Enrico Fermi' (Roma, 29 de septiembre de 1901-Chicago, 28 de noviembre de 1954) fue un físico italiano nacionalizado estadounidense conocido por el desarrollo del primer reactor nuclear y sus contribuciones al desarrollo de la teoría cuántica, la física nuclear y de partículas, y la mecánica estadística. En 1938 Fermi recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre radiactividad inducida y es considerado uno de los científicos más destacados del . Ha sido definido como el "arquitecto de la era nuclear" y el "arquitecto de la bomba atómica".
Es reconocido como un físico con grandes capacidades tanto en el plano teórico como experimental. El elemento Fermio, que fue producido en forma sintética en 1952, fue nombrado en su honor.
La medicina moderna que usa isótopos radioactivos para el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades es deudora de su trabajo.
Primeros años miniatura|derecha|Vía Gaeta 19, Roma, donde nació Fermi.
Enrico Fermi nació en Roma, Italia, el 29 de septiembre de 1901. Fue el tercer hijo de Alberto Fermi, inspector general del Ministerio de Comunicaciones. Su madre, Ida de Gattis, era maestra en una escuela. Su hermana María era dos años mayor y su hermano Giulio era un año mayor que Enrico. Los dos hermanos fueron enviados a un pueblo con un ama de cría para su lactancia. Enrico volvió a Roma con su familia a los dos años y medio de edad.
Aunque fue bautizado como católico según los deseos de sus abuelos, su familia no era especialmente religiosa. Enrico fue agnóstico durante toda su vida adulta. De niño compartió los mismos intereses que su hermano Giulio, construyendo motores eléctricos y jugando con juguetes mecánicos y eléctricos. Giulio murió en 1915 durante la anestesia para una operación de un absceso en la garganta. Su hermana Maria murió en 1959 en un accidente de aviación cerca de Milán.
Se interesó por la física a los 14 años de edad, tras la lectura de un viejo texto escrito en latín: Elementorum physicae mathematicae, un libro de 900 páginas publicado en 1840 por el jesuita Andrea Caraffa del Colegio Romano. Cubría todo el saber de la época en matemáticas, mecánica clásica, astronomía, óptica y acústica. Su historial académico fue excelente, disfrutando de una gran memoria que le permitía recitar la Divina Comedia de Dante y gran parte de Aristóteles. Gozaba de una gran facilidad para resolver problemas de física teórica y una gran capacidad de síntesis. En su juventud Enrico disfrutaba aprendiendo física y matemáticas y compartiendo sus intereses con su hermano mayor, Giulio. La muerte repentina de Giulio, debido a un absceso en la garganta en 1915, perturbó a Enrico y aumentó su dedicación a los estudios de la ciencia para distraerse. Según su propio relato, todos los días pasaba delante del hospital donde había fallecido su hermano mayor hasta que se hizo insensible a la pena.
Posteriormente, Enrico trabó amistad con otro estudiante interesado en la ciencia llamado Enrico Persico, y los dos colaboraron en proyectos científicos tales como la construcción de giróscopos, y la medición del campo gravitatorio de la Tierra. El interés de Fermi por la física fue en aumento cuando un amigo de su padre, Adolfo Amidei, le regaló varios libros sobre física y matemáticas, que leyó con gran avidez.
Scuola Normale Superiore en Pisa derecha|miniatura|Enrico Fermi como estudiante en Pisa
Fermi terminó el bachillerato en julio de 1918 y aconsejado por Amidei solicitó matricularse en la Scuola Normale Superiore en Pisa. Como habían perdido un hijo sus padres eran remisos a mandarlo lejos de casa durante cuatro años. La escuela daba alojamiento gratuito a sus estudiantes, pero los candidatos tenían que aprobar un difícil examen de acceso que incluía un ensayo. El tema era Características específicas de los sonidos. El joven de 17 años Enrico Fermi derivó y resolvió la ecuación en derivadas parciales para una barra vibrante aplicando el análisis de Fourier. El examinador Giulio Pittarelli de la Sapienza University de Roma, lo entrevistó y lo alabó diciendo que se convertiría en un físico destacado en el futuro. Fermi fue el primero en el examen de acceso.
Durante su estancia en la Scuola Normale Superiore, Fermi se juntó con compañero Franco Rasetti con el que solía gastar bromas. Llegaron a ser amigos y colaboradores. Luigi Puccianti, director del laboratorio de física reconoció que había poco que le pudiera enseñar a Fermi y con frecuencia le pedía a Fermi que le enseñara algo a él. El conocimiento de Fermi sobre la física cuántica alcanzó tal nivel que Puccianti le pidió que organizara seminarios sobre el tema. Por entonces Fermi aprendió cálculo tensorial, una técnica matemática inventada por Gregorio Ricci y Tullio Levi-Civita que era necesaria para demostrar los principios de la relatividad general. Al principio escogió estudiar matemáticas, pero cambió a física. Fue autodidacta en el estudio de la relatividad general, mecánica cuántica y física atómica.
En septiembre de 1920 Fermi fue admitido en el departamento de Física. Como en el departamento solo había tres estudiantes, Fermi, Rasetti, y Nello Carrara, Puccianti les dejaba usar el laboratorio con plena libertad. Fermi decidió que deberían investigar la cristalografía por rayos X y los tres trabajaron para conseguir una fotografía Laue, que es la fotografía con rayos K de un cristal.
En 1921, durante su tercer año en la universidad, Fermi publicó su primer trabajo científico en la revista italiana Nuovo Cimento. Se titulaba «Sobre la dinámica de un sistema rígido de cargas eléctricas en movimiento de traslación» ().
Un indicio de las cosas venideras era que la masa era expresada como un tensor, un constructo matemático usado comúnmente para describir algo que se mueve y cambia en un espacio tridimensional. En la mecánica clásica la masa es una magnitud escalar, pero en la relatividad cambia con la velocidad. El segundo trabajo publicado fue «Sobre la electrostática de un campo gravitacional uniforme de cargas electromagnéticas y el peso de las cargas electromagnéticas» ().
Usando la relatividad general Fermi demostró que una carga tenía un peso equivalente a U/c2, donde U es la energía electrostática del sistema y c es la velocidad de la luz.
El primer trabajo parecía apuntar una contradicción entre la teoría electrodinámica y la relativista sobre el cálculo de las masas electromagnéticas, ya que la primera predecía un valor de 4/3 U/c2. Fermi investigó esto en el año siguiente en el trabajo «Sobre la contradicción entre la electrodinámica y la teoría de la relatividad en cuanto a la masa electromagnética» en el que mostró que la contradicción aparente era consecuencia de la relatividad. Este trabajo se tradujo al alemán y se publicó en la revista científica Physikalische Zeitschrift en 1922.
En ese año Fermi mandó su artículo «Sobre el fenómeno que ocurre cerca de un meridiano horario» () a la revista italiana I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. En este artículo examinó el principio de equivalencia e introdujo las llamadas coordenadas de Fermi. Probó que en un meridiano próximo al huso horario, el espacio se comporta como si fuera un espacio euclidiano.
izquierda|miniatura|Un cono de luz es una superficie tridimensional de todos los posibles rayos de luz que llegan y salen de un punto en el espacio-tiempo. Aquí se dibuja con una dimensión espacial suprimida. El eje vertical es la línea de tiempo. Fermi mandó su tesis «Un teorema sobre probabilidad y algunas de sus aplicaciones» () a la Scuola Normale Superiore en julio de 1922, y recibió su licenciatura laureada a la temprana edad de 20 años. La tesis era sobre imágenes de difracción de rayos X. La Física Teórica no era considerada una disciplina en Italia y la única tesis que habría sido aceptada sería una sobre física experimental. Por esta razón los físicos italianos fueron lentos al incorporar nuevas ideas como la relatividad que venía de Alemania. Como Fermi se sentía como en casa en el laboratorio haciendo trabajo experimental, esto no supuso mayor problema para él.
Al escribir el apéndice de la edición italiana del libro: Fundamentals of Einstein Relativity de August Kopff en 1923, Fermi fue el primero en apuntar que dentro de la famosa equivalencia de masa y energía de Einstein () había una enorme cantidad de energía nuclear potencial para ser explotada. No parecía posible, al menos en el futuro cercano a esa época, encontrar una forma de liberar esa terrible cantidad de energía, lo que era bueno, porque el primer efecto de una explosión de tan enorme cantidad de energía, convertiría en polvo al físico que hubiera tenido la desgracia de encontrar la manera de hacerlo.
En 1924 Fermi fue iniciado en la masonería dentro de la logia masónica "Adriano Lemmi" del Gran Oriente de Italia.
Fermi decidió viajar al extranjero y pasó un semestre estudiando con Max Born en la Universidad de Göttingen, donde conoció a Werner Heisenberg y a Pascual Jordan. Después estudió en Leiden con Paul Ehrenfest de septiembre a diciembre de 1924 becado por la Fundación Rockefeller por intercesión del matemático Vito Volterra. Allí Fermi conoció a Hendrik Lorentz y Albert Einstein, y se hizo buen amigo de Samuel Goudsmit y Jan Tinbergen.
De enero de 1925 a finales de 1926, Fermi enseñó física matemática y mecánica teórica en la Universidad de Florencia, donde se unió a Rasetti para llevar a cabo una serie de experimentos sobre los efectos de los campos magnéticos en el vapor de mercurio. También participó en seminarios en la Universidad Sapienza de Roma, donde impartió conferencias sobre mecánica cuántica y física del estado sólido.
Después de que Wolfgang Pauli anunció su principio de exclusión en 1925, Fermi respondió con un artículo «Sobre la cuantización del gas monoatómico perfecto» (), en el que aplicaba el principio de exclusión a un gas ideal. El trabajo fue especialmente notable por la formulación estadística de Fermi, que describe la distribución de partículas en un sistema físico de muchas partículas idénticas que obedecen el principio de exclusión. Esto fue desarrollado independientemente poco después que el físico británico Paul Dirac, que también mostró cómo se relacionaba con las estadísticas Bose–Einstein. Actualmente se las conoce como las estadísticas Fermi–Dirac.
Las partículas que obedecen el principio de exclusión se llaman actualmente fermiones, mientras que las que no las odebecen se llaman bosones.
Roma miniatura|derecha|Fermi y sus estudiantes (los chicos de Panisperna) en el patio del Instituto de Física en la Vía Panisperna de la Universidad de Roma. De izquierda a derecha: Oscar D'Agostino, Emilio Segrè, Edoardo Amaldi, Franco Rasetti y Fermi. Bruno Pontecorvo tomó la fotografía. Los catedráticos en Italia accedían a las plazas vacantes por concurso en el que un comité de profesores evalúa a los candidatos por sus publicaciones. Fermi se presentó a una vacante de física matemática en la Universidad de Cagliari en Cerdeña, pero fue sobrepasado por poco por Giovanni Giorgi.
En 1926, con 24 años de edad, postuló a la cátedra de física de la Universidad Sapienza de Roma. Era un puesto nuevo, uno de los primeros tres en física teórica en Italia, los que habían sido creados por el Ministerio de Educación a petición del profesor Orso Mario Corbino, que era profesor universitario de física experimental, Director del Instituto de Física y miembro del gobierno de Benito Mussolini. Corbino presidió el comité de selección y esperaba que el nuevo puesto elevaría el nivel y la reputación de la Física en Italia.