Nel 1923 subito dopo la laurea, il giovane Fermi si presentò a Orso Mario Corbino, professore di fisica sperimentale, e, grazie ad una borsa di studio, si recò per sei mesi a Gottinga presso la scuola di Max Born; la principale scuola di fisica quantistica dell’epoca. Alla scuola di Born in quei mesi conobbe Heisenberg, Pauli e Jordan, lì si demolivano le fondamenta della vecchia fisica dei quanti e si formulavano e si mettevano a punto le idee guida di quella nuova allora chiamata meccanica delle matrici.
La produzione scientifica di Fermi a Gottinga fu intensa e, tornato in Italia, scrisse due importante lavori presentati poi da Corbino all’Accademia dei Lincei; rappresentavano il primo vero passo verso quella che sarà una delle sue principali scoperte da lì a due anni: la nuova statistica quantistica che porta il nome di statistica di Fermi-Dirac.
Grazie all’interessamento del famoso matematico Vito Volterra, Fermi vinse una borsa di studio della Fondazione Rockefeller per un secondo periodo di studio all’estero. Nell’autunno del 1924 si recò a Leida presso l’istituto diretto da Paul Ehrenfest.
A Leida, oltre ad approfittare della guida scientifica di Ehrenfest, Fermi ebbe anche modo di conoscere autorità mondiali della fisica, come Einstein e Lorentz.
Le prime impressioni di quel periodo sono riportate in una lettera del 23 ottobre 1924 al suo amico Enrico Persico:
«… L’ambiente qui a Leiden è molto simpatico e piacevole. Ho conosciuto: Einstein che è stato qui per una ventina di giorni; persona molto simpatica benché porti il cappello a larga tesa per darsi l’aria di un genio incompreso. È stato preso da una simpatia vivissima per me, che non poteva fare a meno di dichiararmi ogni volta che mi incontrava (peccato che non sia una bella bimba!) Ehrenfest anche lui molto simpatico e cortese, benché non sfigurerebbe in un negozio di abiti usati al ghetto. […] Lorentz, caratteristica essenziale occhi di fuoco benché azzurri. Ho conosciuto poi parecchi altri, tra cui parecchi giovani che non hanno ancora un nome, ma che probabilmente se lo faranno.»
Il periodo nella città olandese fu particolarmente fruttuoso
A Leida si era lasciato colpire dal lavoro di Schrödinger sulla meccanica ondulatoria e, partendo da un lavoro di Born che si occupava degli urti e della diffusione fra delle particelle nei gas, insieme con una prima interpretazione probabilistica della funzione d’onda, Fermi pubblicò un lavoro dal titolo “Sulla meccanica ondulatoria dei processi d’urto”. Nel dicembre 1925, Fermi scrisse il suo celebre lavoro “Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico”, che venne presentato da Corbino alla Accademia dei Lincei e pubblicato in versione ampliata e completa su Zeitschrift für Physik.
In questo lavoro Fermi formula per la prima volta la sua celebre equazione della statistica di Fermi-Dirac, a cui obbediscono le particelle elementari a spin semintero (chiamate in suo onore fermioni). Lo scienziato inglese Paul Dirac, che seppur in ritardo di circa sei mesi rispetto a Fermi, era giunto alle stesse conclusioni.
In una lettera inviata da Fermi a Dirac, si legge:
«Caro Signore!
Nel suo interessante lavoro, On the theory of quantum mechanics, ha proposto una teoria del gas ideale basata sul principio di esclusione di Pauli. Ora una teoria sul gas ideale che è praticamente identica alla sua è stata pubblicata da me all’inizio del 1926 [—]. Poiché immagino lei non ha visto il mio articolo mi permetto di attrarre la sua attenzione su di esso.
Sinceramente suo Enrico Fermi.»
Finalmente, nell’autunno del 1926 Fermi, anche grazie a questi risultati, vince il concorso per occupare il posto della prima cattedra di fisica teorica in Italia, con sede nell’Istituto di Fisica di via Panisperna.
Einstein nel 1924. aveva mandato un articolo allo “Zeitschrift für Physik” con una nuova teoria statistica, in accompagnamento a quella di un fisico indiano Satyendranath Bose.
Nela Meccanica Quantistica, che studia l’esistenza e descrive il comportamento delle particelle elementari della Materia; tutte le particelle obbediscono a una delle due leggi statistiche che sono alla base del Modello Standard, su cui si basano le nostre conoscenze attuali sulla materia dell’intero universo.
Le particelle elementari che obbediscono alla statistica di Fermi-Dirac si chiamano Fermioni; quelle che obbediscono alla statistica di Bose-Einstein si chiamano Bosoni.
Libri:
Laura Fermi, Atomi in famiglia
Emilio Segrè, Enrico Fermi, fisico. Una biografia scientifica
Edoardo Amaldi, Da via Panisperna all’America. I fisici italiani e la seconda guerra mondiale,
David N. Schwartz, Enrico Fermi. L’ultimo uomo che sapeva tutto
Testo di Andrea Natile
Immagini: Google Search
