فیزیکدان کامل

نابغه

قاعدتاً، دانشمندان استعدادشان را به صورت نظریه پرداز یا آزمایشگر بروز می دهند، نه هر دو آنها. مثلاً، اینشتین، ماکسول و گیبس نظریه پردازان بزرگی بودند، نه آزمایشگران خلاق، در حالی که فارادی و رادرفورد آزمایشگران بزرگی بودند با نظریه پردازی محدود. تنها نیوتون در جمع فیزیکدانانی که تاکنون دیدیم، استعداد فوق العاده ای، هم به عنوان آزمایشگر و هم به عنوان نظریه پرداز ( و همچنین ریاضیدان) نشان می داد. موضوع این فصل، انریکو فرمی (1) استثنای دیگری از این قاعده ي دو گروهی فیزیک است. فرمی، آن طور که زندگینامه نویس و همکارش، امیلیو سگره (2)، اظهار می کند، « از ابتدا فیزیکدان کاملی بود که برای او نظریه و آزمایش، وزنی برابر داشتند».
او در سال 1926، با نشان دادن چگونگی شمارش حالتهای کوانتومی اتمها بر طبق اصل طرد پائولی، کارش را به عنوان نظریه پرداز، آغاز کرد. در سالهای 1930 بر مبنای ایده ي پائولی نظریه ي کاملی برای واپاشی تدوین کرد. ایده ي پائولی این بود که ذرات همیشه همراه با ذرات کوچکی ظاهر می شوند که حامل بار الکتریکی نیستند و تقریباً بدون جرم اند. این کار فرمی تلاشی پیشگام در حوزه ای بود که به نظریه ي میدان کوانتومی معروف است. فرمی توانست در این جهت به کار خود ادامه دهد و یک نظریه پرداز متعهد شود. اما در عوض تصمیم گرفت یک آزمایشگر مسلح به روش بمباران نوترونی شود. این کوششها نیز پیشگام بودند، و سرانجام او را به یکی از دستاوردهای بزرگ فیزیک تجربی جدید رهنمون شدند: کنترل واکنش هسته ای زنجیره ای.
انریکو فرمی در سال 1901 در رم زاده شد و جوانترین فرزند از سه فرزند خانواده اش بود. مادرش، آیدا (3)، معلم مدرسه، پدرش، آلبرتو (4)، کارمند اداره راه آهن بود. خانواده ي فرمی تجملات چندانی نداشتند. همسر فرمی، لورا (5)، در زندگینامه و خاطرات جذابی با عنوان اتم ها در خانواده می نویسد آپارتمانشان « هیچ نوع وسیله ي گرمایشی نداشت. انریکو به هنگام مطالعه مجبور بود روی دستهایش بنشیند تا آنها را گرم نگه دارد و راهی یافته بود تا برای ورق زدن کتابش، به جای بیرون آوردن دستهایش از جای گرم، آن را با نوک زبانش ورق بزند».
آیدا بیشترین تأثیر را در خانواده ي فرمی داشت. لورا فرمی می نویسد، « ایثار و محبت تمام عیار آیدا بود که آنان را متحد نگه می داشت». آیدا قواعدی داشت و آنان اعمال می کردند: « فداکاری او با یک حسّ وظیفه شناسی مؤکد و صداقت انعطاف ناپذیر آمیخته بود که فرزندان به ارث برده بودند، گرچه آنان گاهی اوقات از آن دلخور می شدند. در مهربانی و عاطفه اش به گونه ای بود که همان قدر که می بخشید به دست می آورد. فرزندان او می باید با سخت کوشی استانداردهای اخلاقی و عقلانی عالی کسب می کردند، استانداردهایی را که برای آنان تعیین کرده بود و از آنان انتظار داشت».
انریکو و برادر بزرگش، جولیو (6)، دوستان و همکاران ثابتی بودند در طرح های بی پایان دوران جوانی. این همکاری به طور مصیبت باری گسیخته شد، وقتی جولیو بر اثر یک جراحی جزئی گلو در گذشت. خانواده ویران شد: آیدا از شدت هیجان درهم شکسته شد، انریکو بهترین دوستش را از دست داد. او برای فرار از مالیخولیا و افسردگی، مطالعه ي شخصی ریاضیات و فیزیک را آغاز کرد.
ابتدا مطالعاتش بی هدف بود و عمدتاً بستگی به کتابهایی داشت که بتواند در بازار کتاب پیدا کند. امّا انریکوی نوجوان یک فرشته ي نگهبان داشت. او آدلفو آمیدیی (7)، یک همکار آلبرتو فرمی بود با زمینه ي مهندسی و روحی سخاوتمند. آمیدیی که تحت تأثیر پرسشهای انریکو درباره ي هندسه قرار گرفته بود، یک کتاب هندسه ي تصویری در اختیار او گذاشت. دو ماه بعد، وقتی انریکو کتاب را بازگرداند، او، با شگفتی و حیرت آمیدیی در برهانها و اثباتها مهارت یافته بود، و همه ي تمرینهای عملی بعضاَ دشوار را، کامل کرده بود. خود آمیدیی تا این حد پیشرفت نکرده بود. او با نگاه به برهانهای انریکو نتیجه گرفت که « این پسر، با دقت کمی که پس از انجام تکالیف دبیرستان برایش باقی می ماند، هندسه ي تصویری را کاملاً یاد گرفته و بسیاری از مسائل پیشرفته ي آن را بدون هیچ مشکلی حل کرده بود. من متقاعد شدم که انریکو، دست کم تا آنجا که به هندسه ي تصویری مربوط می شد، واقعاً نابغه بود».
آمیدیی دوست جوانش را برای یک دوره ي چهار ساله درگیر کتابهای مثلثات، جبر، حسابان (دیفرانسیل و انتگرال) و مکانیک نظری کرد. فرمی حتی به عنوان یک نوجوان می توانست کتابی درباره ي ریاضیات یا فیزیک را درک کند و به خاطر بسپارد. آمیدیی یادآور می شود، « من از پیش می دانستم که وقتی او کتابی را، حتی یک بار، بخواند آن را یاد می گیرد و فراموش نمی کند». وقتی او کتابی را تمام می کرد، آن را به عنوان مرجع نگه نمی داشت. فرمی به آمیدیی گفت، « در واقع پس از چند سال محتوای آن را واضحتر از حال می دانم، و اگر به فرمولی نیاز داشته باشم می دانم چگونه آن را به راحتی به دست آورم». این توانایی نگه داشتن در حافظه یا « دانستن چگونه با سهولت کافی به دست آوردن» هر مطلبی از فیزیک را که لازم بود، یک جزء اساسی از استعداد فرمی بود. این شبیه توانایی موسیقی دانی بود که یک متن موسیقایی را به خاطر می سپرد. سگره به ما می گوید، « فرمی بخشهای مختلف فیزیک را چنان تمرین می کرد که یک رهبر ارکستر یک سمفونی را مرور می کند. او این کار را در رانندگی های طولانی یا موارد مشابه انجام می داد».
آمیدیی می فهمید که جوّ غم و اندوه در خانه عامل بازدارنده ي مهمی برای پیشرفت دست پرورده ي اوست. او، آیدا و آلبرتو را متقاعد کرد که پسرشان باید به عنوان یک دانشجوی بورسیه وارد Scuola Normale Superiore وابسته به دانشگاه پیزا (8) شود. Scuola Normale ( مدرسه ي عادی) زمانی یک مدرسه ي تربیت معلم بود، امّا به صورت مؤسسه ای در آمده بود که چهل نفر از زرنگترین دانشجویان ایتالیا را در خود جای داده بود. فرمی حتی در این محیط جزء نخبگان برجسته بود. رساله ي ورودی او با عنوان « ویژگیهای صوت» یک تحلیل ریاضی پیشرفته، شامل بیان معادلات دیفرانسیل برای انتشار صوت و راه حلهای آنها بود. ممتحن از این عملکرد او آن قدر شگفت زده شده بود که اصرار می ورزید با متقاضی ملاقات کند ( شیوه ای که معمول نبود) تا به او بگوید که طی دوره ي کار طولانی دانشگاهی اش، هرگز چنین رساله ي دانشجویی ندیده است. مدیر آزمایشگاه فیزیک، مردی مهربان و مستعد، که دیگر در صف مقدم حرفه اش نبود، بی رودرواسی برتری فرمی را پذیرفت، و غالباً به او می گفت، « چیزی به من یاد بده».
فرمی در سال 1922 پیزا را ترک کرد، و به رم بازگشت، و به فرشته ي نگهبان دیگری ارسو ماریو کوربینو (9)، مدیر آزمایشگاه فیزیک در دانشگاه رم، برخورد کرد. کوربینو، مانند آمیدیی، به سرعت نبوغ فرمی را تشخیص داد، و دوست و حامی او شد. رؤیای کوربینو احیای مجدّد فیزیک ایتالیا به مقام والای گذشته ي آن بود. او گالیله ي دیگری را در وجود فرمی می دید- و حق با او بود. در آن زمان فیزیکدانان و ریاضیدانان ایتالیایی سهم مهمی در نظریه ي نسبیت عام داشتند، امّا در زمینه های جدید دیگری که در آن زمان در جاهای دیگر اروپا شکوفا می شد، به ویژه نظریه ي کوانتومی، دخالتی نداشتند و حتی آن را تدریس هم نمی کردند. به توصیه ي کوربینو، فرمی با بورس تحقیقاتی به دنیای علم خارج سفر کرد، نخست به مؤسسه ي ماکس بورن در گوتینگن رفت، جایی که در محفل هیزنبرگ- پائولی، احساس راحتی نمی کرد. ایستگاه بعدی او لیدن بود. او را پل ارنفست (10)، استاد فیزیک نظری و جانشین فیزیکدان بزرگ کلاسیک، هندریک لورنتس (11)، دعوت کرده بود. آشنایی ارنفست با فیزیک معاصر جامع بود ( چنانکه فرمی بعداً چنین بود). او می گفت در پیشرفتهای انقلابی که در پیش است، نقشی برای فرمی وجود دارد. در بازگشت به ایتالیا در دانشگاه فلورانس مشغول به کار شد و در آرستری (12)، جایی که گالیله اواخر عمرش را در آنجا گذراند، زندگی می کرد. در آنجا او جنبه ي دیگری از استعدادش را نشان داد و آن توانایی استثنایی او در امر آموزش بود. سگره می نویسد، « یک دلیل جدّی او برای خواستن یک منصب استادی، عشق به آموزش بود، که در همه ي فعالیتهایش از زمان جوانی نمایان بود». در عین حال، او مجله های فیزیک متداول را می خواند و همچون همیشه مطالب آنها را به طور مؤثری جذب می کرد. سگره می گوید، « او درباره ي آنچه که می خواند عمیقاً فکر می کرد و غالباً سرشوق می آمد تا چیزی جدید را به آنها بیفزاید. این عادت که تا زمان کارش درباره ي نوترون ادامه داشت، عظمت و جهان شمولی شناخت علمی او را توجیه می کند». در یکی از این گشت و گذارهای او در نوشته های فیزیک معاصر، او با « افزایش چیز جدیدی» به اصل طرد پائولی، نخستین کمک بزرگش را به جهان علم کرد.
آمار کوانتومی (Quantum Statistics)
فرمی به طور غیرمستقیم به اصل پائولی رسید. هدف او این بود که با استفاده از معادله ي انتروپی آماری بولتزمان،

انتروپی یک گاز کامل از اتمها را با توجه دقیق به قواعد مکانیک کوانتومی محاسبه کند. یکی از این قواعد این است که اتمها فقط می توانند در حالات گسسته ي معینی وجود داشته باشند، نه در حالات دیگر. قاعده ي دیگر این است که اتمهای موجود در یک ظرف را نمی توان برچسب زد و از یکدیگر تمیز داد، زیرا تابع موج نماینده ي یک اتم دامنه ي دسترسی به قدر کافی طولانی دارد که با تابعهای موج برای اتمهای دیگر موجود در ظرف همپوشانی کند. ( تابعهای موج برای الکترونها در فصل 19 مورد بحث قرار گرفت. با معادله ي شرودینگر مناسب می توان تابعهای موج اتمها، یا هر موجود فیزیکی دیگری را تعریف کرد). بنابراین مدل فرمی از مدل بولتزمان که فرض می کند اتمها (یا مولکولهای) مشابه یک گاز از یکدیگر تشخیص پذیرند فاصله می گیرد.
فرمی برای موفقیت در محاسبه ي انتروپی اش، می باید انحراف بیشتری از بولتزمان را در نظر می گرفت. او با گرفتن رهنمودی از پائولی، این قاعده را اضافه کرد که هر حالت کوانتومی می تواند فقط و فقط یک اتم همساز را جا دهد. حتی در دماهای پایین، می باید همه ي اتمها را در حالتهای کوانتومی متفاوت یافت. فرمی با ردّ قاعده ي تشخیص پذیری بولتزمان و تطبیق با قاعده ي پائولی، محاسبه ي انتروپی مورد نظرش را به دست آورد. او مدل آماری جدیدش را در سال 1926 منتشر کرد.
فرمی نخستین کسی نبود که از مدلهای آماری اصلاح شده برای برآورده کردن نیازهای مکانیک کوانتومی استفاده کند. دو سال پیش از مقاله ي فرمی، ساتینت درانات بوز (13) ، فیزیکدان هندی مدلی را بر مبنای این مفهوم اینشتین که نور و شکلهای دیگر تابش، رفتاری شبیه گاز کاملی از ذرات دارند، « که بعداً فوتون نامیده شد» منتشر کرد. بوز دریافت که می تواند با به دست آوردن قانون تابش پلانک به وسیله ي یک مدل آماری غیرقابل تشخیص بودن و نیز اینکه هر حالت کوانتومی می تواند هر تعداد فوتون نه مثل مدل فرمی فقط یک فوتون، را در خود جا دهد نظریه ي تابش اینشتین را با نظریه ي پلانک آشتی دهد.
بوز کارش را به عنوان یک نظریه پرداز وقتی آغاز کرد که این ارتباط را بین نظریه های پلانک و اینشتین یافت که در غیر این صورت آشتی ناپذیر بودند. او دست نوشته اش را برای اینشتین ارسال کرد. اینشتین تحت تأثیر قرار گرفت، مقاله را به آلمانی ترجمه و آن را در Zeitschrift fur physik منتشر کرد، همراه با این یادداشت که: « به عقیده ي من استنتاج بوز از فرمول پلانک پیشرفت مهمی را نشان می دهد».
همچنان که فرمی مدل آماری اش را دنبال می کرد، پل دیراک (14) به طور مستقل، همان قلمرو را از دیدگاه وسیعتری می کاوید. او تأکید کرد تفاوت مدل بوز- اینشتین و مدلی که او برای الکترونهای مستقر در اتمها پیشنهاد می کرد، مانند نظریه ي فرمی بر مقتضیات اصل پائولی استوار است. مقاله ي فرمی مقدم بر مقاله ي دیراک بود امّا دیراک از ذکر آن در مقاله اش کوتاهی کرد، گرچه آن طور که بعداً پذیرفت، او کار فرمی را دیده بود، امّا متوجه اهمیت آن نشده بود. این امر موجب اعتراض فرمی شد. فرمی به دیراک نوشت، « چون گمان می کنم که مقاله ي مرا ندیده اید، خواهش می کنم به آن توجه کنید».
مدل فرمی- دیراک محدود به اتمها و الکترونها و مدل بوز- اینشتین محدود به فوتونها بود، امّا معلوم شد که هر دو مدل بسیار فراگیرترند. تلقی فیزیکدانان ذرات بنیادی معاصر این است که همه ي ذرات- نه تنها الکترونها و فوتونها، بلکه پروتونها، نوترونها، نوترینوها و بسیاری ذرات دیگر از یک مدل یا مدل دیگر پیروی می کنند. دیراک برای جبران خطای غفلتش پیشنهاد کرد که همه ي ذرات تابع مدل فرمی (و خود دیراک) « فرمیون نامیده شوند» همچنین او اصطلاح «بوزون» را برای ذراتی که تابع مدل بوز- اینشتین اند پیشنهاد کرد.

فیزیک در رم دوباره فعال می شود

فرمی در پاییز سال 1926 به رم بازگشت. عمدتاً بر اثر تلاشهای اورسوکوربینو (15)، حامی فرمی، یک کرسی فیزیک نظری در دانشگاه رم تأسیس شد، و فرمی به آسانی در رقابت پست جدید برنده شد. سگره می نویسد، « او در سن بیست و پنج سالگی، عملاً به نقطه ي اوج یک دوره ي کار دانشگاهی در ایتالیا رسیده بود».
کوربینو انتظار داشت که فرمی فیزیک جدید را به ایتالیا بیاورد... بنابر اظهارات سگره، « نسل جدیدی می باید به رهبری فرمی زمام امور را به دست می گرفت». نخستین گام فرمی برای شناساندن خود و موضوع کارش این بود که سخنرانیها و کتابهای درسی عامه پسند ارائه کند. نوشتن این کتابها هنگام تعطیلات تابستان در روستای کوهستانی دلخواه او در سلسله کوههای جنوب شرقی ایتالیا (Dolomites) انجام شد. به گفته ي سگره، او گاهی کارش این بود که « روی شکم در علفزار کوهستان دراز می کشید، مجهز به مقدار کافی مداد و دفترهای یادداشت سفید، بدون مراجعه به کتاب، بدون پاک کردن یا خط زدن یک کلمه، صفحه های زیادی را می نوشت ( مدادهای ایتالیایی پاک کن ندارد)».
یک سال پس از ورود فرمی، کوربینو دست پرورده ي دیگری را به رم آورد، و آن فرانکو راستی (16)، آزمایشگری جوان بود. به گفته ي لورا فرمی، او « مردی بلند و باریک با موهای تنک و گونه ای مصمم و نگاهی نافذ» بود. راستی و فرمی در اسکولا نرمال در پیزا همشاگردی و در شر و شورهای نوجوانی با هم بودند.
فرمی و راستی، با دو عضو جدید، ادواردو آمالدی (17)، دانشجوی سابق مهندسی، و امیلیو سگره (18)، نخستین دانشجوی تحصیلات تکمیلی فرمی، هسته ي مدرسه ي کوربینوی رم را تشکیل می دادند. کوربینو آنان را «پسران خود» می نامید. آنان جوان، با استعداد و فوق العاده متعهد به کارشان و متقاعد شده بودند که اکتشافات بزرگی در سر راهشان است، چنانکه واقعاً هم بود. به طور خودمانی، فرمی رهبر آنان شده بود. او در موارد نظری مصون از خطا بود، از این رو آنان او را «پاپ» می نامیدند. اتو فریش (19) که بعد با فرمی آشنا شد، اظهار می کرد که « هرگز کسی را ندیده است که چنان آرام و بی تکلف بتواند آن قدر مسلط باشد».
سبک فرمی به عنوان یک نظریه پرداز همواره عمل گرایانه (pragmatic) و تا حد ممکن ساده بود. هدف او رسیدن به امر عینی و ملموس بود و از موارد انتزاعی و مجرد دوری می کرد. هانس بته، همکار دیگر فرمی در کار بعدی اش، تفاوت طرز کار فرمی با شیوه ي دیگر عمدتاً آلمانی، را چنین بیان می کند:
بیشترین تأثیری که روش فرمی در فیزیک نظری بر من گذاشت، سادگی و سهولت آن بود. او می توانست هر مسئله ای را، هرچند پیچیده به نظر می رسید، به عوامل اصلی آن تجزیه و تحلیل کند. او مسئله را از پیچیدگیهای ریاضی و از صورتگرایی غیرضروری می زدود. به این طریق، اغلب طی نیم ساعت یا کمتر می توانست مسئله ي فیزیکی را که درگیر آن بود، حل کند. البته این هنوز یک حل کامل ریاضی نبود، امّا وقتی فرمی را پس از یکی از این بحث ها ترک می کردید، معلوم بود که راه حل ریاضی باید چگونه انجام شود.
این روش تأثیر خاصی بر من داشت، زیرا من از مدرسه ي زومرفلد در مونیخ آمده بودم، کسی که همه ي کارهایش با راه حلهای ریاضی کامل پیش می رفت. با بزرگ شدن در مدرسه ي زومرفلد، فکر می کردم که روش حل کردن مسئله نوشتن معادله ي دیفرانسیل برای مسئله ( معمولاً معادله ي شرودینگر) است تا با به کارگیری مهارت ریاضی، حلّی را که تا حد ممکن دقیق و ظریف باشد بیابیم و سپس درباره ي آن بحث کنیم. در بحث، جنبه های کیفی راه حل را در می یابیم و از این رو فیزیک مسئله را می فهمیم. روش زومرفلد وقتی خوب بود که فیزیک بنیادی آن قبلاً فهمیده شده باشد، امّا فوق العاده پرزحمت بود. چند ماه طول می کشید تا پاسخ پرسش را بیابید.
دیدن اینکه فرمی به این همه زحمت نیازی نداشت بسیار تحسین برانگیز بود. فیزیک با تحلیل اصول اساسی و چند برآورد مرتبه- بزرگی روشن می شد. رهیافت او عمل گرایانه بود.... فرمی ریاضیدان قابلی بود. هرجا لازم بود می توانست عملیات ریاضی مفصلی را انجام دهد، امّا نخست می خواست مطمئن شود که این کار ارزش انجام آن را دارد. او در به دست آوردن نتایج با حداقل تلاش و وسایل ریاضی استاد بود.
در یک روز گرم در ماه ژوئیه ي سال 1928، انریکو فرمی با لوراکاپون (20) ازدواج کرد. آنان چهار سال پیش در یک گردش جوانان در نواحی روستایی جنوب رم با هم ملاقات کرده بودند. « مرد جوان پاکوتاه در لباس سیاه و کلاه نمدنی سیاه، با شانه های مدور و گردن به جلو کشیده شده» تأثیری بر لورا نگذاشت امّا وقتی فرمی عهده دار تشکیل یک تیم فوتبال شد، و لورا را به عنوان دروازه بان (گلر) گماشت، لورا به گفته ي او عمل کرد. دو سال بعد آنها بار دیگر با هم ملاقات کردند امّا این بار در یک کوه نوردی بود. فرمی، كسي كه لورا او را به عنوان « آدم عجيبي كه مرا به بازي فوتبال واداشا» به خاطر مي آورد، بار ديگر در مقر فرماندهی بود. او طرح پیاده روی دوازده مایلی مشروط را ریخت، و هیچ عذری را نمی پذیرفت. لورا می گوید، « همواره چنین بود، فرمی پیشنهاد می کرد، و دیگران تسلیم می شدند و از وی پیروی می کردند».
در پاییز سال 1926، کاپیتان فوتبال و رفیق پیاده روی، در دانشگاه رم « استاد فرمی» شد، امّا « هاله ي کوبنده ي نفوذ و ابهتی» را که از یک استاد انتظار می رفت، بر چهره نداشت. لورا می نویسد، « این فیزیکدان جوان که می توانست در میان همکاران مسن تر از خودش احترامی کسب کند، توانایی چشمگیری نشان می داد تا خود را در سطح جوانان جای دهد، و من دریافتم که هنوز می توانم بدون قید و بند با او صحبت کنم. غالباً در یکشنبه ها من به او و گروهش برای پیاده روی در صحرا یا قدم زدن در Villa Borghese، مهمترین پارک رم، می پیوستم. به این ترتیب معاشرت ما قطع نشد». سپس در یک روز گرم ژوئیه، در سال 1928، لورا شریک کار و زندگی فرمی شد. داستان این ازدواج شادی آور است، و لورا فرمی این داستان را با صراحت و سادگی در اتمها در خانواده بیان کرده است.

واپاشی بتا، دنباله

نظریه پردازان اواخر سالهای 1920 و اوایل سالهای 1930 از رفتار ذرات که در گسیل از عناصر پرتوزا یافت می شدند سردرگم و مأیوس شده بودند. ذرات آشکارا با انرژیهایی که گستره ي وسیعی را در برمی گرفت، از هسته های پرتوزا گسیل شدند. منشأ آنها چه بود؟ در نظریه های اولیه به سادگی فرض می شد که الکترونها همراه با پروتونها در هسته ها جای دارند، و گاهی به صورت ذرات می گریزند. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ با نشان دادن اینکه اگر الکترون در هسته محبوس باشد، عدم قطعیت مکان آن ( در نامعادله ي هایزنبرگ) بسیار کوچک خواهد بود، و لزوماً عدم قطعیت تکانه ( ) به قدری بزرگ خواهد بود که الکترون هسته ای نمی تواند پایدار بماند، به این تصور پایان داد.
معمای دیگر ذرات ، طیف انرژی آنها بود: این ذرات می توانستند هر انرژی را، در یک طیف پیوسته از صفر تا مقدار ماکزیمم نسبتاً بزرگی داشته باشند. این ویژگی موجب شد تا ولفگانگ پائولی نامه ای خطاب به دوستانش با این عنوان بنویسد « بانوان و آقایان عزیز پرتوزا» و در آن بدون هیچ مدرکی پیشنهاد کند که هر ذره ي همراه با ذره ي دیگری که در مرز موجود نبودن است، ظاهر می شود. این ذره بار الکتریکی ندارد و جرم آن اندک یا فاقد جرم است.
گرچه عجیب بود اما فرمی این ذره ي مرموز پائولی را پذیرفت و آن را «نوترینو» (نوترون کوچک) نامید. او همچنین مفهومی را پذیرفت که اخیراً هایزنبرگ مطرح کرده بود، مبنی بر اینکه دو جزء اصلی ساختار هسته، پروتون و نوترون است و بنابراین او الکترونها را از هسته کنار گذاشت. او برای توجیه ظهور الکترونها به صورت ذرات ، نظریه ای از یک برهم کنش- که امروزه به عنوان « برهم کنش ضعیف» معروف است- بنا کرد، مبنی بر اینکه این برهم کنش در میدان صورت می گیرد و یک پروتون، یک الکترون و یک نوترینو تولید می کند. به صورت نمادین

که ، ، و به ترتیب نمادهای یک نوترون، یک پروتون، یک الکترون و یک نوترینو است. ( در این برهم کنش ضعیف، نوترینو در واقع یک پاد نوترینو، پاد ذره، و پاد ماده است که در فصل بعد مورد بررسی قرار می گیرد).
این یک فرایند واپاشی نوترون، بسیار شبیه به واپاشی یک هسته ي پرتوزاست. هر نوترون، درون یا بیرون هسته، ممکن است به این طریق واپاشیده شود. این واپاشی نوترون را به یک پروتون ( که در هسته می ماند، اگر هسته محل واپاشی باشد) تبدیل می کند و یک زوج الکترون- نوترینو ایجاد می کند ( که در خارج یک هسته ظاهر می شود). فرمی در ساختار ریاضی نظریه اش میدان مسئول برهم کنش را با یک موجود ریاضی نشان داده است که در مکانیک کوانتومی به تابع «هامیلتون» معروف است. خلاصه ای از این نظریه چنین است: « الکترونها ( یا نوترینوها) ممکن است تولید یا ناپدید شوند.... تابع هامیلتونی دستگاه مرکب از ذرات سنگین و سبک می باید چنان انتخاب شود که هر گذار از نوترون به پروتون با تولید یک الکترون و نوترینو همراه باشد. فرایند معکوس یعنی تغییر از پروتون به نوترون می باید با ناپدید شدن یک الکترون و یک نوترینو همراه باشد».
فرمی در دسامبر سال 1933 طی یادداشتی نظریه اش را به مجله ي انگلیسی نیچر ارائه کرد و در نهایت دلخوری همیشگی او، این مقاله رد شد، « زیرا فرضهای آن دور از واقعیت تر از آن بود که نظر خوانندگان را جلب کند» امّا یک نسخه ي طولانیتر آن در دو بخش در مجلّه ي فیزیک Zeitschrift fur Physik ظاهر شد، و امروزه مهمترین مقاله ي نظری فرمی محسوب می شود.

کار با نوترون

فرمی درباره ي نظریه ي واپاشی حرف بیشتری نداشت، گرچه دیگران خشنود بودند با توجه به این مبانی آن را گسترش دهند. فیزیکدان کامل ما بعداً به کار تجربی روی آورد. ژولیو- کوریها از پاریس گزارش کرده بودند که از بمباران بور و آلومینیم با ذرات ی پرانرژی می توان ایزوتوپهای پرتوزای جدید نیتروژن و فسفر تولید کرد. این امر، گذشته از چیزهای دیگر درس جالبی در الکتروستاتیک بود: با اینکه هسته ها و ذرات بار الکتریکی مثبت دارند و بنابراین متمایل به دفع یکدیگرند ( بنابر قواعد الکتروستاتیک، بارهای همانند یکدیگر را دفع و بارهای ناهمانند یکدیگر را جذب می کنند)، آنان می توانستند بر سدّ الکتروستاتیکی غلبه کنند، با هم ادغام شوند و یک هسته ي پرتوزا تولید کنند. حال اگر نوترونها، که حامل بار نیستند، به عنوان ذرات بمباران کننده به کار گرفته شوند، چه می شود؟ فرمی پیش بینی می کرد که آنان می باید در فرایندهای هسته ای، کارآمدتر باشند. حق با او بود، امّا برای بعضی شگفتی ها آماده نبود.
فرمی این طرح تحقیقاتی را به تنهایی آغاز کرد؛ راستی (21)، آزمایشگر گروه برای گذراندن یک تعطیلات طولانی در مراکش بود. فرمی، با کمک استاد جولیو تراباکچی (22)، یکی از کارکنان دیگر ساختمان فیزیک دانشگاه، یک چشمه ي نوترون آماده کرد. تراباکچی به عنوان مدیر آزمایشگاه فیزیک اداره ي بهداشت عمومی بسیار مجهز و منظم بود. به نظر می رسید که او همیشه مواد و تجهیزات لازم برای فیزیکدانان را در اختیار دارد: آنان او را « مشیت الهی» می نامیدند. این بار او ارزشمندترین هدیه اش را نثار کرد، و آن ذخیره ي پایای رادون استخراج شده از اندوخته ي یک گرم رادیم او بود. فرمی یک چشمه ي رادون ساخت، همان طور که چاویک با بمباران بریلیم با ذرات ی گسیل یافته از رادون ساخته بود. طرح آزمایش او ساده بود: او می باید عناصر متفاوت را با نوترونها بمباران کند و در جستجوی پرتوزایی به وجود آمده باشد، همچنان که ژولیو-کوریها کرده بودند. لورا فرمی داستان این نخستین آزمایشهای نوترونی را چنین بیان می کند:
فرمی مردی روشمند بود، بمباران مواد را به طور تصادفی انجام نمی داد، بلکه به طور منظم پیش می رفت، با سبکترین عنصر یعنی هیدروژن آغاز و جدول تناوبی عناصر را دنبال کرد. هیدروژن نتیجه ای نداد: وقتی آب را با نوترون بمباران کرد اتفاقی نیفتاد. او عنصر بعدی یعنی لیتیم را امتحان کرد، امّا توفیقی حاصل نشد. به سراغ بریلیم، سپس بور، کربن و نیتروژن رفت، هیچ یک فعالیتی نداشتند. انریکو مردد، مأیوس و در آستانه ي رها کردن تحقیقاتش بود. او می خواست یک عنصر دیگر را امتحان کند، امّا آن عنصر اکسیژن بود که از قبل می دانست که پرتوزا نمی شود، زیرا نخستین آزمایش او با آب بود. بنابراین، به تابش دهی فلوئور پرداخت. هورا! او به نتیجه رسیده بود. فلوئور به شدت فعال شد، و همچنین دیگر عناصر پس از فلوئور در جدول تناوبی.
فرمی راه تحقیق جدیدی را گشوده بود و بی درنگ از آن بهره برداری می کرد. آمالدی و سگره به پروژه ملحق شدند. راستی از مراکش فراخوانده شد و یک رادیوشیمیدان به نام اسکار داگستینو (23) که در مؤسسه ي کوری در پاریس تعلیم دیده بود، استخدام شد.
گروه به زودی دریافت که نوترونها به عنوان پرتابه های بمباران ویژگیهای عجیبی دارند. نخستین آنها معمای میزهای چوبی بود. آمالدی (24) در این باره می گوید: « در یک اتاق تاریک چند میز چوبی نزدیک طیف نما وجود داشت که ویژگیهای شگفت انگیز داشتند، زیرا از پرتودهی نقره روی آن میزها فعالیت بسیار بیشتری عاید می شد تا پرتودهی آن روی یک میز سنگ مرمر در همان اتاق».
فرمی برای دنبال کردن این امر غیرعادی تصمیم گرفت تا نوترونهای بمباران کننده را از صافی یک گوه ي سربی بگذراند، به دلایلی که به درستی نفهمید، تصمیمش را عوض کرد. بعدها فرمی کوشید تا این دو دلی و تردیدش را توضیح دهد.
من می خواهم به شما بگویم چگونه موفق به کشفی شدم که فکر می کنم بهترین کشف من باشد. ما به سختی بسیار درباره ي پرتوزایی ناشی از بمباران نوترون کار می کردیم و نتایجی را به دست می آوردیم که از آن سر در نمی آوردیم. یک روز وقتی به آزمایشگاه آمدم به نظرم رسید که باید اثر گذاشتن یک قطعه سرب پیش از نوترونهای فرودی ] بین چشمه ي نوترون و هدف[ را بررسی کنم. به جای عادت معمول، خواستم تا قطعه سرب را به طور دقیق بتراشند. به وضوح از چیزی ناراضی بودم. به هر بهانه ای متوسل می شدم تا گذاشتن قطعه سرب را به تعویض بیندازم و سرانجام وقتی با بی میلی می خواستم آن را در جایش بگذارم، به خود گفتم: « نه، من نمی خواهم این قطعه سرب در اینجا باشد، آنچه می خواهم یک قطعه پارافین است». این طور بود که بدون اخطار قبلی، و بدون استدلال خودآگاه. فوراً قطعه پارافین کهنه ای را برداشتم و آن را در جایی که قرار بود سرب باشد، گذاشتم.
این شهود افسانه ای فرمی در عمل بود. قرار دادن سرب نتیجه ي جالب توجه خاصی ایجاد نکرده بود. گذاشتن پارافین، آن طور که بعداً کسی اظهار کرد، « جادوگری» بود: وقتی پارافین در جای خود گذاشته شد پرتوزایی ناشی از نوترون به طور شگفت انگیزی زیاد شد.
فرمی نظریه پرداز پا پیش گذاشت، و طی چند ساعت، توضیحی برای اثر پارافین پیشنهاد کرد. نوترونهایی که از چشمه می آمدند «سریع» بودند، یعنی بسیار پر انرژی. امّا وقتی از پارافین می گذشتند، مثل توپ های بیلیارد، با هسته های هیدروژن برخورد می کردند ( پارافین یک هیدروکربن است)، و در هر چنین برخوردی کسر قابل ملاحظه ای از انرژی آنها از دست می رفت. این عمل کندسازی یا «تعدیل» بود که نوترونهای سریع حاصل از چشمه را به « نوترونهای کند» تبدیل می کرد. وقتی نوترونهای کند از کنار هسته ي نقره ( یا هسته های دیگر) می گذشتند وقت بیشتری داشتند که به وسیله ي هسته های سنگین جذب شوند و فعالیت ایجاد کنند. فرمی با فرض اینکه چوب حاوی هیدروژن است و مرمر هیدروژن ندارد، اثر عجیب میزهای چوبی و مرمری را توجیه کرد. هانس بته (25) به شوخی می گفت که « اگر ایتالیا از لحاظ سنگ مرمر غنی نبود کارآیی نوترونهای کند هرگز کشف نمی شد».
فرمی و گروه او با نوترونهای کند در زرادخانه ي پرتابه های بمباران شان، بار دیگر برای یافتن آثار تازه به سراغ فهرست عناصر رفتند، سرانجام در پایان جدول تناوبی به اورانیم- و سردرگمی- رسیدند. فعالیتهایی را که آنان در بمباران نوترون- کند اورانیم مشاهده می کردند نیمه- عمرهای 15 ثانیه، 13 دقیقه و 100 دقیقه داشتند. آنان دریافتند که فعالیتهای جدید نمی تواند ناشی از عناصر بین سرب و اورانیم در جدول تناوبی باشد. از این رو حدس زدند که فعالیتهای مشاهده شده ناشی از یک ایزوتوپ اورانیم و از عناصر 93 و 94 است، عناصر جدید فرااورانیم که از رویدادهای واپاشی متوالی حاصل شده اند. اگر ایزوتوپهای 93 و 94 وجود می داشتند، فرمی و همکارانش می توانستند ادعا کنند که دو عنصر مصنوعی ساخته اند که ناپایدارند و در طبیعت یافت نمی شوند. آنان در سال 1935 نوشتند، « ساده ترین تعبیر سازگار با واقعیتهای شناخته شده این است که بپذیریم فعالیتهای 15 ثانیه، 13 دقیقه و 100 دقیقه محصولات زنجیری ] محصولات متوالی واپاشی ]، احتمالاً به ترتیب با اعداد اتمی 92، 93 و 94 و وزن اتمی 239اند».
متأسفانه، ساده ترین تعبیر در فیزیک همیشه کامل یا درست نیست. داستان کامل بمباران نوترونی اورانیم بسیار پیچیده تر از آن است که فرمی و همکارانش تصور می کردند. مایتنر، فریش، هان و اشتراسمان سرانجام در سال 1938 به این نتیجه رسیدند که گیراندازی یک نوترون سریع یا کند، می تواند باعث شکافت هسته ي اورانیم به دو پاره با جرم تقریباً برابر شود. فعالیتهای مشاهده شده توسط فرمی ظاهراً ناشی از تعدادی پاره های این شکافت بود، و نه از ایزوتوپهای فرااورانیم. بدون شک عناصر 93 و 94 نیز در بمباران نوترونی تولید می شدند، امّا فرمی و همکارانش آنها را مشاهده و شناسایی نکردند.
سردرگمی اورانیم به خارج از آزمایشگاه کشیده شد. حامی فرمی، اورسو کوربینو (26)، که همواره آماده بود موفقیتهای دست پرورده اش را تبلیغ کند، سخنرانی مهمی در برابر فرهنگستان باستانی لینکس ایراد کرد و به مخاطبانش اطمینان داد که دست کم عنصر 93، بی تردید وجود دارد: « از پیشرفت این تحقیقات، که من روز به روز دنبال کرده ام، احساس می کنم می توان نتیجه گیری کنم که تولید این عنصر قطعاً تحقق یافته است». طرفه آنکه، فرمی در سال 1938 ( درست پیش از آنکه مایتنر، هان، فریش و اشتراسمان موضوع را فیصله داده باشند) جایزه نوبل را دریافت کرد که تا اندازه ای به خاطر کشف « عناصر رادیواکتیو جدید» او بود.
چه فرمی خشنود شده باشد و چه نشده باشد، بلافاصله پس از کامل شدن کار نوترون در سال 1934، نامه ي تبریکی از رادرفورد دریافت کرد:
فرمی عزیز،
باید از لطف شما در ارسال گزارشی از آزمایشهای اخیرتان درباره ي ایجاد پرتوزایی موقت در تعدادی از عناصر به وسیله ي نوترونها تشکر کنم. نتایج کار شما بسیار جالب است.... فرار موفقیت آمیز شما از قلمرو فیزیک نظری را تبریک می گویم! به نظر می رسد شما برای شروع، مسیر خوبی را یافته اید. شاید شنیدن این مطلب برای شما جالب باشد که استاد دیراک ] برجسته ترین نظریه پرداز انگلستان در سالهای 1920 و 1930[ نیز آزمایشهایی انجام می دهد، به نظر می رسد این امر پیش بینی خوبی برای آینده ي فیزیک نظری باشد!
با تقدیم تبریکها و بهترین آرزوها. دوستدار صمیمی شما، رادرفورد.

شاخه ي امریکایی

در همان زمان که فرمی در اوایل سالهای 1920 شهرت می یافت، یک استبداد فاشیستی به سرکردگی بنیتو موسولینی (27) در ایتالیا پدیدار می شد. فرمی، مانند اغلب همکاران و معاشرانش اهل سیاست نبود، امّا بلندپرواز و جاه طلب بود. در سال 1929 پستی را در فرهنگستان ایتالیایی موسولینی پذیرفته و چناکه سگره می گوید، جایی که « او ناخودآگاه در میان کله گنده های فاشیست قرار گرفت». امّا انجمنهای افتخاری، عنوانهای اجباری و لباسهای تشریفاتی جایگاه طبیعی فرمی نبود. او به مراسم رسمی دعوت می شد، امّا هر وقت ممکن بود از آن مراسم اجتناب می کرد. در یک مورد که عروسی ولیعهد بود، فرمی ترجیح داد آن روز را در آزمایشگاه بگذراند. سگره « رفتن او به آزمایشگاه» را چنین نقل می کند:
او می باید از خیابانی در مسیر کاروان بگذرد که بر روی عبور و مرور معمولی بسته شده بود و با صفهایی از سربازان محافظت می شد. فرمی که با لباس معمولی به جای لباس فرم پرزرق و برق فرهنگستان، ماشین کوچک و کهنه اش را می راند و کارت دعوتنامه در جیبش بود، وقتی سربازان او را متوقف کردن کارت را به یک افسر نشان داد، و گفت « من راننده ي جناب فرمی هستم و باید او را به عروسی ببرم. لطفاً اجازه دهید از صف سربازان عبور کنم». به این وسیله از صف سربازان گذشت و بقیه ي روز را در آزمایشگاه گذراند.
تا سال 1937 موضع سیاسی فرمی همزیستی قابل قبول و مفید با رژیم موسولینی بود، نه فاشیست بود و نه ضد فاشیست. اما بعد اوضاع و احوال سیاسی- عقیدتی در یک چرخش سریع بدتر شد و آن وقتی بود که ایتالیا به نیروهای رایش سوم آلمان به سرکردگی هیتلر پیوست. از آغاز، مشارکت زیر سلطه ي هیتلر بود. در سال 1938، هیتلر مدلهای قوانین نژادی نازی را بر جامعه ي ایتالیایی تحمیل کرد که نتیجه ي آن برکناریها و فشار زیاد به یهودیان بود. لورا فرمی یهودی بود، و وقتی نخستین قوانین ضد یهودی، در سپتامبر سال 1938 تصویب شد، فرمی تصمیم گرفت که هرچه زودتر ایتالیا را ترک کند.
آنان یک راه فرار مساعد داشتند. پیش از موقع خبر رسیده بود که فرمی برنده ي جایزه ي نوبل 1938 در فیزیک خواهد بود. آنان بیرون رفتند و لیرهای ایتالیائیشان را خرج کردند، سپس برای گرفتن جایزه به استکهلم سفر کردند، و سپس، بدون اطلاع همه کس، بجز دوستان نزدیک، مستقیماً روانه ي ایالات متحده شدند، که در آنجا فرمی مقام و موقعیتی را در دانشگاه کلمبیا پذیرفته بود.
برای لورا فرمی، پایان مسافرتشان در یک روز سرد ژانویه، احساسات متضادی ایجاد می کرد. او می نویسد: « طولی نکشید که خط افق نیویورک در آسمان خاکستری ظاهر شد، ابتدا کم نور سپس به وضوح دندانه دار، و سرانجام مجسمه ي آزادی به طرف ما آمد، مجسمه ي عظیم و فلزی یک زن، که هنوز پیامی برای من نداشت». لورا رو به همسرش کرد و او با تبسمی که بر لب داشت و چهره اش بر اثر آب دریا برنزه شده بود، گفت: « ما شاخه ي خانواده ي امریکایی فرمی را تأسیس کرده ایم». امّا آنان به طور غیرمنتظره ای سرزمین خودشان را ترک کرده بودند. لورا با خود می اندیشید، « این خانواده امریکایی نیست، نه هنوز».

ناحیه ي مهندسی مانهاتان

وقتی خانواده ي فرمی از اقیانوس اطلس عبور می کردند، لیزه مایتنر و اتو فریش ایده ي شکافت هسته ای را کشف کردند. فریش اخبار این کشف را به نیلس بور رساند و او نیز آن خبرها را به سرعت، در ژانویه ي سال 1939 به امریکا منتقل کرد. فرمی و دیگر کارشناسان نوترونی مجذوب و شیفته ي این اخبار شدند. به سرعت ثابت شد که گیراندازی نوترونهای کند به وسیله ي ایزوتوپ کمیاب عمدتاً عامل شکافت است، و اینکه در هر شکافت نوترونهای تولید شده بیشتر از نوترونهای مصرف شده است.
تکثیر نوترون این امکان تأمل برانگیز را به وجود آورد که ساختن مجتمعی دقیق از اورانیم می تواند زنجیره ای از واکنشهای شکافت و آزاد شدن انرژی فوق العاده زیاد را فراهم کند. واکنش زنجیره ای شکافت را می توان کنترل کرد و آن را به صورت منبع انرژی در نیروگاه به کار گرفت و اگر کنترل شده نباشد امکان تولید بمب هسته ای با قدرت تخریبی بی مانندی را فراهم می کند. در حالی که فیزیکدانان درباره ي این رویداد گفتگو می کردند، جنگ جهانی دوم در اروپا آغاز شد، و برای بعضی دانشمندان پناهنده ای که اخیراً از اروپا آمده بودند، خطر سلاح هسته ای در دستان دانشمندان آلمانی فوری و هولناک بود. در تابستان سال 1939 یک گروه سه نفری از پناهندگان- فیزیکدان مجارستانی، لئو زیلارد (28)، یوجین ویگنر (29) و ادوارد تلر (30)، کارها را به دست گرفتند. آنان نامه ای به رئیس جمهور روزولت نوشتند و اینشتین را متقاعد کردند که نامه را امضا کند. نامه هشدار می داد که « در آینده ي نزدیک، عنصر اورانیم ممکن است به منبع جدید و مهمی از انرژی تبدیل شود.... این پدیده ي جدید به ساختن نوعی بمب نیز خواهد انجامید و می توان تصور کرد- گرچه چندان قطعی نیست- که نوع جدیدی از بمبهای بسیار پر قدرت ساخته شود».
ایالات متحده هنوز روحیه ي انزواطلبی داشت و این اخطار پاسخ پیش پا افتاده ای داشت که اختصاص بودجه ای اندک و انتصاب یک کمیته ي مشورتی کم تحرک بود. امّا در حدود یک سال بعد، با پیشرفت ارتش آلمان در اروپا، تدارکهای جنگی در ایالات متحده یک واقعیت شد. سازمان اداری تلاشهای علمی مربوط به جنگ آغاز به کار کرد، با تأسیس نخستین شورای پژوهش دفاع ملی (NDRC)/ و با کمیته ي اورانیم به عنوان یک کمیته ي فرعی، سپس اداره ي بزرگتر و جامع تر تحقیق و توسعه ي علمی (OSRD)**.
OSRD را ونوار بوش (31)، فیزیکدان و مهندسی که صاف و پوست کنده صحبت می کرد و سرپرستی تیزهوش بود، اداره می کرد. رهبر NDRC جیمز بریانت کونانت (33)، شیمیدان آلی و رئیس پیشین هاروارد، بود. تلاشهای هسته ای هنوز عمدتاً نظری بود، اما طرح بمب در حال شکل گیری بود. آشکار بود که برای آماده کردن یک بمب، ایزوتوپ شکافت پذیر، امّا کمیاب را می باید از ایزوتوپ فراوان جدا کرد، که این خود کار عظیمی بود. زیرا مقادیر بسیار زیادی اورانیم مورد نیاز بود، و دو ایزوتوپ خواص شیمیایی یکسان و خواص فیزیکی اندکی متفاوت داشتند. راه دیگر ساختن یک بمب از عنصر 94 کشف شده بود- که گلن سیبورگ (34) و همکارانش در برکلی آن را شناسایی و «پلوتونیم» نامیده بودند. ایزوتوپ مانند شکافت پذیر بود، و می شد آن را به صورت یک محصول فرعی از واکنش زنجیری کنترل شده ي اورانیم فراهم کرد.
بمباران پرل هاربر در اواخر سال 1941 به وسیله ي ژاپنیها موجب گسترش مجدد پروژه ي اورانیم شد. طی دو سال بعد، فیزیک تا اندازه ي زیادی تسیلم مهندسی شد. ساختن بمب در یک کارخانه ي عظیم پخش گازی، در اوک ریج (35) تنسی (36)، برای جدا کردن از آغاز شد. یک فرایند الکترومغناطیسی برای جداسازی در برکلی گسترش یافت. واکنش زنجیری اورانیم، نخست در مقیاس کوچک به وسیله ي فرمی در شیکاگو و سپس در مقیاس بسیار وسیع در نزدیکی ریچلند، واشینگتن برای تولید به طور ایمن مهار شد. با پیشرفت این تلاشها، گروه عظیمی از فیزیکدانان، شیمیدانان، مهندسان و ریاضیدانان در یک محل دور افتاده در نیومکزیکو به نام لوس آلاموس (37)، گرد هم آمدند تا بمب را طراحی کنند، بسازند و آزمایش کنند.
در اواخر سال 1942، این تلاش غول آسا فراتر از آن بود که OSRD بتواند، با فوریّت و ضرورتی که پیش بینی شده بود، از عهده ي آن برآید، کل پروژه در اختیار ارتش، به طور دقیق واحد مهندسی ارتش گذاشته شده بود. سرپرست آن یکی از تسریع کنندگان عمده ي امور ارتش، ژنرال لسلی گرووز (38) بود. مأموریت قبلی او سرپرستی ساخت پنتاگون بود. گرووز ابتدا به بودجه ي پروژه ي جدیدش بی اعتنا بود. بدون هیچ دلیل و فقط برای تأمین یک اسم رمز، گرووز نام کل تلاشهای تهیه ي بمب را ناحیه ي مهندسی مانهاتان نامگذاری کرد، که به زودي به « پروژه ي مانهاتان» خلاصه شد.
تفاوت گرووز با همکارانش که از محیط دانشگاهی آمده بودند نمی توانست بیشتر از آن باشد. او تقریباً چیزی درباره ي فیزیک نمی دانست، شعور چندانی نداشت، و گاهی با قلدری راه خود را باز می کرد، امّا می دانست که چگونه پروژه های احداث بناهای دشوار و عظیم را راه اندازی کند. بوش پس از ملاقاتش با گرووز در دفتر خاطراتش نوشت « می ترسم دچار دردسر شده باشیم»، امّا وقتی گرووز را در عمل دید، به سرعت نظرش تغییر کرد. سرهنگ دوم کنت نیکولز (39) درباره ي کار با این ژنرال با استعداد گفته است که:
او بزرگترین حرامزاده ای بود که در زندگی ام دیده ام، امّا یکی از تواناترین افراد نیز بود. خودپسندی او بی همتا بود، انرژی خستگی ناپذیری داشت- او درشت هیکل و سنگین وزن بود، امّا هرگز خسته نمی شد. به تصمیم هایش اعتماد مطلق داشت، رهیافت او برای انجام یک کار دشوار مطلقاً سرسختانه و ظالمانه بود. امّا این زیبایی کار برای او بود- به طوری که شما هرگز نگران تصمیم هایی که گرفته می شد یا منظور آنها نبودید. در واقع من غالباً فکر می کردم، اگر مجبور بودم وظایف خودم را بار دیگر تکرار کنم، گرووز را به عنوان رئیس انتخاب می کردم. من از ریخت او بیزار بودم و همچنین بود برای هر کس دیگر، ولی با هم نوعی تفاهم داشتیم.

پیل در زمین اسکواش

فرمی پس از ورود به نیویورک در سال 1939، چالش طراحی آزمایشی را پذیرفت که واکنش زنجیری اورانیم را استمرار می بخشید. از لحاظ مواد، او دو چیز لازم داشت یکی اورانیم شکافت پذیر- یعنی ایزوتوپ کمیاب- و دیگری یک «کندساز» که بتواند نوترونهای سریع تولید شده در رویدادهای شکافت را کند سازد، تا نوترونهای کند بتوانند شکافتهای بیشتری تولید کنند. تأسیسات بزرگی که بتواند زیادی را از جدا کنند چند سال بعد به وجود آمد، بنابراین فرمی چاره ای نداشت بجز آنکه از اورانیم طبیعی 7/0 درصد استفاده کند. این بدان معنی بود که وسیله ي واکنش- زنجیری، به هر طریقی که ساخته می شد به چندین تن اورانیم و کندساز نیاز داشت.
فرمی برای کندسازی گرافیت را انتخاب کرد، چون اتمهای کربن به قدر کافی سبک اند تا نوترونهای سریع را به قدر کافی کند کنند. گرافیت انسجام ساختاری لازم برای برپا کردن آزمایش در جایی به اندازه ي یک اتاق را دارد. فرمی طرحی را برگزید برای مجموعه ای مرکب از آجرهای گرافیت که حامل شبکه ای از قطعات شکل گرفته ي اورانیم باشد.
ورای این جنبه های ساختاری طراحی پیل (pile) که فرمی آن را چنین می نامید، موضوع بودجه بندی نوترون بود. برای ادامه ي واکنش زنجیری، نوترونهای تولید شده در رویدادهای شکافت، باید بیشتر از نوترونهایی باشد که در فرایندهای دیگر از دست می روند. بعضی از نوترونها از سطوح ساختار گرافیتی فرار می کردند و بعضی دیگر جذب اورنیم یا هسته های دیگر در رویدادهای غیرشکافتی می شدند. اتلافهای نوع اخیر در گرافیت حداقل است؛ هسته های کربن میل کمی به نوترونها دارند. آب که یک کندساز بدیهی تر است، این مزیت را ندارد.
فرمی ضریب عملکردی به نام « ضریب تکثیر یا تولیدمثل» را که با نماد k نشان داده می شود برگزید. این عامل میانگین تعداد نوترونهای تولید شده از یک نوترون اولیه را محاسبه می کند. اگر فرض کنیم نوترونها طی چند «نسل» از رویدادهای شکافت تولید می شوند، k تعداد نوترونهای تولید شده از نوترون اصلی در نسل اول است، در نسل دوم، در نسل سوم، و غیره. اگر این تعداد در هر نسل کمتر می شود و زنجیره از بین می رود؛ و اگر باشد، تعداد نوترونها بیشتر می شود و زنجیره واگرا و از کنترل خارج می شود اگر باشد زنجیره با آهنگ ثابت پیش می رود و تولید و اتلاف نوترونها متوازن می شوند.
فرمی و گروه او ابتدا داده های مهم مربوط به اورانیم و گرافیت را در « مجتمع زیربحرانی» یعنی برای آنها که ، گردآوری کردند. این پیل ها به قدر کافی بزرگ نبودند تا واکنش هسته ای زنجیره ای در آنها حفظ شود، امّا فضای بزرگتری در پردیس کلمبیا موجود بود. کار مشابهی در دانشگاه شیکاگو در جایی با نام رمز « آزمایشگاه متالوژی» در حال انجام بود. آرتور کامپتون (40)، که همه ي پژوهشهای هسته ای پروژه ي مانهاتان را هدایت می کرد، در اوایل سال 1942 تصمیم گرفت که پژوهش پیل را در شیکاگو تثبیت کند.
نقل مکان دیگر، برای اعضای خانواده ي فرمی خبر خوبی نبود. آنان به تازگی در شهرک حاشیه ای لئونیا (41) در نیوجرسی سکنی گزیده بودند و فکر می کردند همواره آنجا خواهند بود. لورا فریم می نویسد آنان، « مالکان خوشبخت یک خانه با چمنزاری بزرگ، یک استخر کوچک، و رطوبت زیاد در زیر زمین شده بودند». فرمی به مدت چند ماه، وقت خود را بین شیکاگو و نیویورک تقسیم می کرد، امّا در ژوئن سال 1942، خانواده تسلیم دیوان سالاری شد، چمن خود را ترک کرد و به خانه ای کرایه ای در شیکاگو نزدیک دانشگاه نقل مکان کردند.
فرمی و نیروهای همراه او، اکنون هدفشان این بود که یک «مجتمع بحرانی» با مقیاس کامل و با ضریب تکثیر k بزرگتر از یک (اندکی بزرگتر) بنا کنند. این معیاری مؤثر و چشمگیر از اعتماد به نفس فرمی و اعتماد آرتور کامپتون به فرمی بود، که طرح فرمی را پذیرفت تا پیل بحرانی در پردیس دانشگاه شیکاگو در یک زمین بازی اسکواش زیر جایگاههای غربی استادیوم دانشگاه ساخته شود. کامپتون به سرعت و بدون مشورت با رئیس دانشگاه، رابرت هاچینز (42)، تصمیم گیری کرد، کاری که عادت معمول او نبود. ریچارد رودز (43) که در میان بسیاری از وقایع نگاران پروژه ي مانهاتان، سرآمد همه است می نویسد، « استدلال کامپتون این بود که نباید از یک حقوقدان بخواهد که درباره ي مطلبی از فیزیک هسته ای قضاوت کند. واژه ذوب هسته ي مرکزی در واژگان مهندسی هسته ای وارد نشده است- فرمی فقط آن را برای مورد خاصی ابداع کرده بود- امّا این ریسکی بود که کامپتون می کرد، یک چرنوبیل (44) کوچک در وسط یک شهر پرجمعیت، مگر اینکه فرمی، چنانکه می دانست مهندسی بسیار توانا باشد».
آنچه به کامپتون اطمینان خاطر بیشتری می داد طرح کنترل دقیق پیل بود. ابزار کنترل اولیه ي او مجموعه ای بود از « میله های کنترل» ورقه هایی از کادمیم که به نوارهایی چوبی میخکوب شده بود. این نوارها را می شد در پیل فرو برد و بیرون کشید. کادمیم مانند یک اسفنج جاذب نوترون عمل می کند، به طوری که با فرو بردن کامل میله های کنترل، تعداد نوترون به قدر کافی کم می شد تا پیل را زیر حد بحرانی نگه دارد. با بیرون کشیدن آهسته ي میله های کنترل در پیل جمعیت نوترونها به قدر کافی زیاد می شد تا به حد بحرانی برسد، ضریب تکثیر k افزایش یابد و سرانجام به مقادیری بزرگتر از یک برسد، فرمی با خرسندی از یک هدیه ي طبیعت نیز آگاه بود. همه ي نوترونهای تولید شده در یک پیل «آنی» نیستند- یعنی بلافاصله پس از روزدادهای شکافت تولید نمی شوند. کسر کوچکی از آنها که « نوترونهای تأخیری» نامیده می شوند چند ثانیه بعد ظاهر می شوند. فرمی پیش بینی کرد که اثر مساعد نوترونهای تأخیری کند کردن آهنگ افزایش جمعیت نوترون خواهد بود تا متصدیان پیل به هر نشانه ي خطری واکنش نشان دهند.
لورا فرمی حکایت شورانگیز از رویدادهای یک روز سرد در اوایل دسامبر سال 1942 را در اختیارمان می گذارد که CP-1 ( پیل نمره یک شیکاگو)، شامل 6 تن اورانیم، 40 تن اکسید اورانیم، و 385 تن گرافیت، با ایمنی بحرانی شد:
فقط شش هفته از قرار دادن نخستین آجر گرافیتی گذشته بود، و دوم دسامبر بود.
هربرت اندرسن (45) ] یکی از همکاران فرمی در طراحی پیل[ خواب آلود و بدخلق بود. او تا ساعت 2 صبح بیدار مانده بود تا دستکاریهای نهایی پیل را انجام دهد. اگر یک میله ي کنترل را به هنگام شب بیرون کشیده بود، می توانست پیل را به کار اندازد و نخستین کسی باشد که به یک واکنش زنجیری دست یافته است، دست کم به معنی مادی و مکانیکی آن. امّا وظیفه ي اخلاقی او آن بود که با وجود وسوسه ي شدید، آن میله را بیرون نکشد. این کار در مورد فرمی منصفانه نبود. فرمی رهبر بود. او پژوهش را هدایت کرده و درباره ي نظریه ها کار کرده بود. ایده های اساسی از آن او بود. امتیاز و مسئولیت، هدایت و کنترل واکنش زنجیری.... نیز از آن بود.
از اینکه وقتی سه مرد جوان از آن بالا بر پیل خم می شده اند چه احساساتی داشته اند، اثری وجود ندارد.... آنان را « جوخه ي خودکشی» می نامیدند. این یک شوخی بود، امّا احتمالاً آنان از خود می پرسیدند، آیا ممکن است شوخی حقیقتی در برداشته باشد. آنان مانند آتش نشانان گوش به زنگ امکان یک آتش سوزی، آماده ي خاموش کردن آن بودند. اگر چیز غیر منتظره ای روی می داد، اگر پیل از کنترل خارج می شد، آنان سیل آسا، با محلول کادمیم، آن را «خاموش» می کردند.
] تماشاگرانی در حدود بیست نفر[ به بالکنی در انتهای شمالی محوطه ي اسکواش رفتند؛ همه، بجز سه نفری که در جایی بالای پیل نشستند، و بجز فیزیکدان جوانی به نام جرج ویل (46)، که به تنهایی روی زمین کنار میله ي کادمیم آماده ایستاده بود، تا وقتی دستور رسید آن را از پیل بیرون بکشد.
و به این ترتیب نمایش آغاز شد.
فرمی هدف میله ي کنترل را توضیح داد، و به ویل دستور داد آن را بیرون بکشد و سیزده فوت آن را در پیل نگه دارد. شمارگرهایی که شدت نوترون را اندازه گیری می کردند با سریعتر شدن صدای کلیک واکنش نشان دادند، و ردّ قلم ثبات نمودار نیز که نوترونها را اندازه گیری می کرد، بالا رفت و سپس صاف شد. واکنش زنجیری که هنوز خود نگهدار نبود از تولید نوترون باز ایستاد. تمام صبح فرمی آزمایش را به همین طریق ادامه داد، به ویل دستور داد که میله ي کنترل را با نموهای شش اینچ بیرون بکشد، و هر بار ناظران شاهد آن بودند که قلم ثبات بالا می رود و سپس تسطیح می شود. در ساعت 5/11، پیش از ظهر، فرمی، بنا به گفته ي لورا فرمی، « برحسب عادت» اعلام کرد که وقت نهار است، « گرچه هیچ کس نشانه ای از گرسنگی نشان نداده بود».
در ساعت دو بعدازظهر، فرمی و تماشاگرانی که اکنون دو برابر شده بود، به زمین اسکواش بازگشتند. فرمی با محاسبه و برونیابی، توانست بفهمد که پیل نزدیک به مرحله ي بحرانی است. او به ویل گفت میله ي کنترل را تا دوازده اینچ بیشتر بیرون بکشد. فرمی به کامپتون گفت « داریم می رسیم. اکنون خود نگهدار خواهد شد، ردّ ثبات بالا خواهد رفت، و به بالا رفتن ادامه خواهد داد، دیگر مسطح نخواهد شد».
لحظه ي موعود فرا رسید، آنچه هربرت آندرسن به خاطر می آورد به این شرح است:
ابتدا می توانستید صدای شمارگر نوترون را بشنوید، کلیکتی- کلاک، کلیکتی- کلاک. سپس کلیکها سریعتر و سریعتر شدند، و پس از مدتی تبدیل به یک غرّش شد. شمارگر دیگر نمی توانست آن را دنبال کند، از شمارش بازماند ] و خاموش شد[.... ]همه[ در سکوتی ناگهانی شاهد انحراف فزاینده ي قلم ثبات بودند. سکوتی بهت انگیز حکمفرما بود، همگی معنی و اهمیت ]ردّ ثبات[ را می فهمیدند.... مقیاس ثبات باید مدام تغییر می کرد تا با شدت نوترونی که پی در پی به سرعت در حال افزایش بود، سازگار شود. ناگهان فرمی دستش را بالا برد و اعلام کرد، « پیل بحرانی شده است». هیچ یک از حاضران در این باره تردید نداشت.
رودز می نویسد، « خنده ای بر چهره ي فرمی نشست، او می توانست، روز بعد به شورای فنی گزارش دهد که پیل به k معادل 0006/1 رسیده است. در این صورت شدت نوترون آن هر دو دقیقه دو برابر می شد ] آهنگی آرام به همت نوترونهای تأخیری[. اگر پیل به مدت یک ساعت و نیم کنترل نمی شد، آهنگ افزایش ]انرژی[ آن را به یک میلیون کیلووات می رساند. در این صورت مدتها پیش از رسیدن به این حد، هر کس که در اتاق مانده بود هلاک و ذوب می شد».
فرمی به ملایمت دستور داد که پیل، پس از 5/4 دقیقه کار کردن متوقف و توان آن تا وات کم شود، که به زحمت برای روشن کردن لامپ یک چراغ قوه کافی است. لئونا وودز، تنها زن در گروه شیکاگو با زمزمه به فرمی گفت، « چه وقت متوحش می شویم؟».
کامپتون تلفنی موفقیت فرمی را، با رمز: « دریانورد ایتالیایی به دنیای جدید رسیده است». به کونانت گزارش کرد که پرسید، « برخورد با بومیان چگونه بود؟» کامپتون پاسخ داد، « بسیار صمیمانه».
تکمله ي پیل شیکاگوی فرمی ( یا « راکتور هسته ای»، اصطلاح عام برای هر سیستم واکنش- زنجیره ای کنترل شده) را یوجین ویگنر (47) فیزیکدان دیگری که به مهندسی روی آورده بود، طراحی کرد. این راکتور نزدیک ریچلند، واشنگتن، در کنار رودخانه ي کلمبیا ساخته شد که با توان 250.000 کیلووات کار می کرد، که برای روشنایی یک شهر کوچک کافی بود. هدف آن تولید پلوتونیم بود.

به سوی متزا

لورا فرمی می نویسد، « انریکو فکر می کرد ما برای مدتی در شیکاگو خواهیم بود و سپس به لئونیا باز می گردیم. او خوش بین بود». بعداً معلوم شد که تعریف واژه ي «مدتی» که در مورد پروژه ي مانهاتان به کار می رفت عبارت از مدت زمانی بود که « طول می کشید تا همه ي فیزیکدانان ساحل شرقی به ساحل غربی برسند و همه ي فیزیکدانان ساحل غربی به ساحل شرقی». نقل مکان دیگری برای خانواده ي فرمی در تابستان سال 1944 به « سایت Y» بسیار دور از شیکاگو، در راه بود.
خانه ي جدید آنان در تخت کوهی دور افتاده در نیومکزیکو بالای ژرف دره ي لوس آلاموس چهل و پنج مایلی جنوب غربی سانتافه (48) بود. این محل را ـ که بعدها لوس آلاموس نامیده شد- یک زوج عجیب و غریب انتخاب کرده بودند: ژنرال گرووز (49)، مردی نیرومند راسخ، عملگرا، و خودرأی، و رابرت اپنهایمر (50) مردی لاغر، جدی، دقیق، فاضل و خودرأی. این دو در پاییز سال 1942 در برکلی، جایی که اپنهایمر عضو پاره وقت گروه فیزیک بود، ملاقات کردند. گرووز در مراحل اولیه ي سازماندهی پروژه ي مانهاتان بود. اپنهایمر به او توصیه کرد تا « یک آزمایشگاه مرکزی به طور کلی مختص ] طرح و ساختن بمب[ تأسیس کند، جایی که ایده های نظری و یافته های تجربی بتوانند بر یکدیگر تأثیرگذار باشند، جایی که ضایعات و ناکامی و خطاهای مطالعات آزمایشگاهی جداگانه را حذف کرد، جایی که بتوان به مسائل شیمیایی، متالوژیکی، مهندسی و مهمات که تاکنون به آنها توجهی نشده است، مسلط شد».
گرووز نه تنها نیاز به یک آزمایشگاه مرکزی را دریافت، بلکه معتقد شد که اپنهایمر رهبری استثنایی برای چنین آزمایشگاهی است. گرووز در مصاحبه ای پس از جنگ گفت، « او نابغه است، یک نابغه ي واقعی. گرچه لارنس (51) ] پدر سیکلوترون[ بسیار با استعداد است، امّا او یک نابغه نیست، فقط آدم سخت کوش خوبی است. می گویید چرا؟ چون اپنهایمر درباره ي هر چیز شناختی دارد. او می تواند درباره ي هر چیز که مطرح کنید، صحبت کند. خوب نه دقیقاً، من حدس می زنم چیزهای کمی وجود دارد که او درباره ي آنها اطلاعی ندارد. او درباره ي ورزشها چیزی نمی داند».
اپنهایمر با تقسیم وقت خود بین کلتک (52) در پاسادنا (53) و دانشگاه کالیفرنیا در برکلی اعتبار خوبی به عنوان یک معلم و یک نظریه پرداز به دست آورده بود. او از زمره ي نخستین کسانی است که شواهد قاننع کننده ای برای وجود سیاهچاله های گرانشی به دست آورده بود. هانس بته (54) که به عنوان رهبر بخش نظری، به لوس آلاموس می رفت تحت تأثیر «ذوق عالی» اپنهایمر به عنوان یک مشاور تحقیقاتی، قرار گرفته بود: « آن طور که انتخاب موضوعاتش نشان می داد، او همواره می دانست که مسائل مهم کدامند. او واقعاً با این مسائل زندگی می کرد، برای حل آنها می کوشید، و مسئله ي مورد علاقه اش را به گروهش منتقل می کرد... او به هر چیز علاقه نشان می داد، در یک بعدازظهر ممکن بود درباره ي الکترودینامیک کوانتومی، پرتوهای کیهانی، تولید زوج الکترون و فیزیک هسته ای بحث کند».
گرووز و اپنهایمر تخت کوه دور افتاده در نیومکزیکو را به دلیل امنیتی و همچنین به این دلیل انتخاب کردند که اپنهایمر سرزمین کوهستانی شمال نیومکزیکو را دوست داشت. خانواده ي او مالک مزرعه ای در کوههای سانگر دو کریستو در شمال غربی لوس آلاموس بودند.
فیزیکدانان، ریاضیدانان، شیمیدانان، مهندسان، پرسنل ارتش از سراسر کشور (شرق یا غرب) راهی لوس آلاموس شدند. این شهر به طور رسمی وجود نداشت. روی نقشه نبود، ساکنان آن حق رأی نداشتند و برای بیگانگان سایت Y یا 1663 P.O.Box بود. خانه سازی هرگز پا به پای هجوم تازه واردان پیش نمی رفت. پوشش گیاهی در بالای تخت کوه ( در ارتفاع هفت هزار و دویست فوت) با کامیونها و تجهیزات ساختمانی کوبیده و له شده بود. در نتیجه زمین، بر اثر رگبارهای تابستان و ذوب برفهای زمستانی، دائماً گل آلود بود. فراسوی آشوب شهر، زیبایی کوهها قرار داشت: جویبارهای پر از قزل آلا، مسیرهای اسکی، جنگل، و قله هایی برای صعود.
فرمیها مانند همسایگان لوس آلاموس خودشان، موفق شدند در این محیط غیرعادی احساس راحتی کنند. آپارتمان D در ساختمان 186-T، به آنان تخصیص داده شد. لورا فرمی گزارش می دهد:
یکی از چند خانه ي چهار آپارتمانی یکسان در پایین خیابانی که از نزدیکی منبع آب در قسمت بالای شهر آغاز می شد و با شیبی ملایم به طرف نواحی بکر بیرون شهر کشیده می شد.... آپارتمان ما کوچک، امّا راحت و کافی بود. در سه اتاق خواب آن تختهای سفری ارتشی قرار داشت که ساکنان قبلی آن، جوانان نیروهای مسلح، نام و درجه هایشان را حک کرده بودند. ملحفه ها و پتوها با حروف سیاه بزرگ آرم USED مهر شده بود که ما را به شدت شوکه می کرد تا آنکه فهمیدیم آنها حروف اختصاری نماینده ي سازمان مهندسی ایالات متحده (United States Engineer Department) است. هر چه در اختیار پروژه بود یا نشانه ي USED داشت یا GI، حتی لامپهای روشنایی و زمین شورها. امّا من از سه پنجره ي به هم پیوسته ي اتاق نشیمن می توانستم قله های گرد سبز تپه های جمز (55) و شیب آنها را در زمینه ي آسمان ببینم که همچون سه تابلوی نقاشی از یک استاد کهنه کار بود. هیچ نشانه ای از ساخته های انسان بر تپه ها دیده نمی شد، و من می توانستم آنها را از آن خود بدانم.
فرمی مدیر بخش F ( F به نام فرمی) لوس آلاموس با مأموریتی در یک رشته امور مربوط به هم شد. سگره می نویسد، « مسئولیتهای کلی بخش F تحقیق و بررسی مسائلی بود که با کار بخشهای دیگر سازگاری نداشت. فرمی آدم مطلع و صاحب نظری بود که هر فیزیکدانی می توانست درخواستی از او داشته باشد و غالباً هم بدون دریافت کمکی چشمگیر باز نمی گشت. مسائلی که به او ارجاع می شد محدودیت نداشت».
از نظر فرمی تحقیق و توسعه ي بمب مفسده ای ضروری بود، و آن را وظیفه ای ناخوشایند می دانست. امّا این نگرشی نبود که او در لوس آلاموس می دید. در آنجا اشتیاقی حاکم بود که ابتدا او نمی فهمید. اپنهایمر به خاطر می آورد که « فرمی پس از شرکت در یکی از نخستین گردهمایی هایش، رو به من کرد و گفت، فکر می کنم همکاران شما واقعاً می خواهند یک بمب بسازند». این روح حاکم بر لوس آلاموس بود: بمب دل مشغولی آنان بود. و زمانی که بمب پلوتونیم ساخته و برای آزمایش آماده ي سوار کردن بود، آزمایشی که پنهایمر آن را « ترینیتی (تثلیث)» می نامید، فرمی نیز مجذوب شده بود، بنا به گفته ي سگره:
تا جایی که می دانم، گزارشهای مکتوبی از نقش فرمی در مسائل این آزمایش وجود ندارد و بازسازی آنها به تفصیل هم کار آسانی نیست. امّا این یکی از مواردی بود که در آن تسلط فرمی بر همه ي فیزیک یعنی یکی از شگفت انگیزترین ویژگیهایش، اهمیت داشت. مسائل موجود در آزمایشهای ترینیتی گستره ای از هیدرودینامیک تا فیزیک هسته ای، از اپتیک تا ترمودینامیک، از ژئوفیزیک تا شیمی هسته ای را در برمی گرفت. اغلب آنها به هم ربط داشتند، و حل کردن یکی مستلزم فهمیدن همه ي مسائل دیگر بود. گرچه هدف ناخوشایند و وحشتناک بود، امّا یکی از بزرگترین آزمایشهای فیزیک در همه ي زمانها بود. فرمی خودش را به طور کامل در این کار غرق کرده بود. در زمان آزمایش او یکی از معدود افرادی ( یا شاید تنها کسی) بود که همه ي پیامدهای فنی فعالیتها در آلاموگوردو (55) ] محل آزمایش در نیومکزیکوی جنوبی[ را می فهمید.

نیمه ي خالی

یکی از نشانه های نبوغ فرمی، ناآرامی عقلانی اش بود. حتی وقتی او حوزه ي نویدبخش جدیدی را می گشود، خوشحال بود که کار اولیه را کرده است و اکتشاف بیشتر در قلمرو جدید را به دیگران واگذار کند. مقاله های مهم او درباره ي آمار کوانتومی و واپاشی دنباله نداشت. وقتی پیل شیکاگو تحقق یافت، راکتورهای هسته ای، دیگر از لحاظ تحقیقاتی برایش جاذبه ي فراوانی نداشت. هنگامی که او هنوز در شیکاگو بود، مفید بودن باریکه های نوترون برای مطالعه ي حالت جامد را اثبات کرد و فیزیکدانان دیگر کار او را دنبال کردند. یک حوزه ي پژوهشی که به مرحله ي بلوغ رسیده باشد باب طبع او نبود. « دریانورد ایتالیایی» همواره ماجراجو در جستجوی حوزه های جدید بود، و هرگز در یافتن آنها ناکام نبود.
او در سال 1945 لوس آلاموس و فیزیک بمب را رها کرد و به شیکاگو بازگشت. سال بعد دانشگاه شیکاگو، طی مراسمی مؤسسه ي مطالعات هسته ای را افتتاح کرد، و فرمی مقام مؤثری را، در مؤسسه ي جدید بدون وظایف اداری، پذیرفت. اکنون ابزار آزمایشی او یک سیکلوترون جدید بود که درست در روبه روی جایگاه های غربی استادیوم دانشگاه ساخته شده بود، که در آنجا پیل شیکاگو کارش را آغاز کرده بود. لورا فرمی می نویسد، « سیکلوترون اسباب بازی او بود. او در همه ي ساعات روز و شب تابستان 1951 با سیکلوترون بازی می کرد. او می گذاشت تا سیکلوترون روال عادی کار او را درهم بریزد». ابزار نظری او به جای نوترون مزون بود. در آن موقع فکر می کردند که مزون میانجی بین نوکلئونها ( پروتونها و نوترونها) است، و آنها را در هسته به هم پیوند می دهد. او برای مطالعات تجربی برهم کنشهای بین مزونها و نوکلئونها از سیکلوترون استفاده می کرد.
فرمی بار دیگر درست مانند تقریباً ده سال قبل در رم به عنوان سرپرست تحقیق و معلم، فعال بود. مؤسسه ي شیکاگویی او مرکزی برای تحقیق در فیزیک هسته ای و فیزیک انرژیهای زیاد شد. او پای ثابت کنفرانسها بود و معمولاً به مراکز تحقیقاتی دیگر مسافرت می کرد. بحث با فیزیکدانان جوانتر، هم برای آنان و هم برای خودش ارزش خاصی داشت.
وقتی سیکلوترون در سال 1951 آغاز به کار کرد، فرمی هنوز به عنوان یک نظریه پرداز و آزمایشگر مقام نخست را داشت. او گله می کرد که حافظه اش مثل قبل او را یاری نمی کند، امّا می دانست که چگونه با استفاده از « حافظه ي مصنوعی اش» با ضعف حافظه برخورد کند. منظور از حافظه ي مصنوعی یادداشتهایی به دقت تنظیم و تجدید چاپ شده بود. او می باید بیست یا سی سال دیگر زندگی می کرد تا برای فیزیک ذرات و فیزیک انرژیهای زیاد همان قدر کار کند که قبلاً برای فیزیک هسته ای کرده بود، امّا چنین نشد. در سال 1954 سلامتی او ناگهان رو به ضعف نهاد. تشخیص پزشکی بیماری او سرطان معده ي غیرقابل علاج بود و او چند ماه بعد در سن پنجاه و سه سالگی درگذشت.
فرمی در سال 1945، در پایان جنگ، به سگره گفت که او در حدود یک سوم کار زندگی اش را تکمیل کرده است. با آن محاسبه، وقتی او نه سال بعد درگذشت چیزی بیشتر از نیمی از آنچه را که برای ارائه داشت، به ما نداده بود.

پي‌نوشت‌ها:

* NDRC))← National Defense Research Council.
** (OSRD) ← Office Of Scientific Research and Development.
1.Enrico Fermi.
2. Emilio Segre.
3.Ida.
4. Alberto.
5. Laura.
6. Giulio.
7. Adolfo Amidei.
8. Pisa.
9. Orso Mario Corbino.
10. Paul Ehrenfest.
11. Hendrik Lorentz.
12. Arcetri.
13. Satyendranath Bose.
14. Paul Dirac.
15. Orso Corbino.
16. Franco Rasetti.
17. Eoardo Amaldi.
18. Emilio Segre.
19. Otto Frisch.
20. Laura Capon.
21. Rasetti.
22. Professor Giulio Trabacchi.
23. Oscar D'Agostino.
24. Amaldi.
25. Hans Bethe.
26. Orso Corbino.
27. Benito Mussolini.
28. Leo Szilard.
29. Eugene Wigner .
30. Edward Teller.
31. Vannevar Busch .
32. James Bryant Conant.
33. Glenn Seaborg.
34. Oak Ridge.
35. Tennessee.
36. Los Alamos .
37. Leslie Groves.
38. Kenneth Nichols .
39. Arthur Compton.
40. Leonia.
41. Robert Hutchins.
42. Richard Rhodes.
43. Chernobyl.
44. Herbert Anderson.
45. George Weil.
46. Eugene Wigner.
47. Santa Fe.
48. Groves.
49. Robert Oppenheimer.
50. While Lawrence.
51. Galtech.
52. Pasadena.
53. Hans Bethe.
54. Jemez.
55. Alamogordo.

منبع مقاله :
كروپر، ويليام هـ، (1389)، فيزيكدانان بزرگ از گاليله تا هاوكينگ، احمد خواجه نصير طوسي ـ سهيل خواجه نصير طوسي، تهران، مؤسسه ي فرهنگي فاطمي، چاپ اول 1389.