エンリコ・フェルミ:原子炉創設者・量子論と素粒子物理の先駆者(ノーベル賞受賞)
エンリコ・フェルミ(1901年9月29日 - 1954年11月28日)は、イタリア系アメリカ人の物理学者で、最初の原子炉に取り組み、量子論の実現に貢献した人物である。また、素粒子物理学、統計力学の分野でも重要な役割を果たした。1938年、誘導放射能に関する研究でノーベル物理学賞を受賞。彼は世界初の原子炉を建設した。フェルミは20世紀最大の科学者の一人である。
生涯と経歴
フェルミはイタリアのローマで生まれ、若くして理論と実験の両面に才能を示した。ローマでの初期の研究では、当時の若手物理学者グループ(通称「Via Panisperna boys」)の中心人物として、多くの共同研究を行った。1938年にノーベル賞を受賞した後、イタリアの反ユダヤ法や政治情勢を受けてアメリカに移住し、コロンビア大学、のちにシカゴ大学で研究・教育にあたった。
主な業績
統計力学・量子統計:1926年にフェルミはポーズ・ディラック統計(現在ではフェルミ・ディラック統計と呼ばれる)の理論を発表し、フェルミ粒子(フェルミオン)やフェルミエネルギー、フェルミ面といった概念を確立した。これらは固体物理や原子核物理、素粒子物理の基礎をなす。
放射能と中性子物理:フェルミは中性子を用いた原子核反応の研究で先駆的な成果を上げ、熱中性子(ゆっくりした中性子)による原子核の励起・誘導放射能の生成を示した。これらの実験的成果が1938年のノーベル賞受賞理由となった。
原子炉と実験的業績:第二次世界大戦中はマンハッタン計画に参加し、1942年12月にシカゴ大学のスタッグフィールド地下で世界初の持続的臨界状態を達成した原子炉「Chicago Pile‑1(シカゴ・パイル)」を建設・操作した。この実験は制御された核分裂連鎖反応の実現という点で歴史的意義を持つ。
理論物理(ベータ崩壊理論など):フェルミは1930年代にベータ崩壊の理論を提案し、弱い相互作用を記述するフェルミの相互作用(フェルミ作用)の枠組みを提示した。これは後の素粒子物理学、特に弱い力の理解に重要な基盤を与えた。
教育・人柄・遺産
フェルミは理論と実験を統合する能力に優れ、学生や若手研究者の指導でも高く評価された。彼の名は多くの物理学用語(フェルミ粒子、フェルミ面、フェルミ気体、フェルミ推定など)に残り、現代物理学の基礎概念として広く使われている。1954年に胃がんのために亡くなったが、その業績と影響は現在も続いている。
評価:フェルミは問題解決に対する実践的・直感的アプローチで知られ、実験的確証と理論的洞察を結びつける点で20世紀の最も重要な物理学者の一人とされる。
幼少期
フェルミはローマで生まれ、地元のグラマースクールに通った。数学と理科が得意で、ピサのスクオラ・ノルマル・スーペリオーレで賞を受賞した。ピサ大学に進学し、物理学を学んだ。1923年、イタリア政府から奨学金を得て、ゲッティンゲンに留学し、さらに研究を重ねた。1924年にはロックフェラー奨学金を得て、ライデンに留学した。1924年末にイタリアに戻り、フィレンツェ大学で数理物理学と力学の講師となる。
イタリアの科学者
1926年、フェルミは現在フェルミ統計と呼ばれている統計法則を発見した。この法則は、パウリの排他律に従う粒子の作用を説明するもので、現在ではフェルミ粒子と呼ばれている。これは、ボース・アインシュタイン統計で説明されるボソンと呼ばれる粒子とは異なるものである。1927年、ローマ大学の理論物理学教授となる。電気力学の研究に時間を費やし、原子核をつぶさに観察し始めた。1934年、ウォルフガング・パウリ、フレデリック・ジョリオ、イレーヌ・ジョリオ・キュリーらの発見をもとに、中性子を照射したほぼすべての元素で変化を示すことに成功した。これが遅発中性子の発見、核分裂の発見、周期表にない元素の生成につながった。
フェルミは、第二次世界大戦が終わる前にシカゴ大学で開かれたある会合で、原子力の危険性について懸念を表明した。