Enrico Fermi (; – ) foi um físico italiano naturalizado estadunidense. Criou o Chicago Pile-1, o primeiro reator nuclear artificial do mundo, e participou do Projeto Manhattan. Recebeu o Nobel de Física de 1938 "por suas demonstrações da existência de novos elementos radioativos produzidos pela irradiação com nêutrons e pela descoberta, relacionada a elas, de reações nucleares provocadas por nêutrons lentos". Foi chamado de "arquiteto da era nuclear" e "arquiteto da bomba atômica". Trabalhou com física teórica e física experimental e, com seus colegas, depositou patentes relativas ao uso da energia nuclear. Uma delas, sobre processos com nêutrons lentos, foi objeto de uma controvérsia com o governo dos Estados Unidos a respeito do pagamento de direitos pelo seu uso. Sua pesquisa abrangeu mecânica estatística, teoria quântica, física nuclear e física de partículas.
Depois que Wolfgang Pauli formulou o princípio de exclusão de Pauli, em 1925, Fermi aplicou-o a um gás ideal por meio da formulação que passou a ser chamada estatística de Fermi-Dirac. As partículas sujeitas a esse princípio são chamadas férmions. Pauli propôs em seguida que, no decaimento beta, uma partícula invisível e sem carga seria emitida junto com o elétron, preservando a conservação da energia. Fermi incorporou a partícula, à qual deu o nome de neutrino, a uma teoria depois chamada interação de Fermi e hoje entendida no âmbito da interação fraca, uma das quatro interações fundamentais. Em experimentos com o nêutron, recém-descoberto, verificou que nêutrons lentos eram capturados pelos núcleos atômicos com mais facilidade que nêutrons rápidos e formulou a equação da idade de Fermi. Após bombardear tório e urânio com nêutrons, considerou a possibilidade de ter produzido elementos mais pesados que o urânio. Parte dos resultados foi posteriormente explicada pela fissão nuclear.
Fermi deixou a Itália em 1938 para escapar das leis raciais italianas, que atingiam sua esposa judia, Laura Capon. Nos Estados Unidos, participou do Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial. Liderou a equipe da Universidade de Chicago que projetou e construiu o Chicago Pile-1, no qual ocorreu, em , a primeira reação nuclear em cadeia autossustentada produzida por seres humanos. Estava presente quando o reator de grafite X-10, em Oak Ridge, atingiu a criticidade em 1943 e quando o reator B, no sítio de Hanford, o fez no ano seguinte. Em Los Alamos, chefiou a Divisão F, que incluía trabalhos sobre a bomba termonuclear "Super" de Edward Teller. No teste Trinity, em , estimou o rendimento da primeira explosão de uma bomba nuclear completa com seu método de Fermi. Após a guerra, ajudou a fundar o Instituto de Estudos Nucleares em Chicago e integrou o Comitê Consultivo Geral presidido por J. Robert Oppenheimer, que aconselhava a Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos. Depois da explosão da primeira bomba de fissão soviética, em agosto de 1949, opôs-se à construção da bomba de hidrogênio por razões morais e técnicas. Depôs a favor de Oppenheimer na audiência de segurança de 1954 que terminou com a cassação da credencial de acesso deste.
Na física de partículas, pesquisou sobretudo píons e múons. Propôs que os raios cósmicos resultassem da aceleração de matéria por campos magnéticos no espaço interestelar. Seu nome foi dado a conceitos, prêmios e instituições, entre eles o reator reprodutor Fermi 1, a missão Fermi Explorer, a Usina Nuclear Enrico Fermi, o Prêmio Enrico Fermi, o Instituto Enrico Fermi, o Fermilab, o Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama, o paradoxo de Fermi e o elemento sintético férmio. Está entre os cientistas homenageados no nome de um elemento químico.
Primeiros anos
Enrico Fermi nasceu em , em Roma, Itália. Era o terceiro filho de Alberto Fermi, chefe de divisão no Ministério das Ferrovias, e Ida de Gattis, professora primária. Sua irmã Maria era dois anos mais velha, e seu irmão Giulio, um ano mais velho. Os meninos foram enviados a uma comunidade rural para serem amamentados por amas de leite, e Enrico voltou a morar com a família em Roma aos dois anos e meio. Embora tenha sido batizado na Igreja Católica por vontade dos avós, sua família não era particularmente religiosa. Enrico foi agnóstico durante toda a vida adulta. Na infância, compartilhava os interesses de Giulio: os dois construíam motores elétricos e brincavam com brinquedos elétricos e mecânicos. Giulio morreu durante uma operação de um abscesso na garganta em 1915, e Maria morreu no acidente do Voo TWA 891 perto de Milão em 1959.
miniatura|Fermi nasceu na Via Gaeta, número 19, em Roma.
Em uma feira no Campo de' Fiori, Fermi encontrou Elementorum physicae mathematicae, um livro de física de 900 páginas. Escrito em latim pelo padre jesuíta Andrea Caraffa, professor do Collegio Romano, tratava de matemática, mecânica clássica, astronomia, óptica e acústica conforme os conhecimentos da época de sua publicação, em 1840. Com Enrico Persico, amigo também interessado em ciências, dedicou-se a projetos como a construção de giroscópios e a medição da aceleração da gravidade terrestre.
Enrico costumava encontrar Alberto à saída do trabalho. Em 1914 conheceu ali Adolfo Amidei, colega do pai que às vezes acompanhava Alberto durante parte do caminho para casa.
miniatura|esquerda|Placa na casa em que Fermi nasceu.
Ao descobrir que Amidei se interessava por matemática e física, Enrico lhe fez uma pergunta de geometria. Amidei percebeu que o rapaz se referia à geometria projetiva e lhe emprestou um livro de Theodor Reye sobre o tema. Dois meses depois, Fermi devolveu o volume com todos os problemas do fim do livro resolvidos, inclusive alguns que Amidei julgava difíceis. Após conferir as soluções, Amidei concluiu que Fermi era "um prodígio, ao menos no que diz respeito à geometria". Passou a orientá-lo e a lhe emprestar outros livros de física e matemática. Observou também que sua memória lhe permitia devolver os livros depois de lê-los e ainda recordar muito bem o conteúdo.
Formação direita|miniatura|upright|Enrico Fermi quando estudava em Pisa.
Fermi concluiu o ensino médio em julho de 1918, depois de saltar todo o terceiro ano. A conselho de Amidei, aprendeu alemão para ler os muitos artigos científicos então publicados nessa língua e candidatou-se à Scuola Normale Superiore, em Pisa. Amidei julgava que a escola ofereceria melhores condições para seu desenvolvimento do que a Universidade de Roma La Sapienza. Como já haviam perdido um filho, seus pais relutaram em deixá-lo viver por quatro anos no alojamento da escola, longe de Roma. Fermi ficou em primeiro lugar no difícil exame de ingresso, que incluía uma redação sobre as "Características específicas dos sons". Aos 17 anos, usou a análise de Fourier para deduzir e resolver a equação diferencial parcial de uma haste vibrante. Depois de entrevistá-lo, o examinador declarou que ele se tornaria um físico extraordinário.
Na Universidade de Pisa, Fermi fazia brincadeiras com o colega Franco Rasetti, que se tornou seu amigo próximo e colaborador. Luigi Puccianti, diretor do laboratório de física, aconselhava-o, mas dizia ter pouco a lhe ensinar e às vezes pedia que Fermi lhe ensinasse algo. Seu conhecimento de física quântica levou Puccianti a pedir-lhe que organizasse seminários sobre o assunto. Fermi aprendeu nessa época o cálculo tensorial, essencial à relatividade geral. Escolheu inicialmente matemática como área de estudo, mas logo mudou para física. Estudou sobretudo por conta própria a relatividade geral, a mecânica quântica e a física atômica.
Em setembro de 1920, ingressou no departamento de física. Como havia apenas três estudantes, Fermi, Rasetti e Nello Carrara, Puccianti permitiu que usassem livremente o laboratório. Fermi propôs que pesquisassem cristalografia de raios X, e os três produziram uma fotografia de Laue, imagem de um cristal obtida por raios X. Em 1921, no terceiro ano da universidade, publicou os primeiros trabalhos científicos no periódico italiano Nuovo Cimento. O primeiro, "Sobre a dinâmica de um sistema rígido de cargas elétricas em movimento de translação" (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio), examinava a contribuição eletromagnética para a inércia de um sistema de cargas em movimento, tratando-a por meio de grandezas tensoriais. O segundo trabalho, "Sobre a eletrostática de um campo gravitacional uniforme de cargas eletromagnéticas e sobre o peso das massas eletromagnéticas" (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche), usava a relatividade geral para mostrar que uma carga tem massa igual a U/c2, sendo U a energia eletrostática do sistema e c a velocidade da luz.
esquerda|miniatura|O cone de luz é a superfície tridimensional formada pelos raios luminosos que podem chegar a um ponto do espaço-tempo ou partir dele. Nesta representação, uma dimensão espacial foi suprimida. O eixo vertical é a linha temporal.
A análise da inércia eletromagnética suscitou uma discrepância entre um cálculo da eletrodinâmica clássica, que fornecia 4/3 U/c2, e a relação relativística. Fermi examinou-a em trabalhos publicados entre 1922 e 1923, incluindo "Sobre uma contradição entre a teoria eletrodinâmica e a teoria relativística da massa eletromagnética", publicado em alemão em 1922 na Physikalische Zeitschrift. Ainda em 1922, apresentou "Sobre os fenômenos que ocorrem nas proximidades de uma linha de mundo" (Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria) aos Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. Examinou nele o princípio da equivalência e introduziu as coordenadas de Fermi. Demonstrou que, nas proximidades de uma linha de mundo, o espaço se comporta como um espaço euclidiano.
Fermi apresentou em julho de 1922 a tese "Um teorema do cálculo das probabilidades e algumas de suas aplicações" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni) e obteve o doutorado aos 20 anos, idade incomum para o grau. A tese tratava de imagens de difração de raios X. Como a física teórica ainda não era reconhecida como disciplina na Itália, apenas uma tese de física experimental seria aceita. Isso também retardava a aceitação entre os físicos italianos de ideias vindas da Alemanha, como a relatividade. A exigência não impôs a Fermi dificuldades intransponíveis, pois ele se sentia à vontade no laboratório.
miniatura|Os alunos de Paul Ehrenfest em Leiden, em 1924. Fermi é o primeiro à direita.
Em 1923, ao escrever um apêndice para a edição italiana de Fundamentals of Einstein Relativity, de August Kopff, Fermi destacou as consequências da equivalência massa-energia, E = mc2, para a energia contida na matéria e para a energia de ligação nuclear. "Não parece possível, ao menos num futuro próximo", escreveu, "encontrar um modo de liberar essas quantidades assustadoras de energia, o que é bom, pois o primeiro efeito de uma explosão dessa magnitude seria despedaçar o físico que tivesse a infelicidade de descobrir como provocá-la."
miniatura|esquerda|Distribuição de Fermi-Dirac: ocupação de níveis de energia por férmions em quatro temperaturas.