Два десятки Нобелівських премій
«Італійський мореплавець дістався Нового Світу, його дружньо зустріли тубільці», — відрапортувало «нагору» керівництво Чиказького університету в грудні 1942 року. У США в той час саме відзначали 450-річчя відкриття Колумбом Америки, але загадкове послання не було частиною сценарію святкових заходів: так в умовах цілковитої таємності у Вашингтон було передано тріумфальну новину — про першу в історії людства успішну ланцюгову ядерну реакцію, здійснену земляком Колумба Енріко Фермі.
29 вересня виповнюється 110 років від дня народження видатного італійсько-американського фізика.
Свого часу молодого Фермі вразила знаменита формула Ейнштейна, що зв’язує енергію з масою. Він одним із перших озвучив думку про те, як було б добре навчитися цю енергію вилучати й використовувати, і присвятив роботі над цим важким завданням усе своє життя.
Установку, запуск якої став знаковим для атомної енергетики (сам Фермі називав її ядерним котлом), створили вручну в маленькій металургійній лабораторії Чиказького університету, розташованій під місцевим стадіоном. Перший міні-реактор склали в рекордний термін — менш ніж за три місяці, однак це був результат багаторічної скрупульозної роботи. У 1939 році Фермі виявив, що розпад урану супроводжується виділенням величезної кількості енергії і, що ще важливіше, швидких нейтронів, без яких неможливо забезпечити перебіг ланцюгової реакції. Три наступні роки пішли на експерименти з вимірювання нейтронного потоку й спроби керувати ним; нарешті, у червні 1942 року було отримано коефіцієнт розмноження нейтронів більше одиниці — тобто виділялося їх під час розпаду більше, ніж поглиналося. Здавалося, успіх уже близько.
Та з’ясувалося, що цей тип розпаду властивий тільки легкому ізотопу, урану-235, тоді як його важкий побратим, уран-238, навпаки, поглинав нейтрони поділу, чим рубав процес у накоренку. Спочатку фізики пішли шляхом поділу ізотопів, але незабаром здалися — занадто трудомістким і дорогим задоволенням було збагачувати сировину, у якій уміст легкого урану не перевищував частки відсотка. Фермі, замість того щоб відокремлювати важкий ізотоп, вирішив його нейтралізувати — створити умови, за яких той не поглинатиме нейтрони й гальмуватиме ланцюгову реакцію. Для цього треба було ні багато ні мало — перетворити нейтрони зі швидких, якими вони народжувалися внаслідок поділу легкого урану, на повільні (із такими важкий уран не взаємодіє). Після довгих пошуків фізикам удалося знайти заповітний матеріал — ним виявився графіт, який, на відміну від важкого урану, не поглинає нейтрони, а тільки їх сповільнює. Саме така уран-графітова система, співвідношення компонентів у якій Фермі так довго обраховував, 2 грудня 1942 року й видала на-гора першу у світі порцію атомної енергії, отриманої в керованій ланцюговій ядерній реакції. Містилася установка в гігантському наметі, зшитому з газонепроникної тканини для аеро- статів: у ній підтримувався потрібний склад повітря — Фермі боявся, що всі його зусилля зведе нанівець атмосферний азот, який має здатність поглинати нейтрони.
Ядерний реактор справедливо вважається головним дітищем Фермі, створеним в американський період. Однак ключова ідея — стимулювати розпад ядра шляхом його бомбардування нейтронами — народилася у вченого набагато раніше (це за неї він 1938 року визнаний гідним Нобелівської премії). Найвища наукова нагорода стала переломним моментом у житті Фермі й одночасно зв’язала італійський і американський періоди його творчості. Поїхавши з родиною в Стокгольм на церемонію нагородження, учений більше не повернувся на батьківщину, оскільки там на нього чекав режим Муссоліні, який зовсім не схвалював науку. Багато його учнів вже поїхали з країни, лабораторія розпалася. А от у Штатах Фермі запропонували місце професора відразу п’ять університетів. Він обрав Колумбійський, і, пропрацювавши там до 1942 року, перебрався потім у Чикаго, де втілив у життя результати своїх досліджень. Тут він і осів — в Інституті ядерних досліджень, який сьогодні має ім’я Фермі. Є в науці й ще одна непорушна данина пам’яті великому фізикові: його ім’ям названо хімічний елемент (у періодичній системі Менделєєва — під номером 100) і популярна серед ядерників одиниця відстані — 10—15 м.
Як і багато геніальних учених, Фермі залишив помітний слід у різних галузях науки. Наприклад, ранні роботи вченого, написані ще коли він був студентом Пізанського університету, присвячені теорії відносності: у них юний Енріко порушує питання електромагнітної природи маси та властивостей простору поблизу лінії часу. Після закінчення інституту 24-літній Фермі незалежно від Поля Дірака розробив статистику частинок із напівцілим спіном, підпорядкованих принципу Паулі, — це дало можливість розраховувати ймовірність заняття частинкою того або іншого енергетичного рівня. Сьогодні такі частинки відомі як ферміони, а знайдена залежність — як статистика Фермі—Дірака. У віці 50 років Фермі несподівано переключився на астрофізику й фізику частинок із високою енергією: створив теорію походження космічних променів, виявив статистичні закономірності множинного народження мезонів, відкрив адронний резонанс… Можливо, його вабило все незвідане, яке здається на перший погляд зрозумілим; наприкінці життя він почав збирати матеріал для незвичайної книги — до неї мали ввійти питання, про які зазвичай говорять «як добре відомо». Написати її він, на жаль, не встиг: 1954 року Енріко Фермі помер від раку.
Оцінюючи його внесок у науку, один з учнів, Бруно Понтекорво (1950 року емігрував у Радянський Союз і стояв біля джерел Інституту ядерних проблем АН СРСР у Дубні), сказав: «Він гідний 6—8 Нобелівських премій». Цю цифру можна потроїти: сам Фермі наприкінці життя зізнався, що зробив лише третину наміченого.
