Amerikalı Nobel ödüllü fizikçi Enrico Fermi, (1901- 1954) yirminci yüzyılın en önemli fizikçilerinden biriydi. Kendisi kuantum mekaniğine ve atom fiziğine birçok önemli katkı yaptı. 1938’de radyoaktivite ve nükleer tepkimeler üzerine yaptığı çalışmalarla Nobel Ödülü aldı. 1940’ların başında ilk nükleer reaktör olan Chicago Pile-1’i kurdu. Birçok başarısının yanı sıra nötrino denilen parçacığın varlığını öngören o oldu.
Bunların hepsi elbette çok önemli başarılardı. Ancak binlerce yıl önceki Yontma Taş Devri’nde yerden bir taş alıp yontarak biçimlendiren insanın elindeki o en basit aletin bile barınak yapmak gibi iyi ya da başkalarına zarar vermek gibi kötü amaçlarla kullanılması gibi, yeni geliştirilen bütün teknolojilerin de hem iyiye hem de kötüye kullanılma potansiyeli vardır. Aynı sonuç Enrico Fermi’nin çalışmalarının sonuçları için de geçerli olacaktı.
Enrico Fermi, çalışmaları sonucunda dünyaya ilk prototip nükleer reaktörü verdi ve aynı zamanda ilk atom bombasının geliştirilmesine de büyük katkı sağladı. Sonucunda katkıları dünyayı, kimin elinde olduğuna bağlı olarak değişecek biçimde, önemli bir biçimde etkileyecekti. 53 yıllık hayatına birçok keşif sığdıran Enrico Fermi bugün “Nükleer Çağın Babası” olarak adlandırılmaktadır.
Kısaca Enrico Fermi’yi Tanıyalım
Enrico Fermi, 29 Eylül 1901’de İtalya’da doğdu. Kısa süre içinde de matematik ve fizik yetenekleri ile dikkat çekmeye başladı. En büyük ağabeyi 14 yaşında trajik bir şekilde aniden öldü. Fermi’nin yoğun duygusal acısını fark eden ailesi, onu derslerine odaklanması için cesaretlendirdi.
Başarılı bir eğitim hayatının devamında Fermi, 1918’de İtalya Scuola Normale Superiore Üniversitesi’nde burs kazandı. 1922’de de onur derecesiyle mezun oldu. 1923’te Rockefeller Bursu kazandı. 1924’te de P. Ehrenfest ile çalışmak için Leyden’e taşındı. Ancak kısa süre sonra Floransa Üniversitesi’nde Matematiksel Fizik ve Mekanik alanında öğretim görevlisi olarak göreve başlamak için İtalya’ya dönmeyi tercih edecekti.
Yirmi altı yaşına geldiğinde Fermi, İtalya’da fizik eğitimini modernize etmek için elinden geleni yapmayı kafasına koymuştu. Bilim Geliştirme Derneği’nin yıllık toplantılarında yarı-popüler dersler verdi. Üniversitedeyse verdiği seminer konuşmaları pek çok genç fizikçiyi cezbetti.
Bunlardan biri de sıra dışı bir yeteneğe sahip olan ancak sonradan gizemli bir şekilde ortadan kaybolan fizikçi Ettore Majorana’ydı. Kendisinin ilginç hikayesini bu yazıdan okuyabilirsiniz: Fizikçi Ettore Majorana Gizemli Bir Şekilde Nasıl Kayboldu?
Enrico Fermi’nin Çalışmaları
1926’da Enrico Fermi, Pauli’nin dışlama ilkesine tabi parçacıkları yöneten istatistiksel yasaları keşfetti. Bu yasalar günümüzde Fermi istatistikleri daha doğrusu Fermi’den bağımsız olarak aynı konuda çalışmalar yaptığı için Paul Dirac’in adı ile de birleştirilerek Fermi-Dirac istatistikleri (F-D istatistikleri) olarak bilinmektedir.
Fermiyon, parçacık fiziğinde, Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıktır. Başka bir deyişle, Enrico Fermi ve Paul Dirac’ın gösterdiği üzere, Bose-Einstein istatistiğine sahip bozonların aksine fermiyonlar, belirtilen zamanda sadece bir kuantum durumuna karşılık gelebilen parçacıklardır.
Fermi, 1927’de Roma Üniversitesi’nde Teorik Fizik Profesörü oldu. Küresel siyasi olaylar hayatını sonsuza dek dramatik bir şekilde değiştirmeden önce, bu görevi on yıldan biraz daha uzun bir süre sürdürdü. 1928’de Laura Capon, Roma’da saygın bir Yahudi ailenin kızı olan Laura Capon ile evlendi. Fermi bu sıralarda da Beta bozunması teorisini geliştirdi. Devamında da çalışmaları nükleer fisyonun keşfine ve mevcut periyodik tablonun ötesinde yer alan elementlerin ortaya çıkmasına yol açacaktı.
Aldığı Nobel Ödülü Amerika’ya Kaçmasına Yardım Edecekti
Bulguları ve başarıları nihayetinde Enrico Fermi’nin 1938 Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmasına yol açtı. Bu Nobel ödülü sadece büyük bir onur değildi. Aynı zamanda savaş zamanlarda Fermi ve ailesinin hayatını da kurtaracaktı. Tören, İsveç’in Stockholm kentinde yapıldı. Bu da Fermi’nin İtalya’yı terk etmesi için makul bir nedendi. Fermi ve ailesi daha sonrasında da Amerika’ya göç ettiler.
Amerika Birleşik Devletleri’nde Fermi, New York’taki Columbia Üniversitesi’de fizik profesörü olarak çalışmaya başladı. Buradaki çalışmaları, amacı bu olmasa da, insanlık tarihindeki en büyük ve en yıkıcı keşiflerden birine yol açtı. Fermi New York’a geldikten birkaç gün sonra, Niels Bohr da Amerika’ya fisyon haberini getirdi.
Bu gelişmeyle beliren zincirleme reaksiyon olasılığını ve sonuçlarını fark eden Leo Szilard’la birlikte Fermi, hemen deneysel çalışmalara başladı. 1939’da Fermi meslek yaşantısının ortasında ve asla öngöreme yeceği çalışmalara dahil olmak üzereydi. Çünkü Almanya Polonya’yı işgal etmiş ve İkinci Dünya Savaşı başlamıştı.
Çalışmalara devam eden Fermi, Szilard ve Herbert Anderson, tek bir makale yayımlayabildiler. Makale, özetle her fisyon olayında ortalama 1,5 nötronun ortaya çıktığını ve bunun zincirleme reaksiyon için yeterli olacağını ifade ediyordu. Bu muazzam büyüklükte enerjinin açığa çıkması anlamına da geliyordu.
Columbia’daki fisyon deneylerinin heyecanı içindeyken bile, Fermi kuramsal fizik çalışmalarına ara vermedi. 1941 Ocak ayında gazların durdurma gücü konusundaki ünlü hesaplamalarını yayımladı. Devamında da nükleer reaktör ve sonunda bir atom bombası geliştirmeyi amaçlayan ve Chicago Üniversitesi yerleşkesinde gizlice yürütülen “Metalürji Laboratuvarı” (Met-Lab) projesine dahil edilecekti. İlk adım bir zincirleme tepkime oluşturmaya çalışmaktı.
Chicago Pile-1: Dünyanın İlk Yapay Nükleer Reaktörü
Fermi adım adım amacına ulaştı. Sonucunda ortaya çıkan Chicago Pile-1 (CP-1), dünyanın ilk yapay nükleer reaktörüydü. Reaktör, boş bir squash kortunda inşa edildi. Reaktörün montajı, Kasım 1942’de Fermi’nin doğrudan gözetimi altında başladı. Fermi’nin ekibinde Herbert L. Anderson, Walter Zinn, Martin D. Whitaker ve George Weil de vardı.
Tüm yapının kabaca küre şeklinde olması düşünülüyordu. Ancak çalışma ilerledikçe biçimi aşağıdaki görseldekine benzeyecekti. 2 Aralık 1942 öğleden sonrası da zincirleme tepkime başarıyla gerçekleştirilmişti. Üç yıl sonra Avrupa’da savaş bitmişti ve Almanlardan önce atom bombasını geliştirme yarışı kazanılmıştı.
İlerleyen süreçte Fermi normal bir akademik hayata geri dönmeye karar verdi. Kendisine gelen bir profesörlük teklifini kabul etti. Bu arada Enrico Fermi, atom üzerindeki çalışmaları nedeniyle şimdi kendi adını taşıyan 50.000 dolarlık özel ödülün ilk alıcısıydı .
Modern fizik tarihinde Fermi kadar çok yönlü bir bilimci yoktur. Kendisi hem kuramsal ve somut deneysel çalışmalar yürüten bir fizikçiydi. Soyut problemleri kolayca çözme, deneysel araçlar tasarlama konusunda da becerikliydi. Ayrıca, konuları son derece basit biçimde açıklar ve yönettiği tezleri hem dinamizm hem de sabırla ele alırdı. İtalya ve Amerika’da yetiştirdiği öğrenciler ile Fermi, fizikçilerin eğitimde bir devrim yapmıştı.
1954 yılının yazında Fermi Avrupa’ya son seyahatini gerçekleştirdi. Sağlığı kötüye gidiyordu. Teşhis edilemeyen sinsi bir hastalığın pençesine düşmüştü. Güçlü bir iradeyle eskisi gibi çalışmayı denedi, ama nihayet teşhis konulduğunda kötü huylu bir mide tümörünün yol açtığı tedavi edilemez bir hastalık olduğu ortaya çıktı. Elli üçüncü yaş gününün hemen ardından geride eşi Laura ve iki çocuğunu bırakarak 28 Kasım 1954’te Chicago’da öldü.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- The doubly dextrous physics of Enrico Fermi; Yayınlanma tarihi: 5 Kasım 2017; Bağlantı: https://www.nature.com
- Enrico Fermi and the Chain Reaction That Changed Everything;. Yayınlanma tarihi: 7 Haziran 2016; Bağlantı: https://undark.org/
- Enrico Fermi: The Man Who Gave the World Nuclear Fission. Yayınlanma tarihi: 21 Şubat 2018; Kaynak site: Interesting Engineering. Bağlantı: Enrico Fermi: The Man Who Gave the World Nuclear Fission/
Matematiksel
