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BIOGRAPHIES DE GRANDS SCIENTIFIQUES
Fermi Enrico. Biographie d'un scientifique
Annuaire / Biographies de grands scientifiques
« Le grand physicien italien Enrico Fermi, écrivait Bruno Pontecorvo, occupe une place particulière parmi les scientifiques modernes : à notre époque, où une spécialisation étroite dans la recherche scientifique est devenue typique, il est difficile de désigner un physicien tout aussi universel qui fut Fermi. On pourrait même dire que l'apparition dans l'arène scientifique du XXe siècle, d'une personne qui a apporté une contribution aussi énorme au développement de la physique théorique, et de la physique expérimentale, et de l'astronomie, et de la physique technique, est un phénomène plutôt unique que rare. Enrico Fermi est né le 29 septembre 1901 à Rome. Il était le plus jeune des trois enfants d'un employé des chemins de fer, Alberto Fermi, et née Ida de Gattis, une enseignante. Même enfant, Enrico a montré une grande aptitude pour les mathématiques et la physique. Ses connaissances exceptionnelles dans ces sciences, acquises principalement par autodidacte, lui permettent d'obtenir une bourse en 1918 et d'entrer à l'École normale supérieure de l'Université de Pise. Puis, sous le patronage du sénateur Corbino, professeur agrégé de l'Institut de physique de l'Université de Rome, Enrico a reçu un poste temporaire de professeur de mathématiques pour les chimistes à l'Université de Rome. En 1923, il reçut un voyage d'affaires en Allemagne, à Göttingen, chez Max Born. Fermi ne se sent pas très confiant, et seul le grand soutien moral d'Ehrenfest, avec qui il était à Leiden de septembre à décembre 1924, l'a aidé à croire en sa vocation de physicien. De retour en Italie, Fermi travaille de janvier 1925 à l'automne 1926 à l'Université de Florence. Ici, il reçoit son premier diplôme de "professeur associé libre" et, surtout, crée son célèbre ouvrage sur les statistiques quantiques. En décembre 1926, il prit le poste de professeur à la nouvelle chaire de physique théorique de l'Université de Rome. Ici, il a organisé une équipe de jeunes physiciens: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo et d'autres, qui ont constitué l'école italienne de physique moderne. Lorsque la première chaire de physique théorique a été créée à l'Université de Rome en 1927, Fermi, qui a réussi à acquérir un prestige international, en a été élu à la tête. En 1928, Fermi épousa Laura Capon, qui appartenait à une famille juive bien connue à Rome. Le couple Fermi a eu un fils et une fille. Ici, dans la capitale de l'Italie, Fermi rallia autour de lui plusieurs scientifiques éminents et fonda la première école de physique moderne du pays. Dans les cercles scientifiques internationaux, il a commencé à s'appeler le groupe Fermi. Deux ans plus tard, Fermi a été nommé par Benito Mussolini au poste honorifique de membre de la nouvelle Académie royale d'Italie. Dans les années 1932, il était généralement admis qu'un atome contient deux types de particules chargées : les électrons négatifs, qui gravitent autour du noyau des protons positifs. Les physiciens se demandaient si le noyau pouvait contenir une particule dépourvue de charge électrique. Les expériences visant à détecter la particule électriquement neutre culminèrent en XNUMX lorsque James Chadwick découvrit le neutron, que les physiciens, en particulier Werner Heisenberg, reconnurent presque immédiatement comme le partenaire nucléaire du proton. En 1934, Frédéric Joliot et Irène Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle. En bombardant les noyaux de bore et d'aluminium avec des particules alpha, ils ont créé pour la première fois de nouveaux isotopes radioactifs d'éléments connus. Cette découverte a provoqué une large résonance et, en peu de temps, un certain nombre de nouveaux isotopes radioactifs ont été obtenus. Cependant, si les atomes sont bombardés de particules chargées, alors pour surmonter la répulsion électrique, les particules chargées doivent être accélérées sur des accélérateurs puissants et coûteux. Les électrons incidents sont repoussés par les électrons atomiques, et les protons et les particules alpha sont repoussés par le noyau de la même manière que les charges électriques du même nom sont repoussées. Fermi appréciait l'importance du neutron en tant que puissant moyen d'initier des réactions nucléaires. Comme le neutron n'a pas de charge électrique, il n'y a pas besoin d'accélérateurs. Au printemps 1934, Fermi commença à irradier des éléments avec des neutrons. C'était inattendu et audacieux. "Je me souviens", écrit O. Frisch, "que ma réaction et la réaction de beaucoup d'autres étaient sceptiques : l'expérience de Fermi semblait dénuée de sens, car il y avait beaucoup moins de neutrons que de particules alpha." Dans la première communication, datée du 25 mars 1934, Fermi rapporte qu'en bombardant de l'aluminium et du fluor, il obtient des isotopes de sodium et d'azote qui émettent des électrons (et non des positrons, comme chez Joliot-Curie). La méthode de bombardement neutronique s'est avérée très efficace, et Fermi a écrit que cette efficacité de fission élevée « compense complètement la faiblesse des sources de neutrons existantes par rapport aux sources de particules alpha et de protons ». Il réussit à activer 47 des soixante-huit éléments étudiés par cette méthode. Fort du succès, il entreprend, en collaboration avec F. Rasetti et O. d'Agostino, le bombardement neutronique d'éléments lourds : thorium et uranium. "Des expériences ont montré que les deux éléments, préalablement purifiés des impuretés actives habituelles, peuvent être fortement activés lorsqu'ils sont bombardés de neutrons." En bombardant l'uranium, le quatre-vingt-douzième élément, l'élément naturel le plus lourd, ils ont produit un mélange complexe d'isotopes. L'analyse chimique n'y a détecté ni isotopes de l'uranium ni isotopes d'un élément voisin (de plus, les résultats de l'analyse ont exclu la présence de tous les éléments numérotés de 86 à 91). Le soupçon naquit que les expérimentateurs avaient réussi à obtenir pour la première fois un nouvel élément artificiel de numéro atomique 93. Au grand dam de Fermi, le directeur du laboratoire, Orso Corbino, annonça la synthèse réussie du quatre-vingt-treizième élément sans attendre la essais de contrôle. En réalité, Fermi n'a pas réussi à l'obtenir. Mais lui, sans le savoir, a provoqué la fission de l'uranium, divisant le noyau lourd en deux fragments ou plus et d'autres fragments. La fission de l'uranium a été découverte en 1938 par Otto Hahn, Lise Meitner et Fritz Strassmann. Rutherford a suivi les expériences de Fermi avec beaucoup d'intérêt. Dès le 23 avril 1934, il lui écrivait : "Vos résultats sont très intéressants, et il ne fait aucun doute que dans l'avenir nous pourrons obtenir plus d'informations sur le mécanisme réel de ces transformations." Le 22 octobre 1934, Fermi fait une découverte fondamentale. En plaçant un coin de paraffine entre la source de neutrons et le cylindre d'argent activé, Fermi a remarqué que le coin ne diminuait pas l'activité des neutrons, mais l'augmentait légèrement. Fermi a conclu que cet effet était apparemment dû à la présence d'hydrogène dans la paraffine et a décidé de tester comment un grand nombre d'éléments contenant de l'hydrogène affecterait l'activité de séparation. Après avoir réalisé l'expérience d'abord avec de la paraffine, puis avec de l'eau, Fermi a constaté une augmentation de l'activité des centaines de fois. Les expériences de Fermi ont révélé l'énorme efficacité des neutrons lents. Mais, en plus de résultats expérimentaux remarquables, Fermi a réalisé la même année des réalisations théoriques remarquables. Déjà dans le numéro de décembre 1933, ses réflexions préliminaires sur la désintégration bêta ont été publiées dans une revue scientifique italienne. Au début de 1934, son article classique "Sur la théorie des rayons bêta" a été publié. Le résumé de l'article de l'auteur se lit comme suit : "Une théorie quantitative de la désintégration bêta basée sur l'existence de neutrinos est proposée, tandis que l'émission d'électrons et de neutrinos est considérée par analogie avec l'émission d'un quantum de lumière par un atome excité dans la théorie du rayonnement. Les formules sont dérivées de la durée de vie du noyau et de la forme du spectre continu des rayons bêta ; les formules obtenues sont comparées à l'expérience". Fermi dans cette théorie a donné vie à l'hypothèse du neutrino et au modèle proton-neutron du noyau, acceptant également l'hypothèse du spin isotonique proposée par Heisenberg pour ce modèle. Sur la base des idées exprimées par Fermi, Hideki Yukawa a prédit en 1935 l'existence d'une nouvelle particule élémentaire, maintenant connue sous le nom de pi-méson, ou pion. Commentant la théorie de Fermi, F. Razetti a écrit : "La théorie qu'il a construite sur cette base s'est avérée capable de résister presque sans changement à deux décennies et demie du développement révolutionnaire de la physique nucléaire. On pourrait remarquer qu'une théorie physique naît rarement sous une forme aussi définitive." Pendant ce temps, en Italie, la dictature fasciste de Mussolini prenait de plus en plus de force. En 1935, l'agression italienne contre l'Éthiopie a entraîné des sanctions économiques de la part des membres de la Société des Nations et, en 1936, l'Italie a formé une alliance avec l'Allemagne nazie. Le groupe Fermi de l'Université de Rome a commencé à se désintégrer. Suite à l'adoption de lois civiles antisémites par le gouvernement italien en septembre 1938, Fermi et sa femme juive décidèrent d'émigrer aux États-Unis. Acceptant une invitation de l'Université de Columbia à occuper le poste de professeur de physique, Fermi informa les autorités italiennes qu'il partait pour l'Amérique pendant six mois. En 1938, Fermi reçoit le prix Nobel de physique. La décision du comité Nobel a déclaré que le prix a été décerné à Fermi "pour la preuve de l'existence de nouveaux éléments radioactifs obtenus par irradiation avec des neutrons, et la découverte de réactions nucléaires causées par des neutrons lents associés à cela". "Avec les découvertes exceptionnelles de Fermi, ses compétences en tant qu'expérimentateur, son incroyable ingéniosité et son intuition … ont acquis une reconnaissance universelle pour avoir jeté un nouvel éclairage sur la structure du noyau et ouvert de nouveaux horizons pour le développement futur de la recherche atomique", a déclaré Hans Pleyel de l'Académie royale des sciences de Suède, présentant le lauréat. Lors d'une cérémonie de remise de prix tenue en décembre 1938 à Stockholm, Fermi serra la main du roi de Suède, au lieu de le saluer d'un salut fasciste, pour lequel il fut attaqué dans la presse italienne. Immédiatement après les célébrations, Fermi est allé à l'étranger. À son arrivée aux États-Unis, Fermi, comme tous les immigrants de l'époque, a dû passer un test d'intelligence. On a demandé à un lauréat du prix Nobel d'additionner 15 et 27 et de diviser 29 par 2. Peu de temps après l'arrivée de la famille Fermi à New York, Niels Bohr est arrivé aux États-Unis en provenance de Copenhague pour passer plusieurs mois au Princeton Institute for Basic Research. Bohr a rapporté la découverte par Hahn, Meitner et Strassmann de la fission de l'uranium en le bombardant avec des neutrons. De nombreux physiciens ont commencé à discuter de la possibilité d'une réaction en chaîne. Afin de réaliser une réaction en chaîne, Fermi entreprit de planifier des expériences qui permettraient de déterminer si une telle réaction était possible et si elle était contrôlable. Lors de négociations avec la marine en 1939, Fermi a mentionné pour la première fois la possibilité de créer une arme atomique basée sur une réaction en chaîne avec une puissante libération d'énergie. Il a reçu un financement fédéral pour poursuivre ses recherches. Au cours de ses travaux, Fermi et le physicien italien Emilio Segre, son ancien élève, ont établi la possibilité d'utiliser l'élément plutonium alors non découvert comme « explosif » pour une bombe atomique. Bien que le plutonium, un élément avec un nombre de masse de 239, n'était pas encore connu, les deux scientifiques étaient convaincus qu'un tel élément devait être fissile et pourrait être produit dans un réacteur à uranium en capturant un neutron avec de l'uranium-238. En 1942, lorsque le projet Manhattan est créé aux États-Unis pour travailler à la création d'une bombe atomique, la responsabilité de rechercher la réaction en chaîne et d'obtenir du plutonium est confiée à Fermi, qui a le statut de « sujet étranger d'un pays hostile ». pouvoir" d'un point de vue juridique. L'année suivante, la recherche a été transférée de Columbia à l'Université de Chicago, où Fermi, en tant que président de la sous-section des aspects théoriques du comité de l'uranium, a supervisé la création du premier réacteur nucléaire au monde, qui était en cours de construction sur un court de squash sous le gradins du stade de football Stagg Field de l'université. Le réacteur érigé était appelé un "tas" dans le jargon technique, car il était construit à partir de barreaux de graphite (carbone pur), censés limiter la vitesse de la réaction en chaîne (ralentir les neutrons). L'uranium et l'oxyde d'uranium ont été placés entre des barres de graphite. Le 2 décembre 1942, les barres de commande au cadmium absorbant les neutrons ont été lentement étendues pour démarrer la première réaction en chaîne auto-entretenue au monde. "Il était clair", écrivit plus tard John Cockcroft, "que Fermi avait ouvert la porte à l'ère atomique." Un peu plus tard, Fermi a été nommé chef du département de physique moderne dans un nouveau laboratoire créé sous la direction de Robert Oppenheimer pour créer une bombe atomique dans le très classifié Los Alamos, au Nouveau-Mexique. Fermi et sa famille sont devenus citoyens des États-Unis en juillet 1944 et ils ont déménagé à Los Alamos le mois suivant. Fermi a été témoin de la première explosion d'une bombe atomique le 16 juillet 1945, près d'Alamogordo, au Nouveau-Mexique. En août 1945, des bombes atomiques sont larguées sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki. À la fin de la guerre, Fermi est retourné à l'Université de Chicago pour occuper le poste de professeur de physique et devenir membre du nouvel Institut de recherche nucléaire de l'Université de Chicago. Fermi était un excellent professeur et était célèbre comme conférencier inégalé. Parmi ses étudiants diplômés figurent Murray Gell-Mann, Yang Zhenning, Li Zhengdao et Owen Chamberlain. Après avoir terminé la construction du cyclotron (accélérateur de particules) à Chicago en 1945, Fermi a commencé des expériences pour étudier l'interaction entre les mésons pi et les neutrons récemment découverts. Fermi appartient également à l'explication théorique de l'origine des rayons cosmiques et de la source de leur haute énergie. Homme d'une intelligence exceptionnelle et d'une énergie débordante, Fermi aimait l'alpinisme, les sports d'hiver et le tennis. Il mourut d'un cancer de l'estomac chez lui à Chicago peu après avoir eu cinquante-trois ans le 28 novembre 1954. L'année suivante, le nouvel élément centième a été nommé fermium en son honneur. Auteur : Samin D.K.
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