Enrico Fermi y la física nuclear

Uno de los físicos más completos, que dominaba su ciencia con amplitud, incluso haciendo aportes importantes tanto en el aspecto teórico como experimental, fue Enrico Fermi. Al respecto, George Gamow escribió: “A medida que se iba extendiendo el territorio de la física, tanto las técnicas experimentales como los métodos matemáticos se complicaban más y más, hasta el punto de que no había persona capaz de manejar a ambos con similar destreza. La profesión de físico se bifurcó: algunos eran «experimentales», otros «teóricos». El gran físico Albert Einstein jamás ejecutó una experiencia por sí mismo, (al menos que yo sepa). En tanto que el gran físico experimental Lord Rutherford era tan pobre en matemáticas que su famosa fórmula para calcular la dispersión de las partículas alfa fue derivada para él por el entonces joven matemático R. H. Fowler”.

“En nuestros días, es norma casi segura que un físico teórico no se anime siquiera a tocar el material instrumental por miedo a romperlo…en tanto que los físicos experimentales se sienten perdidos en el confuso torbellino de los cálculos matemáticos. Enrico Fermi, nacido en Roma en 1901, representó un ejemplo, muy raro de hallar, de teórico excelente al par de físico experimental de real capacidad” (De “Treinta años que conmovieron la física”-EUDEBA-Buenos Aires 1971).

Mientras que en el ámbito de la música distinguimos los cantantes y grupos que tienen éxito con una o dos canciones, de aquellos que superan las veinte o treinta, también hubieron científicos que asociaron su nombre a un solo fenómeno descrito mientras que otros brindaron una cantidad bastante mayor de aportes. Franco Selleri escribió: “Uno de los discípulos de Fermi, Bruno Pontecorvo, concluye la biografía de su maestro preguntándose cuántos premios Nobel de Física habría podido recibir si los estatutos no hubiesen prohibido la concesión de más de un premio a la misma persona. Y sin vacilar respondió: seis. A saber:

1- Por la estadística cuántica, llamada «de Fermi» [también de Fermi-Dirac], de las partículas de espín semi-entero.
2- Por la teoría de la desintegración beta, es decir de la desintegración espontánea de neutrón en protón, electrón y neutrino.
3- Por las investigaciones básicas sobre los neutrones y la producción, usando éstos como proyectiles, de más de sesenta isótopos radiactivos.
4- Por sus contribuciones a la teoría atómica y molecular.
5- Por la construcción de la primera máquina capaz de producir energía a partir del contenido energético de los núcleos.
6- Por los hallazgos en física de partículas subnucleares.

“Se trata de descubrimientos llevados a cabo en tres ámbitos distintos: física teórica (3), física experimental (2), física aplicada (1). Ningún físico de nuestro siglo ha sido capaz de igualar la versatilidad de Fermi” (De “Física sin dogma”-Alianza Editorial SA-Madrid 1994).

Lo irónico del caso es que no fue galardonado con el Nobel por alguno de estos aportes, sino por uno que, como se demostró posteriormente, fue mal interpretado. Selleri escribió al respecto: “Cuando Fermi y los suyos llegan a bombardear el núcleo estable más pesado existente (el del uranio) y observan la producción de radiactividad, no piensan en absoluto que el mecanismo haya cambiado y llegan a la conclusión de haber producido un nuevo elemento transuránico. Esto es, ellos creen que han llegado a fabricar un nuevo tipo de materia inexistente en la naturaleza. Es un hallazgo clamoroso, que enseguida se propaga por todo el mundo y que reporta a Fermi el premio Nobel. Lo irónico del caso es que se trataba de un error, y que lo que realmente se había hallado era la fisión del uranio, su fragmentación en núcleos más pequeños, debido a la colisión con un neutrón de muy baja energía. Así que el gran físico que hubiera merecido seis premios Nobel ¡llega a ganarlo por un error!”.

Fermi se destacó también por su capacidad para crear y dirigir un grupo de físicos, conocido como el Grupo de Roma. Para ello tuvo la suerte de encontrar en el físico y político Orso Mario Corbino el apoyo que necesitaba. Emilio Segrè escribió: “Corbino tenía un sueño: hacer que renaciera la física en Italia. La ciencia que tanto amaba había estado en total parálisis en Italia durante casi un siglo, desde la época de gran esplendor de Volta y Avogadro. Corbino, sagaz, de gran corazón y carente por completo de celos, vio inmediatamente en Fermi los medios para realizar su sueño. En consecuencia, lo estimuló, lo protegió y lo ayudó infatigablemente” (De “De los Rayos X a los quarks”-Folios Ediciones SA-México 1983).

En plena época fascista, no fue extraño que a alguien se le ocurriera bautizar algún nuevo elemento con alguna denominación partidaria. Segrè comenta: “Creo que hubo sugerencias, si es que no directas presiones, de añadir gloria al régimen fascista dándole a los nuevos elementos hipotéticos nombres caros a los fascistas, como por ejemplo «littorio». (Los lictores eran funcionarios romanos que utilizaban el «fascio» como insignia de su magistratura). Corbino, que era muy agudo y rápido, señaló que los nuevos elementos tenían vidas muy cortas, lo cual los hacía inapropiados para celebrar el fascismo”.

Entre los integrantes del Grupo de Roma pueden mencionarse los siguientes: E. Amaldi, F. Rasetti, E. Segrè, B. Pontecorvo, E. Majorana, M. Ageno, G. Bernardini, G. Cocconi, M. Conversi, G. Gentile, U. Fano, B. Ferretti, O. Piccioni, G. Racah, B. Rossi y G. C. Wick.

Un caso enigmático fue el de Ettore Majorana, quien desapareció en plena juventud, sin dejar rastro y sin que, hasta ahora, se sepa qué ocurrió con él. Incluso su madre le deja su parte correspondiente de la herencia suponiendo que en alguna parte estaría vivo. Por tener algunos problemas psicológicos, Fermi decía que carecía de “buon senzo” (sentido común). Selleri escribió: “Fermi suscitaba como teórico una gran admiración por parte de todos sus colaboradores. Se dice, no obstante, que Fermi se consideraba inferior a Majorana, el único que podía hablar con él de tú a tú. Pensaba que era el mayor teórico de su tiempo. Pontecorvo recuerda haber oído decir a Fermi: «Si el problema ya ha sido formulado nadie en el mundo lo puede resolver mejor que Majorana». Pero Majorana tenía un carácter muy complejo y, para disgusto de Fermi, casi nunca publicaba los resultados de sus investigaciones. Desde 1932, empezó a encontrarse cada vez con menor frecuencia con el grupo de Fermi, hasta desaparecer literalmente en 1938. Como se sabe, se ha escrito y fantaseado mucho sobre esa desaparición”.

En el inicio de los estudios de los núcleos pesados, se utilizaban partículas alfa, muy energéticas, siendo rechazadas por el núcleo debido a su carga eléctrica. De ahí la decisión de Fermi de probar con partículas neutras, como es el caso del recientemente descubierto neutrón (1932). Incluso la efectividad aumentaba cuando los neutrones eran lentos, ya que la escisión de los núcleos se estableció finalmente ante su inestabilidad al aceptar una nueva partícula. El experimento decisivo fue anunciado bajo la firma de todos los integrantes del grupo de físicos, siendo otra innovación de Fermi, ya que, hasta ese momento, sólo figuraba el nombre del director de un grupo de investigación. Segrè escribió al respecto: “En el otoño de 1934 nos encontramos con una sorpresa mayor. Descubrimos, por casualidad pero también gracias a correctas observaciones, que los neutrones filtrados a través de parafina producían reacciones nucleares con mayor efectividad que los que emergían directamente de una fuente de radón o berilio. Después que los hechos fueron confirmados Fermi postuló la inesperada explicación de que los neutrones eran desacelerados por la colisión elástica al pasar a través de la parafina, y que los neutrones lentos eran mucho más efectivos que los rápidos para producir ciertas reacciones nucleares”.

“Pocas horas después pudimos verificar esta hipótesis, y en la tarde del 22 de octubre de 1934, el mismo día en que había sido descubierto el efecto, escribimos una nota de una página firmada por Fermi, Amaldi, Pontecorvo, Rassetti y Segrè que establecía firmemente los hechos y su interpretación. Para todos los firmantes aquella fue una de las obras principales de su carrera. Las grandes posibilidades prácticas de los neutrones lentos no se le escaparon a Corbino, que insistió en que debía patentarlos a pesar de que en ese momento ninguno pudiera sospechar, como es obvio, que los neutrones lentos serían la clave de la energía nuclear”.

Una vez descubierta en Alemania la fisión nuclear, se abría la posibilidad tanto de su uso pacífico como de su uso bélico. Esto se debe a que, cuando se produce la fisión de un núcleo pesado, se libera energía y también neutrones adicionales, que pueden fisionar otros núcleos. Segrè agrega: “Si la reacción en cadena ocurre con gran rapidez y de manera incontrolada, se produce una violenta explosión y uno tiene una bomba atómica o, hablando estrictamente, una bomba nuclear. En cambio, si la reacción puede ser controlada, y llevada a una situación estacionaria, se tiene una fuente de energía. Los dos caminos están abiertos: a la bomba atómica y a la energía nuclear –una alternativa doble, como la cabeza de Janus- según suele ocurrir en las aplicaciones de la ciencia y la tecnología”,

Fermi fue el pionero en el uso pacífico de la fisión nuclear al construir el primer reactor o pila de fisión controlada, en EEUU. También participó del Proyecto Manhattan; organización encargada de la fabricación de la primera bomba de fisión nuclear. Franco Selleri escribió acerca de la labor, poco pacífica por cierto, posterior a la guerra: “Después de la guerra encontramos a Fermi defendiendo la continuación en Los Alamos de las investigaciones de tipo militar contra todos aquellos que habrían querido devolver aquel lugar «a los lobos del desierto». Más tarde se ocupa de la bomba de hidrógeno, declarándose contrario en un primer momento, pero pasando después a trabajar en el proyecto, incluso, parece ser, con entusiasmo”.