ENRICO FERMI: CÓMO CRISTÓBAL COLÓN DESCUBRIÓ UN NUEVO MUNDO Juan Manuel Rivera Juárez – Elva Cabrera Muruato jmrivera@fisica.uaz.edu.mx http://fisica.uaz.edu.mx/~jmrivera Enrico Fermi en 1942 en la Universidad de Chicago logró la primera reacción nuclear en cadena (una reacción controlada) que dio paso a la mas descontrolada de todas: la bomba atómica. Pero detrás de estos hechos que lo marcarían para siempre, hay una larga historia de lucha por descubrir los misteriosos secretos del núcleo atómico, una lucha en la que participaron muchos otros protagonistas y entre los que no faltó el odio, el amor o la indiferencia. Fermi se interesó por la física a los 14 años de edad, tras la lectura de un viejo texto escrito en latín: Elementorum physicae mathematicae, un libro de 900 páginas publicado en 1840 por un jesuita del Colegio Romano. Su historial académico fue excelente, disfrutando de una gran memoria que le permitía recitar la Divina Comedia de Dante y gran parte de Aristóteles. Gozaba de una gran facilidad para resolver problemas de física teórica y una gran capacidad de síntesis. En su juventud Enrico disfrutaba aprendiendo física y matemáticas, compartiendo sus intereses con su hermano mayor, Giulio. La muerte de éste en forma repentina, debido a un absceso en la garganta en 1915, perturbó a Enrico y aumentó su dedicación a los estudios de la ciencia para distraerse. Según su propio relato, todos los días pasaba delante del hospital donde falleció Giulio hasta que se hizo insensible a la pena. Enrico estableció amistad con otro estudiante interesado en la ciencia llamado Enrico Persico, los dos colaboraron en proyectos científicos tales como la construcción de un giroscopio, y la medición del campo magnético de la Tierra. El interés de Fermi por la física aumentó cuando un amigo de su padre le regaló varios libros sobre física y matemáticas, que leyó con gran avidez. Fermi ingresó en la Universidad de Pisa en 1922 (donde estudió la carrera de física y se doctoró al cumplir los 20 años) justo unos meses antes de que Benito Mussolini tomara el poder en Italia, por aquella época a Enrico le importaba muy poco la política, su único interés era profundizar en la ciencia. Tomó la decisión de realizar estudios posdoctorales en Alemania, donde realizo sus investigaciones bajo la supervisión de Max Born (toda una autoridad en el campo de la mecánica cuántica). Al concluir este periodo de formación Fermi publicó un trabajo muy original “Un Nuevo Método Estadístico para Predecir el Comportamiento de los Electrones” y tanto impresionó a la comunidad científica que la Universidad de Roma le ofreció (sin necesidad de examen de oposición) el cargo de profesor titular en el departamento de física teórica. Fermi tenia apenas 25 años cuando empezó a trabajar en la Universidad de Roma (convirtiendo a esta ciudad en uno de los centros de investigación mas importantes del mundo), le aposto a la juventud y formó un equipo de trabajo eligiendo a colaboradores de alrededor de 20 años de edad y con muchas ganas de trabajar (algunos integrantes del grupo fueron Emilio Segre, Edoardo Amaldi, Oscar D'Agostino, y más tarde Bruno Rossi). Este grupo realizó proyectos muy importantes en el campo de la física teórica, sin embargo cada vez se sentían más atraídos por el mundo de la experimentación. Fermi en lo particular estaba fascinado con el reciente descubrimiento del neutrón y con los trabajos de la pareja francesa Joliot – Curie (la hija de Pierre y Marie Curie) quienes fueron los primeros en conseguir radiactividad con métodos artificiales. La pareja descubrió que en el proceso de bombardeo el átomo absorbía una partícula alfa a la vez que se producían protones y neutrones, e incluso positrones (la antipartícula del electrón). De esta manera obtuvieron isótopos radiactivos de elementos que no lo eran y revelaron la posibilidad de aplicar sus descubrimientos para conseguir cambios químicos en procesos fisiológicos. Sus suposiciones fueron verificadas posteriormente al detectarse la absorción de yodo radiactivo por parte de la glándula tiroides (el descubrimiento del neutrón en 1932 por Sir James Chadwick y del positrón por Carl D. Anderson fueron también consecuencia de las investigaciones realizadas por el matrimonio). Enrico Fermi se propuso realizar los mismos experimentos pero con una metodología diferente: en lugar de bombardear elementos con partículas alfa (como lo hacía la pareja) se propuso ver lo que ocurría si los bombardeaba con neutrones y descubrió lo que menos esperaba. Fermi comprendió que el neutrón era el arma perfecta para desentrañar al núcleo atómico, ya que al no tener carga eléctrica penetraba fácilmente en él. Con un equipo extremadamente simple Fermi comenzó a bombardear sistemáticamente los elementos de la tabla periódica, comenzando por el elemento más ligero hasta llegar a los más pesados. En el proceso Fermi y sus colaboradores analizaban los productos químicos finales del bombardeo con neutrones (con resultados más o menos previsibles). Cuando por fin llegaron al uranio (el elemento químico mas pesado conocido) entonces sucedió algo muy extraño: se encontró que más de un elemento era producido por el bombardeo, y que al menos uno de los productos radiactivos parecía no ser ninguno de los elementos existentes en los confines del uranio, se había producido una emisión de sustancias radiactivas que nadie (ni el propio Fermi) pudo en su momento identificar. Esto ocurrió en diciembre de 1942, cuando Fermi y sus colaboradores se encontraban en un obscuro sótano de la Universidad de Chicago (su laboratorio), el grupo llevaba mucho meses preparándose para aquel momento el que llegó a las 3:45 horas de la tarde, cuando consiguieron realizar la primera reacción nuclear en cadena, al verificar el fenómeno comprendieron que poseían un arma de infinito poder y no supieron como reaccionar, la lógica excitación dio pasó a la incredulidad y también un poco al miedo. Fermi y sus colaboradores acababan de descubrir un nuevo mundo que para bien o para mal iba a trastocar el destino del hombre “ el mundo inexplorado de la energía nuclear. Su desconcierto fue absoluto, ni él mismo sabía (a ciencia cierta) lo que había ocurrido, la opinión científica generalizada era que había descubierto un nuevo elemento radiactivo, él sin embargo no lo tenia muy claro (en realidad no se había producido un nuevo elemento como posteriores análisis lo demostraron: habían dividido los átomos de uranio), y a pesar de ello aceptó con mucho gusto el Premio Nobel que le otorgaron en 1938 por su inexplicable aportación, entre otras razones porque le brindaba la oportunidad de viajar a Suecia para recibir el premio y la posibilidad de abandonar Italia para escapar de la sombra opresora del régimen fascista de Benito Mussolini. En Estocolmo escandalizó a sus compatriotas al negarse a saludar con el gesto fascista, en realidad poco le importaba lo que pensaran, pues había decidido aprovechar la estancia en Suecia para emigrar con su familia a los Estados Unidos de Norte América. En una segunda serie de experimentos con bombardeo de neutrones, Fermi y sus colaboradores descubrieron que haciendo pasar los neutrones a través de otros elementos (agua o parafina) podían ser frenados y la cantidad de radiactividad artificial que producían aumentaba en gran medida. En ese momento Fermi y los miembros de su grupo obtuvieron una patente italiana por este método. En 1938 un físico alemán Otto Hahn repetía por primera vez los experimentos de Fermi con la intensión de identificar exactamente lo que había sucedido, para ello (como lo comentamos en la publicación del jueves 5 de mayo de 2016) contó con la inapreciable ayuda de Lise Meitner quien fue en definitiva la que encontró la respuesta. El núcleo de uranio había estallado al tener contacto con el neutrón y al fraccionarse había liberado una impresionante cantidad de energía, Fermi por consiguiente no había descubierto un nuevo elemento radiactivo, sino algo de mucho mayor alcance: los secretos hasta entonces ignorados de la fisión nuclear. Fermi comprendió lo que eso implicaba, tomo conciencia de que el uranio debidamente tratado podía transformarse en un arma de poder incalculable y no quiso imaginar las consecuencias si llegará a caer en manos de la Alemania Nazi, por lo que no quedaba más remedio que adelantarse a Hitler, por ello escribieron una carta al Presidente de los Estados Unidos en la que le informaban (por primera vez) de la posibilidad de fabricar una bomba atómica. Se la entregó personalmente Albert Einstein el 11 de octubre de 1939 y tres años después en 1942 el Presidente dio el visto bueno para que intentarán producir con la mayor discreción posible una reacción nuclear en cadena. El lugar elegido para el proyecto (denominado proyecto Manhattan) fue un sótano de la Universidad de Chicago cuya ventana al ras del suelo se encuentra hoy pintada de rojo, es un recordatorio para todos los que pasan por ahí que un día hace más de 50 años el mundo cambió, ya nada volvió a ser como antes porque el hombre en su insaciable afán de aprender había descubierto las inmensas posibilidades (buenas y malas) de la energía nuclear. Con posterioridad se opuso al desarrollo de la bomba de hidrógeno por razones éticas. Al finalizar la guerra, cuando la Universidad de Chicago decidió mantener juntos el núcleo de los científicos que habían trabajado en el desarrollo de la bomba, Fermi se unió al personal de la recién fundada "Instituto de Estudios Nucleares ". Después de eso, continuó sus investigaciones sobre el núcleo del átomo, concentrándose en la naturaleza de las partículas que componen el núcleo. Como ayuda en estas investigación, Fermi fue consultor en el diseño del sincrociclotrón de la Universidad. Los fermiones, el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), el elemento químico Fermio y la Estadística de Fermi-Dirac reciben su nombre en su honor. El Premio presidencial Enrico Fermi fue establecido en 1956, en recuerdo de sus logros científicos y su excelencia como científico. El departamento de la Universidad de Chicago en el que trabajó durante varios años se llama en la actualidad Instituto Enrico Fermi. Así mismo, el cráter lunar Fermi lleva este nombre en su honor. El 16 de noviembre de 1954, el presidente Eisenhower y la Comisión de Energía Atómica decidieron honrar a Enrico Fermi con un premio especial por toda una vida de logros en la física y, en particular, por su papel vital en el desarrollo de la energía atómica. Poco después de recibir este honor, Enrico Fermi murió de cáncer a la edad de 53. Esté premio a partir de 1956 fue instituido como el Premio Presidencial Enrico Fermi, es uno de los honores de ciencia y tecnología más antiguos y prestigiosos otorgados por el gobierno de Estados Unidos. Los primeros ganadores del Premio Fermi incluyen a: John von Neumann, Ernest O. Lawrence, Eugene P. Wigner, Glenn Seaborg I., Hans Bethe, Edward Teller, y J. Robert Oppenheimer.