สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

          เอนรีโก แฟร์มี ได้ชื่อว่า บิดาแห่งฟิสิกส์นิวเคลียร์ (father of nuclear physics) ในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์สมัยใหม่ ยากจะหานักฟิสิกส์คนใดโดดเด่นเทียบกับเขาได้ แฟร์มีความสามารถอย่างเอกอุทั้งทางทฤษฎีฟิสิกส์บริสุทธิ์ และการทำการทดลอง โดยเขาทั้งออกแบบและสร้างเครื่องมือทำการทดลองที่ใช้งานได้ดีด้วยตัวเอง ยกตัวอย่างผลงานทางทฤษฎี แฟร์มีมีผลงานคณิตสถิติศาสตร์ (mathematical statistics) เรียกว่า “สถิติเฟอร์มี-ดิแร็ก” (Fermi-Dirac statistics) ที่สามารถใช้อธิบายพฤติกรรมของ “อนุภาคย่อยกว่าอะตอม” (sub-atomic particles) กลุ่มใหญ่ที่เรียกว่า “เฟร์มิออน” (fermion) ส่วนด้านการทดลอง เขาสร้าง “ทฤษฎีการสลายให้อนุภาคบีตา” (beta decay theory) และค้นพบวิธีใช้อนุภาคนิวตรอนเหนี่ยวนำให้เกิดปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี (neutron-induced radioactivity) จึงไม่ต้องแปลกใจว่า ค.ศ. 1938 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงาน “การประดิษฐ์ ธาตุกัมมันตรังสี ใหม่ ๆ โดยวิธีระดมยิงด้วยนิวตรอน และสำหรับการค้นพบปฏิกิริยานิวเคลียร์อันเป็นผลจาก นิวตรอนช้า” นอกจากนี้ในปี 1942 แฟร์มียังนำทีมสร้าง “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของโลก” นับเป็นครั้งแรกที่มนุษย์สามารถควบคุม ปฏิกิริยาลูกโซ่จากการแบ่งแยกนิวเคลียส (nuclear fission chain reaction) ได้สำเร็จ เขาเป็นยอดครูและจากการมีลูกศิษย์ชั้นยอด แฟร์มีก่อตั้งสำนักเรียนแห่งโรมด้านนิวเคลียร์ฟิสิกส์ และอีกสำนักหนึ่งที่ชิคาโก (สหรัฐอเมริกา) เขายังเป็นคนสำคัญใน โครงการแมนแฮตตัน (Manhattan Project) ในการสร้าง “ลูกระเบิดอะตอม” (atomic bomb) ลูกแรก ด้วยเกียรติประวัติอันเอกอุ ภายหลังอนิจกรรมได้ 1 ปี เมื่อมีการค้นพบธาตุใหม่ที่มีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 100 ธาตุใหม่นี้จึงได้ชื่อว่า “เฟอร์เมียม” (fermium) เพื่อเป็นเกียรติแก่แฟร์มี

          เอนรีโก แฟร์มี เกิดเมื่อวันที่ 29 กันยายน ค.ศ. 1901 ที่กรุงโรม ประเทศอิตาลี เป็นบุตรของ อัลแบร์โต แฟร์มี (Alberto Fermi) ทำงานเป็นหัวหน้านายตรวจของการรถไฟ และแม่ชื่อ อีดา เด กัตติส (Ida de Gattis) เป็นคนเก่งมากและเป็นครูโรงเรียนประถมศึกษา พ่อกับแม่แต่งงานกันเมื่อปี 1898 ขณะพ่ออายุ 41 ปีและแม่อายุ 27 ปี เอนรีโกเป็นบุตรคนที่สาม มีพี่สาวคนโตชื่อ มาเรีย (Maria) เกิดปี 1899 กับพี่ชายคนรองชื่อ จูลีโอ (Giulio) เกิดปี 1900 พ่อแม่เลี้ยงดูพี่ ๆ และเอนรีโกอย่างเข้มงวด

          เอนรีโกเข้าเรียนชั้นประถมศึกษาเมื่ออายุ 6 ขวบ และฉายแววเก่งโดยเฉพาะวิชาคณิตศาสตร์ เมื่อจบชั้นประถมศึกษา ด้วยอายุเพียง 10 ขวบเขาสามารถแก้โจทย์ว่าทำไม สมการ X ² + Y ² = r ² เป็นสมการของ วงกลม เมื่อต่อชั้นมัธยมศึกษา 2 ระดับ คือ จินนาซีโอ (ginnasio เทียบได้กับมัธยมศึกษาตอนต้น) 5 ปีและ ลีเชโอ (liceo เทียบได้กับมัธยมศึกษาตอนปลาย ซึ่งแยกเรียนสายวิทยาศาสตร์หรือสายสังคมศาสตร์) อีก 3 ปีเพื่อเตรียมตัวเข้ามหาวิทยาลัย แฟร์มีได้รับอิทธิพลอย่างมากจากเพื่อนร่วมงานของพ่อที่ชื่อ อาดอลโฟ อามีเดอี (Adolfo Amidei) โดยให้ยืมหนังสือคณิตศาสตร์ดี ๆ หลายเล่ม และอาจเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้แฟร์มีเป็นนักเรียนที่ โดดเด่น เขาชอบวิชาวิทยาศาสตร์ และสนุกกับการประกอบของเล่นติดมอเตอร์ไฟฟ้ากับพี่ ๆ น่าเสียดายว่า เมื่อเดือนมกราคม ปี 1915 จูลีโอก็ถึงแก่กรรมจากการผ่าตัดเล็กฝีที่คอหอย ขณะนั้นเอนรีโกอายุได้ 14 ปีและทำให้เขากลายเป็นคนเก็บตัว ในช่วงนี้เองเขาสนิทกับเพื่อนเรียนห้องเรียนเดียวกันชื่อ เอนรีโก แปร์ซีโก (Enrico Persico ภายหลังเป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทฤษฎี) ทั้งคู่ติดนิสัยเดินคุยกันไปเรื่อย ๆ จากฟากหนึ่งไปยังอีกฟากหนึ่ง ของกรุงโรม โดยคุยกันทุกเรื่องซึ่งแปร์ซีโกเล่าว่า แฟร์มีมีความรู้มากกว่าที่โรงเรียนสอน และไม่เพียงแต่กฎ หรือทฤษฎีวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ แต่รู้ถึงวิธีนำไปใช้ด้วย

          โดยคำแนะนำของอาดอลโฟให้แฟร์มีไปศึกษาต่อที่ เรอาเลสกูโอลานอร์มาเลซูแปรีโอเรดีปีซา (Reale Scuola Normale Superiore di Pisa) สถาบันชั้นยอดด้านการวิจัย ก่อตั้งเมื่อปี 1810 โดยจักรพรรดินโปเลียน เพื่อให้เป็นสาขาของ เอโกลนอร์มัลซูเปเรียร์ (Ecole Normale Superieure) แห่งกรุงปารีส สถาบันสำหรับ “คนหัวกระทิ” อันโด่งดังของฝรั่งเศส ดังนั้น เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน 1918 เอนรีโกก็สามารถสอบได้ทุน ของสถาบันชั้นสูงแห่งนี้ ซึ่งขณะนั้นเป็นเครือข่ายกับมหาวิทยาลัยปีซา เขาเขียนคำตอบสำหรับคำถาม “ลักษณะเฉพาะของเสียง” (Characteristics of Sound) โดยเริ่มอธิบายด้วย ระบบสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย (partial differential equation) ของแท่งสั่น แล้วใช้กฎของฟูเรียร์แก้สมการ ซึ่งเหมือนการเขียนวิทยานิพนธ์ระดับดุษฎีบัณฑิต เมื่อผู้ออกข้อสอบได้อ่านก็รู้สึกประหลาดใจและนัดแฟร์มีมาสัมภาษณ์ หลังคุยกันเขาบอกแก่แฟร์มีว่า เขามั่นใจว่าต่อไปภายหน้า แฟร์มีจะเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง

          ที่ปีซา อาจารย์ที่ปรึกษาของแฟร์มีคือผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ชื่อ ลุยจิ ปุชชีอันติ (Luigi Puccianti) แต่เขายอมรับว่าเขาสามารถสอนแฟร์มีได้น้อยมาก และมักจะเป็นฝ่ายที่ขอให้แฟร์มีแนะนำบางอย่างแก่เขา เพียงไม่นาน (ปี 1921) แฟร์มีก็ตีพิมพ์ผลงานชิ้นแรก “ว่าด้วยพลศาสตร์ของระบบแข็งเกร็งของประจุอิเล็กตรอนเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่” (Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio หรือ On The dynamics of a rigid system of electrical charges in translational motion) และในปีเดียวกัน อีกผลงานหนึ่งก็ตามมา จากนั้นในปีถัดมา เขาก็ตีพิมพ์ผลงานที่ดีที่สุดในบรรดาผลงานแรก ๆ ของเขา ได้แก่ “ว่าด้วยปรากฏการณ์ที่เกิดใกล้กับเวิลด์ไลน์” (Sopra I fenomeni che avvengono in vicinanza di una lina oraria หรือ On the phenomena occurring near a world line) ซึ่งแสดงผลลัพธ์สำคัญเกี่ยวกับ ปริภูมิแบบยูคลิด (Euclidean space) ใกล้กับเวิลด์ไลน์ในเรขาคณิตของ สัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity)

          สำหรับวิทยานิพนธ์ดุษฎีบัณฑิตแฟร์มีเสนอเรื่อง “ทฤษฎีบทว่าด้วยความน่าจะเป็นและการประยุกต์บางประการ” (Un theorem di calcolo delle probabilita edalcune sue applicazioni หรือ A theorem on probability and some of its applications) ในวันสอบ (7 กรกฎาคม 1922) มีกรรมการสอบ 11 ท่านในชุดโตกา (toga คือเสื้อคลุมแบบโรมัน) สีดำ และสวมหมวกยอดสี่เหลี่ยม นั่งเป็นแถวยาวอยู่หลังโต๊ะด้านหนึ่ง แฟร์มีในชุดโตกาเช่นกัน ยืนอยู่ด้านหน้าโต๊ะ และพูดเสนอผลงานด้วยทีท่าสุขุมเยือกเย็น ระหว่างที่เขาพูด กรรมการบางท่านพยายามระงับอาการหาว บางท่านเลิกคิ้วสงสัย คนอื่น ๆ ผ่อนคลายและไม่สนใจจะติดตามฟัง ก็เพราะความรู้ของแฟร์มีสูงเกินกว่าพวกกรรมการ จะเข้าใจได้อย่างลึกซึ้ง แฟร์มีได้รับปริญญาเกียรตินิยมอันดับที่สอง “มัญญากุมลาอูเด” (magna cum laude) แต่ไม่มีกรรมการท่านใดจับมือและแสดงความยินดีกับเขา และมหาวิทยาลัยก็ละธรรมเนียม โดยไม่ให้เกียรติ ตีพิมพ์วิทยานิพนธ์ของเขา (คงเกรงว่าทฤษฎีที่เสนอไม่ถูกต้อง) ซึ่งต่อมาอีกนานในปี 1962 จึงได้มีการตีพิมพ์ วิทยานิพนธ์ นี้ไว้ในหนังสือ “รวมผลงาน” ของเขา

          หลังได้รับปริญญาเอก แฟร์มีกลับกรุงโรมและเริ่มงานกับนักคณิตศาสตร์ชื่อดังหลายท่าน โดยเฉพาะกับ กาสเตลนูโอโว (Castelnuovo) เลวี-ชีวีตา (Levi-Civita) และ เอ็นรีเกวส (Enriques) รวมถึงมีการติดต่อกับ ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ ด้วย และในเดือนตุลาคม 1922 รัฐบาลให้ทุนเขาไปทำงานในทีมของ แม็กซ์ บอร์น (Max Born) ในครึ่งแรกของปี 1923 ที่ มหาวิทยาลัยเกิททิงเงน (Goettingen) ประเทศเยอรมนี ซึ่งเขาได้รับหน้าที่สอนคณิตศาสตร์แก่นักวิทยาศาสตร์ที่นั่นในปีการศึกษา 1923-1924 ในช่วงฤดูร้อนปี 1924 หลังจากไปพักผ่อนแถบภูขาแอลป์ที่ โดโลมีตี (Dolomites) แฟร์มีไปประเทศเนเธอแลนด์ที่ ไลเดน (Leiden) ทำงานอยู่กับ พอล เอเรนเฟสท์ (Paul Ehrenfest) จากนั้นปีการศึกษา 1924-25 เขากลับอิตาลีรับงานชั่วคราวสองปี สอนวิชาฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์และกลศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ ระหว่างนี้แฟร์มีตีพิมพ์ผลงานได้เป็นจำนวนมาก โดยหวังผลวิชาชีพทางการศึกษา อย่างไรก็ตาม แม้ทั้ง เลวี-ชีวีตา และ วอลแตรา (Volterra) จะสนับสนุนแฟร์มี แต่เขาต้องผิดหวังเมื่อพลาดเก้าอี้หัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์ที่ มหาวิทยาลัยกาลเยียรี (Cagliari) ในซาร์ดีเนีย โดยพ่ายแพ้ให้แก่ โจวานนี จอร์จี (Giovanni Giorgi) บางทีการพ่ายแพ้ครั้งนี้ก็กลับเป็นโอกาสอันดี เพราะในปี 1926 ก็มีประกาศแข่งขันตำแหน่งภาควิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฏีในมหาวิทยาลัยแห่งโรม คราวนี้แม้จะอายุน้อยมากเพียง 25 ปีสำหรับตำแหน่งนี้ แต่เขาก็ได้รับเลือกเมื่อคณะกรรมการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์ที่ชื่อว่า ออร์โซ มารีโอ กอร์ปีโน (Orso Mario Corbino) ยอมรับคุณภาพผลงานวิทยาศาสตร์ที่สูงมากของเขา

          ที่โรมแฟร์มีเริ่มงานเสริมสร้างสถาบันฟิสิกส์ที่นี่บน ถนนปานิสแปร์นา (Via Panisperna) ซึ่งเมื่อแรก ที่เขามารับตำแหน่ง เป็นหน่วยงานที่เล็กมากอย่างไม่น่าเชื่อ โดยกอร์ปีโนช่วยหาลูกทีมมือดีให้ด้วย เช่น เอโดอาร์โด อามัลดี (Edoardo Amaldi) บรูโน ปอนเตกอร์โว (Bruno Pontecorvo) ฟรังโก ราเซตติ (Franco Rasetti) และ เอมีลีโอ เซแกระ (Emilio Segr?) ซึ่งล้วนมีชื่อเสียงในเวลาต่อมา ทีมของแฟร์มีมีฉายาว่า "I ragazzi di Via Panisperna" หรือ “เด็กหนุ่มแห่งถนนปานิสแปร์นา” (the boys of Via Panisperna)

          ระหว่างปี 1926 นี้ แฟร์มีเริ่มศึกษากลศาสตร์เชิงสถิติของอนุภาคอิเล็กตรอน อันเป็นอนุภาคที่มีพฤติกรรม เป็นไปตาม “หลักการกีดกันของเพาลี” (Pauli exclusion principle) ที่เสนอโดย โวล์ฟกัง เพาลี (Wolfgang Pauli) และแฟร์มีเป็นคนแรกที่นำเอาหลักของเพาลีมาประยุกต์ กับระบบที่อิเล็กตรอนจำนวนมากไม่ได้เกาะเกี่ยวอยู่กับ อะตอม ของพวกมัน ผลลัพธ์ที่ได้รู้จักกันในชื่อ “สถิติเฟอร์มี-ดิแรก” (Fermi-Dirac statistics) เนื่องจาก พอล ดิแรก (Paul Dirac) ก็ได้ผลสรุปอย่างเดียวกับเขา

          สองปีต่อมาแฟร์มีแต่งงานกับ ลอรา กาปอน (Laura Capon) เมื่อวันที่ 19 กรกฎาคม 1928 ทั้งคู่มีลูกสาวชื่อว่า เนลลา (Nella) เกิดวันที่ 31 มกราคม 1931 กับลูกชายอีกคนหนึ่งชื่อว่า จูลีโอ เกิดเมื่อ 16 กุมภาพันธ์ 1936

          ปี 1929 แฟร์มีได้รับเลือกให้ไปดำรงตำแหน่งที่ อักกาเดเมียเดย์ลินเซย์ (Accademia dei Lincei) ซึ่งเป็น สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งแรกของประเทศอิตาลี ก่อตั้งตั้งแต่ปี 1603 อันที่จริงเขาได้รับแต่งตั้งจาก มุสโสลีนี โดยไม่มีการแข่งขัน คงเพราะเขาไม่สนใจการเมือง และแม้ไม่ได้สนับสนุนฟาสซิสต์ แต่เหมาะกว่าการที่มุสโสลีนี จะแต่งตั้งศัตรูการเมืองของตน อย่างไรก็ดี การแต่งตั้งนี้ทำให้เงินเดือนของแฟร์มีเพิ่มขึ้นมาก และมีโอกาสได้ไปเยือน มหาวิทยาลัยมิชิแกนแอนน์แอร์เบอร์ (University of Michigan at Ann Arbor) ประเทศสหรัฐอเมริกาในปี 1930 เขาได้พบกับ จอร์จ อูเลนเบค (George Uhlenbeck) ที่อพยพมาจากฮอลแลนด์ และช่วงฤดูร้อน เอเรนเฟสท์ ก็มาสมทบอีกคน ที่นี่แฟร์มีได้สอนทฤษฎีควอนตัม

          ปี 1933 แฟร์มีพัฒนา “ทฤษฎีการสลายให้อนุภาคบีตา” (beta decay theory) เสนอหลักว่า อนุภาคนิวตรอน ที่เพิ่งค้นพบ (ปี 1932 โดยแชดวิก) สลายโดยแปรเป็น โปรตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่เขาตั้งชื่อให้ว่า “นิวทริโน” (neutrino เป็นภาษาอิตาลีแปลว่านิวตรอนน้อย) ซึ่งการศึกษาต่อ ๆ มา พัฒนามาเป็น ทฤษฎีแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force) ที่เกาะเกี่ยวอนุภาคเหล่านี้ไว้ด้วยกัน และเป็นสาขาหลัก ที่ศึกษากันที่ห้องปฏิบัติการเฟอร์มีหรือเรียกสั้น ๆ ว่า เฟอร์มิแล็บ (Fermi National Accelerator Laboratory, Fermilab) อยู่ในปัจจุบัน

          ความคิดเกี่ยวกับการมีอนุภาค “นิวทริโน” เป็นแนวคิดของเพาลีที่ล้ำสมัยมากเกินไป เมื่อแฟร์มีส่งบทความเรื่องนี้ให้วารสาร “ดัง” อย่าง Nature พิจารณา จึงถูกบรรณาธิการปฏิเสธที่จะตีพิมพ์ ดังนั้น ผลงานนี้จึงตีพิมพ์ในภาษาอิตาลีและเยอรมันก่อนภาษาอังกฤษ โดยในที่สุด Nature ก็ตีพิมพ์เรื่องนี้ในวารสารฉบับวันที่ 16 มกราคม 1939 คือใน 6 ปีต่อมา

          ถึงปี 1934 แฟร์มีทำงานชิ้นสำคัญที่สุดของเขาเกี่ยวกับ “กัมมันตภาพรังสีแบบทำขึ้น” (artificial radioactivity) โดยได้ตีพิมพ์ผลงานในชื่อว่า Radioattivita indoota dal bombardmento di neutrons และปีต่อมา ก็ได้ตีพิมพ์ในชื่อว่า Artificial Radioactivity Produces by Neutron Bombardment ในรายงานการประชุมวิชาการ ของ ราชสมาคม แห่งลอนดอน (Proceedings of the Royal Society of London) และเรื่อง On the Absorption and Diffusion of Slow Neutrons ในปี 1936 วีธีการทดลองของแฟร์มีกับทีมของเขาก็คือ การใช้อนุภาคนิวตรอนระดมยิง (bombard) ธาตุที่ใช้เป็นตัวเป้าเกือบทุกธาตุตั้งแต่ฟลูออรีนจนถึงยูเรเนียม แล้วตรวจสอบปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยการวัดกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นด้วยไกเกอร์เคาน์เตอร์ พร้อมกับตรวจสอบว่ามีธาตุใดเกิดขึ้นจากปฏิกิริยา ซึ่งโดยปกติก็จะตรวจพบธาตุที่มี เลขเชิงอะตอม (atomic number) สูงหรือต่ำถัด ๆ กับธาตุที่เป็นตัวเป้า โดยเฉพาะเมื่อระดมยิงยูเรเนียมซึ่งมีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 92 พวกเขาก็ตรวจพบธาตุที่ 93 ซึ่งเท่ากับเป็นการค้นพบ ธาตุใหม่ ทำให้แฟร์มีได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เมื่อปี 1938 จากผลงานนี้โดยคำประกาศการได้รับรางวัลคือ “จากผลงานประดิษฐ์ธาตุกัมมันตรังสีใหม่ ๆ และการค้นพบที่เกี่ยวข้อง คือ การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ด้วย นิวตรอนช้า” และ “นิวตรอนช้า” นี้เอง ที่อีกหลายปีต่อมาช่วยให้ ออทโท ฮาน (Otto Hahn) สามารถค้นพบ “การแบ่งแยกนิวเคลียส” (nuclear fission) และนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายนำวิธีการนี้ไปประดิษฐ์ธาตุใหม่ ๆ ได้มากมาย

          เรื่องการค้นพบ “นิวตรอนช้า” มีว่า เมื่อเดือนตุลาคม 1934 ขณะระดมยิงธาตุเงินด้วยนิวตรอน ทีมงานสังเกตพบว่า ตำแหน่งที่วางธาตุเงินกับวัสดุรอบ ๆ (ปกติคือตะกั่วสำหรับกำบังรังสี) ที่แตกต่างไปทำให้เกิด กัมมันตภาพรังสี ไม่เท่ากัน จึงเกิดความคิดทดลองแนวใหม่ตั้งแต่ต้น โดยลองใช้แผนตะกั่ว ซึ่งเป็นธาตุหนักมาวางขวาง ระหว่างต้นกำเนิดนิวตรอนกับเป้า แล้ววัดกัมมันตภาพรังสีเช่นเดิม ซึ่งก็พบว่ากัมมันตภาพรังสีเพิ่มขึ้น กว่าการทดลองชุดแรก ๆ เมื่อแฟร์มีได้เห็นผลการทดลอง (วันนั้นเป็นวันที่ 22 ตุลาคม) เขาแนะนำให้ใช้วัสดุที่เป็น ธาตุเบา ได้แก่ แผ่นพาราฟิน (เป็นไฮโดรคาร์บอน) มาลองบังแทน ปรากฏว่าในการระดมยิงธาตุเงิน เกิดกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าเดิมได้ถึงร้อยเท่าตัว ซึ่งแฟร์มีอธิบายว่าอะตอมไฮโดรเจนที่มีมากในพาราฟิน เกิดการชนกับอนุภาคนิวตรอนทำให้พลังงานลดลงและเคลื่อนช้าลง ทำให้พุ่งเข้ากระทบกับเป้าธาตุเงินได้ดีขึ้น และทีมงานได้จดสิทธิบัตรการค้นพบนี้เมื่อวันที่ 26 ตุลาคม 1934

          ฤดูร้อนปี 1938 มุสโสลีนีเอาอย่างฮิตเลอร์ คือ เริ่มรณรงค์ต่อต้านชาวยิว แม้แฟร์มีไม่ใช่ยิว แต่ภรรยาของเขาเป็นชาวยิว และแม้ลูกทั้งสองคนจะนับถือศาสนาคริสต์นิกายโรมันแคทอลิก แต่สถานการณ์ของครอบครัวก็เริ่มไม่เป็นสุข เขาจึงตัดสินใจเขียนจดหมายติดต่อมหาวิทยาลัยหลายแห่ง ในสหรัฐอเมริกาอย่างลับ ๆ ไม่ให้พวกเจาหน้าที่ล่วงรู้ความตั้งใจของเขา วิธีคือ เขียนใบสมัครแล้วส่งจากเมืองต่าง ๆ ไม่ให้เป็นที่สังเกต มีมหาวิทยาลัย 5 แห่งตอบรับเขา หนึ่งในนั้นคือ มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (Columbia University) และการได้รับรางวัลโนเบลเป็นโอกาสดี ที่ครอบครัวแฟร์มีจะหลีกลี้จากประเทศอิตาลี โดยเมื่อเดินทางไป งานพิธีรับรางวัลที่เมือง สตอกโฮล์ม แล้ว จากนั้นก็เดินทางต่อไปเลย ยังประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งมีเรื่องประหลาดคือ ก่อนได้รับวีซ่าเข้าประเทศ แฟร์มีต้องทดสอบผ่านวิชาเลขคณิตให้ได้เสียก่อน ในที่สุดแฟร์มีและครอบครับ ก็เดินทางถึงนครนิวยอร์ก เมื่อวันที่ 2 มกราคม 1939

          เดือนมกราคม 1939 ที่แฟร์มีเพิ่งเหยียบแผ่นดินสหรัฐอเมริกานั้นเอง ข่าวใหญ่จากยุโรปก็มาถึง สหรัฐอเมริกา เช่นกัน โดยแหล่งข่าวคือ นีลส์ โบร์ ในการบรรยายของเขาที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน เขาได้ปูดข่าวการค้นพบ การแบ่งแยกนิวเคลียส ของ ออทโท ฮาน และนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียที่ได้ร่วมฟังด้วย ก็รีบแจ้นกลับ มาเล่าข่าวใหญ่นี้อย่างตื่นเต้นที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ไม่เพียงเท่านั้น ที่กรุงวอชิงตันมีการประชุมครั้งสำคัญ ที่เริ่มพูดถึงความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสว่าจะเป็นแหล่งของ “พลังงานนิวเคลียร์” ได้หรือไม่

          ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย งานแรกของแฟร์มีจึงได้แก่การทดลองตรวจสอบความถูกต้อง ของผลงานของฮาน ซึ่งก็พบว่าถูกต้อง จึงมีการทดลองขยายผลต่อไปและเพียงในเวลาสั้น ๆ ทีมที่แฟร์มีร่วมทำงานก็แสดงผลการวิจัย ที่น่าจะนำไปใช้การได้ โดย จอร์จ เพแกรม (George Pegram) ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัย ได้รายงานไปยัง พลเรือเอกฮูเปอร์ (Admiral Hooper) แห่งกองทัพเรือสหรัฐ เมื่อวันที่ 16 มีนาคม 1939 ว่าน่าจะค้นพบเงื่อนไข ที่ทำให้ธาตุยูเรเนียมปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินของมันออกมาได้ ซึ่งก็หมายความว่า ต่อน้ำหนักลูกระเบิดที่เท่า ๆ กัน ยูเรเนียมอาจใช้ทำลูกระเบิด ที่ปลดปล่อยพลังงานออกมาหลายล้านเท่าตัว มากกว่าลูกระเบิดที่ใช้กันอยู่

          เดือนสิงหาคม 1939 ลีโอ ซีลาร์ด (Leo Szilard) ก็ใช้ชื่อเสียงอันโด่งดังของไอน์สไตน์มาลงนาม ในจดหมายเตือน ประธานาธิบดีแฟรงคลิน ดี. โรสเวลต์ (Franklin D. Roosevelt) ว่าเยอรมนีอาจจะกำลังสร้าง “ลูกระเบิดอะตอม” แต่กว่าจะหาช่องทางส่งจดหมายได้ก็เดือนตุลาคม ซึ่งก็เป็นการดีเพราะเยอรมนีเพิ่งยาตราทัพ เข้ายึดโปแลนด์เมื่อวันที่ 1 กันยายน ซึ่งทำให้ประธานาธิบดีโรสเวลต์ไม่ละเลย โดยต่อมามีการตั้ง คณะกรรมการยูเรเนียม ขึ้น และมีทุนสนับสนุน 6,000 ดอลลาร์ให้กับมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย นับเป็นเงินก้อนแรก สำหรับการศึกษาเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งเงินจำนวนกว่าจะได้ใช้จริง ๆ ก็ต้องถึงฤดูใบไม้ผลิปี 1940 ที่ซีลาร์ด ใช้ชื่อของไอน์สไตน์ส่งจดหมายเตือนฉบับที่สอง เจ้าหน้าที่การเงินซึ่งกังวลใจ เรื่องการจ่ายเงินให้กับพวกคนต่างชาติ เพื่อทำวิจัยโครงการลับ จึงยอมจ่ายเงิน

          เวลาผ่านไปนานพอสมควรกว่าที่โครงการเกี่ยวกับยูเรเนียมจะขับเคลื่อนต่อไป แต่ในที่สุดการผลักดันครั้งใหญ่ ก็เกิดขึ้น ซึ่งบังเอิญเป็นวันก่อนเกิดเหตุญี่ปุ่นโจมตีอ่าวเพิร์ลฮาร์เบอร์เมื่อเดือนธันวาคม 1941 พอดี โดยโครงการจะย้ายไปที่ มหาวิทยาลัยชิคาโก ร่วมกับกลุ่มอื่น ๆ ที่ถูกนำมารวมกันหมดที่นั่น ซึ่งแฟร์มีไม่ค่อยชอบใจนักด้วยเหตุผลหลายข้อ ประการแรกคือเขามีความสุขมากกับการทำงานที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ประการที่สองคือการให้เขาทำหน้าที่บริหารงานมากกว่างานนักวิทยาศาสตร์ และประการที่สาม ทันทีที่สหรัฐอเมริกาประกาศสงครามกับประเทศอิตาลี คนอิตาลีในสหรัฐอเมริกาอย่างตัวเขาก็จัดอยู่ในประเภท “คนต่างด้าวชาติศัตรู” (enemy alien) ซึ่งถูกจำกัดการเดินทางในประเทศอย่างรุนแรง อย่างไรก็ดี ความยุ่งยากทั้งหลายผ่านไปและในฤดูร้อนปี 1942 แฟร์มีก็ไปถึงชิคาโก ภายใต้โครงการยักษ์เพื่อการผลิต ลูกระเบิดอะตอม ที่มีโครงข่ายกระจายอยู่ทั่วประเทศ ชื่อของโครงการคือ “โครงการแมนแฮตตัน” (Manhattan Project)

          ที่ชิคาโก แฟร์มีกับซีลาร์ดช่วยกันออกแบบ “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” (nuclear reactor) เครื่องแรกของโลก ที่มีชื่อว่า “ชิคาโกไพล์-1” (Chicago Pile-1) อุปกรณ์ที่สามารถจะควบคุมปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียส ให้เกิดต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ โดยต้องควบคุมให้เกิด-ให้หยุดได้ทุกเมื่อ

          ปี 1944 แฟร์มีได้สัญชาติเป็นพลเมืองอเมริกันเต็มตัว และในปีนั้นเขาก็เริ่มเข้าร่วมโครงการ เพื่อสร้างลูกระเบิดที่ ลอสอะลาโมส อย่างเต็มตัวในตำแหน่งที่ปรึกษาทั่วไป ที่นั่น เขาต้องบรรยายหลายหัวข้อแก่นักวิทยาศาสตร์ ที่มาร่วมทำงานในโครงการ

          การผลิตลูกระเบิดอะตอมประสบผลสำเร็จอย่างงดงาม โดยมีการทดสอบก่อนเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม 1945 ในทะเลทรายที่ อะลาโมกอร์โด (Alamogordo) จากนั้นอีกสองลูกชื่อว่า ลิตเทิลบอย (Little Boy) และ แฟตแมน (Fat Man) ถูกนำไปทิ้งที่เมือง ฮิโรชิมา และ นางาซากิ ตามลำดับ อันเป็นการปิดฉากสงครามโลกครั้งที่สอง

          หลังสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุดลง แฟร์มีตัดสินใจกลับไปหาชีวิตสอนหนังสือที่มหาวิทยาลัย โดยรับงานเป็น ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกเมื่อปี 1942 และทำงานวิจัยอยู่หลายปี โดยหันมาสนใจการกำเนิดของรังสีคอสมิก และยังวิจัยอันตรกิริยา ไพออน-นิวคลีออน เพื่อแสวงหาความเข้าใจเกี่ยวกับ อันตรกิริยาอย่างเข้ม (strong interaction) เขายังออกเยี่ยมเยียนเพื่อการวิจัย (research visit) บ่อย ๆ เช่น ทุกปีเขาไปที่ลอสอะลาโมส ปี 1947 ไปเยี่ยมมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ปี 1948 เยี่ยมมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียแห่งเบิร์กลีย์ (University of California at Berkeley) และปี 1952 ไปเยี่ยม ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูกเฮเวน (Brookhaven National Laboratory) ในปี 1949 เขาไปร่วม งานประชุมวิชาการฟิสิกส์พลังงานสูง (High Energy Physics Conference) ที่เมืองโคโม (Como) ประเทศอิตาลี และเป็นครั้งแรกที่เขากลับไปยุโรปภายหลังจากมากว่าสิบปี การมาครั้งนี้เขาได้ไปบรรยายที่ อักกาเดเมียเดย์ลินเซย์ ด้วย ร่วมกับเพื่อนเก่าคาสเตลนูโอโว

          ฤดูร้อนปี 1954 แฟร์มีกลับไปที่อิตาลีและบรรยายเป็นชุดที่ วียาโมนาสเตโร (Villa Monastero) ที่เมืองวาเรนนาริมทะเลสาบโคโม จากนั้นไปโรงเรียนภาคฤดูร้อนที่เมือง ชามอนี (Chamonix) ในฝรั่งเศส ที่นี่ เขาพยายามรื้อฟื้นครรลองชีวิตที่ใช้พลังงานอย่างเคยของเขา ด้วยการเดินเขาและเล่นกีฬา แต่ก็เห็นได้ชัดว่า เขากำลังทนทรมานต่อปัญหาสุขภาพซึ่งแพทย์วินิจฉัยไม่ออก เมื่อกลับไปที่ชิคาโกจึงตรวจพบมะเร็งในกระเพาะอาหาร และทำการผ่าตัด เขารอดตายจากการผ่าตัดและกลับบ้านได้ ซึ่งเขาบอกกับเพื่อน ๆ ว่า เขาจะเขียนบทเรียนสำหรับ หลักสูตรวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์ เพื่ออุทิศแก่วิทยาศาสตร์เป็นครั้งสุดท้ายหากจะมีชีวิตยืนยาวพอ แต่เขาเขียนได้เพียงแค่หน้าสารบัญที่ไม่สมบูรณ์

          แฟร์มีถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน ค.ศ. 1954 ด้วยอายุ 53 ปี ที่อิลลินอยส์ประเทศสหรัฐอเมริกา ศพของเขาถูกฝังที่ สุสานโอ๊กวูดส์ (Oak Woods Cemetery) ในเมืองชิคาโก      

         ในสหรัฐอเมริกามีห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคชื่อว่า เฟอร์มิแล็บ (Fermilab) เป็นเกียรติแก่แฟร์มี และที่เมืองนิวพอร์ตมลรัฐมิชิแกนมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ 2 โรงก็ตั้งชื่อตามชื่อของเขาคือ เฟอร์มี 1 และ เฟอร์มี 2 นอกจากนี้เมื่อปี 1952 มีการค้นพบธาตุใหม่จากเศษวัสดุหลงเหลือจากการทดลอง ลูกระเบิดไฮโดรเจน ธาตุนี้มีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 100 และได้รับการตั้งชื่อเป็นเกียรติแก่แฟร์มีว่า เฟอร์เมียม (fermium)