ENRICO FERMI ( 1901-1954 ) Fermi sinh ngày 29 tháng Chín năm 1901 ra tại Roma ( Italia) trong một gia đình công chức và mất tại Chicago (Mỹ). Sau khi tốt nghiệp đại học ở Pisa (1922) ông sang Gottingen ( Đức ) làm việc với nhà vật lí lí thuyết Anh gốc Đức Max Born (1882-1970) (giải thưởng Nobel năm 1954) và với nhà vật lý lí thuyết Đức gốc Áo Paul Ehrenfest (1880-1933) ở Leyden (Hà Lan). Từ năm 1926 ông là giáo sư trường Đại học Roma. Năm 1938 ông di cư sang Mỹ trong dịp nhận giải thưởng Nobel vật lí để tránh họa phát xít. Từ năm 1939 đến năm 1942 ông là giáo sư trường Đại học Columbia. Từ năm 1942 đến năm 1945 ông là giáo sư trường Đại học Chicago và từ năm 1946 ông làm việc tại Viện nghiên cứu hạt nhân Chicago. Các công trình nghiên cứu của Fermi thuộc các lĩnh vực của vật lí hiện đại như vật lí nguyên tử và hạt nhân, cơ học thống kê, vật lí bức xạ vũ trụ, vật lí năng lượng cao, vật lí thiên văn và vật lí kỹ thuật. Năm 1925, độc lập với nhà vật lí Anh Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) (giải thưởng Nobel năm 1933) ông đã đề xuất thống kê của các hạt có spin bán nguyên ( thống kê Fermi- Dirac). Trong những năm 1933 - 1934 ông xây dựng lí thuyết cho hiện tượng phân rã bêta, đặt cơ sở cho lí thuyết tương tác yếu. Năm 1934 Fermi phát hiện hiện tượng phóng xạ nhân tạo và xây dựng lí thuyết cho hiện tượng đó. Công trình này của ông đã được trao tặng giải thưởng Nobel vật lí năm 1938. Sau khi sang Mỹ, ông nghiên cứu sự phân hạch của hạt nhân nguyên tử uranii và là người chủ trì công trình xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới (1942). Năm 1943, ông tham gia đề án chế tạo bom nguyên tử đầu tiên của Mỹ. Sau chiến tranh, Fermi tập trung nghiên cứu các vấn đề vật lí năng lượng cao. Nam 1949 ông cùng với nhà vật lí Mỹ gốc Trung Quốc Dương Chấn Ninh (1922- ) (giải thưởng Nobel năm 1957) ông đưa ra mô hình đầu tiên của hạt sơ cấp. Fermi là một trong những người sáng lập Viện hàn lâm hoàng gia Italia (1929) và là viện sĩ của nhiều viện hàn lâm khoa học trên thế giới. Ông đã xây dựng nên một trường phái vật lí mạnh ở Chicago. Nếu nói về năng khiếu bẩm sinh thì có thể khẳng định rằng Fermi sinh ra để trở thành nhà vật lí. Mặc dù trong gia đình không có một ai khuyến khích Fermi theo con đường khoa học, nhưng từ nhỏ ông đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến toán học và vật lí. Sự phát triển trí tuệ của cậu bé Fermi và sau đó là của nhà bác học thiên tài là một điều rất đáng quan tâm và bài viết này muốn dừng lại sâu hơn về vấn đề này. Không ai biết được chính xác lần đầu tiên Fermi quan tâm đến khoa học từ khi nào nhưng chúng ta có thể căn cứ vào một số thông tin thông qua Enrico Persico - giáo sư vật lí của trường Đại học Tổng hợp Roma và là một người bạn gần gũi của Fermi từ khi ông 14 tuổi, vợ ông - bà Laura Fermi và một loạt cộng sự và bạn bè của ông, đặc biệt là Franco Razetti và nhà vật lí Mỹ gốc Italia Emilio Gino Segre (1905-1989) (giải thưởng Nobel năm 1959). Chẳng hạn như Segre đã kể lại sự kiện sau : khi Fermi chỉ khoảng 10 tuổi cậu đã có khả năng hiểu được vì sao đường tròn lại được mô tả bởi phương trình x2 + y2 = R2 mặc dù điều này đòi hỏi ở cậu một sự cố gắng trí tuệ rất lớn. Khi tới tuổi 13, nhờ vào sự giúp đỡ của kỹ sư Amydey, một người bạn tốt bụng của gia đình Fermi, cậu đã tìm được con đường đúng đắn trong mê lộ khoa học. Amydey có quyền tự hào là người đã phát hiện ra những khả năng phi thường của Fermi và có ảnh hưởng to lớn, mang tính quyết định đến sự phát triển sau này của Fermi. Kỹ sư Amydey là một người rất chu toàn. Sau khi Fermi qua đời, Segre đã đề nghị Amydey kể lại những bước đi đầu tiên của Enrico trong khoa học và Amydey đã đưa ra ( 41 năm sau!) những tư liệu cực kỳ chính xác và có giá trị đối với lịch sử khoa học cho phép hiểu được một số yếu tố quan trọng trong sự hình thành nhân cách vĩ đại của Fermi. Dưới đây chúng tôi dẫn ra hầu như toàn bộ bức thư của Amydey gửi cho giáo sư Segre nói về một giai đoạn trong cuộc đời của Fermi từ mùa Thu năm 1914 đến mùa Thu năm 1918 : "...Năm 1914 tôi là người phụ trách thanh tra trong Bộ Giao thông đường sắt. Tôi làm việc cùng thanh tra trưởng Alberto Fermi. Sau giờ làm việc chúng tôi thường cùng đi về nhà. Cậu con trai của bạn tôi tên là Enrico Fermi hầu như luôn luôn đi theo chúng tôi. Cậu bé thường xuyên gặp cha mình sau giờ làm việc. Cần phải nói ngay rằng tôi đã học toán và vật lí một cách hết sức nghiêm chỉnh. Enrico luôn đặt ra cho tôi các câu hỏi. Khi đó cậu mới 13 tuổi, còn tôi 37 tuổi. Tôi nhớ rõ câu hỏi đầu tiên của cậu ấy : - Có đúng là có tồn tại một môn hình học, trong đó những tính chất hình học quan trọng có thể được chứng minh mà không cần sử dụng đến những hiểu biết về đo lường? Tôi đã trả lời rằng điều này hoàn toàn đúng và bộ môn hình học đó được gọi là hình học xạ ảnh. - Nhưng các kĩ sư sử dụng những tính chất này trong thực tế bằng cách nào? - cậu hỏi tiếp. Câu hỏi trên hoàn toàn có lí. Sau khi kể cho cậu bé về một số tính chất đã được ứng dụng thành công trong kĩ thuật tôi hứa ngày hôm sau đem cho cậu ấy mượn một cuốn sách về hình học xạ ảnh. Sau một vài ngày Enrico nói với tôi rằng cậu đã nghiên cứu kỹ ba bài học đầu tiên và hứa trả lại cuốn sách ngay sau khi đọc xong nó. Khoảng chừng sau đó 2 tháng cậu ấy trả lại cho tôi cuốn sách. Khi tôi hỏi cậu ấy có gặp khó khăn gì không trong khi đọc cuốn sách của tôi thì cậu ấy trả lời rằng không có khó khăn nào cả và cậu ấy đã chứng minh được toàn bộ các định lí và dễ dàng giải tất cả các bài tập ( trong sách có hơn 200 bài tập ). Tôi rất đỗi ngạc nhiên : chính tôi biết rằng trong số các bài toán đó có những bài tôi phải bỏ bởi vì đòi hỏi quá nhiều thời gian. Nhưng tôi khẳng định rằng Enrico đã giải hết những bài toán đó. Điều hoàn toàn rõ ràng là trong thời gian rỗi sau khi đã chuẩn bị xong bài tập cho các môn học ở trường cậu bé đã nghiên cứu một cách hoàn chỉnh hình học xạ ảnh và dễ dàng giải được các bài toán phức tạp. Tôi còn khẳng định một điều là Enrico có năng khiếu kì lạ trong bất kỳ trường hợp nào trong lĩnh vực hình học. Khi tôi nói điều này với cha của cậu bé thì ông ấy trả lời rằng ở trường Enrico được đánh giá là một học sinh tốt và chỉ có thế. Sau này tôi biết rằng Enrico đã học toán và vật lí qua các cuốn sách ngẫu nhiên khác nhau mà cậu ấy đã mua trong các hiệu sách cũ. Đặc biệt cậu ấy hi vọng tìm thấy trong các cuốn sách đó một lí thuyết giải thích chuyển động hồi chuyển của con quay. Nhưng cậu đã không tìm được cách giải thích hiện tượng này. Nhưng khi quay trở lại bài toán đó nhiều lần cậu bé đã tự mình tiếp cận đến cách giải thích bản chất chuyển động hồi chuyển của con quay. Tuy nhiên, tôi đã nói với cậu ấy rằng chỉ có thể đi đến cách giải thích khoa học hiện tượng đó bằng cách nắm vững cơ học lí thuyết. Nhưng để nghiên cứu được môn học này đòi hỏi phải có những kiến thức về các môn học như lượng giác, đại số, hình học và phép tính vi phân... Enrico đã đồng ý với tôi và tôi đã đưa cho cậu ấy những cuốn sách có thể đem lại cho cậu ấy những ý tưởng mới và một cơ sở toán học vững chắc... Enrico nhận thấy giải tích vectơ rất lí thú, hữu ích và không phức tạp lắm. Từ tháng Chín năm 1917 đến tháng Bảy năm 1918 cậu ấy cũng đã tìm hiểu một số công việc của người kỹ sư qua những cuốn sách mượn của tôi. Tháng Bảy năm 1918 Enrico đã học xong chương trình PTTH ba năm chỉ trong có hai năm và đã nhận được bằng tốt nghiệp. Một vấn đề đặt ra là cậu có định theo học ở trường Đại học Tổng hợp Rôma hay không ? Tôi đã thảo luận với cậu ấy nhiều lần về chủ đề này. Tôi đã hỏi cậu ấy muốn gắn đời mình với toán học hay vật lí ? Câu trả lời của cậu ấy là : - Cháu đã say mê học toán bởi vì cháu xem nó là sự chuẩn bị cần thiết để sau này nghiên cứu vật lí mà cháu dự định sẽ hiến dâng toàn bộ đời mình cho nó. Lúc đó tôi hỏi cậu ấy là đã có kiến thức vật lí đủ sâu rộng như kiến thức toán học của mình hay chưa? - Cháu biết vật lí sâu rộng nhất bởi vì cháu đã đọc những cuốn sách nổi tiếng nhất về môn học này - cậu ấy trả lời. Tôi cũng khẳng định một điều là Enrico chỉ cần đọc một cuốn sách một lần nhưng có thể hiểu nó một cách thấu đáo. Chẳng hạn, tôi còn nhớ một lần cậu ấy trả lại cho tôi cuốn sách mà cậu ấy đã đọc về phép tính vi phân. Tôi đề nghị cậu ấy giữ lại nó trong một năm để sử dụng. Câu trả lời của Fermi thật đáng kinh ngạc: - Cảm ơn bác! Cháu không cần tới cuốn sách đó nữa, bởi vì cháu tin rằng cháu đã nhớ toàn bộ những gì cần thiết rồi. Một vài năm nữa cháu vẫn còn nhớ rất rõ các ý tưởng trong sách mà cháu đã đọc và nếu cháu cần đến công thức nào cháu có thể dễ dàng dẫn ra nó. Ngoài khả năng khoa học kì lạ Fermi còn có một trí nhớ tuyệt vời. Thời gian trôi qua cho đến khi tôi quyết định rằng đã đến lúc để tôi đưa ra đề nghị với cậu ấy về kế hoạch của mình... Bản kế hoạch đó như sau : Enrico cần theo học không phải trường Đại học Tổng hợp Roma mà là trường Đại học Tổng hợp ở Pisa. Trước đó, cậu ấy phải vượt qua kì thi tuyển tại trường Đại học Sư phạm ở Pisa và sau đó kết hợp việc học ở trường này với việc đến nghe giảng tại trường Đại học Tổng hợp. Enrico đồng ý với kế hoạch của tôi và quyết định theo đuổi nó mặc dù cậu ấy hiểu rằng cha mẹ mình sẽ phản đối. Tôi nhanh chóng lên đường đến Pisa để tìm hiểu thông tin và chương trình cần thiết về kỳ thi tuyển tại trường Đại học Sư phạm. Sau đó tôi quay trở lại Roma để thảo luận với Enrico. Tôi tin chắc cậu ấy cũng đã biết đủ về các môn học liên quan với toán học và vật lí. Và đúng là như vậy. Enrico không chỉ thi đỗ mà còn đỗ thủ khoa của kỳ thi tuyển vào trường Đại học Sư phạm năm ấy...." Mùa Thu năm 1918, Fermi theo kế hoạch của kỹ sư Amydey đã theo học đồng thời tại trường Đại học Sư phạm Pisa và tại khoa Toán lí của trường Đại học Tổng hợp Pisa. Tất cả các trường đại học tổng hợp của Italia đều không tổ chức kỳ thi tuyển vào trường, chỉ cần có bằng tốt nghiệp trung học và dĩ nhiên có đủ tiền để trả học phí là được vào. Để được nhận vào học tại trường Đại học Sư phạm thì đòi hỏi phải vượt qua một kỳ thi tuyển tương đối khó, nhưng bù lại, sinh viên của trường này có thể đồng thời học tại trường Đại học Tổng hợp mà không phải trả tiền. Sinh viên của trường Đại học Sư phạm tự động là sinh viên của trường Đại học Tổng hợp nhưng tham dự phụ thêm các bài giảng và sêmina tại trường Đại học Sư phạm. Trường Đại học Sư phạm ở Pisa do Napoleon thành lập vào năm 1813 theo kiểu mô hình trường Đại học Sư phạm ở Paris. Nó là trường đại học miễn phí duy nhất ở Italia. Mặc dù trên danh nghĩa trường có nhiệm vụ cung cấp giáo viên cho các trường phổ thông trung học, nhưng nhiều sinh viên tốt nghiệp thuộc các khoa khoa học xã hội và nhân văn cũng như các khoa khoa học tự nhiên đã lựa chọn con đường nghiên cứu và trở thành những nhà khoa học xuất sắc. Điều đó đã nâng cao uy tín của trường. Đặc biệt là hầu như tất cả các nhà toán học Italia nổi tiếng đều là cựu sinh viên của trường này. Trong kỳ thi tuyển chọn vào trường, Fermi phải trình bày sự hiểu biết của mình theo chủ đề "Đặc tính và nguyên nhân của âm thanh". "Bài luận văn" của Fermi khi đó mới ở tuổi mười bảy đã thể hiện trình độ hiểu biết sâu sắc của ông về vật lí cổ điển. Chỉ cần nói rằng không phải tất cả các sinh viên tốt nghiệp khoa vật lí của các trường đại học tổng hợp (chứ chưa nói tới các học sinh tốt nghiệp phổ thông trung học ) có thể viết được một bài luận văn trong đó sử dụng cả đến phương pháp Fourier khi giải phương trình vi phân của thanh dao động, như Fermi đã làm. Fermi đã kể lại rằng vị giám khảo của kỳ thi đã thực sự kinh ngạc trước bài luận văn của Fermi và cho là trong đời ông chưa bao giờ gặp một trường hợp nào tương tự như thế. Chúng tôi muốn bình luận một chút về bức thư của kỹ sư Amydey. Chúng tôi nghĩ rằng bức thư cần được sự quan tâm không chỉ của các nhà vật lí và các nhà nghiên cứu lịch sử khoa học mà còn của các bạn đọc ở phạm vi rộng rãi hơn, đặc biệt là các bạn học sinh phổ thông - những người bắt đầu bị hấp dẫn bởi khoa học - và cả các nhà sư phạm nữa. Có thể là nhờ kỹ sư Amydey mà một cậu bé có năng khiếu đã trở thành một thiên tài. Tất nhiên, Fermi là một nhà vật lí bẩm sinh nhưng ai mà biết được số phận của ông sẽ như thế nào nếu như kỹ sư Amydey quan tâm đến ông theo một cách khác và nếu như Amydey trả lời các câu hỏi của cậu bé chẳng hạn như " Điều đó bác không rõ lắm, khi nào lớn cháu sẽ biết ". Có thể là khi đó, ở tuổi 13, Fermi không bị hấp dẫn bởi toán học và vật lí nữa và do đó chỉ có thể trở thành một kỹ sư hoặc một nhà vật lí bình thường. Fermi có thể yêu thích và quan tâm đến cờ vua hoặc quần vợt, sinh ngữ hoặc địa chất, chẳng hạn. Vấn đề là ở chỗ ở tuổi mười ba, Fermi chỉ có một con đường thẳng dẫn ông đi đến chỗ mà sau này ông sẽ tới (và chính Amydey đã chỉ ra con đường này) trong khi đó còn có rất nhiều những con đường "bên cạnh". Trong bất kỳ trường hợp nào tôi tuyệt đối tin tưởng rằng Fermi trở thành Fermi vĩ đại chính bởi vì những mối quan tâm của ông đã được xác định và những nhu cầu trí tuệ của ông cũng đã được đáp ứng ngay từ khi ông còn là một cậu bé. Đây là điều mà Enrico Persico đã viết: "... tài năng đặc biệt của Fermi về các môn khoa học chính xác đã được biểu lộ từ rất sớm; khi tôi làm quen với cậu ấy (khi đó cậu mới 14 tuổi ) tôi ngạc nhiên phát hiện thấy người bạn nhỏ của tôi không chỉ là một "vua toán vua lí" như các bạn học của cậu vẫn gọi mà cậu còn là một người thông minh theo kiểu hoàn toàn khác với tất cả các cậu bé "thông minh" và học sinh xuất sắc điển hình mà tôi đã gặp... Trong lĩnh vực toán học và vật lí, cậu ấy thể hiện sự hiểu biết một khối lượng kiến thức lớn hơn nhiều so chương trình ở trường phổ thông, hơn nữa những hiểu biết đó không phải là những thứ học vẹt mà đuợc cậu ấy sử dụng một cách hoàn toàn thuần thục. Đối với cậu ấy ngay lúc đó sự hiểu biết một định lí hay một định luật trước hết là phải biết sử dụng nó". Chắc hẳn bạn đọc cũng muốn biết Fermi đã học các môn khoa học xã hội và nhân văn ở trường phổ thông như thế nào. Đương nhiên, Fermi là một học sinh tốt và điều đó không có gì đáng ngạc nhiên vì Fermi có một trí nhớ tuyệt vời. Nhưng dựa vào một số ấn tượng tuy còn mang tính chủ quan, chúng tôi có thể nói rằng về các môn khoa học xã hội và nhân văn Fermi học tập không hơn gì so với các "học sinh xuất sắc thông thường" khác. Sự thực là Fermi thuộc lòng khá nhiều bài thơ, nhưng điều đó phần lớn là do trí nhớ hiếm có của ông chứ không phải do sự yêu thích thi ca. Chúng tôi còn nhớ trong những năm 30 Fermi đã nói rằng nguồn chính cung cấp cho ông vốn văn hoá chung của mình là quyển Bách khoa thiếu nhi gồm nhiều tập bằng tiếng Italia. Đó là một bộ sách khá hay và được minh họa nhiều bằng nhiều hình vẽ với màu sắc rực rỡ dành cho thanh thiếu nhi. Điều này xác nhận rằng, ngoài các lĩnh vực toán học và vật lí ra, những mối quan tâm của Fermi dù sao vẫn còn nhiều hạn chế. Bây giờ ta nói thêm về sự nghiệp khoa học của Fermi. Nguyên tố thứ 100 trong Bảng hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố hóa học là có tên là fermi (Fm). Sở dĩ nguyên tố này được như vậy là để ghi nhớ công lao vĩ đại của Fermi, người đã mở cánh cửa đi vào thế kỷ nguyên tử của loài người, như những người đương thời của ông vẫn ca tụng. Ngoài ra, Fermi đã có đóng góp quyết định cho sự phát triển của vật lí thống kê và lí thuyết lượng tử của chất rắn. Năm 1925, Fermi nghiên cứu một biến thể mới của cơ học thống kê dựa trên cơ sở nguyên lí loại trừ Pauli ( Wolfgang Pauli (1900-1958) là nhà vật lí Mỹ gốc Áo và được giải thưởng Nobel năm 1945). Cơ học thống kê như một trong những chuyên ngành lớn nhất của vật lí là mô tả các vật vĩ mô, nghĩa là các hệ bao gồm một số lớn các hạt ( phân tử, nguyên tử, electron) giống nhau, qua tính chất của các hạt đó và tương tác giữa chúng. Theo nguyên lí Pauli, hai hạt đồng nhất với spin bán nguyên không thể đồng thời nằm trong cùng một trạng thái. Điều đó dẫn tới với sự giảm của nhiệt độ những hạt như thế (được gọi là các fermion) liên tục lấp đầy các trạng thái với năng lượng khả dĩ thấp nhất. Ở nhiệt độ tuyệt đối bằng không, có các trạng thái lấp đầy và trạng thái trống mà giới hạn giữa chúng được gọi là mức Fermi. Vào đầu những năm 30 của thế kỷ XX, Fermi tập trung sự chú ý của mình vào hạt nhân nguyên tử. Năm 1933, ông đề xuất lí thuyết phân rã bêta. Lí thuyết này cho phép giải thích bằng cách nào hạt nhân tự phát ra các electron và các nơtrino (các hạt này có khối lượng rất nhỏ, không có điện tích và lúc đó chưa được thực nghiệm phát hiện) khi đó đóng vai trò như thế nào. Pauli đã giả thiết sự tồn tại của những hạt như thế, còn Fermi nghĩ ra tên gọi ( nơtrino chỉ được thực nghiệm phát hiện vào năm 1956). Lí thuyết phân rã bêta của Fermi đề cập đến một loại lực mới được gọi là lực hạt nhân yếu. Về cường độ, lực yếu nhỏ hơn đáng kể so với lực hạt nhân mạnh gắn kết các nuclon tạo nên hạt nhân nguyên tử. Vào những năm 20 của thế kỷ XX, người ta cho rằng nguyên tử chứa hai loại hạt tích điện: các proton tích điện dương có trong thành phần hạt nhân và các electron tích điện âm quay xung quanh hạt nhân. Các nhà vật lí rất muốn biết hạt nhân có chứa hạt không có điện tích hay không. Các thực nghiệm tốt nhất tập trung phát hiện hạt trung hòa điện đạt và vào năm 1932 người ta đã phát hiện ra nơtron. Fermi ngay lập tức đánh giá được giá trị của nơtron như công cụ rất mạnh để dùng để kích hoạt các phản ứng hạt nhân. Các nhà thực nghiệm đã thử bắn phá các nguyên tử bằng các hạt tích điện nhưng để thắng được lực đẩy Coulomb, các hạt tích điện cần được tăng tốc trên các máy gia tốc mạnh đắt tiền. Thực vậy, các electron bay tới bị đẩy bởi các electron của nguyên tử, còn các proton và các hạt anpha bị đẩy bởi hạt nhân nguyên tử vì các điện tích cùng dấu đẩy nhau. Vì nơtron không có điện tích nên không cần tới các máy gia tốc. Sự tiến bộ đáng kể trong việc tạo ra các phản ứng hạt nhân đã đạt được vào năm 1934 khi các nhà vật lí Pháp Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) và Irèn Joliot-Curie (1897-1956) (cùng được giải thưởng Nobel năm 1935) đã khám phá ra phóng xạ nhân tạo. Khi chiếu các hạt anpha vào các hạt nhân bo (B) và nhôm (Al), họ lần đầu tiên tạo ra các đồn vị phóng xạ mới của các nguyên tố đã biết. Khi tiếp tục công việc được mở đầu bằng các nghiên cứu này, Fermi và các cộng sự của ông ở Roma đã dùng nơtron để chiếu vào mỗi một nguyên tố. Fermi hi vọng thu được các đồng vị phóng xạ mới nhờ sự sự kết hợp của các nơtron với các hạt nhân. Thành công đầu tiên đạt được khi bắn phá flo (F) và sau đó thu được các muối của các đồng vị phóng xạ mới. Khi bắn phá nguyên tố urani (U)92 - nguyên tố nặng nhất có mặt trong tự nhiên - Fermi và nhóm của ông thu được một hỗn hợp phức tạp của các đồng vị. Phân tích hóa học không phát hiện được trong hỗn hợp đó bất cứ đồng vị nào của uranii lẫn các đồng vị của nguyên tố lân cận. Hơn nữa, các kết quả phân tích đã loại trừ sự có mặt của tất cả các nguyên tố với các nguyên tử số từ 86 đến 91. Chính bản thân Fermi cũng không biết được rằng mình đã gây ra sự phân chia hạt nhân urani, tức là hiện tượng một hạt nhân nặng vỡ ra thành hai hoặc nhiều mảnh có khối lượng cỡ như nhau. Một vài tháng sau khi tiến hành các thực nghiệm đó, năm 1935 Fermi và các cộng sự của ông đã phát hiện được rằng nếu làm chậm các nơtron bằng cách cho chúng đi qua nước hoặc parafin thì chúng làm cho các phản ứng hạt nhân hoạt động mạnh hơn. Sự làm chậm của các nơtron có thể được giải thích dễ dàng bởi những va chạm của chúng với các hạt nhân hiđro (các proton) có số lượng lớn trong các môi trường đó. Trong khi va chạm, một phần đáng kể động năng của các nơtron được truyền cho các proton vì khối lượng của các hạt này gần như bằng nhau. Năm 1938, Enrrico Fermi đã được trao tặng giải thưởng Nobel về vật lí. Theo đánh giá của Hội đồng xét duyệt giải thưởng Nobel, giải thưởng này được trao cho Fermi là do ông đã chứng minh được sự tồn tại của các nguyên tố phóng xạ mới thu được khi dùng nơtron bắn phá hạt nhân và liên quan đến nó là phát minh phản ứng hạt nhân gây ra bởi nơtron chậm. Cùng với những phát minh xuất sắc của mình, Fermi còn được mọi người thừa nhận về tài nghệ của một nhà thực nghiệm, khả năng sáng tạo và trực giác tuyệt vời, cho phép đem lại ánh sáng mới cho vấn đề cấu trúc hạt nhân và mở ra những chân trời mới đối với sự phát triển tương lai của những nghiên cứu nguyên tử. Ngay sau khi nhận giải thưởng Nobel, Fermi sang định cư ở Mỹ. ở đây ông bắt đầu biết đến phát minh của nhà hóa học Đức Otto Hahn (1879-1968) (được giải thưởng Nobel năm 1944), nhà vật lí Đức Lise Meitner (1878-1968) và nhà hóa học Đức Fritz Strassmann (1902-1980) về sự phá vỡ hạt nhân urani khi chiếu nơtron vào nó. Các nhà vật lí bắt đầu thảo luận về khả năng của phản ứng dây chuyền. Nếu mỗi khi nơtron phá vỡ nguyên tử urani phát ra các nơtron mới thì khi chúng va chạm với các nguyên tử urani khác lại sinh ra các nơtron mới và cứ thế tạo thành một phản ứng dây chuyền không tắt. Vì ở mỗi lần phân chia hạt nhân urani toả ra một lượng lớn năng lượng nên phản ứng dây chuyền kèm theo việc giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Như vậy, urani là một kho tích lũy năng lượng tự nhiên mà nó có thể được sử dụng cả cho mục đích hòa bình lẫn mục đích chiến tranh. Fermi đã lãnh đạo việc xây dựng lò phản ứng hạt nhân làm bằng các tấm graphit đầu tiên trên thế giới. Urani và oxit urani được đặt giữa các tấm này, còn chất làm chậm phản ứng là các thanh cadimi(Cd) mà chúng hấp thụ mạnh các neutron. Những thanh này được từ từ đưa ra khỏi vùng hoạt động của lò phản ứng. Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới bắt đầu hoạt động vào ngày 2 tháng 12 năm 1942. ENRICO FERMI ( 1901-1954 ) Fermi sinh ngày 29 tháng Chín năm 1901 ra tại Roma ( Italia) trong một gia đình công chức và mất tại Chicago (Mỹ). Sau khi tốt nghiệp đại học ở Pisa (1922) ông sang Gottingen ( Đức ) làm việc với nhà vật lí lí thuyết Anh gốc Đức Max Born (1882-1970) (giải thưởng Nobel năm 1954) và với nhà vật lý lí thuyết Đức gốc Áo Paul Ehrenfest (1880-1933) ở Leyden (Hà Lan). Từ năm 1926 ông là giáo sư trường Đại học Roma. Năm 1938 ông di cư sang Mỹ trong dịp nhận giải thưởng Nobel vật lí để tránh họa phát xít. Từ năm 1939 đến năm 1942 ông là giáo sư trường Đại học Columbia. Từ năm 1942 đến năm 1945 ông là giáo sư trường Đại học Chicago và từ năm 1946 ông làm việc tại Viện nghiên cứu hạt nhân Chicago. Các công trình nghiên cứu của Fermi thuộc các lĩnh vực của vật lí hiện đại như vật lí nguyên tử và hạt nhân, cơ học thống kê, vật lí bức xạ vũ trụ, vật lí năng lượng cao, vật lí thiên văn và vật lí kỹ thuật. Năm 1925, độc lập với nhà vật lí Anh Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) (giải thưởng Nobel năm 1933) ông đã đề xuất thống kê của các hạt có spin bán nguyên ( thống kê Fermi- Dirac). Trong những năm 1933 - 1934 ông xây dựng lí thuyết cho hiện tượng phân rã bêta, đặt cơ sở cho lí thuyết tương tác yếu. Năm 1934 Fermi phát hiện hiện tượng phóng xạ nhân tạo và xây dựng lí thuyết cho hiện tượng đó. Công trình này của ông đã được trao tặng giải thưởng Nobel vật lí năm 1938. Sau khi sang Mỹ, ông nghiên cứu sự phân hạch của hạt nhân nguyên tử uranii và là người chủ trì công trình xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới (1942). Năm 1943, ông tham gia đề án chế tạo bom nguyên tử đầu tiên của Mỹ. Sau chiến tranh, Fermi tập trung nghiên cứu các vấn đề vật lí năng lượng cao. Nam 1949 ông cùng với nhà vật lí Mỹ gốc Trung Quốc Dương Chấn Ninh (1922- ) (giải thưởng Nobel năm 1957) ông đưa ra mô hình đầu tiên của hạt sơ cấp. Fermi là một trong những người sáng lập Viện hàn lâm hoàng gia Italia (1929) và là viện sĩ của nhiều viện hàn lâm khoa học trên thế giới. Ông đã xây dựng nên một trường phái vật lí mạnh ở Chicago. Nếu nói về năng khiếu bẩm sinh thì có thể khẳng định rằng Fermi sinh ra để trở thành nhà vật lí. Mặc dù trong gia đình không có một ai khuyến khích Fermi theo con đường khoa học, nhưng từ nhỏ ông đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến toán học và vật lí. Sự phát triển trí tuệ của cậu bé Fermi và sau đó là của nhà bác học thiên tài là một điều rất đáng quan tâm và bài viết này muốn dừng lại sâu hơn về vấn đề này. Không ai biết được chính xác lần đầu tiên Fermi quan tâm đến khoa học từ khi nào nhưng chúng ta có thể căn cứ vào một số thông tin thông qua Enrico Persico - giáo sư vật lí của trường Đại học Tổng hợp Roma và là một người bạn gần gũi của Fermi từ khi ông 14 tuổi, vợ ông - bà Laura Fermi và một loạt cộng sự và bạn bè của ông, đặc biệt là Franco Razetti và nhà vật lí Mỹ gốc Italia Emilio Gino Segre (1905-1989) (giải thưởng Nobel năm 1959). Chẳng hạn như Segre đã kể lại sự kiện sau : khi Fermi chỉ khoảng 10 tuổi cậu đã có khả năng hiểu được vì sao đường tròn lại được mô tả bởi phương trình x2 + y2 = R2 mặc dù điều này đòi hỏi ở cậu một sự cố gắng trí tuệ rất lớn. Khi tới tuổi 13, nhờ vào sự giúp đỡ của kỹ sư Amydey, một người bạn tốt bụng của gia đình Fermi, cậu đã tìm được con đường đúng đắn trong mê lộ khoa học. Amydey có quyền tự hào là người đã phát hiện ra những khả năng phi thường của Fermi và có ảnh hưởng to lớn, mang tính quyết định đến sự phát triển sau này của Fermi. Kỹ sư Amydey là một người rất chu toàn. Sau khi Fermi qua đời, Segre đã đề nghị Amydey kể lại những bước đi đầu tiên của Enrico trong khoa học và Amydey đã đưa ra ( 41 năm sau!) những tư liệu cực kỳ chính xác và có giá trị đối với lịch sử khoa học cho phép hiểu được một số yếu tố quan trọng trong sự hình thành nhân cách vĩ đại của Fermi. Dưới đây chúng tôi dẫn ra hầu như toàn bộ bức thư của Amydey gửi cho giáo sư Segre nói về một giai đoạn trong cuộc đời của Fermi từ mùa Thu năm 1914 đến mùa Thu năm 1918 : "...Năm 1914 tôi là người phụ trách thanh tra trong Bộ Giao thông đường sắt. Tôi làm việc cùng thanh tra trưởng Alberto Fermi. Sau giờ làm việc chúng tôi thường cùng đi về nhà. Cậu con trai của bạn tôi tên là Enrico Fermi hầu như luôn luôn đi theo chúng tôi. Cậu bé thường xuyên gặp cha mình sau giờ làm việc. Cần phải nói ngay rằng tôi đã học toán và vật lí một cách hết sức nghiêm chỉnh. Enrico luôn đặt ra cho tôi các câu hỏi. Khi đó cậu mới 13 tuổi, còn tôi 37 tuổi. Tôi nhớ rõ câu hỏi đầu tiên của cậu ấy : - Có đúng là có tồn tại một môn hình học, trong đó những tính chất hình học quan trọng có thể được chứng minh mà không cần sử dụng đến những hiểu biết về đo lường? Tôi đã trả lời rằng điều này hoàn toàn đúng và bộ môn hình học đó được gọi là hình học xạ ảnh. - Nhưng các kĩ sư sử dụng những tính chất này trong thực tế bằng cách nào? - cậu hỏi tiếp. Câu hỏi trên hoàn toàn có lí. Sau khi kể cho cậu bé về một số tính chất đã được ứng dụng thành công trong kĩ thuật tôi hứa ngày hôm sau đem cho cậu ấy mượn một cuốn sách về hình học xạ ảnh. Sau một vài ngày Enrico nói với tôi rằng cậu đã nghiên cứu kỹ ba bài học đầu tiên và hứa trả lại cuốn sách ngay sau khi đọc xong nó. Khoảng chừng sau đó 2 tháng cậu ấy trả lại cho tôi cuốn sách. Khi tôi hỏi cậu ấy có gặp khó khăn gì không trong khi đọc cuốn sách của tôi thì cậu ấy trả lời rằng không có khó khăn nào cả và cậu ấy đã chứng minh được toàn bộ các định lí và dễ dàng giải tất cả các bài tập ( trong sách có hơn 200 bài tập ). Tôi rất đỗi ngạc nhiên : chính tôi biết rằng trong số các bài toán đó có những bài tôi phải bỏ bởi vì đòi hỏi quá nhiều thời gian. Nhưng tôi khẳng định rằng Enrico đã giải hết những bài toán đó. Điều hoàn toàn rõ ràng là trong thời gian rỗi sau khi đã chuẩn bị xong bài tập cho các môn học ở trường cậu bé đã nghiên cứu một cách hoàn chỉnh hình học xạ ảnh và dễ dàng giải được các bài toán phức tạp. Tôi còn khẳng định một điều là Enrico có năng khiếu kì lạ trong bất kỳ trường hợp nào trong lĩnh vực hình học. Khi tôi nói điều này với cha của cậu bé thì ông ấy trả lời rằng ở trường Enrico được đánh giá là một học sinh tốt và chỉ có thế. Sau này tôi biết rằng Enrico đã học toán và vật lí qua các cuốn sách ngẫu nhiên khác nhau mà cậu ấy đã mua trong các hiệu sách cũ. Đặc biệt cậu ấy hi vọng tìm thấy trong các cuốn sách đó một lí thuyết giải thích chuyển động hồi chuyển của con quay. Nhưng cậu đã không tìm được cách giải thích hiện tượng này. Nhưng khi quay trở lại bài toán đó nhiều lần cậu bé đã tự mình tiếp cận đến cách giải thích bản chất chuyển động hồi chuyển của con quay. Tuy nhiên, tôi đã nói với cậu ấy rằng chỉ có thể đi đến cách giải thích khoa học hiện tượng đó bằng cách nắm vững cơ học lí thuyết. Nhưng để nghiên cứu được môn học này đòi hỏi phải có những kiến thức về các môn học như lượng giác, đại số, hình học và phép tính vi phân... Enrico đã đồng ý với tôi và tôi đã đưa cho cậu ấy những cuốn sách có thể đem lại cho cậu ấy những ý tưởng mới và một cơ sở toán học vững chắc... Enrico nhận thấy giải tích vectơ rất lí thú, hữu ích và không phức tạp lắm. Từ tháng Chín năm 1917 đến tháng Bảy năm 1918 cậu ấy cũng đã tìm hiểu một số công việc của người kỹ sư qua những cuốn sách mượn của tôi. Tháng Bảy năm 1918 Enrico đã học xong chương trình PTTH ba năm chỉ trong có hai năm và đã nhận được bằng tốt nghiệp. Một vấn đề đặt ra là cậu có định theo học ở trường Đại học Tổng hợp Rôma hay không ? Tôi đã thảo luận với cậu ấy nhiều lần về chủ đề này. Tôi đã hỏi cậu ấy muốn gắn đời mình với toán học hay vật lí ? Câu trả lời của cậu ấy là : - Cháu đã say mê học toán bởi vì cháu xem nó là sự chuẩn bị cần thiết để sau này nghiên cứu vật lí mà cháu dự định sẽ hiến dâng toàn bộ đời mình cho nó. Lúc đó tôi hỏi cậu ấy là đã có kiến thức vật lí đủ sâu rộng như kiến thức toán học của mình hay chưa? - Cháu biết vật lí sâu rộng nhất bởi vì cháu đã đọc những cuốn sách nổi tiếng nhất về môn học này - cậu ấy trả lời. Tôi cũng khẳng định một điều là Enrico chỉ cần đọc một cuốn sách một lần nhưng có thể hiểu nó một cách thấu đáo. Chẳng hạn, tôi còn nhớ một lần cậu ấy trả lại cho tôi cuốn sách mà cậu ấy đã đọc về phép tính vi phân. Tôi đề nghị cậu ấy giữ lại nó trong một năm để sử dụng. Câu trả lời của Fermi thật đáng kinh ngạc: - Cảm ơn bác! Cháu không cần tới cuốn sách đó nữa, bởi vì cháu tin rằng cháu đã nhớ toàn bộ những gì cần thiết rồi. Một vài năm nữa cháu vẫn còn nhớ rất rõ các ý tưởng trong sách mà cháu đã đọc và nếu cháu cần đến công thức nào cháu có thể dễ dàng dẫn ra nó. Ngoài khả năng khoa học kì lạ Fermi còn có một trí nhớ tuyệt vời. Thời gian trôi qua cho đến khi tôi quyết định rằng đã đến lúc để tôi đưa ra đề nghị với cậu ấy về kế hoạch của mình... Bản kế hoạch đó như sau : Enrico cần theo học không phải trường Đại học Tổng hợp Roma mà là trường Đại học Tổng hợp ở Pisa. Trước đó, cậu ấy phải vượt qua kì thi tuyển tại trường Đại học Sư phạm ở Pisa và sau đó kết hợp việc học ở trường này với việc đến nghe giảng tại trường Đại học Tổng hợp. Enrico đồng ý với kế hoạch của tôi và quyết định theo đuổi nó mặc dù cậu ấy hiểu rằng cha mẹ mình sẽ phản đối. Tôi nhanh chóng lên đường đến Pisa để tìm hiểu thông tin và chương trình cần thiết về kỳ thi tuyển tại trường Đại học Sư phạm. Sau đó tôi quay trở lại Roma để thảo luận với Enrico. Tôi tin chắc cậu ấy cũng đã biết đủ về các môn học liên quan với toán học và vật lí. Và đúng là như vậy. Enrico không chỉ thi đỗ mà còn đỗ thủ khoa của kỳ thi tuyển vào trường Đại học Sư phạm năm ấy...." Mùa Thu năm 1918, Fermi theo kế hoạch của kỹ sư Amydey đã theo học đồng thời tại trường Đại học Sư phạm Pisa và tại khoa Toán lí của trường Đại học Tổng hợp Pisa. Tất cả các trường đại học tổng hợp của Italia đều không tổ chức kỳ thi tuyển vào trường, chỉ cần có bằng tốt nghiệp trung học và dĩ nhiên có đủ tiền để trả học phí là được vào. Để được nhận vào học tại trường Đại học Sư phạm thì đòi hỏi phải vượt qua một kỳ thi tuyển tương đối khó, nhưng bù lại, sinh viên của trường này có thể đồng thời học tại trường Đại học Tổng hợp mà không phải trả tiền. Sinh viên của trường Đại học Sư phạm tự động là sinh viên của trường Đại học Tổng hợp nhưng tham dự phụ thêm các bài giảng và sêmina tại trường Đại học Sư phạm. Trường Đại học Sư phạm ở Pisa do Napoleon thành lập vào năm 1813 theo kiểu mô hình trường Đại học Sư phạm ở Paris. Nó là trường đại học miễn phí duy nhất ở Italia. Mặc dù trên danh nghĩa trường có nhiệm vụ cung cấp giáo viên cho các trường phổ thông trung học, nhưng nhiều sinh viên tốt nghiệp thuộc các khoa khoa học xã hội và nhân văn cũng như các khoa khoa học tự nhiên đã lựa chọn con đường nghiên cứu và trở thành những nhà khoa học xuất sắc. Điều đó đã nâng cao uy tín của trường. Đặc biệt là hầu như tất cả các nhà toán học Italia nổi tiếng đều là cựu sinh viên của trường này. Trong kỳ thi tuyển chọn vào trường, Fermi phải trình bày sự hiểu biết của mình theo chủ đề "Đặc tính và nguyên nhân của âm thanh". "Bài luận văn" của Fermi khi đó mới ở tuổi mười bảy đã thể hiện trình độ hiểu biết sâu sắc của ông về vật lí cổ điển. Chỉ cần nói rằng không phải tất cả các sinh viên tốt nghiệp khoa vật lí của các trường đại học tổng hợp (chứ chưa nói tới các học sinh tốt nghiệp phổ thông trung học ) có thể viết được một bài luận văn trong đó sử dụng cả đến phương pháp Fourier khi giải phương trình vi phân của thanh dao động, như Fermi đã làm. Fermi đã kể lại rằng vị giám khảo của kỳ thi đã thực sự kinh ngạc trước bài luận văn của Fermi và cho là trong đời ông chưa bao giờ gặp một trường hợp nào tương tự như thế. Chúng tôi muốn bình luận một chút về bức thư của kỹ sư Amydey. Chúng tôi nghĩ rằng bức thư cần được sự quan tâm không chỉ của các nhà vật lí và các nhà nghiên cứu lịch sử khoa học mà còn của các bạn đọc ở phạm vi rộng rãi hơn, đặc biệt là các bạn học sinh phổ thông - những người bắt đầu bị hấp dẫn bởi khoa học - và cả các nhà sư phạm nữa. Có thể là nhờ kỹ sư Amydey mà một cậu bé có năng khiếu đã trở thành một thiên tài. Tất nhiên, Fermi là một nhà vật lí bẩm sinh nhưng ai mà biết được số phận của ông sẽ như thế nào nếu như kỹ sư Amydey quan tâm đến ông theo một cách khác và nếu như Amydey trả lời các câu hỏi của cậu bé chẳng hạn như " Điều đó bác không rõ lắm, khi nào lớn cháu sẽ biết ". Có thể là khi đó, ở tuổi 13, Fermi không bị hấp dẫn bởi toán học và vật lí nữa và do đó chỉ có thể trở thành một kỹ sư hoặc một nhà vật lí bình thường. Fermi có thể yêu thích và quan tâm đến cờ vua hoặc quần vợt, sinh ngữ hoặc địa chất, chẳng hạn. Vấn đề là ở chỗ ở tuổi mười ba, Fermi chỉ có một con đường thẳng dẫn ông đi đến chỗ mà sau này ông sẽ tới (và chính Amydey đã chỉ ra con đường này) trong khi đó còn có rất nhiều những con đường "bên cạnh". Trong bất kỳ trường hợp nào tôi tuyệt đối tin tưởng rằng Fermi trở thành Fermi vĩ đại chính bởi vì những mối quan tâm của ông đã được xác định và những nhu cầu trí tuệ của ông cũng đã được đáp ứng ngay từ khi ông còn là một cậu bé. Đây là điều mà Enrico Persico đã viết: "... tài năng đặc biệt của Fermi về các môn khoa học chính xác đã được biểu lộ từ rất sớm; khi tôi làm quen với cậu ấy (khi đó cậu mới 14 tuổi ) tôi ngạc nhiên phát hiện thấy người bạn nhỏ của tôi không chỉ là một "vua toán vua lí" như các bạn học của cậu vẫn gọi mà cậu còn là một người thông minh theo kiểu hoàn toàn khác với tất cả các cậu bé "thông minh" và học sinh xuất sắc điển hình mà tôi đã gặp... Trong lĩnh vực toán học và vật lí, cậu ấy thể hiện sự hiểu biết một khối lượng kiến thức lớn hơn nhiều so chương trình ở trường phổ thông, hơn nữa những hiểu biết đó không phải là những thứ học vẹt mà đuợc cậu ấy sử dụng một cách hoàn toàn thuần thục. Đối với cậu ấy ngay lúc đó sự hiểu biết một định lí hay một định luật trước hết là phải biết sử dụng nó". Chắc hẳn bạn đọc cũng muốn biết Fermi đã học các môn khoa học xã hội và nhân văn ở trường phổ thông như thế nào. Đương nhiên, Fermi là một học sinh tốt và điều đó không có gì đáng ngạc nhiên vì Fermi có một trí nhớ tuyệt vời. Nhưng dựa vào một số ấn tượng tuy còn mang tính chủ quan, chúng tôi có thể nói rằng về các môn khoa học xã hội và nhân văn Fermi học tập không hơn gì so với các "học sinh xuất sắc thông thường" khác. Sự thực là Fermi thuộc lòng khá nhiều bài thơ, nhưng điều đó phần lớn là do trí nhớ hiếm có của ông chứ không phải do sự yêu thích thi ca. Chúng tôi còn nhớ trong những năm 30 Fermi đã nói rằng nguồn chính cung cấp cho ông vốn văn hoá chung của mình là quyển Bách khoa thiếu nhi gồm nhiều tập bằng tiếng Italia. Đó là một bộ sách khá hay và được minh họa nhiều bằng nhiều hình vẽ với màu sắc rực rỡ dành cho thanh thiếu nhi. Điều này xác nhận rằng, ngoài các lĩnh vực toán học và vật lí ra, những mối quan tâm của Fermi dù sao vẫn còn nhiều hạn chế. Bây giờ ta nói thêm về sự nghiệp khoa học của Fermi. Nguyên tố thứ 100 trong Bảng hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố hóa học là có tên là fermi (Fm). Sở dĩ nguyên tố này được như vậy là để ghi nhớ công lao vĩ đại của Fermi, người đã mở cánh cửa đi vào thế kỷ nguyên tử của loài người, như những người đương thời của ông vẫn ca tụng. Ngoài ra, Fermi đã có đóng góp quyết định cho sự phát triển của vật lí thống kê và lí thuyết lượng tử của chất rắn. Năm 1925, Fermi nghiên cứu một biến thể mới của cơ học thống kê dựa trên cơ sở nguyên lí loại trừ Pauli ( Wolfgang Pauli (1900-1958) là nhà vật lí Mỹ gốc Áo và được giải thưởng Nobel năm 1945). Cơ học thống kê như một trong những chuyên ngành lớn nhất của vật lí là mô tả các vật vĩ mô, nghĩa là các hệ bao gồm một số lớn các hạt ( phân tử, nguyên tử, electron) giống nhau, qua tính chất của các hạt đó và tương tác giữa chúng. Theo nguyên lí Pauli, hai hạt đồng nhất với spin bán nguyên không thể đồng thời nằm trong cùng một trạng thái. Điều đó dẫn tới với sự giảm của nhiệt độ những hạt như thế (được gọi là các fermion) liên tục lấp đầy các trạng thái với năng lượng khả dĩ thấp nhất. Ở nhiệt độ tuyệt đối bằng không, có các trạng thái lấp đầy và trạng thái trống mà giới hạn giữa chúng được gọi là mức Fermi. Vào đầu những năm 30 của thế kỷ XX, Fermi tập trung sự chú ý của mình vào hạt nhân nguyên tử. Năm 1933, ông đề xuất lí thuyết phân rã bêta. Lí thuyết này cho phép giải thích bằng cách nào hạt nhân tự phát ra các electron và các nơtrino (các hạt này có khối lượng rất nhỏ, không có điện tích và lúc đó chưa được thực nghiệm phát hiện) khi đó đóng vai trò như thế nào. Pauli đã giả thiết sự tồn tại của những hạt như thế, còn Fermi nghĩ ra tên gọi ( nơtrino chỉ được thực nghiệm phát hiện vào năm 1956). Lí thuyết phân rã bêta của Fermi đề cập đến một loại lực mới được gọi là lực hạt nhân yếu. Về cường độ, lực yếu nhỏ hơn đáng kể so với lực hạt nhân mạnh gắn kết các nuclon tạo nên hạt nhân nguyên tử. Vào những năm 20 của thế kỷ XX, người ta cho rằng nguyên tử chứa hai loại hạt tích điện: các proton tích điện dương có trong thành phần hạt nhân và các electron tích điện âm quay xung quanh hạt nhân. Các nhà vật lí rất muốn biết hạt nhân có chứa hạt không có điện tích hay không. Các thực nghiệm tốt nhất tập trung phát hiện hạt trung hòa điện đạt và vào năm 1932 người ta đã phát hiện ra nơtron. Fermi ngay lập tức đánh giá được giá trị của nơtron như công cụ rất mạnh để dùng để kích hoạt các phản ứng hạt nhân. Các nhà thực nghiệm đã thử bắn phá các nguyên tử bằng các hạt tích điện nhưng để thắng được lực đẩy Coulomb, các hạt tích điện cần được tăng tốc trên các máy gia tốc mạnh đắt tiền. Thực vậy, các electron bay tới bị đẩy bởi các electron của nguyên tử, còn các proton và các hạt anpha bị đẩy bởi hạt nhân nguyên tử vì các điện tích cùng dấu đẩy nhau. Vì nơtron không có điện tích nên không cần tới các máy gia tốc. Sự tiến bộ đáng kể trong việc tạo ra các phản ứng hạt nhân đã đạt được vào năm 1934 khi các nhà vật lí Pháp Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) và Irèn Joliot-Curie (1897-1956) (cùng được giải thưởng Nobel năm 1935) đã khám phá ra phóng xạ nhân tạo. Khi chiếu các hạt anpha vào các hạt nhân bo (B) và nhôm (Al), họ lần đầu tiên tạo ra các đồn vị phóng xạ mới của các nguyên tố đã biết. Khi tiếp tục công việc được mở đầu bằng các nghiên cứu này, Fermi và các cộng sự của ông ở Roma đã dùng nơtron để chiếu vào mỗi một nguyên tố. Fermi hi vọng thu được các đồng vị phóng xạ mới nhờ sự sự kết hợp của các nơtron với các hạt nhân. Thành công đầu tiên đạt được khi bắn phá flo (F) và sau đó thu được các muối của các đồng vị phóng xạ mới. Khi bắn phá nguyên tố urani (U)92 - nguyên tố nặng nhất có mặt trong tự nhiên - Fermi và nhóm của ông thu được một hỗn hợp phức tạp của các đồng vị. Phân tích hóa học không phát hiện được trong hỗn hợp đó bất cứ đồng vị nào của uranii lẫn các đồng vị của nguyên tố lân cận. Hơn nữa, các kết quả phân tích đã loại trừ sự có mặt của tất cả các nguyên tố với các nguyên tử số từ 86 đến 91. Chính bản thân Fermi cũng không biết được rằng mình đã gây ra sự phân chia hạt nhân urani, tức là hiện tượng một hạt nhân nặng vỡ ra thành hai hoặc nhiều mảnh có khối lượng cỡ như nhau. Một vài tháng sau khi tiến hành các thực nghiệm đó, năm 1935 Fermi và các cộng sự của ông đã phát hiện được rằng nếu làm chậm các nơtron bằng cách cho chúng đi qua nước hoặc parafin thì chúng làm cho các phản ứng hạt nhân hoạt động mạnh hơn. Sự làm chậm của các nơtron có thể được giải thích dễ dàng bởi những va chạm của chúng với các hạt nhân hiđro (các proton) có số lượng lớn trong các môi trường đó. Trong khi va chạm, một phần đáng kể động năng của các nơtron được truyền cho các proton vì khối lượng của các hạt này gần như bằng nhau. Năm 1938, Enrrico Fermi đã được trao tặng giải thưởng Nobel về vật lí. Theo đánh giá của Hội đồng xét duyệt giải thưởng Nobel, giải thưởng này được trao cho Fermi là do ông đã chứng minh được sự tồn tại của các nguyên tố phóng xạ mới thu được khi dùng nơtron bắn phá hạt nhân và liên quan đến nó là phát minh phản ứng hạt nhân gây ra bởi nơtron chậm. Cùng với những phát minh xuất sắc của mình, Fermi còn được mọi người thừa nhận về tài nghệ của một nhà thực nghiệm, khả năng sáng tạo và trực giác tuyệt vời, cho phép đem lại ánh sáng mới cho vấn đề cấu trúc hạt nhân và mở ra những chân trời mới đối với sự phát triển tương lai của những nghiên cứu nguyên tử. Ngay sau khi nhận giải thưởng Nobel, Fermi sang định cư ở Mỹ. ở đây ông bắt đầu biết đến phát minh của nhà hóa học Đức Otto Hahn (1879-1968) (được giải thưởng Nobel năm 1944), nhà vật lí Đức Lise Meitner (1878-1968) và nhà hóa học Đức Fritz Strassmann (1902-1980) về sự phá vỡ hạt nhân urani khi chiếu nơtron vào nó. Các nhà vật lí bắt đầu thảo luận về khả năng của phản ứng dây chuyền. Nếu mỗi khi nơtron phá vỡ nguyên tử urani phát ra các nơtron mới thì khi chúng va chạm với các nguyên tử urani khác lại sinh ra các nơtron mới và cứ thế tạo thành một phản ứng dây chuyền không tắt. Vì ở mỗi lần phân chia hạt nhân urani toả ra một lượng lớn năng lượng nên phản ứng dây chuyền kèm theo việc giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Như vậy, urani là một kho tích lũy năng lượng tự nhiên mà nó có thể được sử dụng cả cho mục đích hòa bình lẫn mục đích chiến tranh. Fermi đã lãnh đạo việc xây dựng lò phản ứng hạt nhân làm bằng các tấm graphit đầu tiên trên thế giới. Urani và oxit urani được đặt giữa các tấm này, còn chất làm chậm phản ứng là các thanh cadimi(Cd) mà chúng hấp thụ mạnh các neutron. Những thanh này được từ từ đưa ra khỏi vùng hoạt động của lò phản ứng. Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới bắt đầu hoạt động vào ngày 2 tháng 12 năm 1942.

---

Lâm Quốc Thắng @ 22:47 09/07/2011
Số lượt xem: 432