Carriera europea
Fermi tornò in Italia nel 1924 per un posto come docente di fisica matematica all’Università di Firenze. Le sue prime ricerche riguardavano la relatività generale, la meccanica statistica e la meccanica quantistica. Erano noti esempi di degenerazione dei gas (comparsa di fenomeni inaspettati), e alcuni casi erano spiegati dalla statistica di Bose-Einstein, che descrive il comportamento delle particelle subatomiche note come bosoni. Tra il 1926 e il 1927, Fermi e il fisico inglese P.A.M. Dirac svilupparono indipendentemente una nuova statistica, ora conosciuta come statistica di Fermi-Dirac, per gestire le particelle subatomiche che obbediscono al principio di esclusione di Pauli; queste particelle, che comprendono elettroni, protoni, neutroni (non ancora scoperti), e altre particelle con spin semintegrale, sono ora conosciute come fermioni. Questo fu un contributo di eccezionale importanza per la fisica atomica e nucleare, in particolare in questo periodo in cui la meccanica quantistica veniva applicata per la prima volta.
Questo lavoro seminale portò a Fermi un invito nel 1926 a diventare professore ordinario all’Università di Roma. Poco dopo che Fermi assunse il suo nuovo incarico nel 1927, Franco Rasetti, un amico di Pisa e un altro superbo sperimentatore, si unì a Fermi a Roma, e iniziarono a raccogliere un gruppo di studenti di talento intorno a loro. Questi includevano Emilio Segrè, Ettore Majorana, Edoardo Amaldi e Bruno Pontecorvo, che ebbero tutti una carriera illustre. Fermi, una figura carismatica, energica e apparentemente infallibile, era chiaramente il leader, tanto che i suoi colleghi lo chiamavano “il Papa”. Subscribe Now
Nel 1929 Fermi, primo professore italiano di fisica teorica e astro nascente della scienza europea, fu nominato dal primo ministro italiano Benito Mussolini alla sua nuova Accademia d’Italia, una posizione che comprendeva uno stipendio sostanzioso (molto più alto di quello di qualsiasi posizione universitaria ordinaria), un’uniforme e un titolo (“Eccellenza”). Fermi, prima della maggior parte degli altri, ha riconosciuto che il campo si stava esaurendo, tuttavia, e ha deliberatamente cambiato il suo obiettivo nel campo più primitivamente sviluppato della fisica nucleare. La radioattività era stata riconosciuta come un fenomeno nucleare da quasi due decenni a questa parte, ma gli enigmi ancora abbondavano. Nel decadimento beta, o l’espulsione di un elettrone negativo dal nucleo, l’energia e la quantità di moto non sembravano conservarsi. Fermi fece uso del neutrino, una particella quasi impercettibile che era stata postulata pochi anni prima dal fisico austriaco Wolfgang Pauli, per elaborare una teoria del decadimento beta in cui l’equilibrio veniva ripristinato. Questo portò al riconoscimento che il decadimento beta era una manifestazione della forza debole, una delle quattro forze universali conosciute (le altre sono la gravitazione, l’elettromagnetismo e la forza forte).
Nel 1933 il team francese di Frédéric e Irène Joliot-Curie scoprirono la radioattività artificiale causata da particelle alfa (nuclei di elio). Fermi pensò subito che il neutrone neutro, trovato un anno prima dal fisico inglese James Chadwick, sarebbe stato un proiettile ancora migliore con cui bombardare nuclei carichi per iniziare tali reazioni. Con i suoi colleghi, Fermi sottopose più di 60 elementi al bombardamento di neutroni, utilizzando un contatore Geiger-Müller per rilevare le emissioni e conducendo analisi chimiche per determinare i nuovi isotopi radioattivi prodotti. Lungo la strada, hanno scoperto per caso che i neutroni che erano stati rallentati nella loro velocità spesso erano più efficaci. Quando testarono l’uranio osservarono diverse attività, ma non riuscirono a interpretare ciò che si verificava. Alcuni scienziati pensarono di aver prodotto elementi transuranici, cioè elementi superiori all’uranio con numero atomico 92. La questione non fu risolta fino al 1938, quando i chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann sperimentalmente, e i fisici austriaci Lise Meitner e Otto Frisch teoricamente, chiarirono la confusione rivelando che l’uranio si era scisso e le diverse radioattività rilevate erano dovute a frammenti di fissione.
Fermi era poco interessato alla politica, ma si sentiva sempre più a disagio con la politica fascista del suo paese. Quando l’Italia adottò le politiche antisemite del suo alleato, la Germania nazista, ci fu una crisi, perché la moglie di Fermi, Laura, era ebrea. L’assegnazione del premio Nobel per la fisica del 1938 fornì serendipitosamente la scusa alla famiglia per viaggiare all’estero, e il denaro del premio aiutò a stabilirsi negli Stati Uniti.