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  • Via Panisperna 89A 00184 Roma, Italia
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Museum Virtual Tour

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Welcome to the building on Via Panisperna, home now to the Historical Museum of Physics and the Enrico Fermi Study and Research Center. This building housed the historic “Higher Royal Institute of Physics” where a group of young scientists gathered around the figure of Enrico Fermi in the 1930’s, conducting the famous experiments on neutron-induced radioactivity, fundamental to the development of atomic energy.

Einstein’s theory, which completely redefines the structure of space-time and the relationship between mass and energy, has many different consequences; one of the most fascinating is the intuition that mass and energy are two aspects of the same entity and that it’s possible to convert one into the other and vice versa. Everyone knows the famous equation E=mc2, energy is equal to mass multiplied by the speed of light squared: an extraordinary concept that, it’s said, ruined Einstein’s sleep because of the possible military implications.

Max Planck theorized that energy exchange in emission phenomena and electromagnetic radiation absorption occurred separately, proportional to the oscillatory frequency of the radiation and not continuously as classical electromagnetic theory sustained. In this hypothesis, calculating the blackbody emissions spectrum, experimental results were correctly replicated, as long as a constant value of proportionality between energy and frequency in accord with the experiments was chosen.

In 1913 Neils Bohr theorized that in every atom there would exist a minimum orbit called the fundamental state, under which the electrons couldn’t descend; otherwise, given their negative charge, they’d be attracted by the positive charge of the nucleus, they would have fallen into it and all matter would explode. Electrons could, however, “jump” from one orbit to another and these jumps were accompanied by an absorption or an emission of light particles, in other words, the photons or light quanta that Einstein had theorized to explain the photoelectric effect.

Fermi moved his research in 1929 in the experimental realm towards nuclear physics. This new line of inquiry would be the theme of an international physics conference in Rome precisely at the Institute at Via Panisperna in October of 1931. In 1934 the possibility of producing artificial radioactive elements by bombarding different elements with charged particles became a reality thanks to Irene Curie and Frédéric Juliot. Fermi and his boys threw themselves into this new pursuit using some newly discovered particles—neutrons—that had the advantage of not being affected by the electrostatic repulsion of the nucleus.

I fermioni obbedisco al Principio di Esclusione: è impossibile che in un solido due atomi si trovino nello stesso stato e quindi, abbiano la stessa energia. Tutta la materia conosciuta è costituita da fermioni, responsabili della massa rilevabile in natura. Il principio di esclusione di Pauli è responsabile del fatto che la materia ordinaria è stabile e occupa volume

Fermi scrisse a Dirac per rivendicare la priorità della scoperta e Dirac inviò subito a Fermi un messaggio di scuse e da quel momento si riferì sempre alla scoperta con il nome di statistica di Fermi-Dirac, attribuendo generosamente a Fermi gran parte della paternità. Se ora chiamiamo “fermioni” le particelle che obbediscono al principio di esclusione è proprio perché Dirac riconobbe la precedenza di Fermi nella scoperta.

In December of 1933 Fermi wrote the article “A possible theory for the emission of beta rays”, published in the Italian magazine Nuovo Cimento: with the neutrino theory, Fermi built upon the idea that a neutron could transform into a proton with the subsequent creation of an electron and a neutrino. During the beta emission process a neutrino would be emitted along with an electron and the two particles would have shared the available energy. What’s more, according to the conservation of mass, the neutrino would be a very light neutral particle and because of its minimum interaction with matter would be difficult to observe.

Fermi called in Rasetti and all the young men of his group, Edoardo Amaldi, Emilio Segrè and Oscar D’Agostino, “the chemist of Via Panisperna”, to make a systematic examination of the entire periodic table to try and activate as many elements as possible. Fermi and Rasetti did the calculations and measuremnts, Segrè had the job of finding the equipment and substances to irradiate, Amaldi built the Geiger counters and d’Agostino analyzed the byproducts of the bombardment with the most advanced radiochemical techniques. In just a few months they discovered many new radioisotopes.

Fermi goes to Stockholm to receive the Nobel Prize. Sweden will be only a stop along the way towards the United States of America. In spite of their scientific successes, the survival of Fermi’s group in the cultural and political climate of fascist Italy has become ever more difficult due to the lack of adequate research opportunities and financing; the passage of the anitsemitic laws removes even the most elementary of civil rights from Italian citizens of Jewish origin. Not only is Fermi’s wife Jewish but so are some of the Boys including Bruno Pontecorvo and Emilio Segrè. So, at the station on December 6, the day of departure for Sweden, there are only Rasetti and Amaldi with his wife, Ginestra. The send-off can only mean one thing: the end of an era.

Fermi’s arrival in the United States of America coincided with news of the discovery of nuclear fission by a small group of German physicists. Fermi realized that he and the Boys of Via Panisperna had split the nucleus of uranium into two large pieces during their experiments, even though they hadn’t known it at the time. It was evident that the enormous amount of energy predicted by Einstein could be released by the process of fission of uranium. The beginning of WWII and the dangerous advance of nazi-fascism put great pressure on research into the use of nuclear energy for military purposes. The news came out of Germany that the greatest German physicist at the time was working on a nuclear fission weapon. All the physicists who had escaped to the US, Fermi included, were alarmed. Albert Einstein wrote a letter to President Roosevelt, warning him of the danger that would be created by the probable construction of a German nuclear weapon, giving Hitler the possibility of conquering the world.

Fermi was not only a great theoretical physicist but a great experimental physicist as well, a quality that is practically unique in this century and the last one. In the case of cosmic rays, Fermi didn’t conduct any experiments but gave an enormous theoretical contribution. In 1949, he wrote an article in which he proposed a theory of how these particles, which are either protons or nuclei, become accelerated to such high energies:

After the war, Fermi encouraged the building of a cyclotron capable of accelerating relatively heavy protons to reach an energy of 60 million electronvolts  sufficient to produce mesons. It would be 5 years before Fermi’s dream of a large accelerator would become reality and in 1951, most of Fermi’s experimentation would center around an “upgraded” cyclotron.

Around 1947, John von Neumann developed one of the first programmable electronic calculators which raised a lot of interest over at Los Alamos. Fermi jumped at the chance to insert his own equations into the computer and worked with Ulam and another computational physicist, John Pasta, to study the problem he had come across during his application for the Normal School in 1918. They inserted the equations of a vibrating string into the Los Alamos computer and simulated its behavior. Numerical simulations were done by Mary Tsingou. The paper they wrote was the first fundamental contribution to Chaos Theory.

I collaboratori di Fermi comprendono un a lista lunghissima dei più grandi fisici statunitensi e europei della prima metà del XX secolo, molti insigniti del premio Nobel. A cinque degli studenti diretti di Fermi è stato conferito il premio Nobel: Chamberlain, Friedman, Lee, Segrè e Steinberger. Anche altri due, Cronin e Yang, hanno vinto il premio Nobel e, sebbene non fossero ufficialmente studenti di Fermi, entrambi gli attribuiscono il merito di averli ispirati e guidati. Molti altri studenti e collaboratori hanno intrapreso carriere importanti e influenti nello stesso campo.

Come Fermi capì fin da giovane, uno dei portati delle rivoluzioni della fisica del Novecento fu l’enorme energia racchiusa nella materia, energia che avrebbe potuto far
esplodere in mille pezzi il primo fisico che l’avesse scatenata. Non avrebbe mai immaginato che il destino riservasse a lui il ruolo di essere quel primo fisico. Se ogni
grande dono ha un prezzo da pagare, questo è stato certamente uno dei maggiori: il campo che amava e che perseguì con tanta passione per tutta la vita ha svelato un
segreto della natura che ha fornito all’uomo la capacità di distruggere il mondo.

il nome di Fermi divenne famoso in campo nucleare quando divenne il segretario generale del primo Congresso Internazionale di Fisica Nucleare tenutosi dall’11 al 18 ottobre del 1931 all’Istituto di Fisica della Regia Università di Roma. Vennero invitati i più influenti fisici dell’epoca come Niels Bohr, Marie Curie e Warner Heisenberg. Su una cinquantina di partecipanti erano presenti sette Premi Nobel più molti futuri vincitori.

La sala di realtà virtuale in fase di realizzazione rappresenta il core di una nuova maniera di divulgare la scienza, utilizzando l’aspetto emozionale e di intrattenimento, che solo una tecnologia moderna molto sofisticata può fornire proiettando lo spettatore all’interno di un mondo totalmente virtuale, e coniugandolo all’opportunità di illustrare in termini semplici ed accattivante i concetti scientifici alla base degli esperimenti realizzati in questa palazzina da Fermi e il suo gruppo.

Emilio Segrè detto basilisco 1932 fu nominato assistente di Fermi a Roma e nel 1935 vinse il concorso a cattedre all’Università di Palermo. Nel 1943 venne chiamato a Los Alamos per lavorare al Progetto Manhattan. Oscar D’Agostino, il chimico, fu chiamato a collaborare a Via Panisperna nel 1933 per caratterizzare i radioisotopi artificiali. Bruno Pontecorvo, il cucciolo, insieme ad Amaldi, si renderà partecipe della scoperta della radioattività indotta dai neutroni. Nell’estate del ‘50, dopo un breve soggiorno in Italia, si persero le tracce dell’intera famiglia di Bruno Pontecorvo. Tramite un tortuoso viaggio infatti raggiunsero l’Unione Sovietica.

Disse Enrico Fermi “al mondo ci sono varie categorie di scienziati; gente di secondo e terzo rango che fanno del loro meglio e non vanno molto lontano. C’è anche gente di primo rango che arriva a scoperte di grande importanza, fondamentali per lo sviluppo della scienza. Ma poi ci sono i geni come Galileo e Newton. Ebbene Ettore Majorana era uno di quelli. Majorana aveva quello che nessun altro al mondo ha; sfortunatamente gli mancava quel che invece è comune trovare negli altri uomini, il semplice buon senso.”

Quando interagiscono tra elementi semplici formano strutture complesse e sviluppano moti collettivi che hanno poco a che fare con le proprietà dei singoli elementi isolati le cui interazioni portano a nuovi fenomeni emergenti. Per questo motivo il comportamento dell’insieme è fondamentalmente diverso da qualsiasi sua sotto-parte elementare. Possiamo rappresentare questa situazione come lo studio della «architettura» della materia e della natura, che dipende in qualche modo dalle proprietà dei «mattoni», ma che mostra poi caratteristiche e leggi fondamentali non ricollegabili a quelle dei singoli elementi.

“Il progresso scientifico è una chiave essenziale per la nostra sicurezza come nazione, per la nostra salute migliore, per più posti di lavoro, per un livello di vita più elevato, e per il nostro progresso culturale…. La scienza può essere utile al benessere della nazione solo come membro di una squadra, sia se le condizioni siano di pace sia di guerra. Ma senza il progresso scientifico nessun progresso in altre direzioni può assicurare la nostra salute, prosperità e sicurezza come nazione nel mondo moderno…”