IL FISICO DELLA SETTIMANA

Enrico Fermi

– Gli anni della Guerra

Enrico Fermi
N

ella primavera 1939 Fermi, insieme con Szilard e Anderson, confermò sperimentalmente che risultava verificata la condizione necessaria affinché potesse aver luogo una reazione a catena.

Gli scienziati impegnati sulla fissione ritennero a questo punto necessario mettere al corrente le autorità governative delle possibili implicazioni militari delle ricerche in corso e nell’estate 1939 Szilard e Wigner (ungheresi) riuscirono a convincere Einstein a inviare una celebre lettera al Presidente degli Stati Uniti, Franklin D. Roosevel.

Nel frattempo, all'inizio di settembre, aveva avuto inizio la Seconda Guerra Mondiale. Roosevelt istituì una commissione per coordinare le ricerche sulla fissione in corso in diversi laboratori degli Stati Uniti. Nel luglio 1939 Fermi e Szilard arrivarono alla conclusione che fosse preferibile rallentare i neutroni con la grafite (carbonio) invece che con acqua. Nella primavera del 1940 venne confermata sperimentalmente una fondamentale previsione di Bohr e Wheeler: a subire la fissione non è il comune 238U ma l'isotopo 235U, che costituisce solamente lo 0,7% dell'uranio naturale e che è difficile da separare in quanto la sua massa differisce poco da quella dell'uranio 'inerte'. Fermi, a questo punto, era persuaso di riuscire a realizzare la reazione a catena utilizzando uranio naturale. Insieme con Szilard, si era reso conto dei vantaggi ottenibili concentrando l'uranio in piccoli blocchi o sfere dentro una catasta di blocchi di grafite: il reattore nucleare venne nominato per questo "pila".

La situazione in Europa andava peggiorando e, nell'estate 1940, Roosevelt istituì il National Defense Research Committee, dal quale furono esclusi gli scienziati stranieri non naturalizzati, come Fermi e Szilard, al fine di coordinare le ricerche che potevano avere implicazioni utili per la difesa, decidendo definitivamente la mobilitazione della comunità scientifica.

Frattanto, nel laboratorio di Lawrence a Berkeley era stato identificato il primo elemento transuranico, successivamente denominato nettunio. Con la cattura di un neutrone, il 238U decade formando il nettunio, (con numero atomico 93 e numero di massa 239), che a sua volta decade in un elemento di numero atomico 94 e numero di massa 239, il plutonio. Fermi ipotizzò che il plutonio potesse essere impiegato come esplosivo nucleare e propose a Segrè, dal 1938 a Berkeley, di utilizzare il ciclotrone per produrre plutonio, per poterne così studiare le proprietà.

Il 7 dicembre 1941 l'attacco giapponese a Pearl Harbour provocò l'ingresso degli Stati Uniti nella guerra; ne conseguì la decisione americana di mettere in atto uno sforzo "senza limiti", con nuovi ingenti finanziamenti per la realizzazione di una reazione a catena. Arthur H. Compton venne posto a capo delle ricerche e decise di riunire a Chicago, presso il Dipartimento di Fisica di cui era direttore, tutti i vari gruppi che in laboratori sparsi negli Stati Uniti stavano lavorando al progetto. Fermi, Szilard e gli altri fisici della Columbia si trasferirono a Chicago, entrando così a far parte del cosiddetto Metallurgical Laboratory ed iniziò, sotto la direzione scientifica di Fermi, la costruzione di un reattore nucleare a uranio naturale e grafite. Nel giugno 1942 il Presidente Roosevelt decise di promuovere un colossale programma mirato alla realizzazione di bombe a fissione, quello che sarà chiamato Progetto Manhattan, affidandolo all'esercito e diretto dal gen. L. Groves.

In ottobre Fermi capì che c’era una quantità di materiale sufficiente per costruire una pila in grado di raggiungere lo stato critico. Inizialmente, il progetto prevedeva di montare la pila in un laboratorio in allestimento nella foresta delle Argonne, nei pressi di Chicago (ora FNAL detto “Fermilab”), ma la necessità di stringere i tempi spinse Fermi a proporre di utilizzare lo spazio sottostante le gradinate dello stadio dell'Università di Chicago.

Il 14 novembre si avviò la costruzione della pila. Fermi calcolò che il 57° strato di uranio e grafite avrebbe innescato la reazione a catena. La mattina del 2 dicembre 1942 questo venne posato, alla presenza di alcune decine di persone e poco dopo le quattordici si ottenne la prima reazione nucleare a catena autosostenuta sotto controllo. Fermi era riuscito a ottenere il rilascio controllato dell'energia nucleare. Al telefono, Compton pronunciò la celebre frase: "Il navigatore italiano è appena sbarcato nel nuovo mondo".

La realizzazione della prima reazione a catena rappresentò per Fermi un punto di partenza, più che un punto di arrivo. La pila, una potente sorgente di neutroni, apriva nuove interessantissime possibilità di ricerca in fisica pura. Alla fine del maggio 1943 la pila fu trasferita nel laboratorio di Argonne. Nel biennio 1943-1944 Fermi condusse importanti esperimenti sulla rifrazione, riflessione e diffrazione dei neutroni nell'attraversamento di un solido cristallino, aprendo la strada all'ottica neutronica.

Nella primavera del 1943 Fermi si recò per la prima volta nei laboratori segreti del Progetto Manhattan a Los Alamos, nel deserto del New Mexico, dove Robert Oppenheimer era stato incaricato di radunare i migliori scienziati nucleari allo scopo di studiare e produrre bombe a fissione. Divenuto cittadino americano dal luglio 1944 vi si stabilì, fu nominato direttore aggiunto e sotto la sua giurisdizione venne creata una nuova divisione, detta "divisione F" (da "Fermi"). Segrè ricorda il compito più importante di Fermi: “funzionava come una specie di oracolo, a cui ogni fisico con problemi difficili poteva rivolgersi e spesso ricevere valido aiuto".

I problemi che occorreva affrontare e risolvere nelle ricerche in corso a Los Alamos erano molti, sia scientifici che tecnici. Fermi, da sempre interessato al calcolo numerico, si impegnò tra l’altro, grazie anche all'incontro con John Von Neumann, a studiare e a sperimentare le macchine calcolatrici installate nei laboratori di Los Alamos, rendendosi conto delle possibilità aperte da questi nuovi strumenti.

Nell'aprile 1945 morì improvvisamente il Presidente Roosevelt; sostituito dal vicepresidente Truman. L'8 maggio 1945 con la morte di Hitler e la resa incondizionata della Germania ebbe fine la guerra in Europa, ma visto che il conflitto contro il Giappone continuava, Truman ordinò che il Progetto Manhattan procedesse con la massima priorità. All'inizio del luglio 1945 fu completato l'assemblaggio di una bomba all'uranio; gli scienziati ritennero fosse pronta per un eventuale uso, non sembrava necessaria alcuna sperimentazione. Diversamente, ritennero necessario procedere a un'esplosione sperimentale della bomba al plutonio. Così, il 16 luglio del 1945, ad Alamogordo, a poca distanza da Los Alamos, venne fatta esplodere la prima bomba atomica della storia. Fermi svolse un ruolo centrale nella supervisione dell'esperimento e, successivamente, nell'elaborazione dei dati raccolti.

Fin dal maggio 1945, per decidere su un eventuale uso di armi nucleari, Truman aveva creato l'Interim Committee; a questa commissione, presieduta dal ministro della guerra, era stata affiancata una commissione scientifica composta da Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton. Avvenuta la resa della Germania, gli scienziati coinvolti nel Progetto Manhattan si interrogarono sulla necessità e sull'utilità di un impiego militare degli ordigni nucleari in costruzione a Los Alamos. Per affrontare la questione, Compton costituì un Comitato, presieduto dal fisico tedesco James Frank, che stilò il rapporto finale (Rapporto Frank) nel giugno 1945: si sconsigliava l'utilizzo delle bombe nucleari contro il Giappone, mentre si suggeriva una dimostrazione della nuova arma in una zona disabitata. Oppenheimer, Fermi, Lawrence e Compton avevano forti dubbi sull'alternativa proposta nel Rapporto Frank; alla fine di giugno scrissero nel loro rapporto ufficiale all'Interim Committee: "Non siamo in grado di proporre alcuna dimostrazione tecnica suscettibile di far finire la guerra".

Il 6 e il 9 agosto 1945 una bomba all'uranio e una al plutonio vennero sganciate sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki. Il 15 agosto il Giappone si arrese, la Seconda Guerra Mondiale era finita.



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(pagina a cura di Antonio Gandolfi)
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