FERMI: La Energía Nuclear. La Fisión Hace la Fuerza – Antonio Hernández

Enrico Fenni participó en la revolución de la física de la primera mitad del siglo xx. Su ciclópea labor propició un conocimiento más profundo de las partículas del universo cuántico, y de su capacidad de escudriñar la materia surgió buena parte de la tecnología nuclear que conocemos. La increíble era atómica, con su poder extremo, pero también con sus fantasmas, desastres y dilemas éticos, llegó de su mano para convivir con la humanidad hasta la actualidad. Junto a Leó Szilárd, Fenni desempeñó un papel crucial en el desarrollo del primer reactor nuclear de fisión, al liderar el grupo de investigación que el 2 de diciembre de 1942 puso en funcionamiento en la Universidad de Chicago la Chicago Pile-l. Su activa participación en el Proyecto Manhattan, que condujo a la construcción de la bomba atómica y que cambió el curso de la historia al provocar el desenlace de la Segunda Guerra Mundial, ha eclipsado en buena medida el resto de su brillante obra. Desconocido para muchos, entre otros motivos por ser coetáneo de Albert Einstein, cuyo mito ha hecho sombra a muchos ilustres científicos de su tiempo, Fermi ha sido uno de los físicos más completos de la historia.

Supo compaginar la formalización teórica con la física experimental, e incluso en sus últimos años sentó las bases de la simulación informática como tercera vía de indagación empfrica. Entendió pronto que el futuro de la ciencia iría de la mano de los ordenadores.En las siguientes páginas se desvelará el enorme calado del trabajo de Fermi, que va mucho más allá de la pila atómica o del Proyecto Manhattan, dado que la vida de Fermi, apasionante en sí misma, simboliza el tránsito humano del desconocimiento de la estructura del mundo cuántico al tamizado de las partículas elementales que conforman la materia. La prolífica labor de Ferrni fue esencial para la comprensión de las fuerzas nucleares, y para entender-hasta controlar- la tremenda energía que alberga el átomo. Y eso que, como sucedió con tantos otros pioneros de la investigación en física de radiaciones, un cáncer acabó con su vida cuando tenía apenas cincuenta y tres años. Ferrni fue además un gran maestro.

Compaginó su tarea investigadora con la pedagógica como pocos científicos de primera línea han sabido hacer. Formó a futuros premios Nobel, como Emilio Segre, Jack Steinberger o Owen Chamberlain, que pasaban enseguida de alumnos a estrechos colaboradores. Con el físico italoamericano Segre entabló, corno veremos, una profunda amistad ya desde su época en Roma, cuando ambos formaron parte de los ragazzi de la Via Panispema, el grupo de físicos que, capitaneados por Ferrni, desarrolló la física nuclear italiana. Escribió también manuales de diversos campos de la física, corno la termodinámica, la física atómica o la cuántica. Partía de las notas de aquellas materias de las que impartía clase y su pasión era tal que deseaba transmitirla a los demás, inocular el virus de la curiosidad intelectual.

Por otra parte, no era habitual en su época ahondar en la investigación de las aplicaciones tecnológicas a la vez que se desarrollaban los fundamentos teóricos de una disciplina. Sin embargo, la transferencia de tecnología, tal y como la entendemos hoy en día, formó parte de los objetivos y el trabajo de Ferrni, que llegó incluso a encabezar varias patentes, como las relacionadas con los reactores neutrónicos o la obtención de material radiactivo. En definitiva, Fermi se adelantó notablemente a su tiempo, pues aunó a su genialidad intelectual una mentalidad extremadamente abierta, y siempre supo rodearse de buenos colaboradores y discípulos aplicados, propiciando así la imprescindible cooperación sin la cual no se entendería la ciencia moderna. Por tanto Enrico Fermi rompió con el paradigma decimonónico del genio aislado del mundo, ya que gran parte de su trabajo lo realizó en equipo, influido quizá por su carácter mediterráneo. Compaginó la docencia y la investigación, e inició una era tecnocientífica de interrelación profunda entre la ciencia y el desarrollo tecnológico.

Fue un auténtico científico del siglo xx. De hecho, nació en Roma justo en 1901, y mostró un temprano interés por las ciencias. Durante toda la vida mantuvo su afán infantil en la construcción de artefactos. Se refugió en el estudio tras la temprana muerte de su hermano mayor Giulio, a los quince años, con quien había compartido su ávido interés por el conocimiento desde la infancia. Esta traumática pérdida marcó la vida de Fermi. La raigan1bre clásica de su formación, el humanismo de sus lecturas de adolescencia y su compulsiva avidez intelectual configuraron su personalidad y su forma de entender la ciencia de forma total e intuitiva. Las circunstancias de su época hicieron el resto. Fermi no dejó ninguna autobiografía. Afortunadamente su esposa, la mujer de su vida, Laura Capon (Laura Fermi tras adoptar el apellido de su marido siguiendo la costumbre angloamericana), con la que se casó en 1928 y de la que no se separaría nunca, escribió una detallada y emotiva biografía de su vida juntos. Tras su muerte, Emilio Segre recopiló además todos sus trabajos y escritos, incluida buena parte de su correspondencia.

Tras contraer matrimonio, Laura y Enrico tuvieron dos hijos: Nella, la primogénita, y después un varón, Giulio, llamado así en recuerdo de su hem1ano fallecido. Laura era judía, como algunos de sus colaboradores en Roma, y esta condición hizo que Enrico decidiese escapar con su familia de la Italia fascista de Mussolini. Para Il Duce, Fermi era muy importante, tanto por sus investigaciones punteras en física atómica como por lo que significaba para la razza italiana. Aunque en su juventud se había mantenido al margen de la política y de movimientos fascistas como el squadrismo de los camisas negras, en 1929 Fermi se vio obligado a insc1ibirse en el Partido Nacional Fascista de Mussolini al ser nombrado miembro de la Real Academia Italiana por el propio Mussolini. No obstante, su posición cada vez era más incómoda con el endurecimiento del fascismo y posturas cada vez más próximas entre Mussolini y el régimen nazi de Hitler.

Durante el verano de 1938, Mussolini difundió diversos manifiestos en defensa de la raza italiana, en los que se recrudecía especialmente el antisemitismo. Aquel mismo año, Ettore Majorana, uno de sus alumnos y colaboradores más avezados, desapareció en extrañas circunstancias. Por fortuna, Ferrni recibió la llamada de la Real Academia Sueca el 10 de noviembre de 1938: le había sido concedido el premio Nobel de Física y, lo que era más importante, probablemente la única manera de escapar con su familia de la Italia fascista. Pocas veces un premio Nobel significó tanto.

Tal vez la Real Academia Sueca tuvo en consideración su situación. Tras la ceremonia, Ferrni y su familia pusieron rumbo a Nueva York. El trabajo de Ferrni en Italia fue excepcional. Determinados avances corno el principio de exclusión de Pauli, que limita que algunas partículas puedan ocupar el mismo estado cuántico, le llevaron a desan-ollar la estadística de Ferrni, que explica el comportamiento atómico, colectivo, de las partículas fundamentales que justo se empezaban a descubrir y a comprender: el electrón, el protón y el neutrón. En su honor, estas partículas que forman buena parte del universo que conocernos, junto a otras que se irían descubriendo posteriormente ·y que también siguen los mismos principios, recibieron el nombre de ferrniones.

La visión integradora de Fermi fue crucial para vislumbrar que la comprensión del mundo atómico necesitaba de la física estadística, de la física que se preocupa de conjuntos inmensos de elementos y que, sorprendentemente, permitía hacer predicciones macroscópicas. Su famosa intuición le llevó a explicar la desintegración beta y el comportamiento de los elementos radiactivos. Fernli fue conocido por resolver problemas de forma directa y con pocos datos (los llamados «problemas de Fermi» ). Explicó también cómo la partícula postulada por Pauli en 1930 no era un neutrón convencional, sino otra partícula diferente, menos masiva, para la que acuñó el término «neutrino» (un nombre claramente italiano, referido a algo neutro pequeñito). Sus predicciones se ajustaban bien a los experimentos e integraban los modelos que existían, incluyendo nuevas partículas, como el positrón propuesto por Dirac o el enfoque de la mecánica cuántica de W erner Heisenberg, pero su artículo fue rechazado por Nature, por estar «demasiado alejado de la realidad» en una nueva constatación histórica de que no siempre los editores de revistas científicas están a la altura de los genios.

La posterior detección experimental del neutrino y los descubrimientos de nuevos tipos de ellos, algunos provenientes del espacio, revolucionaron la física de partículas y la conectaron con la astrofísica, tal y como Fermi anticipó en sus últimos años de investigación. En esa etapa formuló la célebre paradoja de Fermi, en la que se planteaba la contradicción entre las estimaciones que afirn1an que hay una alta probabilidad de existencia de civilizaciones extraterrestres y la ausencia de evidencia empírica al respecto. Con todo, la auténtica paradoja de Fermi de aquellos años fue trabajar en Los Álamos en las aplicaciones militares de la física nuclear mientras públicamente rechazaba la proliferación del arsenal militar. La radiactividad artificial inducida por neutrones, o lo que es lo mismo, el empleo de neutrones para bombardear núcleos atómicos, condujo a Fermi y a sus ragazzi de la Via Panisperna al descubrimiento de múltiples nuevos isótopos radiactivos.

Pulió la técnica de bombardeo con neutrones lentos, que posteriormente se revelaría fundamental cuando, ya en Estados Unidos, desarrolló la pila atómica, la primera reacción nuclear en cadena autosostenida, y colaboró en Los Álamos en la creación de la fatídica y decisiva bomba atómica. Cmiosamente, cuando en 1934, en Roma, observó más radiactividad de la esperada en un experimento en el que bombardeó uranio con neutrones, Fermi no consideró que se encontrase ante la fisión nuclear, proceso que la química alemana Ida Nowack sugirió ese mismo año. Fue «el gran error de Fermi», que él mismo reconoció. Una vez comprendida la fisión nuclear, la bomba atómica se gestaría en Los Álamos para finalizar la Segunda Guerra Mundial. Fermi fue el primer ingeniero nuclear de la historia.

Su trayectoria investigadora y su pragmatismo le permitieron saber integrar la revolución cuántica y comprender el universo atómico para de sarrollar después técnicamente los primeros reactores nucleares y colaborar de forma decisiva en la proliferación de armas nucleares. El debate nuclear está servido: una parte de la electricidad que consumimos en el mundo proviene de la energía nuclear y los reactores nucleares podrian ser clave en el futuro de la exploración espacial. Sin embargo, es obvio el peligro del arsenal nuclear actual, capaz de destruir a la humanidad, así como la fragilidad de nuestros reactores ante catástrofes naturales ( como la acontecida en Fukushima, Japón, en 2011), o errores técnicos humanos como los del accidente de Chemóbil en 1986. ¿Debemos aparcar la energía nuclear por los riesgos que implica? ¿Se podrá controlar el desarrollo de am1as nucleares y acabar con la amenaza de la destrucción masiva? Fermi ya se planteaba estas preguntas.

Para él, una vez que la humanidad desarrollaba una tecnología, como la nuclear, era imposible dar marcha atrás, es más, si el ser humano forma parte de la naturaleza, la bomba atómica entra dentro de las catástrofes naturales posibles. Curiosamente, los neutrinos a los que Fermi bautizó están en la actualidad en la cresta de la ola científica, en el límite de nuestra comprensión del universo. Sabemos que el Sol emite neutrinos como consecuencia de las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en él, y que las estrellas, como las supemovas, también lo hacen.

De hecho, nuestro cuerpo y toda la materia también emiten neutrinos. Tras descubrirse que estos tienen masa, aunque muy pequeña, a fecha de hoy se ha demostrado que el experimento OPERA en el que se determinó que los neutrinos viajaban más rápido que la luz es incorrecto, lo que ha provocado la dimisión de sus principales responsables. En el Fermilab, uno de los aceleradores de partículas más importantes del mundo, el espíritu de Fermi sigue vivo, indagando en las fronteras de la física, ampliando lo poco que seguimos sabiendo de los neutrinos y del mundo de las partículas subatómicas.