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FísicaBiografía

Fermi, Enrico (1901-1954).

Físico estadounidense de origen italiano, nacido en Roma (Italia) el 29 de septiembre de 1901 y fallecido en Chicago (en el estado norteamericano de Illinois) el 28 de noviembre de 1954. Ha pasado a la historia por haber sido el primer científico que realizó una fisión nuclear (2 de diciembre de 1942), así como por haber ideado el primer método matemático capaz de describir el comportamiento de ciertos tipos de partículas subatómicas. En 1938 fue galardonado con el Premio Nobel de Física, por las demostraciones de la existencia de nuevos elementos radiactivos producidos por la irradiación del neutrón, y por el descubrimiento de las reacciones nucleares mediante el bombardeo con neutrones lentos".

Dr. Enrico Fermi.

Nacido en el seno de una familia de clase media (era hijo de un oficial de la compañía ferroviaria italiana), mostró desde niño una gran capacidad intelectual y un vivo interés por las materias relacionadas con la Ciencia y la Tecnología. Estas dotes naturales le permitieron cursar con singular brillantez sus estudios primarios y secundarios, en los que alcanzó altas calificaciones que, en 1918, le hicieron merecedor de una beca en la Scuola Normale Superiore de Pisa; allí, bajo el sabio magisterio del profesor Puccianti, el joven Fermi se especializó en el estudio de la Física, materia en la que alcanzó el grado de doctor en 1922, tras haber realizado una tesis doctoral sobre los rayos-X.

Consagrado, merced a este precoz trabajo, como una de las grandes promesas de la Ciencia italiana de la primera mitad del siglo XX, recibió una ayuda por parte del gobierno de su nación para que pudiese desplazarse hasta la Universidad de Göttingen -a la sazón, uno de los foros más fructíferos de la Física mundial-, donde amplió sus conocimientos al lado de uno de los grandes genios de la mecánica cuántica, el alemán Max Born (1882-1970).

Dos años después, merced a una nueva beca -ahora otorgada por la Fundación Rockefeller- el joven Fermi se trasladó a la Universidad de Leiden (Países Bajos), donde continuó realizando importantes investigaciones en el campo de la Física nuclear, que habrían de cimentar las bases de sus posteriores hallazgos. Y, en el transcurso de aquel mismo año de 1924, regresó a su país natal e inició su carrera docente en la Universidad de Florencia, donde empezó a alcanzar celebridad mundial -en el campo de la Física- tras enunciar, en 1926, la denominada estadística de Fermi-Dirac, un valioso compendio de leyes y mediciones cuánticas que venía a demostrar que las partículas subatómicas son gobernadas conforme al principio de exclusión de Pauli (1900-1958). Con el paso del tiempo, la importancia de estos trabajos de Fermi sobre la estadística cuántica -divulgados en casi una treintena de artículos de hondo calado científico- dio lugar a que estas partículas fueran bautizadas como fermiones, en contraste con los bosones de la denominada estadística de Bose-Einstein.

En 1927, su incipiente pero ya brillantísima trayectoria docente e investigadora recibió un impulso decisivo al ser recompensada con la cátedra de Física teórica de la Universidad de Roma, centro de estudios superiores al que Fermi habría de permanecer ligado durante más de diez años. No dejó, empero, de prodigar sus viajes a otros muchos lugares del mundo donde se estaban fraguando los principales avances de la Física de su tiempo; y así, en 1930 cruzó el Atlántico para impartir unos cursos en la Universidad de Michigan, con lo que inauguró la práctica de pasar todos los veranos en los Estados Unidos de América, pronunciando conferencias, realizando investigaciones y, en suma, difundiendo sus saberes y adquiriendo nuevos conocimientos.

Fue así como impartió cursos y conferencias en las universidades de Columbia, Stanford y Chicago, en las que incrementó su prestigio dentro de la Física teórica, parcela a la que estuvo plenamente consagrado en la primera etapa de su carrera científica. Hasta 1932, su trabajo se centró fundamentalmente en el estudio de la mecánica del interior del átomo, así como en la aplicación de esta nueva mecánica a la espectroscopia, con tan feliz resultado que algunas de las principales investigaciones que llevó a cabo en este campo le permitieron desarrollar la teoría electrónica estadística, y establecer con ello las bases de la estadística de Fermi-Dirac, así como las del modelo atómico derivado de sus teorías. Posteriormente, sin abandonar de momento esta especialización en la Física teórica, se consagró al estudio del núcleo atómico y llegó a enunciar una acertada teoría de la desintegración beta de los núcleos, con la que vino a demostrar, con rigurosas procedimientos matemáticos, la existencia de una nueva partícula, el neutrino.

Durante aquella fructífera década de los años treinta (en la que, además de visitar numerosas universidades de los Estados Unidos, impartió también cursos y conferencias en diferentes centros superiores de Europa y América del Sur), Enrico Fermi se fue rodeando de un equipo de brillantísimos colaboradores con los que pudo analizar en profundidad el retardo experimentado por el neutrón (otra partícula que acababa de ser descubierta) en los materiales hidrogenados; a continuación, realizó un amplio y revelador estudio de conjunto de un gran número de sustancias artificialmente radiactivas -todas ellas procedentes de la captura de neutrones lentos por los núcleos atómicos-, y obtuvo una serie de datos tan reveladores acerca de la radiactividad -como el descubrimiento de reacciones nucleares mediante el bombardeo con neutrones lentos- que acabó siendo recompensado, antes de haber cumplido los cuarenta años de edad, con el Premio Nobel de Física (1938).

En poco más de diez años, Enrico Fermi había convertido la Universidad de Roma en uno de los centros científicos más avanzados de todo el mundo. Pero a finales de la década de los años treinta, tras percatarse de que la política fascista del gobierno italiano iba a desembocar inevitablemente en un conflicto bélico de proporciones incalculables, decidió abandonar su tierra natal y afincarse en los Estados Unidos de América, donde, a partir de 1939, ocupó una plaza de profesor titular de Física en la prestigiosa Universidad de Columbia (Nueva York).

Había llegado allí en enero de dicho año, acompañado por su esposa Laura Capon -de origen judío, con la que se había casado en 1928- y por los dos hijos que había tenido con ella (Giulio y Nella). Al poco de haberse instalado en los Estados Unidos, tuvo noticia del descubrimiento de la fisión del uranio por parte de los alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Friedrich Strassman (1902-1980), y comenzó a estudiar en profundidad dicho fenómeno, pues vio antes que nadie la posibilidad de lograr la emisión de neutrones secundarios y dar lugar así a una reacción en cadena. Rodeado de su nuevo equipo, empezó a trabajar con ahínco en este campo y, tras una serie de experimentos clásicos que han pasado a la Historia de la Ciencia por su rigor y brillantez, consiguió fabricar la primera pila atómica, con la que el día 2 de diciembre de 1942, en un laboratorio de la Universidad de Chicago -improvisado sobre una vieja cancha de voleibol, en los sótanos del estadio deportivo de dicho centro de estudios, para eludir la vigilancia de los espías alemanes-, logró producir la primera reacción nuclear en cadena sujeta al control de quien la desencadenaba.

En plena guerra mundial, ante el temor de que Alemania llegase antes que el bando aliado a la fabricación de armamento nuclear de gran capacidad destructiva, Enrico Fermi logró llamar la atención del gobierno americano acerca de la importancia de su hallazgo. De ahí que pronto pasase a convertirse en uno de los miembros eminentes del amplio equipo de científicos que, bajo la dirección de Oppenheimer (1904-1967), desarrolló el denominado proyecto Manhattan, que acabó dando a los Estados Unidos la posesión de la primera bomba atómica.

Plenamente integrado en la comunidad científica y en la vida social de su país de acogida, Enrico Fermi solicitó y obtuvo la nacionalidad estadounidense en 1944. Dos años después, ya concluida la II Guerra Mundial (1939-1945), se incorporó a la plantilla docente de la Universidad de Chicago, en cuyo Instituto de Estudios Nucleares continuó trabajando intensamente hasta el momento de su muerte, provocada prematuramente por el cáncer a finales de 1954, cuando científico de Roma sólo contaba cincuenta y tres años de edad.

Por su decisiva contribución al desarrollo de la energía nuclear en los Estados Unidos de América, Fermi fue condecorado por el gobierno de dicha nación con la Medalla al Mérito (1946). Además, entre los muchos premios y honores que jalonan su fecunda carrera científica, cabe recordar -aparte del ya mencionado Premio Nobel-, la Medalla "Franklin" (1947) y el Premio "Enrico Fermi" (1953), creado en su honor y otorgado a él mismo en su primera convocatoria. Fue el miembro más joven de la Academia Italiana de la Ciencia (a la que se incorporó en 1929, con tan sólo veintiocho años de edad), y perteneció también a otras instituciones y corporaciones de acreditado prestigio internacional, como la Royal Society de Londres (en la que ingresó en 1950) y la American Physical Society (de la que fue elegido Presidente en 1953). Y fue, asimismo, miembro del decisivo Comité Asesor de la Comisión de Energía Atómica (1948-1950).

En su honor, las partículas elementales a la que puede aplicarse la estadística de Fermi-Dirac recibieron el nombre de fermiones, en oposición a las que transmiten las cuatro interacciones fundamentales y no están sujetas al principio de exclusión de Pauli (es decir, a los bolsones). Asimismo, el elemento químico número 100, hallado junto al einstenio entre los restos de la explosión termonuclear de la bomba experimental Mike que tuvo lugar en noviembre de 1952 en Eniwetok (océano Pacífico), fue bautizado como fermio.

Conocido, en algunos medios científicos, como el bisabuelo de la bomba atómica, Fermi no sólo brilló como científico, sino también como conferenciante y director de investigaciones. Gran aficionado a los deportes al aire libre (especialmente, al montañismo), dedicó también mucho tiempo a la labor de redactar valiosos libros y artículos en los que exponía sus teorías y descubrimientos; entre ellos, cabe recordar los titulados Introducción a la física atómica y Partículas elementales. Su interesante biografía, escrita por su esposa Laura, apareció en el mismo año de su muerte bajo el título de Atoms in the family (Átomos en la familia, 1954).

Teorías y descubrimientos de Fermi

En la historia universal de la Ciencia, Enrico Fermi sobresale como uno de los pocos científicos que han brillado con sumo esplendor tanto en el campo de la Física teórica como en el ámbito de la Física experimental. Su primera etapa como investigador está marcada por su formulación teórica de la estadística de Fermi-Dirac, por medio de la cual quedó perfectamente definida -y avalada por un sólido apoyo matemático- la conducta estadística de un sistema de partículas idénticas con la restricción de que dos de ellas no pueden ocupar el mismo estado cuántico (según había quedado enunciado en el principio de exclusión de Pauli).

En 1933, Enrico Fermi publicó su teoría de la desintegración radiactiva beta, según la cual un neutrón emite un electrón (partícula ß) y un antineutrino para transformarse en protón. Poco después, tras el descubrimiento del neutrón por parte de James Chadwick (1891-1974), los esposos Jean-Frédérick Joliot (1900-1958) e Irène Curie (1897-1956) hallaron la radiactividad artificial y fueron capaces de formar isótopos nuevos por medio del bombardeo de diversas substancias con partículas alfa. Fermi reflexionó sobre ambos hallazgos y dedujo que el neutrón, al carecer de carga eléctrica, podría ser un proyectil más adecuado que las partículas alfa para realizar este tipo de bombardeo; pasó, entonces, a la fase experimental y, sirviéndose de unos neutrones lentos a los que había logrado frenar con parafina, bombardeó sesenta elementos químicos, con lo que fue capaz de generar cuarenta isótopos nuevos.

En el transcurso de estos experimentos, el físico romano bombardeó uranio con sus neutrones lentos y obtuvo unos extraños resultados a los que, en un principio, en medio del éxito general de sus investigaciones, no alcanzó a dar una explicación satisfactoria. Pocos años después, los ya mencionados Hahn y Strassman reprodujeron los experimentos de Fermi con el uranio y descubrieron que, tras recibir el bombardeo de neutrones, el uranio-235 se divide en dos átomos menos pesados (uno de bario y otro de criptón), al tiempo que da lugar a la emisión de dos o tres neutrones nuevos. Dicho de otro modo, quedó descubierta la fisión nuclear, lo que daba lugar a la posibilidad de establecer y controlar una reacción en cadena.

En 1942, Fermi y su equipo de investigadores concentrados en los sótanos del estadio Stagg Field lograron fabricar una pila atómica moderada con grafito, considerada como el primer reactor nuclear de la historia, ya que hacía posible una reacción nuclear controlada y automantenida. De ahí a la fabricación de la primera bomba atómica había muy pocos pasos, que se dieron en el laboratorio de Los Álamos a partir de 1943, con el propio Fermi como figura destacada en ese proyecto Manhattan dirigido por Oppenheimer.

Además de estos trabajos sobre Física nuclear, Fermi también contribuyó al avance notable de la astrofísica. Durante su etapa de profesor e investigador en la Universidad de Roma, estudio a fondo los rayos cósmicos y fue capaz de explicar cómo se alcanzan las altísimas energías a las que llegan los componentes primarios, con un efecto de aceleración por parte de los campos magnéticos existentes en el espacio interestelar. Años después, poco antes de su muerte, enunció la teoría de que los rayos cósmicos se originan por la aceleración de partículas cargadas por las fuerzas magnéticas de las galaxias. Con ello, venía a refrendar las especulaciones teóricas del genial astrofísico anglo-indio Subrahmayan Chandrasekhar (1910-1995), explicando la estabilidad de los brazos en espiral de nuestra galaxia por medio de la acción del campo magnético interestelar.

Fermi -que, curiosamente, fue uno de los primeros científicos que se interesaron de un modo severo y riguroso por el estudio del fenómeno OVNI-, dedicó sus últimos años de físico experimental a la investigación de las propiedades de difusión de los mesones por parte de los protones.

Autor

  • J. R. Fernández de Cano.