Enrico Fermi

Enrico Fermi (29. September 1901 – 28. November 1954) war ein italienisch-amerikanischer Physiker. Er machte aus Wolfgang Paulis Notlösung eine Theorie, gab dem Neutrino seinen Namen und baute den ersten Kernreaktor.

Er gilt als einer der wenigen Physiker des 20. Jahrhunderts, die als Theoretiker und als Experimentator gleichermaßen Bedeutendes leisteten.

Werdegang

Fermi wuchs in Rom auf und wurde 1922 in Pisa promoviert. Mit sechsundzwanzig erhielt er einen Lehrstuhl in Rom und sammelte dort eine Gruppe junger Physiker um sich, die als Jungs der Via Panisperna bekannt wurde — unter ihnen Ettore Majorana und Bruno Pontecorvo.

1938 erhielt er den Nobelpreis für seine Arbeiten zur Neutronenbestrahlung. Von der Verleihung in Stockholm reiste er nicht nach Italien zurück, sondern in die Vereinigten Staaten — seine Frau Laura war Jüdin, und die faschistischen Rassengesetze waren kurz zuvor in Kraft getreten.

Die Theorie des Betazerfalls

Fermis wichtigster Beitrag zur Neutrinophysik entstand Ende 1933. Pauli hatte ein Teilchen vorgeschlagen; Fermi lieferte die Rechnung dazu.

Sein Ansatz war neu. Er beschrieb den Betazerfall nicht als das Herausschleudern vorhandener Teilchen, sondern als Neuentstehung: Ein Neutron wandelt sich in ein Proton um, und dabei entstehen Elektron und Antineutrino im selben Augenblick — so wie ein Atom ein Photon aussendet, das vorher nicht in ihm steckte.

Aus dieser Vorstellung folgte eine Formel für die Zerfallsrate und für die Form des Energiespektrums. Beides ließ sich messen, und beides stimmte.

Damit war Paulis Teilchen keine Ausrede mehr, sondern Bestandteil einer prüfbaren Theorie. Die darin auftretende Kopplungskonstante trägt bis heute Fermis Namen und ist eine der Grundgrößen der schwachen Wechselwirkung.

Die abgelehnte Arbeit

Fermi reichte die Theorie bei Nature ein. Die Zeitschrift lehnte ab — mit der Begründung, sie enthalte Spekulationen, die zu weit von der Wirklichkeit entfernt seien.

Er veröffentlichte sie daraufhin auf Italienisch in der Ricerca Scientifica und 1934 auf Deutsch in der Zeitschrift für Physik.

Die Ablehnung gilt heute als eine der bekanntesten Fehleinschätzungen der Wissenschaftsgeschichte. Sie ist zugleich ein Beleg dafür, wie fern die Vorstellung eines nicht nachweisbaren Teilchens der damaligen Physik lag.

Der Name

Bei einer Diskussion in Rom soll Fermi den Unterschied zwischen Paulis leichtem Teilchen und Chadwicks schwerem Neutron mit einer Verkleinerungsform aufgelöst haben: Neutrino, das kleine neutrale Ding.

Der Name blieb — in allen Sprachen, ohne Übersetzung.

Chicago Pile-1

Fermis zweite große Leistung liegt außerhalb der Neutrinophysik, gehört aber zur Vorgeschichte ihrer Messungen. Am 2. Dezember 1942 gelang unter der Tribüne eines Sportplatzes der Universität Chicago die erste kontrollierte nukleare Kettenreaktion.

Der Aufbau bestand aus Graphitziegeln und Uran, gesteuert von Cadmiumstäben, die an einem Seil hingen; ein Mann mit einer Axt stand bereit, es zu kappen. Eine Abschirmung gab es nicht.

Aus dieser Linie gingen die Kernreaktoren hervor, und damit jene Quelle, an der 1956 der erste Neutrinonachweis gelang: Ein Reaktor liefert Antineutrinos in einer Zahl, die keine andere künstliche Anlage erreicht.

Nachwirkung

Fermi starb 1954 mit 53 Jahren an Magenkrebs, vermutlich als Spätfolge seiner Arbeit mit radioaktivem Material.

Sein Name findet sich überall: im Element Fermium, im Fermilab, im Fermi-Niveau der Festkörperphysik, in der Fermi-Dirac-Statistik. Sein Doktorand Jack Steinberger erhielt 1988 selbst den Nobelpreis für den Nachweis der zweiten Neutrinoart.

Quellen

E. Fermi: Versuch einer Theorie der β-Strahlen, Zeitschrift für Physik 88, 161 (1934).
Nobelstiftung: Nobelpreis für Physik 1938.