Enrico Fermi: biografia e scoperte

Enrico Fermi: biografia e scoperte A cura di Redazione Studenti.

Enrico Fermi: biografia di uno dei più importanti fisici italiani, il "ragazzo di via Panisperna" che scoprì la medicina nucleare e i radio farmaci

1Enrico Fermi: biografia e scoperte

Enrico Fermi nacque nel 1901 a Roma, terzo figlio di Alberto Fermi e Ida De Gattis. Compì gli studi universitari presso la prestigiosa Scuola Normale di Pisa e conseguì la laurea cum laude in fisica nel 1922.   

Fermi scelse inizialmente la matematica quale materia principale per poi dirottarsi invece principalmente sulla fisica, distinguendosi per l’altissimo livello e per la grande autonomia di pensiero. Nel 1923 vinse una borsa di studio finanziata dal Ministero dell’Istruzione Pubblica e si trasferì a Gottingen, uno dei principali centri in cui avvenivano gli studi sulla meccanica quantistica. Successivamente, nel 1924, si trasferì con un programma di studi finanziato presso l’istituto di Leyden diretto da P. Ehrenfest. Nello stesso anno tornò a Roma dove divenne “libero docente” e si trasferì quindi all’Università di Firenze per l’insegnamento di fisica matematica.   

Orso Mario Corbino fece istituire a Roma la prima cattedra di fisica teorica in Italia e, nel novembre del 1926, i membri della commissione (composta dai professori Maggi, Cantone, Garbasso, Majorana e Corbino) giudicarono all’unanimità Enrico Fermi quale candidato eccellente per “l’affermazione e gli sviluppi futuri della fisica teorica in Italia”.   

Enrico Fermi in laboratorio
Enrico Fermi in laboratorio — Fonte: getty-images

A partire dal 1929, in un vecchio edificio di fisica di via Panisperna a Roma iniziò il periodo più florido della carriera di Enrico Fermi. 

L’intenzione di Fermi, condivisa da Corbino, era quella di creare un gruppo di giovani ricercatori, competitivo nel campo della meccanica quantistica - la “nuova fisica”- che proprio in quegli anni si stava consolidando. Riesce a coinvolgere Franco Rasetti e a creare un gruppo di cui fanno parte Emilio Segré, Edoardo Amaldi, Ettore Majorana e Bruno Pontecorvo. Il gruppo è noto come “I ragazzi di via Panisperna” e rappresentava un connubio perfetto di fisici teorici e sperimentali.    

Nel 1929 Enrico Fermi fu nominato da Mussolini membro della Reale Accademia di Italia, riconoscimento del tutto inaspettato - come scrive lo stesso Segrè - perché il nome di Fermi e la sua straordinaria reputazione erano ai tempi pressoché confinati ad un ambiente puramente scientifico e, per di più, riconoscimenti accademici di quel tipo non erano di norma attribuiti a scienziati di giovane età. Probabilmente, come si legge nella testimonianza dello stesso Segrè, tale riconoscimento fu in qualche modo guidato da Corbino. Questo cambiò notevolmente la posizione finanziaria di Fermi e diede una scossa positiva al conseguente sviluppo della fisica in Italia

1.1Il contesto scientifico

Negli anni in cui si costituiva a Roma il gruppo dei Ragazzi di via Panisperna, la meccanica quantistica si stava consolidando fortemente. La “nuova fisica” nasceva sulle basi poste dal fisico tedesco Max Planck il quale, nel 1900, ipotizzò che l'energia venisse emessa o assorbita dalla materia sotto forma di piccole unità indivisibili (quanti).

1.2I ragazzi di via Panisperna e la fisica nucleare in Italia

Fermi comprende che ormai il futuro della fisica è nello studio del nucleo atomico. Il nucleo atomico, individuato nel 1911 da E. Rutherford, è composto da neutroni e protoni, ed è un sistema estremamente complesso. La conoscenza della struttura del nucleo atomico e delle interazioni dei suoi costituenti è stata fondamentale per il progresso della fisica nucleare e delle sue applicazioni (es. in medicina). 

Grazie al lavoro del gruppo di via Panisperna, Roma diventò la capitale mondiale della fisica nucleare

1.3Le scoperte di Enrico Fermi

Come si legge nel documento “Prospettive di applicazioni della radioattività artificiale” i fenomeni radioattivi sono la forma più appariscente dei fenomeni nucleari”. La radioattività, o decadimento radioattivo, è un insieme di processi attraverso i quali alcuni radionuclidi decadono in un certo lasso di tempo in nuclei di energia inferiore raggiungendo mano a mano uno stato di maggiore stabilità. Questo determina l’emissione di radiazioni ionizzanti e il processo continua finché gli elementi via via prodotti non raggiungono una condizione di stabilità.  

Come si legge nello stesso documento, i nuclei delle sostanze radioattive si disintegrano spontaneamente e la riproduzione artificiale di tali fenomeni iniziò con Rutherford che, nel 1919, mise a punto la tecnica dei bombardamenti nucleari con le particelle α. Tale fenomeno era però caratterizzato da una bassa efficienza poiché le particelle α e il nucleo, essendo entrambi carichi positivamente, tendono a respingersi.  

Enrico Fermi insieme al gruppo dei ragazzi di via Panisperna
Enrico Fermi insieme al gruppo dei ragazzi di via Panisperna — Fonte: getty-images

Gli studi dei ragazzi di via Panisperna portarono, nel 1934, alla scoperta della radioattività artificiale indotta dai neutroni lenti. La sostituzione delle particelle α con i neutroni (bombardamento neutronico) si rivelò vincente e fu dimostrata la capacità di tale tecnica di disintegrare la maggior parte degli atomi, indipendentemente dal peso atomico. 

In particolare Enrico Fermi definirà i così detti neutroni lenti come “un fenomeno che permette di aumentare notevolissimamente il rendimento della produzione di sostanze radioattive artificiali”. 

In pratica, come spiegava Fermi, circondando la sorgente di neutroni (che li emette a velocità elevatissime) con una sostanza contenente molto idrogeno (es. acqua o paraffina) si fa in modo che i neutroni colpiscano gli atomi di idrogeno cedendo ad essi, ad ogni urto, una buona parte della loro energia. Questi neutroni lenti “continuando a vagare nell’interno dell’acqua o della paraffina hanno un elevata probabilità di colpire i nuclei della sostanza da trasformare” e tale artificio mostra una straordinaria capacità di indurre trasmutazioni nucleari, ovvero la produzione di sostanze radioattive artificiali

Schema di funzionamento della fissione dell'uranio
Schema di funzionamento della fissione dell'uranio — Fonte: istock

Il 22 ottobre 1934 i ragazzi di via Panisperna, sotto la guida di Enrico Fermi, misero inconsapevolmente a punto la prima fissione nucleare artificiale di un atomo di Uranio, mediante bombardamento neutronico. Si tratta di un processo in cui il nucleo di un elemento chimico pesante (es. uranio) decade in frammenti di minori dimensioni, con emissione di una grande quantità di energia e radioattività.

Il 10 dicembre 1938 l'Accademia delle scienze di Stoccolma conferisce il premio Nobel a Enrico Fermi “per le sue dimostrazioni dell'esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti da irraggiamento neutronico, e per la scoperta delle reazioni nucleari causate dai neutroni lenti”.

1.4Il trasferimento negli Stati Uniti

A causa dell’approvazione delle leggi razziali, nel 1938 il gruppo di via Panisperna si disperse e per lo più emigrò. Nello stesso anno Fermi fu insignito del Premio Nobel per la fisica e raggiunse gli Stati Uniti con la famiglia per proteggere la moglie Laura Capon, di origine ebraica. Qui ricoprì il ruolo di docente di fisica alla Columbia University di New York.   

Le ricerche di Fermi assunsero in quegli anni una rilevanza militare.   

Alla fine del 1938, due chimici nucleari tedeschi, Otto Hahn e Fritz Strassmann, dimostrarono sperimentalmente la fissione dell’atomo di uranio, in seguito ad assorbimento di neutroni. Inizia così a prendere forma l’idea di reattori che contenessero la reazione, per produrre energia o degli ordigni nucleari. All’inizio del 1939, Fermi dimostrò la possibilità di attivare una reazione nucleare a catena con una liberazione esplosiva di energia di molti ordini di grandezza superiore a quella di qualsiasi reazione chimica usata fino ad allora.   

Nel 1942 realizzò la pila di Fermi, prima reazione a catena controllata in una pila atomica, che aprirà le porte all’energia nucleare.  

Nel 1944 a Los Alamos prenderà parte al progetto governativo Manhattan per la costruzione della bomba atomica.   

Durante il secondo conflitto mondiale dedicò i suoi studi alla fisica nucleare e, nel 1946, si trasferì all’Istituto di studi nucleari dell’Università di Chicago dove lavorò fino al 1954, anno della sua prematura scomparsa per un cancro allo stomaco.  

2Scoperte di Enrico Fermi: la medicina nucleare e i radio farmaci

Enrico Fermi durante una lezione
Enrico Fermi durante una lezione — Fonte: getty-images

La medicina nucleare origina negli anni ’30 con i contributi fondamentali forniti dal premio Nobel Enrico Fermi. Le applicazioni cliniche del nucleare permettono di rappresentare, caratterizzare e quantificare processi biologici a livello cellulare e subcellulare (imaging molecolare o IM). L’IM utilizza radio farmaci, medicinali che hanno incorporati uno o più radionuclidi, per la diagnosi di svariate malattie, tra cui molti tipi di tumore. 

Ad oggi sono numerosissime le applicazioni del nucleare in medicina e la stessa Associazione Italiana di medicina nucleare (AIMN) ne evidenzia le importanti potenzialità anche per la “comprensione e la diagnosi delle malattie neuropsichiatriche, prima tra tutte la malattia di Alzheimer”. 

Possiamo affermare quindi che le aspettative di Enrico Fermi non sono state deluse. Lui stesso concluse infatti la conferenza a cui abbiamo fatto riferimento prima affermando: la “speranza che i progetti in corso permetteranno di realizzare qui in una forma costruttiva quella collaborazione tra Fisica, Chimica e Biologia che è così fortemente auspicata dai cultori di tutte e tre queste scienze; le quali, pur avendo nomi diversi ed essendo per una necessaria divisione del lavoro coltivate da persone diverse non sono in realtà altro che capitoli della unica grande scienza della natura”. 

3Enrico Fermi: fonti bibliografiche

Il materiale biografico su Enrico Fermi è un vero e proprio patrimonio culturale che aiuta a comprendere anche l’attività di ricerca e l’organizzazione del lavoro sperimentale portato avanti da quella che è stata una delle personalità scientifiche più grandi di tutti i tempi.  

Emilio Segrè, collega di Fermi, è tra le fonti di informazione più autorevoli per la sua biografia.
Emilio Segrè, collega di Fermi, è tra le fonti di informazione più autorevoli per la sua biografia. — Fonte: getty-images

La Domus Galilaeana è una Fondazione che ospita i documenti originali che testimoniano l’attività scientifica condotta da Enrico Fermi fino alla sua partenza per gli Stati Uniti (1938). Edoardo Amaldi, autore di “The Fermi Manuscripts at the Domus Galilaeana” (Physis 1959), scriveva: “Sono lieto che questi manoscritti siano ora conservati alla Domus Galilaeana a beneficio delle generazioni future, a fianco dei documenti di altri uomini che hanno onorato l’umanità con i loro pensieri e con i loro esperimenti”.   

Grazie all’opera di Emilio Segrè possiamo conoscere Enrico Fermi più da vicino, attraverso gli occhi di chi è stato legato a lui, oltre che sul piano scientifico, anche  da un forte legame di amicizia. Le fonti documentali utilizzate da Segrè sono rappresentate proprio dai documenti custoditi alla Domus Galilaeana e all'Università di Chicago e dalle «Note e Memorie» di E. Fermi pubblicate dall'Accademia dei Lincei.   

Non è bene cercare di fermare il progresso della conoscenza. L'ignoranza non è mai meglio della conoscenza. (Enrico Fermi)