Enrico Fermi

Enrico Fermi
Fermi pada 1943
Lahir	(1901-09-29)29 September 1901 Roma, Italia
Meninggal	28 November 1954(1954-11-28) (umur 53) Chicago, Illinois, Amerika Serikat
Kewarganegaraan	Italia Amerika Serikat (naturalisasi 1944)
Pendidikan	Universitas Pisa (lulus 1922)
Dikenal karena	Pembuktian pertama reaksi rantai nuklir berkelanjutan Gas Fermi Kaidah emas Fermi Interaksi Fermi Paradoks Fermi Masalah Fermi Fermion Metode Chandrasekhar–Fermi Model Thomas–Fermi Pencadaran Thomas–Fermi Statistika Fermi–Dirac
Pasangan menikah	Laura Capon (menikah 1928)
Anak	2
Karier ilmiah
Bidang	Fisika
Tempat kerja	Universitas Firenze Universitas Roma La Sapienza Universitas Columbia Universitas Chicago
Pembimbing doktoral	Luigi Puccianti
Mahasiswa doktoral	Harold Agnew Edoardo Amaldi Owen Chamberlain Geoffrey Chew Mildred Dresselhaus Jerome Isaac Friedman Richard Garwin Marvin Goldberger Tsung-Dao Lee Ettore Majorana Arthur Rosenfeld Emilio Segrè Sam Treiman
Mahasiswa terkenal lainnya	Jack Steinberger Chen Ning Yang
Tanda tangan

Enrico Fermi (Italia:[enˈriːkoˈfermi]; 29 September 1901 – 28 November 1954) adalah fisikawan Italia yang kemudian menjadi warga negara Amerika Serikat melalui naturalisasi. Ia dikenal sebagai pencipta reaktor nuklir buatan pertama di dunia, Chicago Pile-1, dan anggota Proyek Manhattan. Ia meraih Penghargaan Nobel Fisika pada 1938 "atas pembuktiannya mengenai keberadaan unsur-unsur radioaktif baru yang dihasilkan melalui iradiasi neutron, serta penemuannya yang berkaitan dengan reaksi nuklir yang dipicu oleh neutron lambat".^[1] Ia dijuluki "arsitek zaman atom"^[2] dan "arsitek bom atom".^[3] Fermi merupakan salah satu dari sedikit fisikawan yang unggul dalam fisika teori maupun fisika eksperimental. Bersama rekan-rekannya, ia mengajukan sejumlah paten terkait pemanfaatan tenaga nuklir, yang seluruhnya kemudian diambil alih oleh pemerintah Amerika Serikat. Ia memberikan sumbangan besar bagi perkembangan mekanika statistika, teori kuantum, fisika nuklir, dan fisika partikel.

Sumbangan besar pertama Fermi berada dalam bidang mekanika statistika. Setelah Wolfgang Pauli merumuskan asas larangannya pada 1925, Fermi menerbitkan makalah yang menerapkan asas tersebut pada gas ideal, dengan rumusan statistika yang kini dikenal sebagai statistika Fermi–Dirac. Kini, partikel yang mematuhi asas larangan itu disebut "fermion". Belakangan, untuk memenuhi hukum kekekalan energi, Pauli mengajukan dugaan tentang keberadaan partikel tak bermuatan yang tidak teramati dan dipancarkan bersama elektron dalam peluruhan beta. Fermi mengembangkan gagasan ini menjadi sebuah model yang mencakup partikel tersebut, yang ia beri nama "neutrino". Teorinya, yang kemudian dikenal sebagai interaksi Fermi dan kini disebut interaksi lemah, menjelaskan salah satu dari empat interaksi dasar di alam. Melalui percobaan untuk menginduksi radioaktivitas dengan neutron yang saat itu baru ditemukan, Fermi mendapati bahwa neutron lambat lebih mudah ditangkap oleh inti atom daripada neutron cepat. Ia mengembangkan persamaan umur Fermi untuk menjelaskan hal ini. Setelah membombardir torium dan uranium dengan neutron lambat, ia menyimpulkan bahwa ia telah menciptakan unsur-unsur baru. Meskipun penemuan tersebut membuatnya dianugerahi Nobel, unsur-unsur baru itu belakangan diketahui merupakan produk fisi nuklir.

Fermi meninggalkan Italia pada 1938 untuk menghindari hukum rasial Italia yang baru diberlakukan dan berdampak pada istrinya yang Yahudi, Laura Capon. Ia berimigrasi ke Amerika Serikat dan bekerja dalam Proyek Manhattan selama Perang Dunia II. Fermi memimpin tim di Universitas Chicago yang merancang dan membangun Chicago Pile-1. Reaktor ini mencapai keadaan kritis pada 2 Desember 1942, membuktikan terjadinya reaksi rantai nuklir pertama buatan manusia yang dapat berlangsung secara berkelanjutan. Ia juga hadir ketika Reaktor Grafit X-10 di Oak Ridge, Tennessee, mencapai keadaan kritis pada 1943, serta ketika Reaktor B di Situs Hanford mencapai keadaan yang sama pada tahun berikutnya. Di Los Alamos, ia memimpin Divisi F, yang sebagian anggotanya mengerjakan bom termonuklir "Super" gagasan Edward Teller. Ia hadir dalam uji coba Trinity pada 16 Juli 1945, uji coba pertama peledakan sebuah bom nuklir lengkap. Di sana, ia menggunakan metode Fermi untuk memperkirakan daya ledak bom tersebut.

Setelah perang, Fermi turut mendirikan Institut Kajian Nuklir di Chicago dan menjadi anggota Komite Penasihat Umum yang diketuai oleh J. Robert Oppenheimer. Komite ini memberi nasihat kepada Komisi Energi Atom Amerika Serikat mengenai persoalan nuklir. Setelah bom fisi pertama Uni Soviet diledakkan pada Agustus 1949, ia menentang keras pengembangan bom hidrogen atas dasar pertimbangan moral maupun teknis. Ia termasuk ilmuwan yang memberikan kesaksian untuk membela Oppenheimer dalam pemeriksaan pada 1954, yang berujung pada penolakan izin keamanan Oppenheimer.

Fermi melakukan penelitian penting dalam fisika partikel, terutama mengenai pion dan muon. Ia juga mengemukakan dugaan bahwa sinar kosmik terbentuk ketika materi dipercepat oleh medan magnet di ruang antarbintang. Banyak penghargaan, konsep, dan lembaga dinamai menurut Fermi, antara lain Fermi 1 (reaktor pembiak), misi Fermi Explorer, Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Enrico Fermi, Penghargaan Enrico Fermi, Institut Enrico Fermi, Laboratorium Akselerator Nasional Fermi (Fermilab), Teleskop Antariksa Sinar Gama Fermi, paradoks Fermi, dan unsur sintetis fermium. Dengan demikian, ia menjadi salah satu dari 16 ilmuwan yang namanya diabadikan sebagai nama unsur.

Kehidupan awal

Enrico Fermi lahir pada 29 September 1901 di Roma, Italia. Ia adalah anak ketiga Alberto Fermi, seorang kepala divisi di Kementerian Perkeretaapian, dan Ida de Gattis, seorang guru sekolah dasar.^[4][5][6] Kakak perempuannya, Maria, dua tahun lebih tua, sedangkan kakak laki-lakinya, Giulio, setahun lebih tua. Kedua anak laki-laki itu sempat dikirim ke sebuah desa untuk diasuh oleh ibu susu. Enrico kembali tinggal bersama keluarganya di Roma ketika berusia dua setengah tahun.^[7] Meskipun dibaptis sebagai seorang Katolik sesuai keinginan kakek-neneknya, keluarganya tidak terlalu religius. Sepanjang masa dewasanya, Enrico menganut agnostisisme.^[8] Semasa kecil, ia dan Giulio memiliki minat yang sama: membuat motor listrik serta bermain dengan mainan listrik dan mekanis.^[9] Giulio meninggal ketika menjalani operasi abses tenggorokan pada 1915,^[10] sedangkan Maria meninggal dalam kecelakaan pesawat di dekat Milan pada 1959.^[11]

Di sebuah pasar di Campo de' Fiori, Fermi menemukan buku fisika setebal 900 halaman berjudul Elementorum physicae mathematicae. Buku berbahasa Latin yang ditulis oleh Pastor Yesuit Andrea Caraffa, seorang profesor di Collegio Romano, itu membahas matematika, mekanika klasik, astronomi, optika, dan akustika berdasarkan pemahaman pada masa penerbitannya pada 1840.^[12][13] Bersama Enrico Persico, seorang teman yang juga meminati sains,^[14] Fermi mengerjakan berbagai proyek, seperti membuat giroskop dan mengukur percepatan gravitasi Bumi.^[15]

Enrico sering menemui ayahnya, Alberto, di depan kantor sepulang kerja. Pada 1914, ia berkenalan dengan rekan kerja ayahnya, Adolfo Amidei, yang biasa berjalan bersama Alberto selama sebagian perjalanan pulang.

Setelah mengetahui bahwa Adolfo meminati matematika dan fisika, Enrico memanfaatkan kesempatan itu untuk bertanya kepadanya tentang geometri. Adolfo memahami bahwa Fermi muda sedang membicarakan geometri proyektif, lalu memberinya buku tentang bidang tersebut karya Theodor Reye. Dua bulan kemudian, Fermi mengembalikan buku itu setelah menyelesaikan seluruh soal di bagian akhirnya, termasuk beberapa soal yang menurut Adolfo sulit. Setelah memeriksa hasilnya, Adolfo menilai Fermi sebagai "anak yang luar biasa berbakat, setidaknya dalam geometri". Ia pun terus membimbing Fermi dan memberinya lebih banyak buku fisika dan matematika. Adolfo mencatat bahwa daya ingat Fermi sangat baik: ia dapat mengembalikan buku-buku yang telah dibacanya karena mampu mengingat isinya dengan sangat baik.^[16]

Pendidikan

Fermi lulus sekolah menengah pada Juli 1918 tanpa menempuh tahun ketiga. Atas dorongan Amidei, ia mempelajari bahasa Jerman agar dapat membaca banyak makalah ilmiah yang saat itu diterbitkan dalam bahasa tersebut. Ia kemudian mendaftar ke Scuola Normale Superiore di Pisa. Menurut Amidei, lembaga itu dapat memberikan lingkungan yang lebih baik bagi perkembangan Fermi daripada Universitas Roma La Sapienza pada masa itu. Karena telah kehilangan seorang putra, orang tua Fermi dengan berat hati mengizinkannya tinggal di asrama yang jauh dari Roma selama empat tahun.^[17][18] Fermi meraih peringkat pertama dalam ujian masuk yang sulit, yang mencakup penulisan esai bertema "Sifat-sifat khusus bunyi". Fermi yang saat itu berusia 17 tahun memilih menggunakan analisis Fourier untuk menurunkan dan menyelesaikan persamaan diferensial parsial bagi batang yang bergetar. Setelah mewawancarainya, penguji menyatakan bahwa ia akan menjadi fisikawan terkemuka.^[17][19]

Di Universitas Pisa, Fermi kerap melakukan keusilan bersama sesama mahasiswa, Franco Rasetti. Keduanya kemudian menjadi sahabat dekat dan rekan penelitian. Fermi dibimbing oleh Luigi Puccianti, direktur laboratorium fisika, yang mengaku hanya sedikit hal yang dapat ia ajarkan kepada Fermi dan justru sering meminta Fermi mengajarinya. Pengetahuan Fermi tentang fisika kuantum begitu luas sehingga Puccianti memintanya menyelenggarakan seminar tentang topik itu.^[20] Pada masa ini, Fermi mempelajari kalkulus tensor, teknik yang sangat penting dalam relativitas umum.^[21] Semula ia memilih matematika sebagai bidang studi utamanya, tetapi tidak lama kemudian beralih ke fisika. Ia tetap lebih banyak belajar secara autodidak, mendalami relativitas umum, mekanika kuantum, dan fisika atom.^[22]

Pada September 1920, Fermi diterima di jurusan fisika. Karena jurusan itu hanya memiliki tiga mahasiswa—Fermi, Rasetti, dan Nello Carrara—Puccianti membebaskan mereka menggunakan laboratorium untuk keperluan apa pun yang mereka pilih. Fermi memutuskan agar mereka meneliti kristalografi sinar-X. Ketiganya kemudian berusaha menghasilkan foto Laue, yakni foto sinar-X dari sebuah kristal.^[23] Pada 1921, tahun ketiganya di universitas, Fermi menerbitkan karya ilmiah pertamanya dalam jurnal Italia Nuovo Cimento. Makalah pertama berjudul "Tentang dinamika sistem tegar muatan listrik dalam gerak translasi" (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio). Salah satu petunjuk arah perkembangan pemikirannya adalah penggunaan tensor untuk menyatakan massa. Tensor merupakan konstruksi matematis yang lazim digunakan untuk menggambarkan sesuatu yang bergerak dan berubah dalam ruang tiga dimensi. Dalam mekanika klasik, massa merupakan besaran skalar, sedangkan dalam relativitas, massa berubah mengikuti kecepatan. Makalah keduanya berjudul "Tentang elektrostatika medan gravitasi seragam muatan elektromagnetik dan tentang berat muatan elektromagnetik" (Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche). Dengan menggunakan relativitas umum, Fermi menunjukkan bahwa suatu muatan memiliki massa sebesar U/c², dengan U menyatakan energi elektrostatik sistem dan c menyatakan laju cahaya.^[22]

Makalah pertama itu tampaknya menunjukkan pertentangan antara teori elektrodinamika dan teori relativitas dalam perhitungan massa elektromagnetik, sebab teori yang pertama memprediksi nilai 4/3 U/c². Fermi membahas persoalan ini pada tahun berikutnya dalam makalah "Tentang pertentangan antara teori elektrodinamika dan teori relativitas mengenai massa elektromagnetik". Di dalamnya, ia menunjukkan bahwa pertentangan yang tampak tersebut merupakan konsekuensi relativitas. Makalah ini mendapat perhatian yang cukup besar hingga diterjemahkan ke bahasa Jerman dan diterbitkan dalam jurnal ilmiah Jerman Physikalische Zeitschrift pada 1922.^[24] Pada tahun yang sama, Fermi mengirimkan artikel "Tentang gejala yang terjadi di sekitar suatu garis dunia" (Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria) ke jurnal Italia I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. Dalam artikel ini, ia mengkaji prinsip ekuivalensi dan memperkenalkan apa yang kemudian disebut "koordinat Fermi". Ia membuktikan bahwa pada suatu garis dunia yang dekat dengan garis waktu, ruang berperilaku seolah-olah merupakan ruang Euklides.^[25][26]

Fermi menyerahkan tesisnya, "Sebuah teorema tentang probabilitas dan beberapa penerapannya" (Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni), pada Juli 1922 dan memperoleh gelar doktor pada usia yang sangat muda, yakni 20 tahun. Tesis tersebut membahas citra difraksi sinar-X. Fisika teori saat itu belum diakui sebagai disiplin ilmu di Italia, sehingga hanya tesis fisika eksperimental yang dapat diterima. Hal ini membuat para fisikawan Italia lambat menerima gagasan-gagasan baru dari Jerman, seperti relativitas. Karena Fermi terbiasa melakukan percobaan di laboratorium, ketentuan itu tidak menjadi kendala yang tak dapat ia atasi.^[26]

Ketika menulis lampiran untuk edisi bahasa Italia buku Fundamentals of Einstein Relativity karya August Kopff pada 1923, Fermi menjadi orang pertama yang menunjukkan bahwa persamaan Einstein (E = mc²) menyiratkan adanya energi potensial nuklir yang sangat besar dan dapat dimanfaatkan.^[27] "Tampaknya tidak mungkin, setidaknya dalam waktu dekat," tulisnya, "menemukan cara untuk melepaskan energi sebesar itu yang begitu mengerikan. Untunglah demikian, sebab dampak pertama ledakan energi sebesar itu adalah menghancurkan berkeping-keping fisikawan yang bernasib sial menemukan cara melakukannya."^[26]

Pada 1923–1924, Fermi menghabiskan satu semester belajar di bawah bimbingan Max Born di Universitas Göttingen, tempat ia bertemu dengan Werner Heisenberg dan Pascual Jordan. Ia kemudian belajar bersama Paul Ehrenfest di Leiden dari September hingga Desember 1924, dengan beasiswa Yayasan Rockefeller yang diperolehnya berkat bantuan matematikawan Vito Volterra. Di sana, Fermi bertemu dengan Hendrik Lorentz dan Albert Einstein, serta bersahabat dengan Samuel Goudsmit dan Jan Tinbergen. Dari Januari 1925 hingga akhir 1926, ia mengajar fisika matematis dan mekanika teoretis di Universitas Firenze. Bersama Rasetti, ia melakukan serangkaian percobaan tentang pengaruh medan magnet pada uap raksa. Ia juga mengikuti seminar di Universitas Roma La Sapienza dan memberikan kuliah tentang mekanika kuantum serta fisika zat padat.^[28] Ketika mengajarkan mekanika kuantum yang baru berkembang, dengan prediksi persamaan Schrödinger yang luar biasa akurat, Fermi sering berkata, "Seharusnya tidak sampai secocok ini!"^[29]

Setelah Wolfgang Pauli mengumumkan asas larangannya pada 1925, Fermi menanggapinya dengan makalah "Tentang kuantisasi gas ideal monoatomik" (Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico), yang menerapkan asas tersebut pada gas ideal. Makalah ini terutama dikenal karena rumusan statistika Fermi yang menggambarkan distribusi partikel dalam sistem yang terdiri atas banyak partikel identik yang mematuhi asas larangan. Tak lama kemudian, fisikawan Inggris Paul Dirac mengembangkan rumusan yang sama secara mandiri dan menunjukkan hubungannya dengan statistika Bose–Einstein. Karena itu, rumusan tersebut kini dikenal sebagai statistika Fermi–Dirac.^[30] Mengikuti penamaan Dirac, partikel yang mematuhi asas larangan kini disebut "fermion", sedangkan yang tidak mematuhinya disebut "boson".^[31]

Profesor di Roma

Di Italia, jabatan profesor yang lowong diisi melalui seleksi (concorso), dengan sebuah komite profesor menilai para pelamar berdasarkan karya yang telah mereka terbitkan. Fermi melamar jabatan profesor fisika matematis di Universitas Cagliari, Sardinia, tetapi kalah tipis dari Giovanni Giorgi.^[32] Pada 1926, ketika berusia 24 tahun, ia melamar jabatan profesor di Universitas Roma La Sapienza. Jabatan yang baru dibentuk itu merupakan salah satu dari tiga jabatan profesor fisika teori pertama di Italia. Menteri Pendidikan membentuknya atas desakan Profesor Orso Mario Corbino, profesor fisika eksperimental di universitas tersebut yang juga menjabat sebagai direktur Institut Fisika dan anggota kabinet Benito Mussolini. Corbino, yang turut mengetuai komite seleksi, berharap jabatan baru itu dapat meningkatkan mutu dan reputasi fisika di Italia.^[33] Komite memilih Fermi mengungguli Enrico Persico dan Aldo Pontremoli.^[34] Corbino kemudian membantu Fermi merekrut anggota tim. Sejumlah mahasiswa berbakat segera bergabung, di antaranya Edoardo Amaldi, Bruno Pontecorvo, Ettore Majorana, dan Emilio Segrè, bersama Franco Rasetti yang diangkat Fermi sebagai asistennya.^[35] Mereka segera mendapat julukan "kelompok Via Panisperna", mengikuti nama jalan tempat Institut Fisika berada.^[36]

Pada 19 Juli 1928, Fermi menikahi Laura Capon, mahasiswi sains di universitas tersebut.^[37] Mereka memiliki dua anak: Nella, yang lahir pada Januari 1931, dan Giulio, yang lahir pada Februari 1936.^[38] Pada 18 Maret 1929, Mussolini mengangkat Fermi menjadi anggota Akademi Kerajaan Italia. Pada 27 April, Fermi bergabung dengan Partai Fasis. Belakangan, ia menentang fasisme setelah Mussolini memberlakukan hukum rasial pada 1938 untuk mendekatkan ideologi fasisme Italia dengan Nazisme Jerman. Hukum tersebut mengancam Laura yang Yahudi dan membuat banyak asisten penelitian Fermi kehilangan pekerjaan.^{[39][40][41][42][43]}

Selama berada di Roma, Fermi dan kelompoknya memberikan sumbangan penting pada berbagai aspek praktis dan teoretis fisika. Pada 1928, ia menerbitkan Pengantar Fisika Atom (Introduzione alla fisica atomica), buku yang menyajikan pengetahuan mutakhir dengan bahasa yang mudah dipahami oleh mahasiswa Italia. Fermi juga memberikan kuliah umum dan menulis artikel populer untuk ilmuwan serta guru agar pengetahuan tentang fisika baru tersebar seluas mungkin.^[44] Salah satu cara mengajarnya adalah mengumpulkan rekan-rekan dan mahasiswa pascasarjananya pada penghujung hari untuk membahas suatu persoalan, yang sering kali diambil dari penelitiannya sendiri.^[44][45] Keberhasilannya antara lain terlihat dari mulai berdatangannya mahasiswa asing ke Italia. Salah satu yang paling menonjol adalah fisikawan Jerman Hans Bethe,^[46] yang datang ke Roma sebagai penerima beasiswa Yayasan Rockefeller. Bersama Fermi, ia menulis makalah "Tentang interaksi antara dua elektron" (bahasa Jerman: Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen) pada 1932.^[47][44]

Saat itu, para fisikawan masih dibuat bingung oleh peluruhan beta, yakni proses pemancaran elektron dari inti atom. Untuk memenuhi hukum kekekalan energi, Pauli menduga adanya partikel tak bermuatan yang tidak teramati, bermassa sangat kecil atau tanpa massa, yang dipancarkan pada saat yang sama. Fermi mengembangkan gagasan ini dalam sebuah makalah pendahuluan pada 1933, kemudian dalam makalah yang lebih panjang pada tahun berikutnya. Teorinya mencakup partikel hipotetis tersebut, yang ia sebut "neutrino".^[48][49][50] Teori ini kemudian dikenal sebagai interaksi Fermi, lalu sebagai teori interaksi lemah, dan menjelaskan salah satu dari empat gaya dasar alam. Neutrino baru terdeteksi setelah Fermi meninggal, dan teori interaksinya menjelaskan mengapa partikel itu begitu sulit dideteksi. Ketika ia mengirimkan makalahnya ke jurnal Inggris Nature, redakturnya menolak karena makalah itu mengandung spekulasi yang "terlalu jauh dari kenyataan fisik untuk menarik minat pembaca".^[49] Menurut penulis biografi Fermi, David N. Schwartz, cukup mengherankan bahwa Fermi sungguh-sungguh mengajukan makalah tersebut ke jurnal itu, sebab pada masa itu Nature hanya menerbitkan catatan singkat mengenai artikel sejenis dan tidak sesuai untuk menerbitkan teori fisika baru sekalipun. Jurnal yang lebih sesuai adalah Proceedings of the Royal Society. Schwartz sependapat dengan hipotesis sejumlah peneliti bahwa penolakan jurnal Inggris tersebut mendorong rekan-rekan muda Fermi—sebagian di antaranya Yahudi dan berhaluan kiri—untuk menghentikan boikot terhadap jurnal ilmiah Jerman yang mereka lakukan setelah Adolf Hitler berkuasa pada Januari 1933.^[51] Dengan demikian, teori Fermi terbit dalam bahasa Italia dan Jerman sebelum diterbitkan dalam bahasa Inggris.^[35]

Dalam pengantar terjemahan bahasa Inggris tahun 1968, fisikawan Fred L. Wilson menulis:

Selain memperkuat gagasan Pauli tentang neutrino, teori Fermi memiliki arti khusus dalam sejarah fisika modern. Perlu diingat bahwa ketika teori itu dikemukakan, hanya pemancar β alami yang diketahui. Ketika peluruhan positron kemudian ditemukan, proses tersebut dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam kerangka awal Fermi. Berdasarkan teorinya, penangkapan elektron orbital oleh inti diprediksi, dan akhirnya teramati. Seiring waktu, data percobaan bertambah dengan pesat. Meskipun berbagai kejanggalan telah berkali-kali ditemukan dalam peluruhan β, teori Fermi selalu mampu menjawab tantangan tersebut.
Dampak teori Fermi sangat luas. Misalnya, spektroskopi β menjadi alat yang ampuh untuk mempelajari struktur inti. Namun, barangkali aspek paling berpengaruh dari karya Fermi ini adalah rumusan khusus interaksi β-nya, yang membentuk pola yang sesuai untuk mengkaji jenis interaksi lain. Inilah teori pertama yang berhasil menjelaskan penciptaan dan pemusnahan partikel materi. Sebelumnya, hanya foton yang diketahui dapat diciptakan dan dimusnahkan.^[50]

Pada Januari 1934, Irène Joliot-Curie dan Frédéric Joliot mengumumkan bahwa mereka telah membombardir sejumlah unsur dengan partikel alfa dan menginduksi radioaktivitas pada unsur-unsur tersebut.^[52][53] Pada Maret, asisten Fermi, Gian-Carlo Wick, telah memberikan penjelasan teoretis berdasarkan teori peluruhan beta Fermi. Fermi memutuskan untuk beralih ke fisika eksperimental dengan menggunakan neutron, yang ditemukan James Chadwick pada 1932.^[54] Pada Maret 1934, Fermi ingin mengetahui apakah ia dapat menginduksi radioaktivitas menggunakan sumber neutron polonium-berilium milik Rasetti. Neutron tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dibelokkan oleh inti yang bermuatan positif. Karena itu, energi yang dibutuhkan neutron untuk menembus inti jauh lebih kecil daripada energi yang dibutuhkan partikel bermuatan. Percobaan tersebut pun tidak memerlukan pemercepat partikel, yang memang tidak dimiliki kelompok Via Panisperna.^[55][56]

Fermi mendapat gagasan untuk mengganti sumber neutron polonium-berilium dengan sumber radon-berilium. Ia membuatnya dengan memasukkan serbuk berilium ke dalam bola kaca, mengeluarkan udaranya, lalu menambahkan gas radon beraktivitas 50 mCi yang dipasok oleh Giulio Cesare Trabacchi.^[57][58] Hasilnya adalah sumber neutron yang jauh lebih kuat, meskipun efektivitasnya menurun mengikuti waktu paruh radon yang sebesar 3,8 hari. Fermi mengetahui bahwa sumber ini juga memancarkan sinar gama, tetapi berdasarkan teorinya, ia yakin hal tersebut tidak akan memengaruhi hasil percobaan. Mula-mula ia membombardir platina, unsur dengan nomor atom tinggi yang mudah diperoleh, tetapi tidak berhasil. Ia lalu beralih ke aluminium, yang memancarkan partikel alfa dan menghasilkan natrium. Natrium itu kemudian meluruh menjadi magnesium dengan memancarkan partikel beta. Ia mencoba timbal tanpa hasil, lalu fluorin dalam bentuk kalsium fluorida, yang memancarkan partikel alfa dan menghasilkan nitrogen. Nitrogen tersebut selanjutnya meluruh menjadi oksigen dengan memancarkan partikel beta. Secara keseluruhan, ia berhasil menginduksi radioaktivitas pada 22 unsur berbeda.^[59] Fermi segera melaporkan penemuan radioaktivitas terinduksi neutron itu dalam jurnal Italia La Ricerca Scientifica pada 25 Maret 1934.^[58][60][61]

Radioaktivitas alami torium dan uranium menyulitkan penentuan proses yang terjadi ketika kedua unsur itu dibombardir dengan neutron. Namun, setelah dengan tepat menyingkirkan kemungkinan adanya unsur yang lebih ringan daripada uranium tetapi lebih berat daripada timbal, Fermi menyimpulkan bahwa mereka telah menciptakan unsur baru, yang ia namai ausenium dan hesperium.^[62][56] Kimiawan Ida Noddack mengemukakan bahwa beberapa percobaan itu mungkin menghasilkan unsur yang lebih ringan daripada timbal, bukan unsur baru yang lebih berat. Usulnya tidak ditanggapi dengan serius saat itu karena timnya belum melakukan percobaan dengan uranium ataupun menyusun landasan teoretis bagi kemungkinan tersebut. Pada masa itu, berdasarkan pertimbangan teoretis, fisi dianggap sangat kecil kemungkinannya, bahkan mungkin mustahil. Para fisikawan memang memperkirakan bahwa bombardemen neutron terhadap unsur yang lebih ringan dapat membentuk unsur bernomor atom lebih tinggi. Namun, tidak seorang pun menyangka neutron memiliki energi yang cukup untuk membelah atom berat menjadi dua pecahan unsur ringan seperti yang dikemukakan Noddack.^[63][62]

Kelompok Via Panisperna juga mengamati beberapa efek yang belum dapat dijelaskan. Percobaan tampaknya memberikan hasil lebih baik di atas meja kayu daripada di atas meja marmer. Fermi teringat bahwa Joliot-Curie dan Chadwick pernah menyatakan bahwa parafin efektif memperlambat neutron, sehingga ia memutuskan untuk mencobanya. Ketika neutron dilewatkan melalui parafin, radioaktivitas yang diinduksi pada perak mencapai seratus kali lipat hasil bombardemen tanpa parafin. Fermi menduga hal ini disebabkan oleh atom hidrogen dalam parafin. Keberadaan atom hidrogen dalam kayu juga menjelaskan perbedaan antara hasil percobaan di meja kayu dan meja marmer. Dugaan ini terkonfirmasi ketika efek yang sama dihasilkan dengan air. Ia menyimpulkan bahwa tumbukan dengan atom hidrogen memperlambat neutron.^[64][56] Makin rendah nomor atom inti yang ditumbuknya, makin besar energi yang hilang dari neutron pada setiap tumbukan. Dengan demikian, makin sedikit pula tumbukan yang diperlukan untuk memperlambat neutron sebesar nilai tertentu.^[65] Fermi menyadari bahwa radioaktivitas yang diinduksi menjadi lebih besar karena neutron lambat lebih mudah ditangkap daripada neutron cepat. Ia mengembangkan persamaan difusi untuk menjelaskan hal ini, yang kemudian dikenal sebagai persamaan umur Fermi.^[64][56]

Pada 1938, Fermi menerima Penghargaan Nobel Fisika pada usia 37 tahun "atas pembuktiannya mengenai keberadaan unsur-unsur radioaktif baru yang dihasilkan melalui iradiasi neutron, serta penemuannya yang berkaitan dengan reaksi nuklir yang dipicu oleh neutron lambat".^[66] Seusai menerima penghargaan di Stockholm, ia tidak pulang ke Italia, tetapi melanjutkan perjalanan bersama keluarganya ke Kota New York pada Desember 1938. Di sana, mereka mengajukan permohonan izin tinggal tetap. Keputusan untuk pindah ke Amerika dan menjadi warga negara Amerika Serikat terutama didorong oleh hukum rasial di Italia.^[39][67]

Proyek Manhattan

Fermi tiba di Kota New York pada 2 Januari 1939.^[68] Ia segera mendapat tawaran jabatan dari lima universitas dan menerima tawaran Universitas Columbia,^[69] tempat ia pernah memberikan kuliah musim panas pada 1936.^[70] Ia menerima kabar bahwa pada Desember 1938, kimiawan Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann telah mendeteksi unsur barium setelah membombardir uranium dengan neutron.^[71] Lise Meitner dan keponakannya, Otto Frisch, dengan tepat menafsirkan temuan itu sebagai hasil fisi nuklir. Frisch mengonfirmasinya melalui percobaan pada 13 Januari 1939.^[72][73] Kabar tentang penafsiran Meitner dan Frisch atas penemuan Hahn dan Strassmann dibawa menyeberangi Atlantik oleh Niels Bohr, yang akan memberikan kuliah di Universitas Princeton. Isidor Isaac Rabi dan Willis Lamb, dua fisikawan Universitas Columbia yang bekerja di Princeton, mendengar kabar itu dan membawanya ke Columbia. Rabi mengaku telah memberitahukannya kepada Enrico Fermi, tetapi Fermi kemudian menyebut Lamb sebagai orang yang menyampaikan kabar tersebut:^[74]

Saya masih sangat jelas mengingat bulan pertama saya bekerja di Laboratorium Pupin, Januari 1939, karena berbagai peristiwa mulai terjadi dengan sangat cepat. Pada masa itu, Niels Bohr sedang memberikan kuliah di Universitas Princeton. Saya ingat, suatu sore Willis Lamb kembali dengan sangat bersemangat dan mengatakan bahwa Bohr telah membocorkan kabar besar. Kabar besar itu adalah penemuan fisi dan setidaknya garis besar penjelasannya. Kemudian, masih pada bulan yang sama, diadakan pertemuan di Washington. Di sana, untuk pertama kalinya, kemungkinan pentingnya gejala fisi yang baru ditemukan itu sebagai sumber tenaga nuklir dibahas dengan sungguh-sungguh meski agak berseloroh.^[75]

Pada akhirnya, Noddack terbukti benar. Fermi telah mengesampingkan kemungkinan fisi berdasarkan perhitungannya, tetapi ia belum memperhitungkan energi pengikatan yang timbul ketika sebuah nuklida dengan jumlah neutron ganjil menyerap satu neutron tambahan.^[63] Kabar ini sangat memalukan bagi Fermi, sebab unsur-unsur transuranium yang penemuannya menjadi sebagian alasan pemberian Nobel kepadanya ternyata sama sekali bukan unsur transuranium, melainkan produk fisi. Ia menambahkan catatan kaki mengenai hal ini pada pidato penerimaan Nobelnya.^[74][76]

Para ilmuwan di Columbia memutuskan untuk mencoba mendeteksi energi yang dilepaskan dalam fisi nuklir uranium akibat bombardemen neutron. Pada 25 Januari 1939, sebuah tim percobaan yang melibatkan Fermi melakukan percobaan fisi nuklir pertama di Amerika Serikat, di ruang bawah tanah Pupin Hall di Columbia. Anggota tim lainnya adalah Herbert L. Anderson, Eugene T. Booth, John R. Dunning, G. Norris Glasoe, dan Francis G. Slack.^[77] Keesokan harinya, Konferensi Fisika Teori Washington kelima dibuka di Washington, D.C., dengan dukungan bersama Universitas George Washington dan Lembaga Carnegie di Washington. Di sana, kabar mengenai fisi nuklir tersebar lebih luas dan mendorong lebih banyak pembuktian melalui percobaan.^[78]

Para ilmuwan di Prancis, Hans von Halban, Lew Kowarski, dan Frédéric Joliot-Curie, telah menunjukkan bahwa uranium yang dibombardir dengan neutron memancarkan lebih banyak neutron daripada yang diserapnya. Temuan ini mengisyaratkan kemungkinan terjadinya reaksi rantai.^[79] Fermi dan Anderson juga membuktikannya beberapa minggu kemudian.^[80][81] Leó Szilárd memperoleh 200 kilogram (440 pon) uranium oksida dari produsen radium Kanada, Eldorado Gold Mines Limited, sehingga Fermi dan Anderson dapat melakukan percobaan fisi dalam skala yang jauh lebih besar.^[82] Fermi dan Szilárd bekerja sama merancang perangkat untuk menghasilkan reaksi nuklir berkelanjutan, yakni reaktor nuklir. Karena laju penyerapan neutron oleh hidrogen dalam air, reaksi berkelanjutan kecil kemungkinannya tercapai dengan menggunakan uranium alam dan air sebagai moderator neutron. Berdasarkan penelitiannya mengenai neutron, Fermi mengusulkan penggunaan blok uranium oksida dengan grafit sebagai moderator pengganti air. Cara ini akan mengurangi laju tangkapan neutron dan secara teoretis memungkinkan reaksi rantai berkelanjutan. Szilárd menghasilkan rancangan yang dapat diterapkan, berupa tumpukan blok uranium oksida yang diselingi bata grafit.^[83] Szilárd, Anderson, dan Fermi menerbitkan makalah berjudul "Neutron Production in Uranium".^[82] Namun, kebiasaan kerja dan kepribadian mereka berbeda, sehingga Fermi mengalami kesulitan bekerja sama dengan Szilárd.^[84]

Fermi termasuk orang pertama yang memperingatkan para pemimpin militer mengenai potensi dampak energi nuklir. Ia memberikan ceramah tentang hal itu di Departemen Angkatan Laut pada 18 Maret 1939. Tanggapan yang diterimanya tidak sesuai harapan, meskipun Angkatan Laut menyetujui pendanaan sebesar $1.500 untuk penelitian lanjutan di Columbia.^[85] Pada tahun yang sama, Szilárd, Eugene Wigner, dan Edward Teller mengirimkan surat yang ditandatangani Einstein kepada Presiden Amerika Serikat Franklin Delano Roosevelt. Surat itu memperingatkan bahwa Jerman Nazi kemungkinan akan membuat bom atom. Sebagai tanggapan, Roosevelt membentuk Komite Penasihat Uranium untuk menyelidiki persoalan tersebut.^[86]

Komite Penasihat Uranium menyediakan dana bagi Fermi untuk membeli grafit.^[87] Ia lalu menyusun tumpukan bata grafit di lantai tujuh laboratorium Pupin Hall.^[88] Pada Agustus 1941, ia telah memiliki enam ton uranium oksida dan tiga puluh ton grafit, yang digunakannya untuk membangun tumpukan lebih besar lagi di Schermerhorn Hall, Columbia.^[89]

Pada 18 Desember 1941, Seksi S-1 di Kantor Pengembangan dan Penelitian Ilmiah—nama baru Komite Penasihat Uranium—mengadakan pertemuan. Amerika Serikat kini telah terlibat dalam Perang Dunia II, sehingga pekerjaan mereka menjadi mendesak. Sebagian besar upaya yang didanai komite diarahkan pada produksi uranium yang diperkaya. Namun, anggota komite Arthur Compton menyimpulkan bahwa plutonium merupakan alternatif yang layak dan dapat diproduksi secara massal dalam reaktor nuklir menjelang akhir 1944.^[90] Ia memutuskan untuk memusatkan pekerjaan terkait plutonium di Universitas Chicago. Dengan enggan, Fermi pindah ke sana, dan timnya menjadi bagian dari Laboratorium Metalurgi yang baru dibentuk.^[91]

Akibat yang mungkin ditimbulkan oleh reaksi nuklir berkelanjutan belum diketahui, sehingga membangun reaktor nuklir pertama di kampus Universitas Chicago, di tengah kota, dipandang kurang bijaksana. Compton menemukan lokasi di kawasan hutan lindung Argonne Woods, sekitar 20 mil (32 km) dari Chicago. Stone & Webster dikontrak untuk menyiapkan lokasi tersebut, tetapi pekerjaan terhenti akibat perselisihan hubungan industrial. Fermi kemudian meyakinkan Compton bahwa ia dapat membangun reaktor di lapangan skuas di bawah tribune Stagg Field milik Universitas Chicago. Pembangunan tumpukan reaktor dimulai pada 6 November 1942, dan Chicago Pile-1 mencapai keadaan kritis pada 2 Desember.^[92] Tumpukan itu semula direncanakan berbentuk kurang lebih bulat. Namun, selama pengerjaan, Fermi menghitung bahwa keadaan kritis dapat dicapai tanpa menyelesaikan seluruh tumpukan sesuai rancangan awal.^[93]

Percobaan ini merupakan tonggak penting dalam upaya memperoleh energi sekaligus mencerminkan cara kerja Fermi. Setiap tahap direncanakan dengan saksama dan setiap perhitungan dilakukan dengan teliti.^[92] Ketika reaksi rantai nuklir berkelanjutan pertama berhasil dicapai, Compton menyampaikan kabar itu melalui percakapan telepon bersandi kepada James B. Conant, ketua Komite Penelitian Pertahanan Nasional.

Saya mengangkat telepon dan menghubungi Conant. Ia berada di kantor rektor Universitas Harvard. "Jim," kata saya, "Anda tentu tertarik mendengar bahwa pelaut Italia itu baru saja mendarat di dunia baru." Lalu, dengan nada agak meminta maaf karena sebelumnya saya membuat Komite S-1 percaya bahwa tumpukan reaktor itu baru akan selesai seminggu lagi atau lebih, saya menambahkan, "Bumi ternyata tidak sebesar perkiraannya, sehingga ia tiba di dunia baru lebih cepat daripada yang ia duga."

"Benarkah?" jawab Conant dengan bersemangat. "Apakah penduduk aslinya ramah?"

"Semuanya mendarat dengan selamat dan gembira."^[94]

Agar penelitian dapat dilanjutkan tanpa membahayakan kesehatan masyarakat, reaktor dibongkar dan dipindahkan ke lokasi Argonne Woods. Di sana, Fermi memimpin percobaan mengenai reaksi nuklir dan sangat menikmati peluang penelitian yang terbuka berkat produksi neutron bebas yang melimpah dari reaktor.^[95] Laboratorium itu segera memperluas kegiatannya dari fisika dan teknik ke pemanfaatan reaktor untuk penelitian biologi dan kedokteran. Pada mulanya, Fermi mengelola Argonne sebagai bagian dari Universitas Chicago. Namun, pada Mei 1944, Argonne menjadi lembaga tersendiri dengan Fermi sebagai direkturnya.^[96]

Ketika Reaktor Grafit X-10 berpendingin udara di Oak Ridge mencapai keadaan kritis pada 4 November 1943, Fermi berada di sana untuk berjaga-jaga apabila terjadi masalah. Para teknisi membangunkannya lebih awal agar ia dapat menyaksikan peristiwa tersebut.^[97] Beroperasinya X-10 menjadi tonggak lain dalam proyek plutonium. Reaktor ini menyediakan data untuk perancangan reaktor, menjadi sarana pelatihan pengoperasian reaktor bagi staf DuPont, dan menghasilkan plutonium pertama yang dibiakkan dalam reaktor, meskipun dalam jumlah kecil.^[98] Fermi dan istrinya, Laura, menjadi warga negara Amerika Serikat melalui naturalisasi pada 11 Juli 1944, tanggal paling awal yang diizinkan oleh hukum.^[99][100]

Pada September 1944, Fermi memasukkan batang bahan bakar uranium pertama ke dalam Reaktor B di Situs Hanford, reaktor produksi yang dirancang untuk membiakkan plutonium dalam jumlah besar. Seperti X-10, reaktor ini dirancang oleh tim Fermi di Laboratorium Metalurgi dan dibangun oleh DuPont, tetapi ukurannya jauh lebih besar dan menggunakan pendingin air. Selama beberapa hari berikutnya, 838 tabung diisi, dan reaktor mencapai keadaan kritis. Tak lama setelah tengah malam pada 27 September, para operator mulai menarik batang kendali untuk memulai produksi. Mula-mula semuanya tampak berjalan baik, tetapi sekitar pukul 03.00, tingkat daya mulai turun. Pada pukul 06.30, reaktor telah berhenti sepenuhnya. Angkatan Darat dan DuPont meminta penjelasan kepada tim Fermi. Air pendingin diperiksa untuk mengetahui kemungkinan kebocoran atau kontaminasi. Keesokan harinya, reaktor tiba-tiba beroperasi kembali, tetapi berhenti lagi beberapa jam kemudian. Penyebabnya ditelusuri ke peracunan neutron oleh xenon-135, atau Xe-135, produk fisi dengan waktu paruh 9,1 hingga 9,4 jam. Fermi dan John Wheeler sama-sama menyimpulkan bahwa Xe-135 menyerap neutron dalam reaktor sehingga menghambat proses fisi. Rekannya, Emilio Segrè, menyarankan Fermi menghubungi Chien-Shiung Wu, yang telah menyiapkan draf cetak mengenai topik ini untuk diterbitkan dalam Physical Review.^[101] Setelah membacanya, Fermi dan para ilmuwan lain mengonfirmasi dugaan mereka: Xe-135 memang menyerap neutron, bahkan memiliki tampang lintang neutron yang sangat besar.^{[102][103][104]} DuPont sebelumnya telah menyimpang dari rancangan awal Laboratorium Metalurgi yang memuat 1.500 tabung dalam susunan melingkar, dengan menambahkan 504 tabung pada bagian sudut. Para ilmuwan semula menganggap rancangan yang berlebihan ini membuang waktu dan uang. Namun, Fermi menyadari bahwa jika seluruh 2.004 tabung diisi, reaktor dapat mencapai tingkat daya yang diperlukan dan menghasilkan plutonium secara efisien.^[105][106]

Pada April 1943, Fermi mengemukakan kepada Robert Oppenheimer kemungkinan menggunakan produk sampingan radioaktif dari proses pengayaan untuk mencemari pasokan makanan Jerman. Gagasan ini dilatarbelakangi kekhawatiran bahwa proyek bom atom Jerman sudah mencapai tahap lanjut. Saat itu, Fermi juga meragukan bahwa bom atom dapat dikembangkan dalam waktu yang cukup singkat. Oppenheimer membahas usul yang "menjanjikan" itu dengan Edward Teller, yang menyarankan penggunaan stronsium-90. James B. Conant dan Leslie Groves juga diberi tahu. Namun, Oppenheimer hanya bersedia melanjutkan rencana itu jika senjata tersebut dapat mencemari makanan dalam jumlah yang cukup untuk membunuh setengah juta orang.^[107]

Pada pertengahan 1944, Oppenheimer membujuk Fermi untuk bergabung dengan Proyek Y di Los Alamos.^[108] Terutama karena ia seorang penerima Nobel, ada kekhawatiran bahwa namanya akan dikenali. Ia disarankan bepergian dengan nama samaran "Henry Farmer" agar tujuan perjalanannya tidak terungkap. Demikian pula, Niels Bohr menggunakan nama "Nicholas Baker". Setelah tiba pada September, Fermi dan keluarganya ditawari salah satu rumah di "Bathtub Row", tetapi ia memilih tinggal di salah satu blok apartemen Sundt yang masing-masing dihuni empat keluarga, karena menurutnya itu "lebih demokratis".^[109]

Fermi diangkat menjadi direktur madya laboratorium dengan tanggung jawab luas dalam bidang fisika nuklir dan fisika teori. Ia juga ditugasi memimpin Divisi F, yang dinamai menurut dirinya. Divisi ini memiliki empat bagian: F-1 Super dan Teori Umum di bawah Teller, yang meneliti bom "Super" (termonuklir); F-2 Water Boiler di bawah L. D. P. King, yang menangani reaktor homogen berair "water boiler"; F-3 Eksperimen Super di bawah Egon Bretscher; serta F-4 Kajian Fisi di bawah Anderson.^[110] Fermi menyaksikan uji coba Trinity pada 16 Juli 1945 dan melakukan percobaan untuk memperkirakan daya ledak bom dengan menjatuhkan potongan-potongan kertas ke dalam gelombang ledakan. Ia mengukur jarak kertas-kertas itu terlempar dengan menghitung langkah, lalu memperkirakan daya ledaknya setara dengan sepuluh kiloton TNT. Daya ledak sebenarnya sekitar 18,6 kiloton.^[111]

Bersama Oppenheimer, Compton, dan Ernest Lawrence, Fermi menjadi anggota panel ilmiah yang memberi nasihat kepada Komite Interim tentang pemilihan sasaran. Panel itu sependapat dengan komite bahwa bom atom akan digunakan tanpa peringatan terhadap sasaran industri.^[112] Seperti rekan-rekannya di Laboratorium Los Alamos, Fermi mengetahui pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki melalui sistem pengeras suara di kawasan teknis. Fermi tidak yakin bahwa bom atom akan menghalangi negara-negara memulai perang. Ia juga tidak menganggap bahwa saatnya sudah tepat untuk membentuk pemerintahan dunia. Karena itu, ia tidak bergabung dengan Asosiasi Ilmuwan Los Alamos.^[113]

Kegiatan setelah perang

Pada 1 Juli 1945, Fermi diangkat sebagai Profesor Istimewa Fisika Charles H. Swift di Universitas Chicago,^[114] meskipun ia baru meninggalkan Laboratorium Los Alamos bersama keluarganya pada 31 Desember 1945.^[115] Ia terpilih menjadi anggota Akademi Sains Nasional Amerika Serikat pada 1945.^[116] Pada 1 Juli 1946, Laboratorium Metalurgi menjadi Laboratorium Nasional Argonne, yang pertama di antara laboratorium nasional yang didirikan oleh Proyek Manhattan.^[117] Jarak yang dekat antara Chicago dan Argonne memungkinkan Fermi bekerja di kedua tempat. Di Argonne, ia melanjutkan penelitian fisika eksperimental dengan mempelajari hamburan neutron bersama Leona Marshall.^[118] Ia juga mendiskusikan fisika teori dengan Maria Mayer dan membantunya mengembangkan pemahaman tentang interaksi spin–orbit, yang kelak mengantarkannya meraih Nobel.^[119]

Pada 1 Januari 1947, Proyek Manhattan digantikan oleh Komisi Energi Atom (AEC).^[120] Fermi menjadi anggota Komite Penasihat Umum AEC, sebuah komite ilmiah berpengaruh yang diketuai Robert Oppenheimer.^[121] Ia juga senang menghabiskan beberapa minggu setiap tahun di Laboratorium Nasional Los Alamos,^[122] tempat ia bekerja sama dengan Nicholas Metropolis,^[123] serta dengan John von Neumann dalam penelitian ketidakstabilan Rayleigh–Taylor, yang mengkaji gejala pada batas antara dua fluida dengan massa jenis berbeda.^[124]

Setelah bom fisi pertama Uni Soviet diledakkan pada Agustus 1949, Fermi dan Isidor Rabi menulis laporan bernada tegas untuk komite tersebut, menentang pengembangan bom hidrogen atas dasar moral dan teknis.^[125] Meskipun demikian, Fermi tetap terlibat dalam pengerjaan bom hidrogen di Los Alamos sebagai konsultan. Bersama Stanislaw Ulam, ia menghitung bahwa jumlah tritium yang dibutuhkan oleh rancangan senjata termonuklir Teller akan terlalu besar untuk dapat diwujudkan. Bahkan dengan tritium sebanyak itu, reaksi fusi tetap belum tentu dapat merambat.^[126] Fermi termasuk ilmuwan yang memberikan kesaksian untuk membela Oppenheimer dalam pemeriksaan keamanan Oppenheimer pada 1954, yang berujung pada penolakan izin keamanannya.^[127]

Pada tahun-tahun terakhir hidupnya, Fermi terus mengajar di Universitas Chicago. Ia merupakan salah satu pendiri lembaga yang kemudian menjadi Institut Enrico Fermi. Mahasiswa doktoral yang dibimbingnya setelah perang antara lain Owen Chamberlain, Geoffrey Chew, Jerome Friedman, Marvin Goldberger, Tsung-Dao Lee, Arthur Rosenfeld, dan Sam Treiman.^[128][76] Jack Steinberger merupakan mahasiswa pascasarjananya, sedangkan Mildred Dresselhaus sangat dipengaruhi Fermi selama satu tahun ketika ia menempuh studi doktoral dan Fermi masih mengajar di sana.^[129][130] Fermi melakukan penelitian penting dalam fisika partikel, terutama mengenai pion (fisika) dan muon. Ia membuat prediksi pertama tentang resonansi pion-nukleon,^[123] dengan mengandalkan metode statistika. Alasannya, jawaban yang eksak tidak diperlukan apabila teorinya sendiri sudah keliru.^[131] Dalam makalah yang ditulis bersama Chen Ning Yang, ia menduga bahwa pion sebenarnya mungkin merupakan partikel komposit.^[132] Gagasan ini dikembangkan lebih lanjut oleh Shoichi Sakata. Gagasan tersebut kemudian digantikan oleh model kuark, yang menyatakan bahwa pion tersusun atas kuark. Model ini melengkapi model Fermi dan membenarkan pendekatannya.^[133]

Fermi menulis makalah "On the Origin of Cosmic Radiation", yang mengemukakan bahwa sinar kosmik terbentuk ketika materi dipercepat oleh medan magnet di ruang antarbintang. Gagasan ini menimbulkan perbedaan pendapat dengan Teller.^[131] Ia juga mengkaji persoalan medan magnet di lengan-lengan galaksi spiral.^[134] Ia merenungkan apa yang kini disebut "paradoks Fermi", yakni pertentangan antara dugaan kemungkinan adanya kehidupan di luar Bumi dan kenyataan bahwa kontak dengannya belum pernah terjadi.^[135]

Menjelang akhir hayatnya, Fermi mulai mempertanyakan keyakinannya bahwa masyarakat secara luas mampu mengambil keputusan yang bijaksana mengenai teknologi nuklir. Ia berkata:

Sebagian dari Anda mungkin bertanya: apa gunanya bekerja begitu keras hanya untuk mengumpulkan beberapa fakta, yang tidak akan menyenangkan siapa pun selain segelintir profesor berambut panjang yang gemar mengoleksi hal-hal semacam itu, dan tidak akan berguna bagi siapa pun karena paling-paling hanya sedikit pakar yang dapat memahaminya? Untuk menjawab pertanyaan semacam itu, izinkan saya mengajukan suatu perkiraan yang cukup dapat diandalkan. Sejarah sains dan teknologi senantiasa mengajarkan kepada kita bahwa kemajuan ilmiah dalam pemahaman dasar, cepat atau lambat, melahirkan penerapan teknis dan industri yang mengubah cara hidup kita secara mendasar. Menurut saya, kecil kemungkinannya upaya memahami struktur materi ini menjadi pengecualian. Yang kurang pasti, dan yang sungguh-sungguh kita harapkan bersama, adalah bahwa manusia akan segera cukup dewasa untuk menggunakan dengan baik kemampuan yang diperolehnya dalam menguasai alam.^[136]

Kematian

Pada Oktober 1954, Fermi menjalani operasi yang disebut "eksploratif" di Rumah Sakit Billings Memorial, lalu kembali ke rumah. Lima puluh hari kemudian, ia meninggal di rumahnya di Chicago akibat kanker lambung yang tidak dapat dioperasi, pada usia 53 tahun.^[3] Fermi menduga bahwa bekerja di dekat tumpukan reaktor nuklir membawa risiko besar. Namun, ia tetap melanjutkannya karena merasa manfaatnya lebih besar daripada risiko bagi keselamatan dirinya. Dua mahasiswa pascasarjana yang menjadi asistennya dan bekerja di dekat reaktor juga meninggal akibat kanker.^[137]

Upacara peringatan diadakan di kapel Universitas Chicago. Rekan-rekannya, Samuel K. Allison, Emilio Segrè, dan Herbert L. Anderson, menyampaikan pidato duka atas kepergian salah seorang "fisikawan paling cemerlang dan produktif" di dunia.^[138] Jenazahnya dimakamkan di Pemakaman Oak Woods. Upacara pemakaman tertutup bagi keluarga dekat dipimpin oleh seorang pendeta Lutheran.^[139]

Pengaruh dan warisan

Warisan

Fermi menerima banyak penghargaan atas pencapaiannya, termasuk Medali Matteucci pada 1926, Penghargaan Nobel Fisika pada 1938, Medali Hughes pada 1942, Medali Franklin pada 1947, dan Penghargaan Rumford pada 1953. Pada 1946, ia dianugerahi Medali Tanda Jasa atas kontribusinya dalam Proyek Manhattan.^[140] Fermi terpilih menjadi anggota Perhimpunan Filosofis Amerika Serikat pada 1939 dan anggota asing Royal Society (FRS) pada 1950.^[141][142] Basilika Santa Croce di Firenze, yang dikenal sebagai Kuil Keagungan Italia karena banyaknya makam seniman, ilmuwan, dan tokoh penting sejarah Italia di dalamnya, memiliki plakat untuk mengenang Fermi.^[143] Pada 1999, majalah Time memasukkan Fermi ke dalam daftar 100 tokoh terpenting abad ke-20.^[144] Fermi secara luas dipandang sebagai salah satu fisikawan abad ke-20 yang langka karena unggul dalam teori sekaligus eksperimen. Radiokimiawan dan fisikawan nuklir Emilio Segrè menyebutnya "fisikawan universal terakhir dalam tradisi tokoh-tokoh besar abad ke-19" dan menyatakan bahwa ia "adalah orang terakhir yang menguasai seluruh fisika pada zamannya".^[145] Kimiawan dan novelis C. P. Snow menulis, "Seandainya Fermi lahir beberapa tahun lebih awal, kita dapat dengan mudah membayangkan ia menemukan inti atom Rutherford, lalu mengembangkan teori Bohr tentang atom hidrogen. Jika ini terdengar berlebihan, apa pun tentang Fermi mungkin akan terdengar berlebihan."^[146]

Fermi dikenal sebagai pengajar yang menginspirasi, teliti, sederhana, dan selalu mempersiapkan kuliahnya dengan saksama.^[147] Catatan-catatan kuliahnya kemudian disalin dan diterbitkan sebagai buku.^[148] Makalah dan buku catatannya kini disimpan di Universitas Chicago.^[149] Victor Weisskopf mencatat bahwa Fermi "selalu berhasil menemukan pendekatan yang paling sederhana dan langsung, dengan kerumitan dan kecanggihan seminimal mungkin".^[150] Ia tidak menyukai teori yang rumit. Meskipun sangat mahir dalam matematika, ia tidak akan menggunakan kemampuan itu apabila persoalannya dapat diselesaikan dengan cara yang jauh lebih sederhana. Ia terkenal mampu memberikan jawaban cepat dan akurat untuk persoalan yang membingungkan orang lain. Cara memperoleh jawaban perkiraan secara cepat melalui perhitungan ringkas ini kemudian dikenal secara informal sebagai "metode Fermi" dan diajarkan secara luas.^[151]

Fermi gemar mengingatkan bahwa ketika Alessandro Volta bekerja di laboratoriumnya, Volta tidak mengetahui ke mana penelitian tentang listrik akan mengarah.^[152] Fermi umumnya dikenang atas karyanya dalam tenaga nuklir dan senjata nuklir, terutama penciptaan reaktor nuklir pertama serta pengembangan bom atom dan bom hidrogen pertama. Karya ilmiahnya telah bertahan melewati ujian waktu, termasuk teori peluruhan beta, penelitian sistem nonlinier, penemuan pengaruh neutron lambat, kajian tumbukan pion-nukleon, dan statistika Fermi–Dirac. Dugaannya bahwa pion bukanlah partikel dasar membuka jalan bagi penelitian kuark dan lepton.^[153]

Sebagai pribadi, Fermi tampak sebagai perwujudan kesederhanaan. Ia luar biasa penuh tenaga dan menyukai permainan serta olahraga. Dalam kegiatan-kegiatan itulah sifat ambisiusnya terlihat. Ia bermain tenis dengan sangat gigih dan, ketika mendaki gunung, cenderung bertindak sebagai pemandu. Ia bisa disebut seorang diktator yang baik hati. Saya ingat, suatu kali di puncak gunung, Fermi bangkit dan berkata, "Nah, sekarang pukul dua kurang dua menit; mari kita semua berangkat pukul dua." Tentu saja, semua orang bangkit dengan patuh. Kepemimpinan dan kepercayaan diri inilah yang membuat Fermi dijuluki "Paus", yang pernyataannya dalam fisika dianggap tidak mungkin salah. Ia pernah berkata, "Saya dapat menghitung apa saja dalam fisika dengan ketelitian hingga faktor dua di beberapa lembar kertas. Untuk mendapatkan faktor numerik di depan rumus secara tepat, seorang fisikawan mungkin perlu menghitung selama setahun, tetapi saya tidak tertarik pada itu." Kepemimpinannya dapat sedemikian jauh hingga mengancam kemandirian orang yang bekerja bersamanya. Saya teringat, suatu kali dalam sebuah pesta di rumahnya, ketika istri saya sedang memotong roti, Fermi datang dan mengatakan bahwa ia memiliki pandangan berbeda tentang cara memotong roti. Ia mengambil pisau dari tangan istri saya lalu melanjutkan pekerjaan itu, karena yakin caranya lebih baik. Namun, semua ini sama sekali tidak menyinggung perasaan; justru membuat semua orang terpikat dan menyukai Fermi. Minatnya di luar fisika sangat sedikit. Ketika suatu kali ia mendengar saya memainkan piano Teller, ia mengaku bahwa minatnya pada musik terbatas pada lagu-lagu sederhana.

Pengabadian nama

Banyak hal menyandang nama Fermi. Di antaranya adalah Fermilab, laboratorium fisika dan pemercepat partikel di Batavia, Illinois, yang berganti nama untuk menghormatinya pada 1974;^[154] Fermi Explorer, wahana antariksa antarbintang pertama yang diusulkan; serta Teleskop Antariksa Sinar Gama Fermi, yang diberi namanya pada 2008 sebagai penghargaan atas penelitiannya mengenai sinar kosmik.^[155] Tiga instalasi reaktor nuklir dinamai menurut dirinya: pembangkit listrik tenaga nuklir Fermi 1 dan Fermi 2 di Newport, Michigan; Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Enrico Fermi di Trino, Italia;^[156] serta reaktor penelitian RA-1 Enrico Fermi di Argentina.^[157] Unsur sintetis yang diisolasi dari sisa uji coba nuklir Ivy Mike tahun 1952 diberi nama fermium untuk menghormati sumbangan Fermi bagi dunia ilmu pengetahuan.^[158][159] Ia pun menjadi salah satu dari 16 ilmuwan yang namanya diabadikan sebagai nama unsur.^[160]

Sejak 1956, Komisi Energi Atom Amerika Serikat, dan sejak 1977 Departemen Energi Amerika Serikat, menggunakan namanya untuk penghargaan tertinggi mereka, yakni Penghargaan Fermi.^[161] Para penerimanya antara lain Otto Hahn, Robert Oppenheimer, Edward Teller, dan Hans Bethe.

Publikasi

• Introduzione alla Fisica Atomica (dalam bahasa Italia). Bologna: N. Zanichelli. 1928. OCLC 9653646.
• Fisica per i Licei (dalam bahasa Italia). Bologna: N. Zanichelli. 1929. OCLC 9653646.
• Molecole e cristalli (dalam bahasa Italia). Bologna: N. Zanichelli. 1934. OCLC 19918218.
• Thermodynamics. New York: Prentice Hall. 1937. OCLC 2379038.
• Fisica per Istituti Tecnici (dalam bahasa Italia). Bologna: N. Zanichelli. 1938.
• Fisica per Licei Scientifici (dalam bahasa Italia). Bologna: N. Zanichelli. 1938. (bersama Edoardo Amaldi)
• Elementary particles. New Haven: Yale University Press. 1951. OCLC 362513.
• Notes on Quantum Mechanics. Chicago: The University of Chicago Press. 1961. OCLC 1448078.

Daftar lengkap makalahnya dapat dilihat pada halaman 75–78 dalam rujukan berikut.^[142]

Paten

• USPatent 2206634,"Process for the Production of Radioactive Substances",dikeluarkan tanggal Juli 1940 
• USPatent 2836554,"Air Cooled Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal April 1950 
• USPatent 2524379,"Neutron Velocity Selector",dikeluarkan tanggal Oktober 1950 
• USPatent 2852461,"Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal September 1953 
• USPatent 2708656,"Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal Mei 1955 
• USPatent 2768134,"Testing Material in a Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal Oktober 1956 
• USPatent 2780595,"Test Exponential Pile",dikeluarkan tanggal Februari 1957 
• USPatent 2798847,"Method of Operating a Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal Juli 1957 
• USPatent 2807581,"Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal September 1957 
• USPatent 2807727,"Neutronic Reactor Shield",dikeluarkan tanggal September 1957 
• USPatent 2813070,"Method of Sustaining a Neutronic Chain Reacting System",dikeluarkan tanggal November 1957 
• USPatent 2837477,"Chain Reacting System",dikeluarkan tanggal Juni 1958 
• USPatent 2931762,"Neutronic Reactor",dikeluarkan tanggal April 1960 
• USPatent 2969307,"Method of Testing Thermal Neutron Fissionable Material for Purity",dikeluarkan tanggal Januari 1961 

Referensi

Sumber

Bacaan lanjutan

• Bernstein, Barton J. "Four Physicists and the Bomb: The Early Years, 1945-1950". Historical Studies in the Physical and Biological Sciences (1988) 18#2; membahas Oppenheimer, Fermi, Lawrence, dan Compton. Daring
• Galison, Peter, dan Barton Bernstein. "In any light: Scientists and the decision to build the Superbomb, 1952–1954." Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 19.2 (1989): 267–347. Daring Diarsipkan 5 Agustus 2023 di Wayback Machine

Pranala luar

Cari tahu mengenai pada proyek-proyek Wikimedia lainnya:
	Gambar dan media dari Commons
	Kutipan dari Wikiquote
	Teks sumber dari Wikisource

• "To Fermi – with Love – Part 1". Segmen radio Voices of the Manhattan Project, 1971.
• "The First Reactor: 40th Anniversary Commemorative Edition", Departemen Energi Amerika Serikat (Desember 1982).
• Halaman Penghargaan Nobel Fisika 1938
• Kisah reaktor nuklir pertama
• Berkas Enrico Fermi di The Franklin Institute, dengan informasi tentang kontribusinya pada fisika teori dan fisika eksperimental.
• "Remembering Enrico Fermi". Sesi J1, Pertemuan April APS 2010, American Physical Society.
• Time 100: Enrico Fermi oleh Richard Rhodes, 29 Maret 1999.
• Masa tinggal Fermi bersama Ehrenfest di Leiden