Enrico Fermi

Enrico Fermi (29 Eylül 1901 – 28 Kasım 1954), hem kuramsal hem deneysel fizikte iz bırakmış İtalyan asıllı Amerikalı fizikçidir. Yavaş nötronlarla tetiklenen nükleer tepkimeleri bulduğu için 1938 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı; 1942'de Chicago'da, kendi kendini sürdüren ilk nükleer zincirleme tepkimeyi gerçekleştiren reaktörü, Chicago Pile-1'i kuran ekibe önderlik etti. Bir öğle yemeğinde sorduğu "Herkes nerede?" sorusu bugün Fermi paradoksu adıyla anılıyor; NASA'nın gama ışını gözlemevi de onun adını taşıyor.

Roma'dan Pisa'ya

Fermi 29 Eylül 1901'de Roma'da doğdu. Pisa'daki Scuola Normale Superiore'de okudu ve Temmuz 1922'de, henüz 20 yaşındayken X ışınlarının kırınımı üzerine yazdığı tezle doktorasını tamamladı. 1925-1926'da Floransa Üniversitesi'nde matematiksel fizik ve kuramsal mekanik dersleri verdi. 1926'da Roma Üniversitesi'nde kuramsal fizik profesörü oldu. Çevresinde toplanan ve aralarında Edoardo Amaldi, Emilio Segrè, Franco Rasetti, Ettore Majorana ile Bruno Pontecorvo'nun bulunduğu genç ekip, "Via Panisperna çocukları" olarak tanındı. 19 Temmuz 1928'de Laura Capon ile evlendi.

Fermiyonlar ve zayıf etkileşim

Fermi'nin kuramsal fiziğe ilk büyük katkısı 1925-1926'da geldi. Wolfgang Pauli'nin, iki elektronun aynı kuantum durumunda bulunamayacağını söyleyen dışarlama ilkesini bir parçacık gazına uyguladı. Bu istatistiksel yaklaşım Fermi-Dirac istatistiği adını aldı; bu kurala uyan parçacıklara bugün onun onuruna fermiyon deniyor.

1933-1934'te ise beta bozunması, yani bazı atom çekirdeklerinin elektron yayarak başka bir elemente dönüşmesi için bir kuram geliştirdi. Kuram, o sırada varlığı yalnızca önerilmiş olan nötrinoyu da içeriyordu. Fermi'nin tarif ettiği etkileşim, sonradan doğadaki dört temel kuvvetten biri olan zayıf etkileşim olarak anılacaktı.

Yavaş nötronlar ve Nobel Ödülü

Fermi, kuramla deneyi aynı ustalıkla yürüten ender fizikçilerdendi. Mart 1934'te ekibiyle birlikte elementleri nötronlarla bombardıman ederek yapay radyoaktivite oluşturdu ve bunu 22 elementte başardı. Yavaşlatılmış nötronların çekirdekler tarafından hızlı nötronlardan çok daha kolay yakalandığını da bu çalışmalar sırasında keşfetti.

1938 Nobel Fizik Ödülü ona, nötron ışınlamasıyla üretilen yeni radyoaktif elementlerin varlığını göstermesi ve bununla bağlantılı olarak yavaş nötronların yol açtığı nükleer tepkimeleri keşfetmesi nedeniyle verildi. Aynı yıl İtalya'da çıkarılan ırk yasaları, Yahudi olan eşi Laura'yı da etkiliyordu. Fermi ailesi Aralık 1938'de İtalya'dan ayrıldı ve Ocak 1939'da New York'a ulaştı; Fermi Columbia Üniversitesi'nde göreve başladı.

Chicago Pile-1: ilk nükleer reaktör

Fermi'nin adını tarihe geçiren deney, 2 Aralık 1942'de Chicago Üniversitesi'nde, Stagg Field stadının tribünleri altındaki bir squash kortunda yapıldı. Chicago Pile-1 adı verilen reaktör, Chicago Üniversitesi'nin anlatımıyla aralarına yüzlerce küçük uranyum bloğu yerleştirilmiş, 57 katmanlı ve yaklaşık 6 metre yüksekliğinde bir grafit yığınıydı. Yığında 45.000 grafit blok, yaklaşık 4,9 ton uranyum metali ve 41 ton uranyum oksit vardı. Grafit, nötronları yavaşlatarak uranyum çekirdeklerinin bölünmesini (fisyon) kolaylaştırıyordu; nötron soğuran kadmiyum çubuklar da tepkimeyi denetim altında tutuyordu.

O gün deneye 49 bilim insanı katıldı. Fermi, operatörlere kontrol çubuklarını yavaş yavaş çekmelerini söyledi; ölçüm aletleri nötron sayısını kaydettikçe tepkime kendi kendini sürdürür hâle geldi. Reaktör yaklaşık 4,5 dakika boyunca, yaklaşık 0,5 vat gibi çok düşük bir güçte çalıştı; 12 Aralık'ta gücü 200 vata çıkarıldı. Deneyin ardından fizikçi Arthur Compton, James Conant'ı telefonla arayıp başarıyı doğaçlama bir şifreyle bildirdi: "İtalyan denizci Yeni Dünya'ya ayak bastı." Ekip başarıyı kâğıt bardaklarda Chianti şarabıyla kutladı. Reaktör 1943'te sökülerek kentin dışındaki ormanlık bir alana taşındı ve Chicago Pile-2 olarak yeniden kuruldu.

Manhattan Projesi ve Trinity

Chicago Pile-1, atom bombası geliştiren Manhattan Projesi'nin parçasıydı. Fermi sonraki yıllarda projenin büyük reaktörlerinde de görev aldı: Oak Ridge'deki X-10 grafit reaktörü 4 Kasım 1943'te kritik hâle geldi; Hanford'daki B Reaktörü Eylül 1944'te çalışmaya başladığında Fermi, ksenon-135'in nötronları soğurarak reaktörü "zehirlediğini" belirleyen isimlerden oldu. Eylül 1944'ten itibaren Los Alamos'ta laboratuvar müdür yardımcısı olarak F Bölümü'nü yönetti. 16 Temmuz 1945'teki Trinity denemesinde patlama dalgası geçerken yere bıraktığı kâğıt şeritlerin ne kadar uzağa savrulduğuna bakarak gücü yaklaşık 10 kiloton TNT olarak tahmin etti; gerçek değer 18,6 kiloton dolayındaydı.

Bu tür hızlı tahminler Fermi'nin alametifarikasıydı. Kaba ama akıllıca kurulmuş hesaplarla bir sorunun büyüklük mertebesini dakikalar içinde bulma yöntemi, bugün "Fermi yöntemi" adıyla anılıyor.

Savaştan sonra: Chicago ve kozmik ışınlar

Fermi 1 Temmuz 1945'te Chicago Üniversitesi'nde profesör oldu ve üniversitenin nükleer araştırmalar enstitüsünün kurulmasına katkıda bulundu. Oppenheimer'ın başkanlık ettiği Genel Danışma Kurulu'nda görev yaptı; Sovyetler Birliği'nin Ağustos 1949'daki ilk atom bombası denemesinin ardından hidrojen bombası geliştirilmesine hem ahlaki hem teknik gerekçelerle karşı çıktı. 1954'teki güvenlik soruşturmasında Robert Oppenheimer lehine tanıklık etti.

Bu yıllarda astrofiziğe de önemli bir katkı yaptı. 1949'da yayımladığı "Kozmik Işınımın Kökeni Üzerine" başlıklı makalesinde, kozmik ışın parçacıklarının uzaydaki manyetik alanlarla hızlandırılabileceğini öne sürdü. Fermi, ameliyat edilemeyen mide kanseri nedeniyle 28 Kasım 1954'te Chicago'daki evinde, 53 yaşında hayatını kaybetti.

"Herkes nerede?": Fermi paradoksu

1950'de Los Alamos'ta Emil Konopinski, Edward Teller ve Herbert York ile öğle yemeği yerken Fermi, sohbetin ortasında şu soruyu sordu: "Herkes nerede?" Teller'ın hatırladığı biçim buydu; York'a göre soru "Hiç herkesin nerede olduğunu merak etmiyor musunuz?", Konopinski'ye göre ise "Peki ama herkes nerede?" şeklindeydi. Soru, Dünya dışında akıllı yaşamın var olma olasılığının yüksek görünmesiyle bugüne dek hiçbir temasın kurulmamış olması arasındaki çelişkiyi özetliyor. Konunun ayrıntıları ve önerilen yanıtlar Fermi paradoksu: Herkes nerede? sayfamızda.

Fermi bu soruyu ilk soran kişi değildi: Benzer düşünceler 1686'da Bernard le Bovier de Fontenelle'de, 1865'te Jules Verne'de ve 1930'larda Konstantin Tsiolkovski'de görülür. Tarihçi Robert Gray 2015'te, paradoksa Fermi'nin adının verilmesinin onun sorusunu yanlış yorumladığını savundu; Gray'e göre Fermi, gelişmiş uygarlıkların varlığını değil, yıldızlararası yolculuğun uygulanabilirliğini sorguluyordu.

Adı uzayda: Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu

NASA'nın 11 Haziran 2008'de Gama Işını Geniş Alan Uzay Teleskobu (GLAST) adıyla fırlattığı gözlemevi, kısa süre sonra yüksek enerji fiziğinin öncüsü saydığı Enrico Fermi'nin onuruna yeniden adlandırıldı. ABD Enerji Bakanlığı ile ortak geliştirilen ve Fransa, Almanya, İtalya, Japonya ile İsveç'ten de katkı alan uzay teleskobu, Dünya çevresinde dolanırken her üç saatte bir tüm gökyüzünü tarıyor. NASA'ya göre teleskop 8 bin elektronvolttan (8 keV) 300 milyar elektronvoltun (300 GeV) üzerine kadar uzanan geniş bir enerji aralığında gama ışınlarını görüyor; elektronvolt, parçacık fiziğinde kullanılan bir enerji birimidir.

Teleskop bugüne kadar 300'den fazla gama ışını atarcası buldu, Samanyolu dışındaki ilk gama ışını atarcasını saptadı ve Samanyolu'nun merkezinin altında ve üstünde uzanan, toplam 50 bin ışık yılı büyüklüğündeki "Fermi baloncukları"nı keşfetti. Gama ışını patlamalarını izleyen Fermi, kütleçekim dalgaları da saptanan bir nötron yıldızı birleşmesinden gelen ilk ışığı da yakaladı. Karanlık madde arayışı da teleskobun çalışma alanları arasında.

Fermi'nin adı başka yerlerde de yaşıyor: 1952'de Ivy Mike nükleer denemesinin kalıntılarında bulunan 100 numaralı element fermiyum, 1974'te onun adını alan Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı (Fermilab) ve ABD'nin Enrico Fermi Ödülü bunlardan yalnızca birkaçı.

Verileri göster

1901	Roma'da doğdu
1922	Pisa'da doktorasını aldı
1926	Roma'da profesör
1934	Yavaş nötronları keşfetti
1938	Nobel Fizik Ödülü, ABD'ye göç
1942	Chicago Pile-1 çalıştı
1950	"Herkes nerede?" sorusu
2008	Uzay teleskobuna adı verildi

Kısaca

• 29 Eylül 1901'de Roma'da doğdu, 28 Kasım 1954'te Chicago'da öldü.
• Fermi-Dirac istatistiğini ve beta bozunması kuramını geliştirdi; fermiyonlar onun adını taşıyor.
• Yavaş nötronlarla tetiklenen nükleer tepkimeleri bulduğu için 1938 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.
• 2 Aralık 1942'de Chicago Pile-1 ile kendi kendini sürdüren ilk nükleer zincirleme tepkimeyi gerçekleştiren ekibe önderlik etti.
• 1950'de sorduğu "Herkes nerede?" sorusu Fermi paradoksu olarak anılıyor.
• NASA'nın 2008'de fırlattığı gama ışını gözlemevi Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu adını aldı.