Enrico Fermi e l'alba dell'elettronica moderna

Lo scorso 22 marzo, nel Salone dei 500 in Palazzo Vecchio a Firenze, si è svolto un evento pubblico dal titolo "Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico" per ricordare il fondamentale lavoro di Enrico Fermi. Questo lavoro fu comunicato il 7 febbraio 1926 all'Accademia dei Lincei da Antonio Garbasso, Direttore dell'Istituto di Fisica dell'Università di Firenze. Una versione più ampia di questo primo lavoro, pubblicato sugli Atti della Reale Accademia Nazionale dei Lincei 145 (1926), fu inviata il 24 marzo dello stesso anno a Zeitschrift für Physik e pubblicata nel numero 36, 902 (1926).

Dopo aver conseguito la Laurea nel 1922, Fermi aveva trascorso un periodo all'estero, a Gottinga e Leida. In attesa che l'Università di Roma bandisse una cattedra di Fisica Teorica, aveva ottenuto un incarico a Firenze, che tenne per i due anni accademici 1924/25 e 1925/26 insegnando Meccanica Razionale e Fisica Matematica.

Nel 1924 Fermi aveva pubblicato "Considerazioni sulla quantizzazione di sistemi che contengono degli elementi identici" su Il Nuovo Cimento 1, 145 (1924), lavoro che riprese alla fine del 1925, a seguito della formulazione di Pauli del Principio di Esclusione per gli elettroni atomici. Fermi realizzò che questo Principio poteva essere utilizzato per descrivere un gas di particelle libere (atomi monoatomici) e pubblicò il lavoro che è stato al centro del convegno qui presentato. Ovviamente non c'era riferimento allo spin, ma il contributo concettuale fu enorme. Infatti, non era evidente se il Principio di Esclusione dipendesse dalle forze atomiche o dalle proprietà intrinseche degli elettroni. Dato che Fermi applicava il Principio a particelle libere, questo non poteva dipendere che dalle proprietà intrinseche delle particelle stesse. La situazione fu chiarita nell’agosto del 1926 da Dirac, che, usando la formulazione di Schrödinger della Meccanica Quantistica (dell’inizio dello stesso anno), mostrò che le particelle si dividono nelle due categorie che oggi chiamiamo fermioni e bosoni. Dirac non citava il lavoro di Fermi ma, a seguito di una lettera di quest’ultimo, ne riconobbe la priorità e la relativa statistica fu chiamata di Fermi-Dirac, mentre le particelle che soddisfano il Principio di Esclusione sono dette fermioni.

Le ricadute del lavoro di Fermi sono state molteplici. Abbiamo già detto della sua rilevanza concettuale. Ha poi applicazioni in astrofisica, per spiegare le nane bianche e le stelle a neutroni. Spiega la teoria della conduzione elettrica nei metalli e la superconduttività, per non parlare delle applicazioni in fisica nucleare e delle particelle elementari. Infine, spiega il comportamento dei semiconduttori, tanto che di questa applicazione si può dire che segni "l'alba dell'elettronica moderna".

Tutto questo è stato ricordato nel Convegno del 22 marzo, organizzato dall’Università di Firenze e dall’Istituto Nazionale di Ottica (INO-CNR), con la collaborazione del Comune di Firenze, dell'Ufficio Scolastico Regionale e di Pianeta Galileo. All'incontro erano presenti circa 400 persone, di cui 300 studenti di varie scuole della Regione Toscana.

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