Enrico Fermi

Enrico Fermi (29.9. 1901 – 28.11. 1954) vyrůstal v Itálii a už jako dítě byl pověstný tím, že všechno chtěl pochopit do hloubky. Zatímco jiné děti si hrály venku, on si četl těžké učebnice matematiky a fyziky, které původně ani nebyly určeny pro jeho věk.

Ve 14 letech narazil na učebnici fyziky německého profesora Ostwalda. Pro většinu lidí by to byl dokonalý uspávací prostředek – ale Fermi si ji zamiloval. A hlavně: začal konečně chápat, jak „věci“ doopravdy fungují. To byl okamžik, kdy se z kluka stal vědecký myslitel.

Teoretik a experimentátor

Ačkoliv byl Fermi tichý a nenápadný, jeho schopnosti byly ohromné. Nebyl to jen teoretik nebo jen experimentátor. Byl obojí.

Dokázal matematicky popsat procesy, o kterých jiní jen váhavě spekulovali, a zároveň je uměl v laboratoři ověřit. Tak se stalo, že ve 20. a 30. letech patřil mezi absolutní hvězdy nové kvantové éry fyziky.

Důležité příspěvky k fyzice

• Fermi-Diracova statistika – popisuje chování elektronů a dalších „fermionů“.
• Fermiho zlaté pravidlo – elegantní vzorec, který určuje pravděpodobnost přechodů mezi kvantovými stavy.
• Beta rozpad – navrhl model slabé interakce, který položil základ moderní částicové fyzice.

V roce 1938 získal Nobelovu cenu za fyziku – ještě předtím, než stihl předvést svůj nejodvážnější experiment.

Nobelova cena

Když Enrico Fermi v roce 1938 převzal Nobelovu cenu za fyziku, už patřil mezi nejrespektovanější mladé vědce své doby. Ale to, za co cenu získal, nebyla jen jedna teoretická rovnice nebo elegantní úvaha. Byla to kombinace odvahy, kreativity a práce s radioaktivitou, která otevřela dveře k pochopení jaderných reakcí — tedy k tomu, jak se atomy mění, když je bombardujeme částicemi.

Fermi získal cenu: „Za své demonstrace existence nových radioaktivních prvků vzniklých ozařováním neutrony a za objevení pomalých neutronů.“

Má to trochu háček

Dějiny dnes ukazují, že ocenění vlastně stálo na omylu. Tehdy se věřilo, že Fermi objevil prvky s protonovým číslem vyšším než uran, tedy transuranové prvky. Později se však ukázalo, že údajné „nové“ prvky byly ve skutečnosti produkty štěpení atomového jádra, proces tehdy neznámý a netušený. Paradoxně tak Fermi dostal Nobelovu cenu za něco, co fakticky neobjevil — přesto právě tento omyl otevřel dveře k pochopení jaderného štěpení a k celé éře jaderné fyziky.

Je třeba si ale uvědomit jednu věc.

V roce 1938, kdy Enrico Fermi převzal Nobelovu cenu, bylo lidstvu známo 92 chemických prvků — tedy všechny prvky od vodíku po uran.

Nové radioaktivní prvky

Ve 30. letech bylo módní „střílet“ do atomů různými částicemi a sledovat, co se stane. Fermi ale udělal něco, co ostatní nenapadlo: Začal ostřelovat atomy neutrony, což jsou částice bez elektrického náboje. A protože nemají náboj, snadno proniknou do jádra atomu, na rozdíl od protonů, které se odpuzují.

Tím dokázal vytvářet zcela nové izotopy – a některé z nich byly radioaktivní. To bylo obrovské překvapení a otevřelo to nové pole výzkumu.

Objev „pomalých neutronů“

Fermi si všiml něčeho, co ostatní přehlédli. Když neutrony zpomalí (třeba po nárazu do parafínu nebo vody), mnohem lépe se zachytí v jádrech atomů. Pomalé neutrony = vyšší pravděpodobnost jaderných reakcí. To byl objev století. Doslova položil základy:

– jaderných reaktorů,
– neutronové fyziky,
– a pozdějšího pochopení štěpení uranu.

A právě bez tohoto objevu by Fermi o čtyři roky později nedokázal spustit první řízenou řetězovou reakci.

Fermi objevil štěpení uranu, ale nevěděl o tom

Fermi si myslel, že při ostřelování uranu neutrony vytváří nové prvky „transuranové“ (s protonovým číslem > 92). Až o pár let později Meitnerová, Hahn a Strassmann zjistili, že se uran skutečně rozpadá na dvě menší jádra, tedy že jde o jaderné štěpení.

Dnes víme, že Fermi měl štěpení prakticky „před očima“. Ale v době, kdy Nobelovku získal, fyzikální svět ještě netušil, jak zásadní jeho práce byla.

Jaderný reaktor ve sklepě

Když Fermi během druhé světové války emigroval do USA, stal se klíčovou osobností projektu Manhattan. Jeho hlavním úkolem bylo zjistit, zda lze řídit řetězovou jadernou reakci – tedy udržet štěpení atomů tak, aby neexplodovalo, ale pracovalo stabilně. Výsledkem byl Chicago Pile-1 – první jaderný reaktor světa (1942).

Reaktor nebyl umístěn v supertajné podzemní základně. Postavili ho pod tribunou fotbalového stadionu univerzity v Chicagu – z grafitových bloků a uranu. Méně romantická, ale přesná verze zní: vznikl v nepoužívané zkušební hale, která připomínala sklepní dílnu.

To, co tam Fermi se svým týmem dokázal, změnilo energetiku, medicínu i vojenskou historii.

Génius s nohama pevně na zemi

Fermi byl známý neobvykle skromným chováním. Studentům dával jednoduché a logické rady:

„Když problém nejde vyřešit, zjednoduš ho, dokud nepůjde.“

Tahle metoda dnes nese jméno Fermiho odhady. Používají se všude – od fyziky přes byznys až po analýzu dat. Typická Fermiho otázka by byla:

Kolik laděných klavírů je v New Yorku?
Stačí pár jednoduchých odhadů a jste překvapivě blízko skutečnému číslu.

Fermiho paradox: Kde všichni jsou?

Během oběda s kolegy najednou Fermi řekl:

„Tak kde sakra všichni jsou?“

Pokud je vesmír plný planet a hvězd, proč jsme ještě nenarazili na žádnou civilizaci?
Je to jednoduchá otázka – ale její odpověď otevírá desítky teorií, od fascinujících po znepokojivé.

Enrico Fermi zemřel už v roce 1954, ale jeho odkaz je dnes živější než kdy dřív. Od názvů částic (fermiony), přes astronomické observatoře (Fermi Gamma-ray Space Telescope), až po metody, které se učí studenti na celém světě – jeho duch žije dál.