Fermi se graduó de la preparatoria en julio de 1918 y, a instancias de Amidei, aplicado a la Scuola Normale Superiore de Pisa . Después de haber perdido un hijo, sus padres eran reacios a dejar que se mueva fuera de casa durante cuatro años mientras asistía a la Universidad Sapienza de Roma , pero al final lo aceptaron. La escuela proporcionó alojamiento gratuito para los estudiantes, pero los candidatos tuvo que tomar un examen de acceso difícil, que incluyó un ensayo. El tema que se dio fue "Características específicas de los sonidos". El 17-años de edad, Fermi decidió derivar y resolver laecuación diferencial parcial para una varilla vibratoria, aplicando el análisis de Fourier en la solución. El examinador, el profesor Giuseppe Pittarelli de la Universidad Sapienza de Roma, entrevistada Fermi y concluyó que su entrada hubiera sido digno de elogio, incluso para un doctorado. Fermi logró el primer lugar en la clasificación de la prueba de acceso.

Durante sus años en la Scuola Normale Superiore, Fermi se asoció con un compañero de estudios llamado Franco Rasetti con quien disfrutar de las travesuras alegres y que más tarde se convertiría íntimo amigo y colaborador de Fermi. En Pisa, Fermi fue asesorado por el director del laboratorio de física, Luigi Puccianti , quien reconoció que era poco lo que podía enseñar Fermi, y con frecuencia le preguntó Fermi para enseñarle algo en su lugar. Conocimiento de Fermi de la física cuántica llegó a un nivel tan alto que Puccianti le pidió que organizara seminarios sobre el tema. Durante este tiempo Fermi aprendió cálculo del tensor , una técnica matemática inventada por Gregorio Ricci y Tullio Levi-Civita lo que se necesitaba para demostrar la principios de la relatividad general . Fermi inicialmente escogieron las matemáticas como su principal, pero pronto cambió a la física. Él permaneció en gran parte autodidacta, estudiando la relatividad general, la mecánica cuántica y la física atómica .

En septiembre de 1920, Fermi fue ingresado en el departamento de Física. Dado que sólo había tres estudiantes en el departamento-Fermi, Rasetti y Nello Carrara -Puccianti dejarles usar libremente el laboratorio con qué propósitos que eligieron. Fermi decidió que debían investigar la cristalografía de rayos X , y los tres trabajaron para producir una fotografía-una fotografía de rayos X Laue de un cristal. Durante 1921, su tercer año en la universidad, Fermi publicó sus primeros trabajos científicos en la revista italiana Nuovo Cimento . El primero se tituló "Sobre la dinámica de un sistema rígido de cargas eléctricas en movimiento traslacional" ( italiano : Sila dinamica di un Sistema rigido di Cariche elettriche en moto traslatorio). Una señal de lo que vendrá es que la masa se ​​expresa como un tensor -una construcción matemática comúnmente utilizado para describir algo que se mueve y el cambio en el espacio tridimensional. En la mecánica clásica, la masa es un escalar la cantidad, sino en la relatividad que cambia con la velocidad. El segundo documento era "En el sistema electrostático de un campo gravitatorio uniforme de cargas electromagnéticas y en el peso de cargas electromagnéticas" ( italiano : Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masa elettromagnetiche). El uso de la relatividad general, Fermi demostró que una carga tiene un peso igual a U / c ^2, donde U fue la energía electrostática del sistema, yc es la velocidad de la luz .

El primer papel parecía señalar una contradicción entre la teoría electrodinámica y la relativista sobre el cálculo de las masas electromagnéticas, ya que el primero predice un valor de 4/3 U / c ^2. Fermi abordó este el próximo año en un artículo "Sobre la contradicción entre electrodinámica y la teoría relativista de la masa electromagnética "en el que mostró que la aparente contradicción fue una consecuencia de la relatividad. Este documento ha sido suficientemente bien considerado que fue traducido al alemán y publicado en la revista científica alemana Physikalische Zeitschrift en 1922. Ese año, Fermi presentó su artículo "Sobre los fenómenos que ocurren cerca de una línea de universo "( italiano : Sopra i fenomeni che avvengono en vicinanza di una linea oraria) a la revista italiana I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei . En este artículo se examina el principio de equivalencia , y presentó a los llamados " coordenadas de Fermi ".Demostró que en una línea de mundo al borde de la línea de tiempo, el espacio se comporta como si se tratara de un espacio euclidiano .

Fermi presentó su tesis "Un teorema sobre la probabilidad y algunas de sus aplicaciones" ( italiano : Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni), a la Escuela Normal Superior, en julio de 1922, y recibió su laurea en la inusualmente temprana edad de 21. La tesis fue sobre la difracción de rayos X imágenes. física teórica aún no era considerado una disciplina en Italia, y la única tesis que habría sido aceptada era una en la física experimental . Por esta razón, los físicos italianos eran lentos en abrazar las nuevas ideas como la relatividad procedentes de Alemania. Dado que Fermi estaba muy a gusto en el laboratorio haciendo el trabajo experimental, esto no plantea problemas insuperables para él.

Mientras escribía el apéndice para la edición italiana del libro La Teoría Matemática de la Relatividad de agosto Kopff en 1923, Fermi fue el primero en señalar que oculta dentro de la famosa ecuación de Einstein (E = mc ²⁾ fue una enorme cantidad de energía potencial nuclear para ser explotados. "No parece posible, al menos en un futuro próximo", escribió, "para encontrar una manera de liberar estas cantidades terribles de-que la energía tiene que ver con el bien, porque el primer efecto de una explosión de una cantidad tan terrible energía sería para romper en pedazos el físico que tuvo la mala suerte de encontrar una manera de hacerlo ".

Fermi decidió viajar al extranjero, y pasó un semestre estudiando con Max Born en la Universidad de Göttingen , donde conoció a Werner Heisenberg y Pascual Jordan . Fermi estudió luego en Leiden con Paul Ehrenfest de septiembre a diciembre 1924 de una beca de la Fundación Rockefeller obtenido por intercesión del matemático Vito Volterra . Aquí Fermi encontró Hendrik Lorentz y Albert Einstein , y se convirtió en un buen amigo de Samuel Goudsmit y Jan Tinbergen . A partir de enero de 1925 hasta finales de 1926, Fermi enseñó la física matemática y la mecánica teórica en la Universidad de Florencia , donde se asoció con Rasetti para llevar a cabo una serie de experimentos sobre los efectos de los campos magnéticos sobre el vapor de mercurio. También participó en seminarios en la Universidad Sapienza de Roma, dando conferencias sobre la mecánica cuántica y la física del estado sólido .

Después de Wolfgang Pauli , anunció su principio de exclusión en 1925, Fermi respondió con un documento "Sobre la cuantificación del gas monoatómico ideal" ( italiano : Sila quantizzazione del gas perfetto monoatomico), en la que se aplica el principio de exclusión de un gas ideal. El papel fue especialmente notable para la formulación estadística de Fermi, que describe la distribución de partículas en sistemas de muchas partículas idénticas que obedecen el principio de exclusión. Este fue desarrollado independientemente poco después por el físico británico Paul Dirac , quien también mostró cómo se relaciona con las estadísticas de Bose-Einstein . En consecuencia, ahora se conoce como la estadística de Fermi-Dirac . A raíz de Dirac, las partículas que obedecen el principio de exclusión son hoy llamado " fermiones ", mientras que los que no lo hacen son llamados" bosones ".

Firma

Cátedras en Italia fueron otorgadas por la competencia ( italiano : concorso) para una silla vacante, los solicitantes están calificados en sus publicaciones por un comité de profesores. Fermi solicitó una cátedra de física matemática en la Universidad de Cagliari en Cerdeña , pero fue por poco pasó por alto en favor deGiovanni Giorgi . En 1926, a la edad de 24 años, presentó su candidatura para un puesto de profesor en la Universidad Sapienza de Roma . Este fue un nuevo presidente, uno de los tres primeros en la física teórica en Italia, que había sido creado por el Ministerio de Educación, a instancias del profesor Orso Mario Corbino , que era profesor de la Universidad de la física experimental, el Director del Instituto de Física y miembro de Benito Mussolini gabinete 's. Corbino, quien también presidió la comisión de selección, espera que el nuevo presidente sería elevar el nivel y la reputación de la física en Italia. El Comité eligió por delante de Enrico Fermi Persico y Aldo Pontremoli , y Corbino ayudó Fermi reclutar su equipo , que fue pronto se unieron los estudiantes notables como Edoardo Amaldi , Bruno Pontecorvo , Ettore Majorana y Emilio Segrè , y por Franco Rasetti, quien Fermi había designado como su ayudante. Ellos pronto fueron apodados los " chicos Vía Panisperna "después de la calle donde se encuentra el Instituto de Física.

Fermi casado Laura Capon , un estudiante de ciencias de la Universidad, el 19 de julio de 1928. Tuvieron dos hijos:. Nella, nacido en enero de 1931, y Giulio, nacidos en febrero de 1936 El 18 de marzo de 1929, Fermi fue nombrado miembro de la Real Academia de Italia por Mussolini, y el 27 de abril ingresó en elPartido Fascista . Más tarde se opuso al fascismo cuando las 1.938 leyes raciales fueron promulgadas por Mussolini con el fin de traer el fascismo italiano ideológicamente más cerca de Alemania el nacionalsocialismo . Estas leyes amenazados Laura, que era judío, y pusieron muchos de los asistentes de investigación de Fermi sin trabajo.

Durante su estancia en Roma, Fermi y su grupo hicieron contribuciones importantes a muchos de los aspectos prácticos y teóricos de la física. En 1928, publicó su Introducción a la Física Atómica ( italiano : Introduzione alla fisica atomica), que proporciona a los estudiantes universitarios italianos con un texto actualizado y accesible. Fermi también llevó a cabo conferencias públicas y escribió artículos de divulgación para científicos y profesores con el fin de difundir el conocimiento de la nueva física lo más ampliamente posible. Parte de su método de enseñanza fue reunir a sus colegas y estudiantes de postgrado juntos al final del día y repasar un problema, a menudo de su propia investigación. Una muestra del éxito fue que los estudiantes extranjeros ya comenzaron a llegar a Italia. El más notable de ellos fue el físico alemán Hans Bethe , que vino a Roma con una beca de la Fundación Rockefeller, y colaboró ​​con Fermi en un papel 1932 "en la interacción entre dos electrones" ( alemán : Über die Wechselwirkung von Zwei Elektronen ).

En este momento, los físicos se sorprendieron por la desintegración beta , en el que un electrón se emite desde el núcleo atómico . Para satisfacer la ley deconservación de la energía , Pauli postuló la existencia de una partícula invisible, sin cargo, y poco o nada de la masa, que también se emitió al mismo tiempo.Fermi tomó esta idea, que desarrolló en un documento provisional en 1933, y luego un papel más largo del próximo año, que incorpora la partícula postulado, que Fermi llamó un " neutrino ". Su teoría, más tarde conocida como la interacción de Fermi , y más tarde como la teoría de la interacción débil , describe una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza . El neutrino se detectó después de su muerte, y su teoría de la interacción demostró por qué era tan difícil de detectar. Cuando presentó su documento a la revista británica Naturaleza , editor de esa revista lo rechazó porque contenía especulaciones que eran "demasiado distantes de la realidad física para ser de interés para los lectores". Por lo tanto Fermi vio la teoría publicada en italiano y alemán antes de que fuera publicado en Inglés.

En la introducción a la traducción Inglés 1968, el físico Fred L. Wilson señaló que:

La teoría de Fermi, además de reforzar la propuesta de Pauli del neutrino, tiene un significado especial en la historia de la física moderna. Hay que recordar que sólo los emisores β de origen natural se conocían en el momento en que se propuso la teoría. Más tarde, cuando se descubrió la descomposición de positrones, el proceso fue incorporado fácilmente en marco original de Fermi. Sobre la base de su teoría, la captura de un electrón orbital por un núcleo se predijo y eventualmente observó. Con el tiempo la cantidad de datos experimentales se ha acumulado. Aunque peculiaridades se han observado muchas veces en desintegración β, la teoría de Fermi siempre ha estado a la altura del desafío.

Las consecuencias de la teoría de Fermi son enormes. Por ejemplo, la espectroscopia β se estableció como una poderosa herramienta para el estudio de la estructura nuclear. Pero quizás el aspecto más influyente de este trabajo de Fermi es que su forma particular de la interacción β estableció un patrón que ha sido apropiado para el estudio de otros tipos de interacciones. Fue la primera teoría satisfactoria de la creación y aniquilación de partículas materiales. Anteriormente, sólo los fotones habían sido conocidos por ser creados y destruidos.

En enero de 1934, Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot anunciaron que habían bombardeado elementos con partículas alfa e inducido radiactividad en ellos. En marzo, el ayudante de Fermi Gian-Carlo Wick había proporcionado una explicación teórica utilizando la teoría de Fermi desintegración beta. Fermi decidió cambiar a la física experimental, utilizando el neutrón , que James Chadwick . había descubierto en 1932 En marzo de 1934, Fermi quería ver si podía inducir radiactividad de Rasetti polonio - berilio fuente de neutrones . Los neutrones, que no tenían carga eléctrica, por lo que no serían desviados por el núcleo de carga positiva. Esto significaba que necesitaban mucha menos energía para penetrar en el núcleo de partículas cargadas, por lo que no sería necesario un acelerador de partículas, que los chicos Vía Panisperna no tenían.

Fermi tuvo la idea de recurrir a la sustitución de Rasetti polonio - berilio fuente de neutrones con una radón - berilio fuente de neutrones , que se crea llenando una ampolla de vidrio con polvo de berilio, evacuando el aire, y luego la adición de 50 m Ci de gas radón, suministrado por Giulio Cesare Trabacchi . Esto creó una fuente de neutrones mucho más fuerte, cuya eficacia disminuye con el 3,8-días de vida media del radón. Sabía que esta fuente también emitiría rayos gamma , pero, sobre la base de su teoría, él creía que esto no afectaría a los resultados del experimento. Comenzó bombardeandoplatino , un elemento con un alto número atómico que está fácilmente disponible, sin éxito. Se volvió hacia el aluminio , el cual emite una partícula alfa y producido de sodio , que luego decayó en magnesiopor la emisión de partículas beta. Se trató de plomo , sin éxito, y luego de flúor en forma de fluoruro de calcio , que emite una partícula alfa y producido de nitrógeno , en descomposición en oxígeno por la emisión de partículas beta. En total, se induce radiactividad en 22 elementos diferentes. Fermi informó rápidamente el descubrimiento de la radiactividad inducida por neutrones en el diario italiano La Ricerca Scientifica el 25 de marzo de 1934.

La radiactividad natural de torio y uranio hacía difícil determinar lo que estaba sucediendo cuando estos elementos fueron bombardeados con neutrones, pero, después de eliminar correctamente la presencia de elementos más ligeros que el uranio, pero más pesados ​​que el plomo, Fermi concluyó que se habían creado nuevos elementos, que se llamado hesperium y ausonium . El químico Ida Noddack criticó esta obra, lo que sugiere que algunos de los experimentos podrían haber producido los elementos más ligeros que el plomo en lugar de nuevos elementos, más pesados. Su sugerencia no fue tomada en serio en el momento debido a que su equipo no había realizado ningún experimento con uranio, y su pretensión de haber descubierto masurio ( tecnecio ) fue disputada. En ese momento, se pensaba que la fisión ser improbable, si no imposible por razones teóricas. Mientras que los físicos esperan elementos con números atómicos mayores que se forman a partir bombardeo de neutrones de elementos más ligeros, nadie esperaba neutrones para tener suficiente energía para dividir un átomo pesado en dos fragmentos de elementos de la luz de la manera que Noddack sugirió.

Los chicos Vía Panisperna también notaron algunos efectos inexplicables. El experimento parecía funcionar mejor en una mesa de madera de una mesa de mármol. Fermi recordar que Joliot-Curie y Chadwick habían señalado que la cera de parafina fue eficaz para los neutrones desaceleración, por lo que decidió intentar eso. Cuando se aprobaron los neutrones a través de la cera de parafina, indujeron un centenar de veces más radiactividad en plata en comparación con cuando fue bombardeado sin la parafina. Fermi supuso que esto era debido a los átomos de hidrógeno en la parafina. Los que están en la madera de manera similar explica la diferencia entre la madera y los tableros de mesa de mármol. Esto fue confirmado mediante la repetición del efecto con agua. Llegó a la conclusión de que las colisiones con los átomos de hidrógeno se desaceleraron los neutrones. El más bajo es el número atómico del núcleo choca con, más energía de un neutrón pierde por colisión, y por tanto las menos colisiones que se requieren para frenar un neutrón por una cantidad dada. de Fermi se dio cuenta de que esta indujo más radiactividad debido a neutrones lentos eran más fácilmente capturado que los rápidos. Él desarrolló una ecuación de difusión para describir esto, lo que se conoció como la ecuación de la edad Fermi .

En 1938 Fermi recibió el Premio Nobel de Física a la edad de 37 para sus "demostraciones de la existencia de nuevos elementos radiactivos producidos por la irradiación de neutrones, y por su descubrimiento relacionado de reacciones nucleares provocada por neutrones lentos ". Después de Fermi recibió el premio en Estocolmo , no regresó a Italia, sino que continuó en la ciudad de Nueva York junto con su familia, donde solicitaron la residencia permanente. La decisión de mudarse a Estados Unidos y convertirse en ciudadanos estadounidenses fue principalmente el resultado de las leyes raciales en Italia.

Proyecto Manhattan

Poco después de la llegada de Fermi en la ciudad de Nueva York el 2 de enero de 1939, que se le ofreció cinco sillas diferentes, y optó por trabajar en la Universidad de Columbia , en la que ya había dado conferencias de verano en 1936. Recibió el noticia de que en diciembre de 1938, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann habían detectado el elemento bario después de bombardear uranio con neutrones, que Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch interpretaron correctamente como el resultado de la fisión nuclear . Frisch confirmó experimentalmente el 13 de enero de 1939. La noticia de Meitner y la interpretación de Frisch de Hahn y el descubrimiento de Strassmann cruzó el Atlántico con Niels Bohr , que iba a dar una conferencia en la Universidad de Princeton . Isidor Isaac Rabiy Willis Lamb , dos Físicos de la Universidad de Columbia que trabajan en Princeton, se enteraron y lo llevaron de vuelta a Colombia. Rabi dijo que le dijo Enrico Fermi, pero Fermi más tarde dio el crédito a Cordero:

Recuerdo muy vívidamente el primer mes, enero de 1939, cuando empecé a trabajar en el Laboratorios Pupin porque las cosas empezaron a suceder muy rápido. En ese período, Niels Bohr fue un compromiso conferencia en la Universidad de Princeton y recuerdo una tarde Willis Lamb volvió muy emocionado y dijo que Bohr había filtrado una gran noticia. La gran noticia de que se había filtrado a cabo fue el descubrimiento de la fisión y por lo menos el contorno de su interpretación. Luego, algo más tarde ese mismo mes, se realizó una reunión en Washington, donde la posible importancia del fenómeno recién descubierto de la fisión se discutió por primera vez en semi-jocoso serio como una posible fuente de energía nuclear .

Noddack fue dado la razón después de todo. Fermi había descartado la posibilidad de fisión sobre la base de sus cálculos, pero no se había tenido en cuenta la energía de enlace que aparecería cuando unnucleido con un número impar de neutrones absorbe un neutrón extra. Para Fermi, llegó la noticia como una profunda vergüenza, ya que los elementos transuránicos que en parte había sido galardonado con el Premio Nobel por el descubrimiento no había sido elementos transuránicos en absoluto, pero los productos de fisión . Añadió una nota al pie de este efecto para su discurso de aceptación del Premio Nobel.

Los científicos de la Columbia decidió que debían tratar de detectar la energía liberada en la fisión nuclear del uranio al ser bombardeado por neutrones. El 25 de enero de 1939, Fermi fue un miembro del equipo experimental en la Universidad de Columbia, que llevó a cabo el primer experimento de fisión nuclear en los Estados Unidos, en el sótano de Pupin Sala , y los otros miembros del equipo fueron Herbert L. Anderson , Eugene T. Stand , John R. Dunning , G. Norris Glasoey Francis G. Slack . Al día siguiente, la Quinta Conferencia de Washington sobre física teórica comenzó en Washington, DC, bajo los auspicios conjuntos de la Universidad George Washington y el Instituto Carnegie de Washington . Allí, las noticias sobre la fisión nuclear se extendió aún más, lo que fomentó muchas manifestaciones experiencias más avanzadas.

Pocas semanas después de que científicos franceses Hans von Halban , Lew Kowarski y Frédéric Joliot-Curie , Fermi y Anderson demostraron que el uranio bombardeado por neutrones emite más neutrones que lo absorbe. Leó Szilárd obtuvo 200 kilogramos (440 libras ) de óxido de uranio de Canadá radio productor Eldorado Gold Mines Limited , permitiendo Fermi y Herbert L. Anderson para llevar a cabo experimentos con la fisión en una escala mucho más grande. Fermi y Szilard colaboraron en un diseño de un dispositivo para lograr una auto-sostenible reacción de una nuclear reactor nuclear . Debido a la tasa de absorción de neutrones por el hidrógeno en agua, era poco probable que una reacción auto-sostenible podría lograrse con uranio natural y agua como moderador de neutrones . Fermi sugirió, sobre la base de su trabajo con neutrones, que el óxido de uranio se podría utilizar en forma de bloques, con grafito como moderador en lugar de agua. Esto reduciría el porcentaje de captura de los neutrones, y que sea teóricamente posible lograr una reacción en cadena autosostenida. Szilárd entonces se le ocurrió lo que resultó ser un diseño funcional, una pila de bloques de óxido de uranio rodeado de ladrillos de grafito. Szilárd, Anderson y Fermi publicaron conjuntamente un documento sobre "Producción de Neutrones en Uranium" , pero sus hábitos de trabajo y personalidades eran diferentes, y Fermi tuvo problemas para trabajar con Szilárd.

Fermi fue el primero en advertir a los líderes militares sobre el impacto potencial de la energía nuclear, dando una conferencia sobre el tema en el Departamento de la Marina el 18 de marzo de 1939. La respuesta cayó por debajo de lo que había esperado, aunque la Marina accedió a proporcionar $ 1500 hacia una mayor investigación en Colombia. En agosto de 1939, tres físicos-Szilard, húngaroEugene Wigner y Teller Edward preparada la carta de Einstein-Szilárd , que persuadieron a Einstein a firmar, advirtiendo el presidente Franklin D. Roosevelt de la probabilidad de que Alemania tenía la intención de construir una bomba atómica . Debido a la alemana invasión de Polonia el 1 de septiembre, era octubre antes de que pudieran organizar la carta para ser entregados personalmente. Roosevelt estaba suficientemente preocupado de que él reunió el Comité de uranio S-1 para investigar el asunto.

El Comité de uranio S-1 proporciona dinero para Fermi para comprar grafito, y él construyó una pila de ladrillos de grafito en el séptimo piso del laboratorio Pupin. En agosto de 1941, él tenía seis toneladas de óxido de uranio y treinta toneladas de grafito, que usó para construir una pila más grande aún en el Salón Schermerhorn en Columbia. Cuando el Comité de uranio S-1 siguiente se reunió el 18 de diciembre de 1941, había un sentido de urgencia a raíz del ataque a Pearl Harbor y la entrada posterior a Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial . Si bien la mayor parte del esfuerzo hasta el momento había sido dirigida a tres procesos diferentes para producir uranio enriquecido , S-1, miembro del Comité de uranio Arthur Compton determinó que el plutonio era una alternativa viable que puede ser producido en masa en reactores nucleares a finales de 1944. Para lograr esto, se decidió concentrar el trabajo de plutonio en la Universidad de Chicago . Fermi regañadientes se movió, y su equipo se convirtió en parte del nuevo Laboratorio Metalúrgico allí.

Dado el número de factores desconocidos que participan en la creación de una reacción nuclear autosostenida, parecía aconsejable hacerlo en una zona densamente poblada. Compton arreglar con el coronel Kenneth Nichols , jefe del Ejército del Distrito de Manhattan , por la tierra que se adquirirá en el bosque de Argonne cerca de 20 millas (32 kilómetros) de Chicago, y Stone & Webster fue contratada para desarrollar el sitio. Este trabajo fue interrumpido por un conflicto laboral. Fermi entonces persuadió Compton que podía construir un reactor en la calabaza tribunal bajo Stagg Field de la Universidad de Chicago. La construcción de la pila se inició el 6 de noviembre de 1942, y Chicago Pile-1 fue crítico el 2 de diciembre. La forma de la pila estaba destinado a ser más o menos esférica, pero como el trabajo procedió Fermi calculó que la criticidad podría lograrse sin terminar la toda la pila como estaba previsto.

Este experimento fue un hito en la búsqueda de la energía, y que era típico del enfoque de Fermi. Cada paso fue cuidadosamente planeado, cada cálculo meticuloso hecho. Cuando se logró la primera reacción nuclear en cadena autosostenida, Compton hizo una llamada de teléfono con código de James B. Conant , presidente del Comité de Investigación de la Defensa Nacional .

Cogí el teléfono y llamé a Conant. Él se llegó a la oficina del presidente en la Universidad de Harvard . "Jim", le dije, "te interesará saber que el navegante italiano acaba de aterrizar en el nuevo mundo." Entonces, medio en tono de disculpa, porque me había llevado al Comité Sl creer que sería una semana o más antes de que se pudo completar la pila, que añadió: "la tierra no era tan grande como se había estimado, y llegó a la nueva mundo más pronto de lo que esperaba. "

"¿Eso es así", fue la respuesta emocionada de Conant. "¿Fueron los indígenas de usar?" "Todo el mundo aterrizó a salvo y feliz".

Para continuar la investigación en la que no plantearía un peligro para la salud pública, el reactor fue desmontado y se trasladó al sitio de Argonne, donde Fermi dirigió la investigación sobre los reactores y otras ciencias fundamentales, disfrutando de la gran variedad de oportunidades de investigación que el reactor proporciona una abundancia de neutrones. El laboratorio pronto ramificó hacia fuera de la física y la ingeniería en el uso del reactor para la investigación biológica y médica. Inicialmente, Argonne fue dirigido por Fermi, como parte de la Universidad de Chicago, pero se convirtió en una entidad separada con Fermi como su director a mayo de 1944.

Sólo en caso de que algo iba mal, Fermi fue a la mano en Oak Ridge para presenciar el aire refrigerado por X-10 Grafito Reactor ir crítico el 4 de noviembre de 1943.Los técnicos le despertaron temprano para que pudiera verlo. Conseguir X-10 en funcionamiento fue otro hito en el proyecto de plutonio. Se proporcionaron datos sobre el diseño del reactor, se entrena para DuPont personal en el funcionamiento del reactor, y produjo las primeras pequeñas cantidades de plutonio del reactor de raza. Fermi se convirtió en ciudadano estadounidense en julio de 1944, la fecha más temprana de la ley permite.

En septiembre de 1944, de Fermi inserta la primera Slug combustible de uranio en el reactor B en el sitio de Hanford , el reactor de producción de plutonio diseñado para criar en grandes cantidades. Al igual que X-10, que había sido diseñado por el equipo de Fermi en el Laboratorio Metalúrgico, y construido por DuPont, pero era mucho más grande, y fue enfriado por agua. En los próximos días, 838 tubos se cargan, y el reactor alcanzó la criticidad. Poco después de la medianoche del 27 de septiembre, los operadores comenzaron a retirar las barras de control para iniciar la producción. Al principio todo parecía estar bien, pero alrededor de 3:00, el nivel de energía comenzó a caer y por 6:30 el reactor había cerrado completamente. El Ejército y DuPont se volvieron hacia el equipo de Fermi en busca de respuestas. El agua de refrigeración se investigó para ver si había una fuga o contaminación. Al día siguiente el reactor de repente empezó a subir de nuevo, sólo para cerrar de nuevo unas horas más tarde. El problema se remonta a la intoxicación de neutrones a partir de xenón-135 , un producto de fisión con una vida mediade 9,2 horas. Afortunadamente, DuPont había desviado desde el diseño original del laboratorio metalúrgico en el que el reactor tenía 1.500 tubos dispuestos en un círculo, y había añadido un 504 tubos adicionales para llenar los rincones. Los científicos habían considerado inicialmente este exceso de ingeniería de una pérdida de tiempo y dinero, pero Fermi dado cuenta que por la carga de los 2.004 tubos, el reactor podría alcanzar los niveles de potencia y eficiencia producir plutonio.

A mediados de 1944, Robert Oppenheimer persuadió Fermi para unirse a su Proyecto Y en Los Álamos, Nuevo México . Al llegar a septiembre, Fermi fue nombrado director asociado del laboratorio, con amplia responsabilidad de la física nuclear y teórica, y se colocó a cargo de la División F, que fue nombrado después de él. División F consistió en cuatro ramas: la F-1 Super y Teoría General en virtud de Teller, que fue el responsable del desarrollo de una termonuclear " Súper "bomba; el F-2 Calentador de agua bajo LDP Rey, que se veía después de la" caldera de agua " reactor de investigación; F-3 Super Experimentación bajo Egon Bretscher ;. y los Estudios F-4 de fisión bajo Anderson Fermi observó la prueba de la trinidad , el 16 de julio de 1945, y llevó a cabo un experimento dejando caer las tiras de papel para estimar el rendimiento de la bomba. Él simplemente mide qué tan lejos se soplaron por la explosión usando sus pasos, y se acercó con una cifra de diez kilotones de TNT, el rendimiento real fue de alrededor de 18,6 kilotones.

Junto con Oppenheimer, Compton y Ernest Lawrence , Fermi fue parte del panel científico que asesoró al Comité Provisional sobre la selección de objetivos. El panel estuvo de acuerdo con el comité que las bombas atómicas pueden usar sin previo aviso contra un objetivo industrial. Al igual que otros en el Laboratorio de Los Alamos, Fermi se enteró de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki desde el sistema de megafonía en el área técnica. Fermi no creía que las bombas atómicas podrían asustar a la gente a que no empiezan las guerras, ni pensó que había llegado el momento para un gobierno mundial . Por lo tanto, no se unió a la Asociación de Los Alamos científicos .