'expériences sur les effets des champs magnétiques sur la vapeur de mercure. Il a également participé à des séminaires à l'Université Sapienza de Rome, donnant des conférences sur la mécanique quantique et la physique des solides. Tout en donnant des cours sur la nouvelle mécanique quantique basée sur l'exactitude remarquable des prédictions de l'équation de Schrödinger, Fermi disait souvent : « Il n'y a aucune raison pour que cela corresponde aussi bien ! »
Après que Wolfgang Pauli eut annoncé son principe d'exclusion en 1925, Fermi a répondu avec un article « Sur la quantification du gaz monoatomique parfait » Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico, dans lequel il a appliqué le principe d'exclusion à un gaz parfait. L'article était particulièrement remarquable pour la formulation statistique de Fermi, qui décrit la distribution des particules dans les systèmes de nombreuses particules identiques qui obéissent au principe d'exclusion. Cela a été développé indépendamment peu après par le physicien britannique Paul Dirac, qui a également montré comment cela était lié à la statistique de Bose–Einstein. En conséquence, elle est maintenant connue sous le nom de statistique de Fermi–Dirac. Après Dirac, les particules qui obéissent au principe d'exclusion sont aujourd'hui appelées « fermions », tandis que celles qui ne l'obéissent pas sont appelées « bosons ».
Professeur à Rome
Les postes de professeur en Italie ont été accordés par concours concorso pour une chaire vacante, les candidats étant évalués sur leurs publications par un comité de professeurs. Fermi a postulé pour une chaire de physique mathématique à l'Université de Cagliari en Sardaigne, mais a été légèrement surpassé en faveur de Giovanni Giorgi. En 1926, à l'âge de 24 ans, il a postulé pour un poste de professeur à l'Université Sapienza de Rome. C'était une nouvelle chaire, l'une des trois premières chaires de physique théorique en Italie, qui avait été créée par le ministre de l'Éducation à l'instigation du profes
