Fermi y la primera pila atómica

1942 Universidad de Chicago, Estados Unidos

En breve

Enrico Fermi, físico de Roma y premio Nobel en 1938, dejó Italia ese mismo año también porque las leyes raciales afectaban a su esposa, Laura, que era judía. En Estados Unidos, bajo las gradas de un estadio de la universidad de Chicago, construyó con su equipo una gran pila de bloques de grafito y uranio. El 2 de diciembre de 1942 logró la primera reacción nuclear en cadena controlada: la energía contenida en los núcleos de los átomos se liberaba poco a poco, sin explotar.

Por qué es importante Abrió el camino tanto a las centrales nucleares como, por desgracia, a las armas atómicas.

Fuente: Treccani, entrada «Fermi, Enrico»

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Ilustración: Fermi y la primera pila atómica (Universidad de Chicago, Estados Unidos) — Ilustración creada con IA para Storiascopio

Dónde: Universidad de Chicago, Estados Unidos

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La historia

El chico de Roma

Enrico Fermi nació en Roma en 1901 y desde muy joven mostró un talento extraordinario para las matemáticas y la física. A los diecisiete años ganó un concurso para entrar en la Escuela Normal de Pisa y se licenció poco después de cumplir veinte. Con solo veinticinco años fue catedrático de física en la Universidad de Roma, donde, en el viejo instituto de la calle Panisperna, reunió a un grupo de jóvenes estudiosos brillantísimos, a quienes sus amigos llamaban «los chicos de la calle Panisperna»: Edoardo Amaldi, Emilio Segrè, Franco Rasetti, Ettore Majorana y otros. Fermi, al que apodaban «el Papa» porque parecía no equivocarse nunca, era un maestro que explicaba cada problema con palabras sencillas.

En 1934 Fermi y su grupo descubrieron algo importante: bombardeando átomos con neutrones, partículas sin carga eléctrica, se podían obtener nuevos elementos radiactivos. Observaron también que el fenómeno se hacía mucho más fuerte si los neutrones pasaban antes por parafina o agua, que los frenaba. Por estos estudios Fermi recibió el premio Nobel de Física en 1938.

La huida de Italia

En 1938 el régimen fascista aprobó las leyes raciales. La mujer de Fermi, Laura, era judía, y por eso la familia corría peligro. Cuando Fermi fue a Estocolmo a recoger el Nobel, no volvió a Italia: desde Suecia se embarcó con su mujer y sus dos hijos rumbo a Estados Unidos, donde consiguió un puesto en la Universidad de Columbia, en Nueva York. Muchos científicos europeos, huyendo de las persecuciones, acabaron en América, y su trabajo fue importantísimo.

El descubrimiento de la fisión

A finales de 1938 dos químicos alemanes, Otto Hahn y Fritz Strassmann, descubrieron que, bombardeando uranio con neutrones, el átomo se partía en dos trozos más pequeños, liberando una gran cantidad de energía. El fenómeno fue explicado por la física austriaca Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch, y se llamó fisión nuclear. Los científicos comprendieron enseguida que la fisión podía producir una reacción en cadena: los neutrones liberados por un átomo podían partir otros, y así sucesivamente, liberando una enorme energía.

Era el comienzo de la Segunda Guerra Mundial. Los científicos temían que la Alemania nazi pudiera construir una bomba atómica. En agosto de 1939 el físico húngaro Leo Szilárd y Albert Einstein escribieron al presidente estadounidense Roosevelt para avisarle. Así, Estados Unidos decidió poner en marcha un gran programa secreto, que se convertiría en el Proyecto Manhattan.

Bajo el estadio de Chicago

Para construir una bomba había que demostrar primero que una reacción en cadena se podía controlar. Fermi, trasladado a la Universidad de Chicago, dirigió un grupo que construyó una «pila atómica», es decir, un reactor, en un lugar muy extraño: una vieja pista de squash bajo las gradas del estadio de la universidad. La pila era una gran masa de bloques de grafito, una forma de carbono que frena los neutrones, con trozos de uranio dentro. Para controlarla había barras de cadmio, un metal que absorbe neutrones: al sacarlas, la reacción arrancaba; al volver a meterlas, se detenía. Fermi y sus colaboradores construyeron la pila capa a capa, durante semanas, y midieron todo con mucho cuidado.

El 2 de diciembre de 1942 el grupo se reunió en silencio para el experimento. Fermi fue sacando las barras, poco a poco, comprobando con la regla de cálculo cómo crecía el número de neutrones. A las tres y veinticinco de la tarde la reacción en cadena se mantuvo por sí sola: ¡la pila funcionaba! Fermi la dejó funcionar unos minutos (alrededor de media hora en total desde el arranque) y luego la apagó. Era la primera vez que el ser humano controlaba la energía del átomo. Para celebrarlo, los físicos bebieron vino tinto en vasos de papel, y uno de ellos telefoneó a un directivo del proyecto: «El navegante italiano ha desembarcado en el nuevo mundo». «¿Cómo son los nativos?», preguntó el otro. «Muy amistosos».

Después del experimento

El trabajo de Fermi sirvió para construir en Los Álamos, en el desierto de Nuevo México, la primera bomba atómica, probada el 16 de julio de 1945 y usada el 6 y el 9 de agosto de 1945 contra dos ciudades japonesas. Fermi, que participó en el proyecto, fue después de la guerra de los primeros en recordar los riesgos de las armas nucleares. Murió en Chicago en 1954, a los cincuenta y tres años.

Por qué ocurrió

La pila de Fermi nació del descubrimiento de la fisión y del temor de que la Alemania nazi llegara primero a la bomba. Los científicos, muchos de ellos refugiados de Europa, empujaron a los gobiernos a invertir. El Proyecto Manhattan llegó a ocupar a más de cien mil personas en todo el país.

También fue posible porque físicos como Fermi unían el trabajo teórico y el experimental: sabía hacer los cálculos con papel y lápiz y construir los aparatos con sus manos. En Chicago hacía falta justamente una persona capaz de explicárselo todo a todos, un coordinador tranquilo y preciso.

Qué cambió

El experimento de 1942 abrió la era nuclear, con efectos muy distintos. Por un lado condujo a las armas atómicas, que cambiaron la política mundial: después de Hiroshima y Nagasaki, el mundo vive con el temor de una guerra nuclear, y por eso existe un tratado internacional (1968) que intenta impedir su difusión.

Por otro lado permitió usar la energía nuclear de forma pacífica: desde los años cincuenta se construyeron centrales que producen electricidad sin emitir dióxido de carbono. Hoy cerca del diez por ciento de la electricidad mundial procede de centrales nucleares. Pero también han surgido cuestiones difíciles: la seguridad, tras accidentes como los de Chernóbil (1986) y Fukushima (2011), y los residuos radiactivos, que siguen siendo peligrosos durante miles de años. En Italia, con dos referendos, en 1987 y en 2011, los ciudadanos decidieron no usar esta energía.

Los mismos principios sirven también en medicina, en los tratamientos contra el cáncer, y en la investigación. En honor de Fermi se llama «fermio» un elemento químico, y «Fermi» un telescopio espacial para rayos gamma.

Personas y lugares clave

Personas

Enrico Fermi: Físico italiano (1901-1954): dirigió la primera pila atómica; Nobel de Física en 1938.
Laura Fermi: Esposa de Enrico (1907-1977): escritora, contó la vida de su marido y de la familia.
Leo Szilárd: Físico húngaro (1898-1964): tuvo la idea de la reacción en cadena e impulsó la carta a Roosevelt.
Edoardo Amaldi: Físico italiano (1908-1989): colaborador de Fermi, fue uno de los fundadores del CERN y del INFN.
Ettore Majorana: Físico italiano (1906-desaparecido en 1938): el más genial de los chicos de la calle Panisperna, desapareció misteriosamente.

Lugares

Calle Panisperna, Roma: Aquí trabajaba Fermi con su grupo de jóvenes físicos.
Stagg Field, Universidad de Chicago: El lugar donde el 2 de diciembre de 1942 funcionó la primera pila atómica.

Para saber

Los colegas llamaban a Fermi «el Papa», porque parecía no equivocarse nunca.
La primera pila atómica estaba hecha de bloques de grafito con trozos de uranio dentro.
El 2 de diciembre de 1942 la primera pila atómica funcionó unos minutos, alrededor de media hora en total desde el arranque.
Para celebrarlo, los físicos bebieron vino en vasos de papel.
En honor de Fermi se llama «fermio» el elemento químico número 100.