Ферми. Ядерная энергия

Ученый не стал ждать рассекречивания документов и в 1947 году опубликовал в журнале Science статью Elementary Theory of the Chain-reacting Pile («Элементарная теория котлов с цепными ядерными реакциями»). Это помогло ему подтвердить свой авторитет в области гражданских научных исследований. В то время Ферми входил в состав научного комитета, возглавляемого Оппенгеймером, который консультировал Комиссию по атомной энергии США (Atomic Energy Commission, АЕС). Это положение позволяло ученому свободно публиковать научные работы с одним условием: они не должны содержать подробностей, которые скрывались от коммунистов. Вместе с Леоной Маршалл Ферми начал эксперименты с «Чикагской поленницей — 3» и приступил к изучению интерференции нейтронов и электронов и распределения кварков. В 1940-е годы науку занимали вопросы: существует ли электрическое взаимодействие электрона с нейтроном? появятся ли при столкновении электронов и нейтронов новые частицы?

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ НЕЙТРОНАМИ И ЭЛЕКТРОНАМИ

Хотя, как мы знаем на данный момент, нейтроны являются нейтральными частицами, они состоят из d-кварка и и-кварка и, следовательно, имеют локальный заряд.

Известно, что в центре нейтрона на участке длиной примерно 0,3 фемтометра (1 фемтометр (фм) = 10¹⁵ м) имеется положительный заряд, который компенсируется отрицательным зарядом оболочки, расположенной примерно между 0,3 и 2 фм.

Такую единицу измерения, как фемтометр, или ферми, часто используют в изучении атомной вселенной. Таким образом, между электронами и нейтронами может возникать электрическое взаимодействие: электроны с определенной долей вероятности могут приближаться к нейтронам, но это не дестабилизирует ядра атомов, так как протоны и нейтроны ядра удерживаются вместе сильным взаимодействием.

Разумеется, Ферми и Маршалл не знали о существовании кварков, но догадывались, что нейтрон имеет свою структуру и заряд, благодаря которому взаимодействует с такими заряженными частицами, как электрон. С другой стороны, могло ли взаимодействие Ферми, которое хорошо объясняло бета-распад, объяснить и предполагаемое взаимодействие электронов и нейтронов? К сожалению, Ферми и Маршалл не добились удовлетворительных результатов: они получили только слегка превышающую ноль долю заряда в центре нейтрона. Тем не менее Ферми благодаря прекрасной интуиции предвосхитил результаты экспериментов, которые были проведены позже и в ходе которых были открыты кварки. Ученый продолжал получать награды за свою работу от правительства США: в 1947 году ему вручили медаль Франклина за вклад в науку.

МЕТОД МОНТЕ-КАРЛО И FERMIAC

В феврале 1946 года широкой публике была представлена электронная вычислительная машина общего пользования ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданная Джоном Мокли и Преспером Экертом из университета Пенсильвании. Компьютер обладал внушительными размерами: его площадь была равна 167 м², а вес — более 27 тонн. ENIAC мог производить примерно 5000 операций сложения и 300 операций умножения за секунду. Первые шаги к созданию этой машины были сделаны в 1943 году в рамках РХ — одного из военных проектов Второй мировой, изначально направленного на совершенствование баллистических вычислений. Благодаря работе фон Неймана первым тестом ENIAC стали расчеты для взрыва атомной бомбы в Лос-Аламосе. Именно тогда Ферми написал большую часть алгоритмов для этого необычного устройства. Он понимал, что в будущем физикам придется поручить трудоемкое вычисление машинам. Сам ученый обычно работал с калькулятором фирмы Marchant, который больше был похож на кассовый аппарат, чем на компьютер.