Učenec ze Španělska, který přijel navštívit významného vědce, nechápal, co se děje. Nejdřív jej poslali za „papežem“ a nyní se dívá, jak vědecká autorita v umazaném plášti běhá s jakýmsi předmětem po chodbě. Netušil, že fyzikovi tohle pobíhání vynese Nobelovu cenu..

Ředitel-neředitel, když člověk potřebuje poradit, jde za tím nejlepším. V případě ředitele fyzikálních laboratoří na univerzitě Scuola Normale Superiore v Pise to znamenalo vyhledat zdejšího studenta Enrica Fermiho (1901–1954).

Ten již při nástupu na univerzitu ovládal nejenom klasickou fyziku ale také teorii relativity čili teoretickou fyziku, jež tou dobou ještě v Itálii nebyla uznanou vědnou disciplínou. Devatenáctiletý Fermi se tak podle vlastních slov ve škole rychle „stával největší autoritou“.

Hvězdná léta měla pokračovat na Univerzitě v Göttingenu pod vedením profesora Maxe Borna (1882–1970). Ten byl ale na Fermiho nejspíš přísnější, než student dokázal unést. Tvrdá kritika ho prý přiměla k odchodu do Leidenu v Nizozemí k profesoru Paulu Ehrenfestovi (1880–1933).

Zde se Fermi dočkal uznání a se znovunabytým sebevědomím se po návratu do Itálie pustil do práce, která mladíka trvale zapsala do dějin vědy.

Má své částice

Nové pravidlo z dílny rakouského fyzika Wolfanga Pauliho (1900–1958), podle kterého žádné dva elektrony nemohou být ve stejném kvantovém stavu, Fermiho ihned zaujalo. V roce 1926 aplikoval Pauliho vylučovací princip na ideální plyn.

Jeho práce umožnila vysvětlit některé jevy v plynech i v kovech. Pozoruhodná byla zejména Fermiho statistická formulace popisující distribuci částic v systémech podléhajících principu vyloučení. Podobnou cestou se nezávisle na Fermim ubíral také výzkum britského fyzika Paula A.M. Diraca (1902–1984).

Oba se pokusili porozumět aspektům zdánlivě protichůdného chování elektronů. Statistická metoda, která je výsledkem jejich práce tak nese jméno Fermi-Diracova statistika.

Samotné částice, které se principem řídí a které již Pauli předpokládal, pojmenoval Dirac po Fermim – fermiony. Právě mezi tyto částice patří protony, neutrony a elektrony ze kterých je složena veškerá hmota.

Ve spárech politiky

Není divu, že konkurs o profesuru na univerzitě Sapienza v roce 1926 dopadl ve Fermiho prospěch. Komise „jednomyslně uznala jeho výjimečné kvality; dospěla k názoru, že i přes velké mládí a krátkou vědeckou kariéru vzácně obohatil italskou vědu svými výsledky“.

Pocta byla umocněna faktem, že Fermi usedl na jednu z úplně prvních tří židlí teoretické fyziky v Itálii. A uznání se mu dostalo i od fašisty Benita Mussoliniho (1883–1945), jenž začátkem 20. letech přebral v Itálii moc.

Fermi byl jako jediný fyzik 13. března 1929 mezi prvními 30 jmenovanými akademiky jeho nově založené Italské královské akademii. Třebaže fyzik nebyl přítelem fašismu a jednal spíše apoliticky, patřil mezi nejpřednější italské vědce a ty tam chtěl Mussolini rozhodně mít. S dobře placeným místem také souvisela povinnost vstoupit do fašistické strany.

Papež Fermi

Fermi, který se v diskusích a přednáškách nikdy nemýlil, za což mu od skupiny mladých a schopných vědců shromážděných kolem něj, přischla přezdívka „papež“, měl pravdu i tentokrát. Práce na poli atomové fyziky se zakončovala a těžiště se v 30. letech přesunulo k fyzice jaderné.

Objev umělé radioaktivity v roce 1934 to jen potvrdil. Manželé Frederic (1900–1958) a Iréne Joliot-Curieovi (1897–1956) dokázali, že lehčí prvky jako bór či hliník bombardovány alfa částicemi, vyzařují záření i po odstranění alfa zdroje.

Avšak alfa částice rozbíjejí jenom jádra lehkých kovů. „A co tak neutronová kanonáda?“ Zamýšlel se Fermi. Z teoretika se rázem stal experimentátor. Neutrony postupně začal bombardovat všemi prvky Mendělejevové tabulky.

Závody s časem

Přístroje využívané při experimentu musely být v oddělených místnostech, a ještě navíc rozděleny dlouhou chodbou. Některé zkoumané prvky zůstávaly radioaktivní jenom necelou minutu. Fyzikové tak museli přenášet ampulky z jedné místnosti do druhé poklusem.

Vědci z Fermiho skupiny, včetně jeho samotného, se nejednou chovali spíše jako kluci než uznávaní učenci, a i tyhle běžecké závody s časem dělaly s náramnou chutí. Jen co došlo na poslední 92. prvek tabulky – uran, výrazy jejich tváří se změnily.

Výsledný produkt obsahoval více aktivních prvků a výsledky měření jednoho z těchto radioaktivních produktů neodpovídaly žádnému z dosud známých prvků. „Itálie vyrábí 93. prvek,“ hlásily titulky novin. Fermi však své pochybnosti o „novém prvku“ neskrýval.

Stockholmský úprk

Klíčovým objevem, i když částečně náhodným, bylo i objevení zpomalování neutronů. Ty se v jádru zachytí snadněji. Parafinový vosk, do nějž byl vložen neutronový zdroj, zvýšil umělou radioaktivitu stříbra asi stonásobně.

„Za potvrzení existence nových radioaktivních prvků vytvořených neutronovým ozařování a s tím spojený objev jaderných reakcí způsobených pomalými neutrony,“ byla v roce 1938 Enricovi Fermimu udělena Nobelova cena za fyziku.

Do Stockholmu jej doprovázela manželka Laura (1907–1977) i jejich děti. Jen málokdo věděl, že Fermiovi se již do vlasti neplánovali vrátit. Tou dobou se fašistická Itálie v otázce antisemitizmu již nelišila od nacistického Německa a Laura byla Židovka. Po převzetí Nobelovy ceny zamířila rodinka za oceán.

Fotbalové tajemství

Pod křídly Kolumbijské univerzity v New Yorku pokračoval, bezpochyby největší odborník na neurony, ve své práci. Netrvalo dlouho a vědecký svět ohromila zpráva o štěpení uranu. Fermi si uvědomil, že rozdělením jádra atomu se uvolní dva neutrony, které mohou zasáhnout další dva atomy uranu.

Ty opět uvolní dva, celkem již tedy čtyři, nové neutrony. Fermi nabyl přesvědčení, že dokáže zkonstruovat jaderný reaktor a tuto řetězovou reakci, která uvolní obrovské množství energie, ovládat….

Historie se 2. prosince 1942 psala v přísném utajení pod tribunami fotbalového stadionu Chicagské univerzity. Fermi z reaktoru nazývaného Chicago Pile-1 vytáhl havarijní a poté i regulační tyč. Reaktor zvyšoval svůj výkon, úplně první řízená štěpná reakce úspěšně běžela asi půl hodiny.

Dveře k vývoji jaderní zbraně byly nyní otevřeny dokořán a Fermi se v roce 1944, jako zástupce ředitele laboratoře, v rámci tajného projektu Manhattan přidal k jejímu vývoji. Po válce se podílel také na vývoji vodíkové bomby, nutno poznamenat, s nadějí, že se tento úkol ukáže jako nemožný, věnoval se neutronové fyzice, zkoumal kosmické záření i nukleon-mezonové interakce. Fyzik vskutku všestranně nadaný.

Autor: Juliana Sedláková