إنريكو فيرمي

إنريكو فيرمي ( بالإيطالية: enˈriːko ˈfermi ؛ 29 سبتمبر 1901 - 28 نوفمبر 1954) فيزيائي إيطالي أمريكي ، اشتهر بكونه مبتكر أول مفاعل نووي اصطناعي في العالم ، وهو مفاعل شيكاغو بايل-1 ، وعضوًا في مشروع مانهاتن . حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 "لإسهاماته في إثبات وجود عناصر مشعة جديدة ناتجة عن تشعيع النيوترونات، واكتشافه للتفاعلات النووية التي تحدثها النيوترونات البطيئة". ^{[ 1 ]} لُقّب بـ"مهندس العصر النووي " ^{[ 2 ]} و"مهندس القنبلة الذرية". ^{[ 3 ]} كان فيرمي من بين الفيزيائيين القلائل الذين برعوا في كلٍ من الفيزياء النظرية والتجريبية . سجّل فيرمي، مع زملائه، العديد من براءات الاختراع المتعلقة باستخدام الطاقة النووية، والتي استولت عليها الحكومة الأمريكية لاحقًا. لقد قدم مساهمات كبيرة في تطوير الميكانيكا الإحصائية ، ونظرية الكم ، والفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات .

كانت أولى إسهامات فيرمي الرئيسية في مجال الميكانيكا الإحصائية. فبعد أن صاغ فولفغانغ باولي مبدأ الاستبعاد عام ١٩٢٥، نشر فيرمي بحثًا طبّق فيه المبدأ على الغاز المثالي ، مستخدمًا صيغة إحصائية تُعرف اليوم بإحصاءات فيرمي-ديراك . تُسمى الجسيمات التي تخضع لمبدأ الاستبعاد اليوم " فيرميونات ". افترض باولي لاحقًا وجود جسيم غير مشحون وغير مرئي ينبعث مع الإلكترون أثناء تحلل بيتا ، لتحقيق قانون حفظ الطاقة . تبنى فيرمي هذه الفكرة، وطوّر نموذجًا يتضمن الجسيم المفترض، الذي أطلق عليه اسم " النيوترينو ". وصفت نظريته، التي عُرفت لاحقًا بتفاعل فيرمي وتُسمى الآن التفاعل الضعيف ، أحد التفاعلات الأساسية الأربعة في الطبيعة. من خلال تجارب تحفيز النشاط الإشعاعي باستخدام النيوترون المكتشف حديثًا ، اكتشف فيرمي أن النوى الذرية تلتقط النيوترونات البطيئة بسهولة أكبر من النيوترونات السريعة، وطوّر معادلة عمر فيرمي لوصف ذلك. بعد قصف الثوريوم واليورانيوم بالنيوترونات البطيئة، استنتج أنه قد خلق عناصر جديدة. ورغم حصوله على جائزة نوبل لاكتشافه هذا، فقد تبين لاحقاً أن هذه العناصر الجديدة هي نواتج انشطار نووي .

غادر فيرمي إيطاليا عام 1938 هربًا من القوانين العنصرية الإيطالية الجديدة التي أثرت على زوجته اليهودية، لورا كابون . هاجر إلى الولايات المتحدة، حيث عمل في مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية. قاد فيرمي الفريق في جامعة شيكاغو الذي صمم وبنى مفاعل شيكاغو بايل-1، الذي وصل إلى حالة التشغيل الحرجة في 2 ديسمبر 1942، مُظهرًا أول تفاعل نووي متسلسل ذاتي الاستدامة من صنع الإنسان . كان حاضرًا عندما وصل مفاعل الجرافيت X-10 في أوك ريدج، تينيسي ، إلى حالة التشغيل الحرجة عام 1943، وعندما وصل مفاعل B في موقع هانفورد إلى حالة التشغيل الحرجة في العام التالي. في لوس ألاموس ، ترأس قسم F، الذي عمل جزء منه على قنبلة إدوارد تيلر النووية الحرارية " الخارقة ". كان حاضرًا في تجربة ترينيتي في 16 يوليو 1945، وهي أول تجربة لتفجير قنبلة نووية كاملة، حيث استخدم طريقة فيرمي لتقدير قوة القنبلة.

بعد الحرب، ساهم في تأسيس معهد الدراسات النووية في شيكاغو، وعمل في اللجنة الاستشارية العامة برئاسة ج. روبرت أوبنهايمر ، التي كانت تُقدم المشورة لهيئة الطاقة الذرية بشأن المسائل النووية. بعد تفجير أول قنبلة انشطارية سوفيتية في أغسطس 1949، عارض بشدة تطوير القنبلة الهيدروجينية لأسباب أخلاقية وتقنية. وكان من بين العلماء الذين أدلوا بشهادتهم لصالح أوبنهايمر في جلسة الاستماع عام 1954 التي أسفرت عن رفض منحه التصريح الأمني.

أنجز فيرمي أعمالاً مهمة في فيزياء الجسيمات، لا سيما فيما يتعلق بالبيونات والميونات ، وتكهن بأن الأشعة الكونية تنشأ عندما تتسارع المادة بفعل المجالات المغناطيسية في الفضاء بين النجوم. سُميت العديد من الجوائز والمفاهيم والمؤسسات باسم فيرمي ، بما في ذلك مفاعل فيرمي 1 (مفاعل التوليد)، ومحطة إنريكو فيرمي لتوليد الطاقة النووية ، وجائزة إنريكو فيرمي ، ومعهد إنريكو فيرمي ، ومختبر فيرمي الوطني للمسرعات (فيرميلاب) ، وتلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما ، ومفارقة فيرمي ، وعنصر الفيرميوم الاصطناعي ، مما يجعله واحداً من 16 عالماً سُميت عناصر باسمهم .

وُلد إنريكو فيرمي في 29 سبتمبر 1901 في روما ، إيطاليا، وهو الابن الثالث لألبرتو فيرمي، رئيس قسم في وزارة السكك الحديدية، وإيدا دي جاتيس، مُعلمة مدرسة ابتدائية. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} كانت شقيقته ماريا تكبره بعامين، وشقيقه جوليو يكبره بعام. بعد أن أُرسل الصبيان إلى قرية ريفية للرضاعة ، عاد إنريكو إلى عائلته في روما عندما كان في الثانية والنصف من عمره. ^{[ 7 ]} على الرغم من أنه عُمّد كاثوليكيًا وفقًا لرغبة جديه، إلا أن عائلته لم تكن متدينة بشكل خاص؛ فقد ظل إنريكو لا أدريًا طوال حياته. ^{[ 8 ]} في صغره، شارك شقيقه جوليو نفس الاهتمامات، حيث كانا يبنيان محركات كهربائية ويلعبان بالألعاب الكهربائية والميكانيكية. ^{[ 9 ]} توفي جوليو أثناء عملية جراحية لعلاج خراج في الحلق عام 1915 ^{[ 10 ]} وتوفيت ماريا في حادث تحطم طائرة بالقرب من ميلانو عام 1959. ^{[ 11 ]}

في سوق محلي في كامبو دي فيوري ، عثر فيرمي على كتاب في الفيزياء، وهو كتاب "إليمنتوروم فيزيكاي ماثيماتيكاي" (Elementorum physicae mathematicae) الذي يقع في 900 صفحة . كتبه باللغة اللاتينية الأب اليسوعي أندريا كارافا ، وهو أستاذ في الكلية الرومانية ، وقدّم فيه الرياضيات والميكانيكا الكلاسيكية وعلم الفلك والبصريات وعلم الصوت كما كانت تُفهم في وقت نشره عام 1840. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وبمساعدة صديقه إنريكو بيرسيكو ، المهتم بالعلوم ، ^{[ 14 ]} انكبّ فيرمي على مشاريع مثل بناء الجيروسكوبات وقياس تسارع جاذبية الأرض . ^{[ 15 ]}

كان إنريكو يلتقي غالباً بوالده ألبرتو أمام مكتبه بعد العمل، وفي عام 1914 التقى بزميل والده أدولفو أميدي، الذي كان معتاداً على المشي جزءاً من الطريق إلى المنزل مع ألبرتو.

علم إنريكو باهتمام أدولفو بالرياضيات والفيزياء، فانتهز الفرصة ليسأله سؤالاً عن الهندسة. فهم أدولفو أن فيرمي الصغير كان يشير إلى الهندسة الإسقاطية ، فأعطاه كتاباً في هذا الموضوع من تأليف تيودور ريي . بعد شهرين، أعاد فيرمي الكتاب بعد أن حلّ جميع المسائل الواردة في نهايته، والتي اعتبر أدولفو بعضها صعباً. ولما تأكد من ذلك، شعر أدولفو أن فيرمي "عبقري، على الأقل في الهندسة"، فواصل إرشاده، وزوّده بكتب أخرى في الفيزياء والرياضيات. لاحظ أدولفو أن فيرمي يتمتع بذاكرة قوية، ولذلك كان بإمكانه إعادة الكتب بعد قراءتها لأنه كان يتذكر محتواها جيداً. ^{[ 16 ]}

تخرج فيرمي من المدرسة الثانوية في يوليو 1918، متجاوزًا السنة الثالثة بالكامل. وبإلحاح من أميدي، تعلم فيرمي اللغة الألمانية ليتمكن من قراءة العديد من الأبحاث العلمية التي كانت تُنشر بتلك اللغة آنذاك، وتقدم بطلب للالتحاق بجامعة بيزا . كان أميدي يعتقد أن المدرسة ستوفر ظروفًا أفضل لتطور فيرمي مقارنةً بجامعة سابينزا في روما في ذلك الوقت. بعد أن فقد والدا فيرمي ابنهما، سمحا له على مضض بالإقامة في سكن المدرسة بعيدًا عن روما لمدة أربع سنوات. ^{[ 17 ] [ 18 ]} حصل فيرمي على المركز الأول في امتحان القبول الصعب، والذي تضمن مقالًا حول موضوع "الخصائص المميزة للأصوات"؛ اختار فيرمي، البالغ من العمر 17 عامًا، استخدام تحليل فورييه لاستنتاج وحل المعادلة التفاضلية الجزئية لقضيب مهتز ، وبعد مقابلة فيرمي، أعلن الممتحن أنه سيصبح فيزيائيًا بارزًا. ^{[ 17 ] [ 19 ]}

في جامعة بيزا، كان فيرمي يتبادل المقالب مع زميله فرانكو راسيتي ، وسرعان ما أصبحا صديقين مقربين وزميلين في العمل. كان لويجي بوتشيانتي ، مدير مختبر الفيزياء، يُشرف على فيرمي، وكان يقول إنه لا يستطيع أن يُعلّمه الكثير، وكثيراً ما كان فيرمي يطلب منه أن يُعلّمه شيئاً. كانت معرفة فيرمي بفيزياء الكمّ واسعة لدرجة أن بوتشيانتي طلب منه تنظيم ندوات حول هذا الموضوع. ^{[ 20 ]} خلال هذه الفترة، تعلّم فيرمي حساب الموترات ، وهي تقنية أساسية في النسبية العامة . ^{[ 21 ]} اختار فيرمي في البداية الرياضيات كتخصص رئيسي، لكنه سرعان ما حوّل إلى الفيزياء. وظلّ فيرمي يعتمد على التعلّم الذاتي إلى حد كبير، حيث درس النسبية العامة، وميكانيكا الكمّ ، والفيزياء الذرية . ^{[ 22 ]}

في سبتمبر 1920، قُبل فيرمي في قسم الفيزياء. ولأن القسم لم يكن يضم سوى ثلاثة طلاب - فيرمي، وراسيتي، ونيلو كارارا - سمح لهم بوتشيانتي باستخدام المختبر بحرية تامة لأي غرض يختارونه. قرر فيرمي أن يبحثوا في علم البلورات بالأشعة السينية ، وعمل الثلاثة على إنتاج صورة لاوي - وهي صورة بالأشعة السينية لبلورة. ^{[ 23 ]} خلال عام 1921، في سنته الثالثة بالجامعة، نشر فيرمي أولى أعماله العلمية في المجلة الإيطالية "نوفو سيمينتو" . كان أولها بعنوان "حول ديناميكيات نظام صلب من الشحنات الكهربائية في حركة انتقالية" ( Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio ). كانت إحدى علامات ما سيأتي لاحقًا هي التعبير عن الكتلة كموتر - وهو بناء رياضي شائع الاستخدام لوصف شيء يتحرك ويتغير في الفضاء ثلاثي الأبعاد. في الميكانيكا الكلاسيكية، الكتلة كمية قياسية ، ولكن في النسبية، تتغير مع السرعة. أما الورقة البحثية الثانية فكانت بعنوان "حول الكهروستاتيكا لحقل جاذبية منتظم للشحنات الكهرومغناطيسية ووزن الشحنات الكهرومغناطيسية" ( Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche ). وباستخدام النسبية العامة، أثبت فيرمي أن للشحنة كتلة تساوي U/c² ^، حيث U هي الطاقة الكهروستاتيكية للنظام، وc هي سرعة الضوء . ^{[ 22 ]}

أشارت الورقة البحثية الأولى إلى وجود تناقض بين النظرية الكهروضوئية والنظرية النسبية فيما يتعلق بحساب الكتل الكهرومغناطيسية، إذ تنبأت الأولى بقيمة 4/3 U/c² ^. تناول فيرمي هذا الأمر في العام التالي في ورقة بحثية بعنوان "حول تناقض بين النظرية الكهروضوئية والنظرية النسبية للكتلة الكهرومغناطيسية"، حيث بيّن أن هذا التناقض الظاهري هو نتيجة للنسبية. لاقت هذه الورقة استحسانًا كبيرًا، ما دفع إلى ترجمتها إلى الألمانية ونشرها في المجلة العلمية الألمانية " Physikalische Zeitschrift" عام 1922. ^{[ 24 ]} في العام نفسه، قدّم فيرمي مقالته "حول الظواهر التي تحدث بالقرب من خط العالم " ( Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria ) إلى المجلة الإيطالية "I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei" . في هذه المقالة، تناول مبدأ التكافؤ ، وقدّم ما يُسمى " إحداثيات فيرمي ". وأثبت أن الفضاء، على خط عالمي قريب من الخط الزمني، يتصرف كما لو كان فضاءً إقليديًا . ^{[ 25 ] [ 26 ]}

قدّم فيرمي أطروحته بعنوان "نظرية في الاحتمالات وبعض تطبيقاتها" ( Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni ) في يوليو 1922، وحصل على درجة الدكتوراه في سنٍّ مبكرة غير معتادة، إذ بلغ العشرين من عمره. تناولت الأطروحة صور حيود الأشعة السينية . لم يكن علم الفيزياء النظرية يُعتبر آنذاك تخصصًا قائمًا بذاته في إيطاليا، وكانت الأطروحة الوحيدة المقبولة هي أطروحة الفيزياء التجريبية . لهذا السبب، كان الفيزيائيون الإيطاليون بطيئين في تقبّل الأفكار الجديدة، مثل النسبية، القادمة من ألمانيا. ولأن فيرمي كان بارعًا في العمل التجريبي في المختبر، لم يُشكّل ذلك عائقًا كبيرًا أمامه. ^{[ 26 ]}

أثناء كتابة الملحق الخاص بالطبعة الإيطالية لكتاب " أساسيات النسبية لأينشتاين" ^لأوغست كوبف عام 1923، كان فيرمي أول من أشار إلى أن معادلة أينشتاين ( E = mc² ) تنطوي على كمية هائلة من طاقة الوضع النووية التي يمكن استغلالها. ^{[ 27 ]} وكتب: "لا يبدو من الممكن، على الأقل في المستقبل القريب، إيجاد طريقة لإطلاق هذه الكميات الهائلة من الطاقة، وهذا أمر جيد، لأن أول أثر لانفجار بهذه الكمية الهائلة من الطاقة سيكون تحطيم الفيزيائي الذي حالفه سوء الحظ ووجد طريقةً لذلك." ^{[ 26 ]}

في عامي ١٩٢٣ و١٩٢٤، أمضى فيرمي فصلًا دراسيًا يدرس على يد ماكس بورن في جامعة غوتنغن ، حيث التقى بفيرنر هايزنبرغ وباسكوال جوردان . ثم درس فيرمي في لايدن مع بول إهرنفست من سبتمبر إلى ديسمبر ١٩٢٤ بمنحة من مؤسسة روكفلر، حصل عليها بفضل وساطة عالم الرياضيات فيتو فولتيرا . وهناك التقى فيرمي بهندريك لورنتز وألبرت أينشتاين ، وأصبح صديقًا لسامويل غودسميت ويان تينبرغن . من يناير ١٩٢٥ إلى أواخر عام ١٩٢٦، درّس فيرمي الفيزياء الرياضية والميكانيكا النظرية في جامعة فلورنسا ، حيث تعاون مع راسيتي لإجراء سلسلة من التجارب حول تأثير المجالات المغناطيسية على بخار الزئبق. كما شارك في حلقات دراسية في جامعة سابينزا في روما، حيث ألقى محاضرات حول ميكانيكا الكم وفيزياء المواد الصلبة . ^{[ 28 ]} أثناء إلقاء المحاضرات حول ميكانيكا الكم الجديدة القائمة على الدقة المذهلة لتوقعات معادلة شرودنغر، كان فيرمي يقول في كثير من الأحيان: "ليس من المفترض أن تتناسب بهذه الدقة!" ^{[ 29 ]}

بعد أن أعلن فولفغانغ باولي مبدأ الاستبعاد عام 1925، ردّ فيرمي بورقة بحثية بعنوان "حول تكميم الغاز المثالي أحادي الذرة" ( Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico )، حيث طبّق مبدأ الاستبعاد على الغاز المثالي. وقد تميّزت هذه الورقة البحثية بشكل خاص بصياغته الإحصائية التي وضعها فيرمي، والتي تصف توزيع الجسيمات في أنظمة تتكون من العديد من الجسيمات المتطابقة التي تخضع لمبدأ الاستبعاد. وقد طوّر الفيزيائي البريطاني بول ديراك هذه الصياغة بشكل مستقل بعد ذلك بوقت قصير ، كما بيّن علاقتها بإحصاءات بوز-أينشتاين . وبناءً على ذلك، تُعرف الآن باسم إحصاءات فيرمي-ديراك . ^{[ 30 ]} وبعد ديراك، تُسمى الجسيمات التي تخضع لمبدأ الاستبعاد اليوم " فيرميونات "، بينما تُسمى الجسيمات التي لا تخضع له " بوزونات ". ^{[ 31 ]}

كانت مناصب الأستاذية في إيطاليا تُمنح عن طريق مسابقة ( كونكورسو ) لشغل كرسي شاغر، حيث يتم تقييم المتقدمين بناءً على منشوراتهم من قبل لجنة من الأساتذة. تقدم فيرمي بطلب للحصول على كرسي الفيزياء الرياضية في جامعة كالياري في سردينيا ، لكن تم استبعاده بفارق ضئيل لصالح جيوفاني جيورجي . ^{[ 32 ]} في عام 1926، في سن الرابعة والعشرين، تقدم بطلب للحصول على منصب أستاذية في جامعة سابينزا في روما. كان هذا كرسيًا جديدًا، أحد أول ثلاثة كراسي في الفيزياء النظرية في إيطاليا، أنشأه وزير التعليم بناءً على طلب من البروفيسور أورسو ماريو كوربينو ، الذي كان أستاذ الفيزياء التجريبية في الجامعة، ومدير معهد الفيزياء، وعضوًا في حكومة بينيتو موسوليني . كان كوربينو، الذي ترأس أيضًا لجنة الاختيار، يأمل أن يرفع الكرسي الجديد مستوى وسمعة الفيزياء في إيطاليا. ^{[ 33 ]} اختارت اللجنة فيرمي على حساب إنريكو بيرسيكو وألدو بونتريمولي ، ^{[ 34 ]} وساعد كوربينو فيرمي في تشكيل فريقه، الذي انضم إليه لاحقًا طلاب بارزون مثل إدواردو أمالدي ، وبرونو بونتيكورفو ، وإيتوري ماجورانا ، وإميليو سيغري ، وفرانكو راسيتي الذي عينه فيرمي مساعدًا له. ^{[ 35 ]} وسرعان ما لُقّبوا بـ" فتيان شارع بانيسبيرنا " نسبةً إلى الشارع الذي يقع فيه معهد الفيزياء. ^{[ 36 ]}

تزوج فيرمي من لورا كابون ، طالبة العلوم في الجامعة، في 19 يوليو 1928. ^{[ 37 ]} أنجبا طفلين: نيلا، المولودة في يناير 1931، وجوليو، المولود في فبراير 1936. ^{[ 38 ]} في 18 مارس 1929، عُيّن فيرمي عضوًا في الأكاديمية الملكية الإيطالية من قبل موسوليني، وفي 27 أبريل انضم إلى الحزب الفاشي . عارض فيرمي الفاشية لاحقًا عندما أصدر موسوليني قوانين التمييز العنصري لعام 1938 بهدف تقريب الفاشية الإيطالية أيديولوجيًا من النازية الألمانية . هددت هذه القوانين لورا، اليهودية، وتسببت في فقدان العديد من مساعدي فيرمي في البحث لوظائفهم. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

خلال فترة إقامتهم في روما، قدم فيرمي وفريقه إسهاماتٍ جليلة في العديد من الجوانب العملية والنظرية للفيزياء. في عام ١٩٢٨، نشر كتابه " مقدمة في الفيزياء الذرية " ( Introduzione alla fisica atomica )، الذي وفّر لطلاب الجامعات الإيطالية نصًا حديثًا وسهل الفهم. كما ألقى فيرمي محاضراتٍ عامة وكتب مقالاتٍ مبسطة للعلماء والمعلمين بهدف نشر المعرفة بالفيزياء الجديدة على أوسع نطاق ممكن. ^{[ ٤٤ ]} وكان من بين أساليبه التدريسية جمع زملائه وطلاب الدراسات العليا في نهاية اليوم لمناقشة مسألةٍ ما، غالبًا ما تكون من أبحاثه الخاصة. ^{[ ٤٤ ] [ ٤٥ ]} ومن دلائل نجاحه أن الطلاب الأجانب بدأوا بالتوافد إلى إيطاليا. كان أبرز هؤلاء الفيزيائي الألماني هانز بيته ، ^{[ 46 ]} الذي قدم إلى روما كزميل في مؤسسة روكفلر، وتعاون مع فيرمي في ورقة بحثية عام 1932 بعنوان "حول التفاعل بين إلكترونين" ( بالألمانية : Über die Wechselwirkung von zwei Elektronen ). ^{[ 47 ] [ 44 ]}

في ذلك الوقت، حيّرت ظاهرة اضمحلال بيتا ، التي ينبعث فيها إلكترون من نواة الذرة، الفيزيائيين . ولتحقيق قانون حفظ الطاقة ، افترض باولي وجود جسيم غير مرئي عديم الشحنة وقليل الكتلة أو معدومها، ينبعث في الوقت نفسه. تبنى فيرمي هذه الفكرة، وطوّرها في ورقة بحثية أولية عام 1933، ثم في ورقة بحثية أطول في العام التالي، تضمنت الجسيم المفترض الذي أطلق عليه فيرمي اسم " النيوترينو ". ^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} وصفت نظريته، التي عُرفت لاحقًا بتفاعل فيرمي ، ثم بنظرية التفاعل الضعيف ، إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة . تم اكتشاف النيوترينو بعد وفاته، وأوضحت نظريته التفاعلية سبب صعوبة اكتشافه. عندما قدّم بحثه إلى مجلة " نيتشر" البريطانية ، رفضه رئيس تحرير المجلة لاحتوائه على تكهنات "بعيدة جدًا عن الواقع الفيزيائي بحيث لا تهم القراء". ^{[ 49 ]} وفقًا لسيرة فيرمي، ديفيد ن. شوارتز، من الغريب على الأقل أن يطلب فيرمي بجدية النشر في المجلة، إذ لم تكن مجلة "نيتشر" آنذاك تنشر سوى ملاحظات قصيرة على مقالات من هذا النوع، ولم تكن مناسبة لنشر حتى نظرية فيزيائية جديدة. بل إن مجلة " وقائع الجمعية الملكية في لندن" كانت ستكون أنسب . وهو يتفق مع فرضية بعض الباحثين، التي مفادها أن رفض المجلة البريطانية أقنع زملاءه الشباب (بعضهم من اليهود واليساريين) بالتخلي عن مقاطعة المجلات العلمية الألمانية، بعد وصول هتلر إلى السلطة في يناير 1933. ^{[ 51 ]} وهكذا رأى فيرمي نظريته منشورة بالإيطالية والألمانية قبل نشرها بالإنجليزية. ^{[ 35 ]}

في مقدمة الترجمة الإنجليزية لعام 1968، أشار الفيزيائي فريد ل. ويلسون إلى ما يلي:

إلى جانب دعمها لاقتراح باولي بشأن النيوترينو، تتمتع نظرية فيرمي بأهمية خاصة في تاريخ الفيزياء الحديثة. يجب التذكير بأنه لم يكن معروفًا وقت طرح النظرية سوى مُصدِرات بيتا الطبيعية. لاحقًا، مع اكتشاف تحلل البوزيترون، أُدمجت هذه العملية بسهولة ضمن إطار فيرمي الأصلي. وبناءً على نظريته، تم التنبؤ بالتقاط إلكترون مداري بواسطة النواة، وهو ما تم رصده لاحقًا. ومع مرور الوقت، تراكمت البيانات التجريبية بشكل كبير. ورغم رصد بعض الخصائص الشاذة في تحلل بيتا، إلا أن نظرية فيرمي ظلت دائمًا على قدر التحدي. إن لنظرية فيرمي آثارًا واسعة النطاق. فعلى سبيل المثال، أصبحت مطيافية بيتا أداةً فعالة لدراسة البنية النووية. ولعلّ الجانب الأكثر تأثيرًا في عمل فيرمي هو أن شكله الخاص لتفاعل بيتا قد أرسى نمطًا مناسبًا لدراسة أنواع أخرى من التفاعلات. لقد كانت أول نظرية ناجحة لتكوين وإفناء الجسيمات المادية. في السابق، كان من المعروف أن الفوتونات فقط هي التي تُخلق وتُفنى. ^{[ 50 ]}

في يناير 1934، أعلنت إيرين جوليو-كوري وفريدريك جوليو أنهما نجحا في قصف العناصر بجسيمات ألفا ، مما أدى إلى توليد نشاط إشعاعي فيها. ^{[ 52 ] [ 53 ]} وبحلول مارس، قدم جيان كارلو ويك ، مساعد فيرمي، تفسيرًا نظريًا باستخدام نظرية فيرمي لتحلل بيتا. قرر فيرمي التحول إلى الفيزياء التجريبية، مستخدمًا النيوترون الذي اكتشفه جيمس تشادويك عام 1932. ^{[ 54 ]} في مارس 1934، أراد فيرمي معرفة ما إذا كان بإمكانه توليد نشاط إشعاعي باستخدام مصدر نيوترونات البولونيوم - البيريليوم الخاص براسيتي . النيوترونات عديمة الشحنة الكهربائية، وبالتالي لا تنحرف بفعل النواة الموجبة الشحنة. هذا يعني أنها تحتاج إلى طاقة أقل بكثير لاختراق النواة مقارنةً بالجسيمات المشحونة، وبالتالي لا تتطلب مسرع جسيمات ، وهو ما لم يكن متوفرًا لدى فريق فيا بانيسبيرنا. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

خطرت لفرمي فكرة استبدال مصدر النيوترونات البولونيوم-بيريليوم بمصدر رادون -بيريليوم، فصنعه بملء وعاء زجاجي بمسحوق البيريليوم، ثم تفريغه من الهواء، وإضافة 50 ملي كوري من غاز الرادون، الذي وفّره جوليو سيزار تراباتشي . ^{[ 57 ] [ 58 ]} وقد نتج عن ذلك مصدر نيوترونات أقوى بكثير، إلا أن فعاليته تضاءلت مع عمر النصف للرادون البالغ 3.8 يوم . كان يعلم أن هذا المصدر سيُصدر أشعة غاما أيضًا ، لكنه، بناءً على نظريته، اعتقد أن ذلك لن يؤثر على نتائج التجربة. بدأ بقصف البلاتين ، وهو عنصر ذو عدد ذري ​​عالٍ ومتوفر بكثرة، دون جدوى. ثم انتقل إلى الألومنيوم ، الذي انبعثت منه جسيمات ألفا، وأنتج الصوديوم ، الذي تحلل بدوره إلى المغنيسيوم بانبعاث جسيمات بيتا. جرّب الرصاص دون جدوى، ثم الفلور على شكل فلوريد الكالسيوم ، الذي انبعثت منه جسيمات ألفا وأنتجت النيتروجين ، الذي تحلل إلى أكسجين بانبعاث جسيمات بيتا. في المجمل، حثّ فيرمي النشاط الإشعاعي في 22 عنصرًا مختلفًا. ^{[ 59 ]} وسرعان ما نشر فيرمي اكتشافه للنشاط الإشعاعي الناتج عن النيوترونات في المجلة الإيطالية "لا ريتشيركا ساينتيفيكا" في 25 مارس 1934. ^{[ 58 ] [ 60 ] [ 61 ]}

بسبب النشاط الإشعاعي الطبيعي للثوريوم واليورانيوم ، كان من الصعب تحديد ما يحدث عند قذف هذين العنصرين بالنيوترونات، ولكن بعد استبعاد وجود عناصر أخف من اليورانيوم وأثقل من الرصاص، استنتج فيرمي أنهما قد شكّلا عنصرين جديدين، أطلق عليهما اسمي الأوزينيوم والهيسبيريوم . ^{[ 62 ] [ 56 ]} اقترحت الكيميائية إيدا نوداك أن بعض التجارب ربما أنتجت عناصر أخف من الرصاص بدلاً من عناصر جديدة أثقل. لم يُؤخذ اقتراحها على محمل الجد في ذلك الوقت لأن فريقها لم يُجرِ أي تجارب على اليورانيوم أو يُؤسس الأساس النظري لهذا الاحتمال. في ذلك الوقت، كان يُعتقد أن الانشطار النووي غير محتمل، إن لم يكن مستحيلاً، من الناحية النظرية. وبينما توقع الفيزيائيون تكوّن عناصر ذات أعداد ذرية أعلى من قذف العناصر الأخف بالنيوترونات، لم يتوقع أحد أن تمتلك النيوترونات طاقة كافية لتقسيم ذرة أثقل إلى جزأين من عنصرين خفيفين بالطريقة التي اقترحتها نوداك. ^{[ 63 ] [ 62 ]}

لاحظ طلاب فيا بانيسبيرنا أيضًا بعض التأثيرات غير المفسرة. بدت التجربة أكثر فعالية على طاولة خشبية مقارنةً بسطح طاولة رخامي. تذكر فيرمي أن جوليو-كوري وتشاتويك قد لاحظا فعالية شمع البارافين في إبطاء النيوترونات، فقرر تجربة ذلك. عند تمرير النيوترونات عبر شمع البارافين، نتج عنها نشاط إشعاعي في الفضة يفوق بمئة ضعف ما يحدث عند قصفها بالنيوترونات دون البارافين. افترض فيرمي أن هذا يعود إلى ذرات الهيدروجين الموجودة في البارافين. وبالمثل، فسرت ذرات الهيدروجين الموجودة في الخشب الفرق بين سطح الطاولة الخشبي والرخامي. وقد تأكد ذلك بتكرار التجربة باستخدام الماء. وخلص إلى أن التصادمات مع ذرات الهيدروجين تُبطئ النيوترونات. ^{[ 64 ] [ 56 ]} كلما انخفض العدد الذري للنواة التي يصطدم بها النيوترون، زادت الطاقة التي يفقدها في كل تصادم، وبالتالي قل عدد التصادمات اللازمة لإبطاء النيوترون بمقدار معين. ^{[ 65 ]} أدرك فيرمي أن هذا يُحفز المزيد من النشاط الإشعاعي لأن النيوترونات البطيئة تُمتص بسهولة أكبر من النيوترونات السريعة. وقد وضع معادلة انتشار لوصف ذلك، والتي أصبحت تُعرف باسم معادلة عمر فيرمي . ^{[ 64 ] [ 56 ]}

في عام ١٩٣٨، حصل فيرمي على جائزة نوبل في الفيزياء عن عمر يناهز ٣٧ عامًا، وذلك لـ"إثباته وجود عناصر مشعة جديدة ناتجة عن تشعيع النيوترونات، واكتشافه للتفاعلات النووية التي تحدث بفعل النيوترونات البطيئة". ^{[ ٦٦ ]} بعد حصول فيرمي على الجائزة في ستوكهولم، لم يعد إلى إيطاليا، بل توجه مع عائلته إلى مدينة نيويورك في ديسمبر ١٩٣٨، حيث تقدموا بطلب للحصول على الإقامة الدائمة. وكان قرارهم بالانتقال إلى أمريكا والحصول على الجنسية الأمريكية مدفوعًا في المقام الأول بالقوانين العنصرية في إيطاليا. ^{[ ٣٩ ] [ ٦٧ ]}

وصل فيرمي إلى مدينة نيويورك في 2 يناير 1939. ^{[ 68 ]} عُرضت عليه على الفور وظائف في خمس جامعات، وقبل إحداها في جامعة كولومبيا ، ^{[ 69 ]} حيث كان قد ألقى محاضرات صيفية في عام 1936. ^{[ 70 ]} تلقى نبأ اكتشاف الكيميائيين الألمانيين أوتو هان وفريتز ستراسمان لعنصر الباريوم في ديسمبر 1938 بعد قذف اليورانيوم بالنيوترونات، ^{[ 71 ]} وهو ما فسّرته ليز مايتنر وابن أخيها أوتو فريش بشكل صحيح على أنه نتيجة للانشطار النووي . أكد فريش ذلك تجريبياً في 13 يناير 1939. ^{[ 72 ] [ 73 ]} وصل نبأ تفسير مايتنر وفريش لاكتشاف هان وستراسمان إلى نيلز بور ، الذي كان من المقرر أن يُلقي محاضرة في جامعة برينستون . علم إيزيدور إسحاق رابي وويليس لامب ، وهما فيزيائيان من جامعة كولومبيا كانا يعملان في برينستون، بهذا الأمر ونقلاه إلى كولومبيا. قال رابي إنه أخبر إنريكو فيرمي، لكن فيرمي نسب الفضل لاحقًا إلى لامب: ^{[ 74 ]}

أتذكر بوضوح شديد الشهر الأول، يناير 1939، الذي بدأت فيه العمل في مختبرات بوبين، لأن الأمور بدأت تتسارع بشكل كبير. في تلك الفترة، كان نيلز بور يُلقي محاضرة في جامعة برينستون، وأتذكر أن ويليس لامب عاد ذات مساء وهو في غاية الحماس، وقال إن بور قد سرب أخبارًا عظيمة. كانت تلك الأخبار العظيمة هي اكتشاف الانشطار النووي، وعلى الأقل الخطوط العريضة لتفسيره. ثم، في وقت لاحق من الشهر نفسه، عُقد اجتماع في واشنطن حيث نوقشت الأهمية المحتملة لظاهرة الانشطار النووي المكتشفة حديثًا، بجدية ممزوجة بشيء من المزاح، كمصدر محتمل للطاقة النووية . ^{[ 75 ]}

ثبتت صحة نظرية نوداك في نهاية المطاف. كان فيرمي قد استبعد إمكانية الانشطار النووي بناءً على حساباته، لكنه لم يأخذ في الحسبان طاقة الربط التي ستظهر عندما يمتص نواة تحتوي على عدد فردي من النيوترونات نيوترونًا إضافيًا. ^{[ 63 ]} شكل هذا الخبر إحراجًا كبيرًا لفيرمي، إذ أن العناصر العابرة لليورانيوم التي نال جائزة نوبل لاكتشافها جزئيًا لم تكن عناصر عابرة لليورانيوم على الإطلاق، بل نواتج انشطار نووي . وقد أضاف حاشية بهذا المعنى إلى خطاب قبوله جائزة نوبل. ^{[ 74 ] [ 76 ]}

قرر العلماء في جامعة كولومبيا محاولة رصد الطاقة المنبعثة من الانشطار النووي لليورانيوم عند قذفه بالنيوترونات. في 25 يناير 1939، في قبو قاعة بوبين بجامعة كولومبيا، أجرى فريق تجريبي، ضم فيرمي، أول تجربة انشطار نووي في الولايات المتحدة. وكان من بين أعضاء الفريق الآخرين: هربرت ل. أندرسون ، ويوجين ت. بوث ، وجون ر. دانينغ ، وج. نوريس غلاسو ، وفرانسيس ج. سلاك . ^{[ 77 ]} في اليوم التالي، انطلق مؤتمر واشنطن الخامس للفيزياء النظرية في واشنطن العاصمة، برعاية مشتركة من جامعة جورج واشنطن ومؤسسة كارنيجي في واشنطن . هناك، انتشر خبر الانشطار النووي على نطاق أوسع، مما شجع على إجراء المزيد من التجارب. ^{[ 78 ]}

أثبت العلماء الفرنسيون هانز فون هالبان ، وليو كوفارسكي ، وفريدريك جوليو-كوري أن اليورانيوم عند قذفه بالنيوترونات يُصدر نيوترونات أكثر مما يمتص، مما يُشير إلى إمكانية حدوث تفاعل متسلسل. ^{[ 79 ]} وقد فعل فيرمي وأندرسون الشيء نفسه بعد بضعة أسابيع. ^{[ 80 ] [ 81 ]} حصل ليو زيلارد على 200 كيلوغرام (440 رطلاً) من أكسيد اليورانيوم من شركة إلدورادو غولد ماينز المحدودة الكندية لإنتاج الراديوم ، مما سمح لفيرمي وأندرسون بإجراء تجارب الانشطار على نطاق أوسع بكثير. ^{[ 82 ]} تعاون فيرمي وزيلارد في تصميم جهاز لتحقيق تفاعل نووي مستدام ذاتيًا - وهو المفاعل النووي . نظراً لمعدل امتصاص الهيدروجين في الماء للنيوترونات، كان من غير المرجح إمكانية تحقيق تفاعل مستدام ذاتياً باستخدام اليورانيوم الطبيعي والماء كمُهدئ للنيوترونات . اقترح فيرمي، استناداً إلى عمله مع النيوترونات، إمكانية تحقيق التفاعل باستخدام كتل أكسيد اليورانيوم والجرافيت كمُهدئ بدلاً من الماء. من شأن ذلك أن يقلل من معدل امتصاص النيوترونات، ويجعل نظرياً التفاعل المتسلسل المستدام ذاتياً ممكناً. ابتكر زيلارد تصميماً عملياً: كومة من كتل أكسيد اليورانيوم تتخللها قوالب من الجرافيت. ^{[ 83 ]} نشر زيلارد وأندرسون وفيرمي ورقة بحثية بعنوان "إنتاج النيوترونات في اليورانيوم". ^{[ 82 ]} لكن عاداتهم في العمل وشخصياتهم كانت مختلفة، وواجه فيرمي صعوبة في العمل مع زيلارد. ^{[ 84 ]} 

كان فيرمي من أوائل من حذروا القادة العسكريين من التأثير المحتمل للطاقة النووية، حيث ألقى محاضرة حول هذا الموضوع في وزارة البحرية في 18  مارس 1939. لم يكن رد الفعل على مستوى توقعاته، على الرغم من موافقة البحرية على تقديم 1500 دولار أمريكي لمزيد من الأبحاث في جامعة كولومبيا. ^{[ 85 ]} وفي وقت لاحق من ذلك العام، أرسل كل من زيلارد ويوجين ويغنر وإدوارد تيلر رسالة موقعة من آينشتاين إلى الرئيس الأمريكي فرانكلين روزفلت ، يحذرون فيها من احتمال قيام ألمانيا النازية ببناء قنبلة ذرية . واستجابةً لذلك، شكّل روزفلت اللجنة الاستشارية المعنية باليورانيوم للتحقيق في الأمر. ^{[ 86 ]}

قدّمت اللجنة الاستشارية المعنية باليورانيوم تمويلًا لفيرمي لشراء الجرافيت، ^{[ 87 ]} وقام ببناء كومة من قوالب الجرافيت في الطابق السابع من مختبر قاعة بوبين. ^{[ 88 ]} وبحلول أغسطس 1941، كان لديه ستة أطنان من أكسيد اليورانيوم وثلاثون طنًا من الجرافيت، والتي استخدمها لبناء كومة أكبر في قاعة شيرميرهورن بجامعة كولومبيا. ^{[ 89 ]}

اجتمع قسم S-1 التابع لمكتب البحث والتطوير العلمي ، والذي عُرفت اللجنة الاستشارية لليورانيوم آنذاك، في 18 ديسمبر 1941، في ظل انخراط الولايات المتحدة في الحرب العالمية الثانية ، مما جعل عملها عاجلاً. كانت معظم الجهود التي رعتها اللجنة موجهة نحو إنتاج اليورانيوم المخصب ، لكن عضو اللجنة آرثر كومبتون رأى أن البلوتونيوم بديلٌ عملي ، إذ يُمكن إنتاجه بكميات كبيرة في المفاعلات النووية بحلول نهاية عام 1944. ^{[ 90 ]} قرر كومبتون تركيز العمل على البلوتونيوم في جامعة شيكاغو . انتقل فيرمي على مضض، وأصبح فريقه جزءًا من مختبر المعادن الجديد هناك. ^{[ 91 ]}

كانت النتائج المحتملة لتفاعل نووي مستدام ذاتيًا غير معروفة، لذا بدا من غير المستحسن بناء أول مفاعل نووي في حرم جامعة شيكاغو وسط المدينة. وجد كومبتون موقعًا في محمية غابات أرجون وودز، على بُعد حوالي 32 كيلومترًا من شيكاغو. تعاقدت شركة ستون آند ويبستر لتطوير الموقع، لكن العمل توقف بسبب نزاع عمالي. أقنع فيرمي كومبتون حينها بإمكانية بناء المفاعل في ملعب الاسكواش أسفل مدرجات ملعب ستاغ التابع لجامعة شيكاغو . بدأ بناء المفاعل في 6 نوفمبر 1942، ووصل مفاعل شيكاغو بايل-1 إلى حالة التشغيل الحرجة في 2 ديسمبر. ^{[ 92 ]} كان من المفترض أن يكون شكل المفاعل كرويًا تقريبًا، ولكن مع تقدم العمل، حسب فيرمي أنه يمكن تحقيق حالة التشغيل الحرجة دون إكمال بناء المفاعل بالكامل كما هو مخطط له. ^{[ 93 ]} 

كانت هذه التجربة علامة فارقة في مسيرة البحث عن الطاقة، وكانت نموذجية لنهج فيرمي. فقد خُطط لكل خطوة بعناية، وأُجريت كل عملية حسابية بدقة متناهية. ^{[ 92 ]} وعندما تحقق أول تفاعل نووي متسلسل ذاتي الاستدامة، أجرى كومبتون مكالمة هاتفية مشفرة إلى جيمس ب. كونانت ، رئيس لجنة أبحاث الدفاع الوطني .

رفعتُ سماعة الهاتف واتصلتُ بكونانت. كان في مكتب رئيس جامعة هارفارد . قلتُ: "جيم، سيُثير اهتمامك أن تعلم أن الملاح الإيطالي قد وصل لتوه إلى العالم الجديد". ثم أضفتُ، بنبرة اعتذارية نوعًا ما، لأنني أوهمتُ لجنة "إس إل" بأن الأمر سيستغرق أسبوعًا أو أكثر قبل اكتمال الكومة، "لم تكن الأرض كبيرة كما قدّر، وقد وصل إلى العالم الجديد أسرع مما كان يتوقع".

"هل هذا صحيح؟" كان رد كونانت المتحمس. "هل كان السكان الأصليون ودودين؟"

"هبط الجميع سالمين وسعداء." ^{[ 94 ]}

لمواصلة البحث في بيئة لا تشكل خطرًا على الصحة العامة، تم تفكيك المفاعل ونقله إلى موقع غابة أرجون. هناك، أشرف فيرمي على تجارب التفاعلات النووية، مستمتعًا بالفرص التي أتاحها الإنتاج الوفير للنيوترونات الحرة من المفاعل. ^{[ 95 ]} وسرعان ما توسع المختبر ليشمل استخدام المفاعل في الأبحاث البيولوجية والطبية، بالإضافة إلى الفيزياء والهندسة. في البداية، أدار فيرمي مختبر أرجون كجزء من جامعة شيكاغو، لكنه أصبح كيانًا مستقلًا تحت إدارته في مايو 1944. ^{[ 96 ]}

عندما وصل مفاعل الجرافيت X-10 المبرد بالهواء في أوك ريدج إلى حالة التشغيل الحرجة في 4 نوفمبر 1943، كان فيرمي حاضرًا تحسبًا لأي طارئ. أيقظه الفنيون باكرًا ليشهد بنفسه ما يحدث. ^{[ 97 ]} كان تشغيل مفاعل X-10 إنجازًا هامًا آخر في مشروع البلوتونيوم. فقد وفّر بيانات حول تصميم المفاعل، وتدريبًا لموظفي شركة دوبونت على تشغيله، وأنتج أولى الكميات الصغيرة من البلوتونيوم المُصنّع في المفاعل. ^{[ 98 ]} حصل فيرمي على الجنسية الأمريكية في يوليو 1944، وهو أقرب تاريخ يسمح به القانون. ^{[ 99 ]}

في سبتمبر 1944، أدخل فيرمي أول كبسولة وقود يورانيوم في مفاعل B في موقع هانفورد ، وهو مفاعل إنتاجي مصمم لإنتاج البلوتونيوم بكميات كبيرة. ومثل مفاعل X-10، صممه فريق فيرمي في مختبر المعادن، وبنته شركة دوبونت، ولكنه كان أكبر بكثير ومبردًا بالماء. خلال الأيام التالية، تم تحميل 838 أنبوبًا، ووصل المفاعل إلى حالة التشغيل الحرجة. بعد منتصف ليل 27 سبتمبر بقليل، بدأ المشغلون بسحب قضبان التحكم لبدء الإنتاج. في البداية، بدا كل شيء على ما يرام، ولكن حوالي الساعة 3:00 صباحًا، بدأ مستوى الطاقة بالانخفاض، وبحلول الساعة 6:30 صباحًا توقف المفاعل تمامًا. توجه الجيش وشركة دوبونت إلى فريق فيرمي للحصول على إجابات. تم فحص مياه التبريد للتأكد من عدم وجود تسرب أو تلوث. في اليوم التالي، عاد المفاعل للعمل فجأة، ليتوقف مرة أخرى بعد بضع ساعات. عُزيت المشكلة إلى التسمم النيوتروني الناتج عن الزينون-135 (Xe-135)، وهو ناتج انشطار نووي يبلغ عمر النصف له من 9.1 إلى 9.4 ساعات. استنتج كل من فيرمي وجون ويلر أن الزينون-135 هو المسؤول عن امتصاص النيوترونات في المفاعل، مما يُعطّل عملية الانشطار. أوصى زميله إميليو سيغري فيرمي بسؤال تشين-شيونغ وو ، التي كانت تُعدّ مسودة مطبوعة حول هذا الموضوع للنشر في مجلة Physical Review . ^{[ 100 ]} بعد قراءة المسودة، تأكدت شكوك فيرمي والعلماء: فالزينون-135 يمتص النيوترونات بالفعل، بل إن مقطعه العرضي النيوتروني كبير جدًا. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} انحرفت شركة دوبونت عن التصميم الأصلي للمختبر المعدني، الذي كان يتألف فيه المفاعل من 1500 أنبوب مرتبة في دائرة، وأضافت 504 أنابيب لملء الزوايا. في البداية، اعتبر العلماء هذا التصميم المفرط مضيعة للوقت والمال، لكن فيرمي أدرك أنه إذا تم تحميل جميع الأنابيب البالغ عددها 2004، فسيتمكن المفاعل من الوصول إلى مستوى الطاقة المطلوب وإنتاج البلوتونيوم بكفاءة. ^{[ 104 ] [ 105 ]}

في أبريل 1943، طرح فيرمي على روبرت أوبنهايمر إمكانية استخدام النواتج الثانوية المشعة للتخصيب لتلويث الإمدادات الغذائية الألمانية. وكانت الخلفية هي المخاوف من أن مشروع القنبلة الذرية الألمانية قد بلغ مرحلة متقدمة، كما كان فيرمي متشككًا آنذاك في إمكانية تطوير قنبلة ذرية بالسرعة الكافية. ناقش أوبنهايمر الاقتراح "الواعد" مع إدوارد تيلر، الذي اقترح استخدام السترونتيوم-90 . كما تم إطلاع جيمس ب. كونانت وليسل غروفز على الأمر، لكن أوبنهايمر أراد المضي قدمًا في الخطة فقط إذا أمكن تلويث كمية كافية من الغذاء بالسلاح لقتل نصف مليون شخص. ^{[ 106 ]}

في منتصف عام 1944، أقنع أوبنهايمر فيرمي بالانضمام إلى مشروعه Y في لوس ألاموس، نيو مكسيكو . ^{[ 107 ]} عند وصوله في سبتمبر، عُيّن فيرمي مديرًا مساعدًا للمختبر، مع مسؤولية واسعة النطاق عن الفيزياء النووية والنظرية، وكُلّف بإدارة قسم F، الذي سُمّي باسمه. ضمّ قسم F أربعة فروع: F-1 سوبر والنظرية العامة تحت إشراف تيلر، والذي بحث في القنبلة "سوبر" (النووية الحرارية) ؛ وF-2 غلاية الماء تحت إشراف إل دي بي كينغ، والذي أشرف على مفاعل الأبحاث المتجانس المائي "غلاية الماء" ؛ وF-3 تجارب سوبر تحت إشراف إيغون بريتشر ؛ وF-4 دراسات الانشطار تحت إشراف أندرسون. ^{[ 108 ]} راقب فيرمي اختبار ترينيتي في 16 يوليو 1945، وأجرى تجربة لتقدير قوة القنبلة عن طريق إسقاط شرائط من الورق في موجة الانفجار. قام بقياس المسافة التي قطعتها الانفجارات، وحسب قوة الانفجار بعشرة كيلوطن من مادة تي إن تي؛ وكانت القوة الفعلية حوالي 18.6 كيلوطن. ^{[ 109 ]}

إلى جانب أوبنهايمر وكومبتون وإرنست لورانس ، كان فيرمي عضوًا في اللجنة العلمية التي قدمت المشورة للجنة المؤقتة بشأن اختيار الأهداف. وقد اتفقت اللجنة مع اللجنة على استخدام القنابل الذرية دون سابق إنذار ضد هدف صناعي. ^{[ 110 ]} ومثل غيره في مختبر لوس ألاموس، علم فيرمي بالقصف الذري لهيروشيما وناغازاكي من خلال نظام الإذاعة الداخلية في المنطقة التقنية. لم يكن فيرمي يعتقد أن القنابل الذرية ستردع الدول عن شن الحروب، كما لم يرَ أن الوقت قد حان لحكومة عالمية . ولذلك، لم ينضم إلى رابطة علماء لوس ألاموس . ^{[ 111 ]}

أصبح فيرمي أستاذًا متميزًا في الفيزياء بجامعة شيكاغو في الأول من يوليو عام 1945، ^{[ 112 ]} على الرغم من أنه لم يغادر مختبر لوس ألاموس مع عائلته إلا في 31 ديسمبر من العام نفسه. ^{[ 113 ]} وانتُخب عضوًا في الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة عام 1945. ^{[ 114 ]} وفي الأول من يوليو عام 1946، تحوّل مختبر المعادن إلى مختبر أرغون الوطني ، وهو أول مختبر وطني أُنشئ ضمن مشروع مانهاتن. ^{[ 115 ]} وقد أتاح قرب المسافة بين شيكاغو وأرغون لفيرمي العمل في كلا الموقعين. في أرغون، واصل أبحاثه في الفيزياء التجريبية، حيث درس تشتت النيوترونات مع ليونا مارشال . ^{[ 116 ]} كما ناقش الفيزياء النظرية مع ماريا ماير ، وساعدها في تطوير فهمها لتفاعل الدوران المداري الذي أهّلها لنيل جائزة نوبل. ^{[ 117 ]}

استُبدل مشروع مانهاتن بهيئة الطاقة الذرية في الأول من يناير عام ١٩٤٧. ^{[ ١١٨ ]} عمل فيرمي في اللجنة الاستشارية العامة لهيئة الطاقة الذرية، وهي لجنة علمية مؤثرة ترأسها روبرت أوبنهايمر. ^{[ ١١٩ ]} كما كان يحرص على قضاء بضعة أسابيع كل عام في مختبر لوس ألاموس الوطني، ^{[ ١٢٠ ]} حيث تعاون مع نيكولاس متروبوليس ، ^{[ ١٢١ ]} ومع جون فون نيومان في دراسة عدم استقرار رايلي-تايلور ، وهو علم ما يحدث على الحدود بين سائلين مختلفي الكثافة. ^{[ ١٢٢ ]}

بعد تفجير أول قنبلة انشطارية سوفيتية في أغسطس 1949، كتب فيرمي، بالاشتراك مع إيزيدور رابي، تقريرًا شديد اللهجة للجنة، يعارض فيه تطوير القنبلة الهيدروجينية لأسباب أخلاقية وتقنية. ^{[ 123 ]} ومع ذلك، واصل فيرمي المشاركة في العمل على القنبلة الهيدروجينية في لوس ألاموس كمستشار. وبالتعاون مع ستانيسلاف أولام ، حسب أن كمية التريتيوم اللازمة لنموذج تيلر للسلاح النووي الحراري لن تكون باهظة فحسب، بل إن تفاعل الاندماج لن يكون مضمونًا حتى مع هذه الكمية الكبيرة من التريتيوم. ^{[ 124 ]} وكان فيرمي من بين العلماء الذين أدلوا بشهادتهم لصالح أوبنهايمر في جلسة الاستماع الأمنية لأوبنهايمر عام 1954، والتي أسفرت عن رفض منحه التصريح الأمني. ^{[ 125 ]}

في سنواته الأخيرة، واصل فيرمي التدريس في جامعة شيكاغو، حيث كان أحد مؤسسي ما أصبح لاحقًا معهد إنريكو فيرمي . ومن بين طلاب الدكتوراه الذين أشرف عليهم في فترة ما بعد الحرب: أوين تشامبرلين ، وجيفري تشو ، وجيروم فريدمان ، ومارفن غولدبرغر ، وتسونغ داو لي ، وآرثر روزنفيلد ، وسام تريمان . ^{[ 126 ] [ 76 ]} وكان جاك شتاينبرغر طالب دراسات عليا، وتأثرت ميلدريد دريسلهاوس بشدة بفيرمي خلال السنة التي تزامنت فيها دراستها للدكتوراه معه. ^{[ 127 ] [ 128 ]} أجرى فيرمي أبحاثًا مهمة في فيزياء الجسيمات، لا سيما ما يتعلق بالبيونات والميونات . وقدّم أولى التنبؤات برنين البيون- النيوكليون ، ^{[ 121 ]} معتمدًا على الأساليب الإحصائية ، إذ رأى أن الإجابات الدقيقة غير ضرورية عندما تكون النظرية خاطئة على أي حال. ^{[ 129 ]} في ورقة بحثية شارك في تأليفها مع تشين نينغ يانغ ، افترض أن البيونات قد تكون في الواقع جسيمات مركبة. ^{[ 130 ]} وقد طوّر شويتشي ساكاتا هذه الفكرة . ومنذ ذلك الحين، حلّت محلها نموذج الكواركات ، الذي يفترض أن البيون يتكون من كواركات، والذي أكمل نموذج فيرمي، وأثبت صحة منهجه. ^{[ 131 ]}

كتب فيرمي بحثًا بعنوان "حول أصل الإشعاع الكوني " اقترح فيه أن الأشعة الكونية تنشأ من خلال تسارع المادة بفعل المجالات المغناطيسية في الفضاء بين النجوم، مما أدى إلى اختلاف في الرأي مع تيلر. ^{[ 129 ]} درس فيرمي المسائل المتعلقة بالمجالات المغناطيسية في أذرع المجرة الحلزونية . ^{[ 132 ]} وتأمل فيما يُعرف الآن باسم " مفارقة فيرمي ": التناقض بين الاحتمالية المفترضة لوجود حياة خارج كوكب الأرض وحقيقة عدم حدوث أي اتصال بها. ^{[ 133 ]}

في أواخر حياته، شكك فيرمي في ثقته بالمجتمع ككل في اتخاذ قرارات حكيمة بشأن التكنولوجيا النووية. وقال:

قد يتساءل بعضكم: ما جدوى هذا الجهد المضني لمجرد جمع بعض الحقائق التي لن تجلب أي متعة إلا لقلة من الأساتذة ذوي الشعر الطويل الذين يعشقون جمع مثل هذه الأشياء، ولن تفيد أحداً لأن قلةً من المتخصصين، في أحسن الأحوال، هم من سيفهمونها؟ إجابةً على هذا السؤال، يمكنني أن أقدم تنبؤاً شبه مؤكد.

لقد علّمنا تاريخ العلوم والتكنولوجيا باستمرار أن التقدم العلمي في الفهم الأساسي يؤدي عاجلاً أم آجلاً إلى تطبيقات تقنية وصناعية أحدثت ثورة في أسلوب حياتنا. ويبدو لي من غير المرجح أن يكون هذا المسعى لفهم بنية المادة استثناءً لهذه القاعدة. أما ما هو أقل يقيناً، وما نأمله جميعاً بشدة، فهو أن الإنسان سيبلغ قريباً من النضج ما يكفي ليحسن استغلال القدرات التي يكتسبها على الطبيعة. ^{[ 134 ]}

خضع فيرمي لعملية جراحية استكشافية في مستشفى بيلينغز التذكاري في أكتوبر 1954، ثم عاد إلى منزله. وبعد خمسين يومًا، توفي في منزله بشيكاغو متأثرًا بسرطان المعدة غير القابل للجراحة، عن عمر ناهز 53 عامًا. ^{[ 3 ]} كان فيرمي يشك في أن العمل بالقرب من المفاعل النووي ينطوي على مخاطر جسيمة، لكنه واصل العمل لأنه شعر أن الفوائد تفوق المخاطر التي تهدد سلامته الشخصية. كما توفي اثنان من مساعديه من طلاب الدراسات العليا، واللذان كانا يعملان بالقرب من المفاعل، بسبب السرطان. ^{[ 135 ]}

أُقيمت مراسم تأبين في كنيسة جامعة شيكاغو ، حيث ألقى زملاؤه صموئيل ك. أليسون ، وإميليو سيغري ، وهربرت ل. أندرسون كلماتٍ رثاءٍ لأحد "ألمع علماء الفيزياء وأكثرهم إنتاجًا" في العالم. ^{[ 136 ]} ودُفن جثمانه في مقبرة أوك وودز ، حيث أُقيمت مراسم دفن خاصة للعائلة المباشرة برئاسة قسيس لوثري. ^{[ 137 ]}

• Introduzione alla Fisica Atomica (باللغة الإيطالية). بولونيا: ن. زانيتشيلي . 1928. أو سي إل سي 9653646 . 
• Fisica per i Licei (باللغة الإيطالية). بولونيا: ن. زانيتشيلي. 1929. أو سي إل سي 9653646 . 
• Molecole e Cristalli (باللغة الإيطالية). بولونيا: ن. زانيتشيلي. 1934. أو سي إل سي 19918218 . 
• الديناميكا الحرارية . نيويورك: برنتيس هول. 1937. OCLC 2379038 . 
• Fisica per Istituti Tecnici (باللغة الإيطالية). بولونيا: ن. زانيتشيلي. 1938.
• Fisica per Licei Scientifici (باللغة الإيطالية). بولونيا: ن. زانيتشيلي. 1938.(مع إدواردو أمالدي )
• الجسيمات الأولية . نيو هيفن: مطبعة جامعة ييل. 1951.OCLC362513. 
• ملاحظات حول ميكانيكا الكم . شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو. 1961. OCLC 1448078 . 

للاطلاع على قائمة كاملة بأوراقه، انظر الصفحات 75-78 في المرجع ^{[ 140 ] .}

• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2206634 ، "عملية إنتاج المواد المشعة"، الصادرة في يوليو 1940 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2836554 ، "مفاعل نيوتروني مبرد بالهواء"، الصادرة في أبريل 1950 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2524379 ، "محدد سرعة النيوترونات"، الصادرة في أكتوبر 1950 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2852461 ، "مفاعل نيوتروني"، الصادرة في سبتمبر 1953 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2708656 ، "مفاعل نيوتروني"، الصادرة في مايو 1955 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2768134 ، "اختبار المواد في مفاعل نيوتروني"، الصادرة في أكتوبر 1956 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2780595 ، "اختبار الكومة الأسية"، الصادرة في فبراير 1957 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2798847 ، "طريقة تشغيل مفاعل نيوتروني"، الصادرة في يوليو 1957 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2807581 ، "مفاعل نيوتروني"، الصادرة في سبتمبر 1957 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2807727 ، "درع المفاعل النيوتروني"، الصادرة في سبتمبر 1957 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2813070 ، "طريقة الحفاظ على نظام تفاعل متسلسل نيوتروني"، الصادرة في نوفمبر 1957 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2837477 ، "نظام التفاعل المتسلسل"، الصادرة في يونيو 1958 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2931762 ، "مفاعل نيوتروني"، الصادرة في أبريل 1960 
• براءة الاختراع الأمريكية رقم 2969307 ، "طريقة اختبار نقاء المواد القابلة للانشطار بالنيوترونات الحرارية"، الصادرة في يناير 1961 

• بيرنشتاين، بارتون ج. "أربعة فيزيائيين والقنبلة: السنوات الأولى، 1945-1950" ، دراسات تاريخية في العلوم الفيزيائية والبيولوجية (1988) 18#2؛ يغطي أوبنهايمر، وفيرمي، ولورانس، وكومبتون. متوفر على الإنترنت
• غاليسون، بيتر، وبارتون بيرنشتاين. "في أي ضوء: العلماء وقرار بناء القنبلة الخارقة، 1952-1954". دراسات تاريخية في العلوم الفيزيائية والبيولوجية 19.2 (1989): 267-347. مؤرشف على الإنترنت في 5 أغسطس 2023 على موقع Wayback Machine.

• "إلى فيرمي - مع حبي - الجزء الأول" . أصوات مشروع مانهاتن، مقطع إذاعي عام 1971
• "المفاعل الأول: الطبعة التذكارية للذكرى الأربعين" ، وزارة الطاقة الأمريكية ، (ديسمبر 1982).
• صفحة جائزة نوبل للفيزياء لعام 1938
• قصة الكومة الأولى
• ملف قضية إنريكو فيرمي في معهد فرانكلين، والذي يتضمن معلومات حول مساهماته في الفيزياء النظرية والتجريبية.
• "إحياء ذكرى إنريكو فيرمي" . الجلسة J1. اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية لشهر أبريل 2010.
• تايم ١٠٠: إنريكو فيرمي بقلم ريتشارد رودس ٢٩ مارس ١٩٩٩
• إقامة فيرمي مع إهرنفيست في ليدن .