Enrico Fermi : Hebat dalam fisika teori dan fisika eksperimen sekaligus

Enrico Fermi (lahir 29 September 1901 – meninggal 28 November 1954 pada umur 53 tahun) adalah seorang fisikawan Italia-Amerika yang paling diingat untuk karyanya dalam peluruhan beta, pengembangan reaktor nuklir pertama, dan pengembangan teori kuantum.[1] Ia memenangi Hadiah Nobel dalam bidang fisika 1938.[1] Enrico Fermi merupakan orang yang cukup penting pada abad ke-20 apabila ditilik dari pelbagai sebab dan jurusan.[1]

Kehidupan dan Karier

Ia mengawali karier pendidikannya dengan mempelajari tata bahasa, namun di saat itulah juga bakatnya terhadap matematika dan fisika mulai dipertimbangkan olehnya dan keluarganya.[2] Sehingga, pada tahun 1918 ia memutuskan untuk menempuh pendidikan di Universita Pisa dan menghabiskan waktu empat tahun untuk lulus dengan cemerlang dan pada tahun 1922 memperoleh gelar doktoral di bidang Fisika di sana.[2]

Selanjutnya, ia sempat melanjutkan pendidikan sebentar di Jerman dan Belanda hingga pada tahun 1924 ia kembali ke Italia untuk mengajar Matematika dan Fisika di Universitas Florence.[1][3] Pada tahun 1938, ia memperoleh gelar profesor dari Universitas Roma, kemudian mendapat posisi mengajar di bidang Fisika Universitas Colombia, dan ia pun memperoleh posisi kembali Institusi Pembelajaran Nuklir di Universitas Chicago, posisi yang ia pegang hingga karier dan kehidupannya berakhir.[4]

Dia pun pernah dianugerahi Nobel Prize in Physics pada tahun 1938 untuk karyanya mengenai induced radioactivity.[5] Fermi secara familiar dianggap sebagai salah satu ilmuwan terkemuka dari abad ke-20, yang sangat berhasil dalam teori dan eksperimennya.[5]

Bersama dengan Robert Oppenheimer, Fermi sering disebut sebagai The Father of the Atomic Bomb.[5] Di samping beberapa penghargaan yang Fermi peroleh, beberapa institusi seperti Fermi National Accelerator Laboratory dan Enrico Fermi Nuclear Generating Station, menggunakan nama Fermi sebagai nama institusinya.[5]

Penemuan Fermi

Enrico Fermi merupakan tokoh yang amat penting dalam kaitan pembuatan bom atom, kendati beberapa orang lain memegang peranan yang sama pentingnya dalam pekerjaan itu.[1] Akan tetapi, arti penting bagi Fermi bermula dalam peranan utamanya dalam hal penemuan reaktor atom.[1] Dia memberikan sumbangan teori yang menentukan, dan dia mengawasi perancangannya dan sekaligus pembangunan reaktor pertamanya.[1] Sejak tahun 1945, tidak ada bom atom yang dipergunakan dalam peperangan, tetapi sejumlah besar reaktor nuklir dibangun untuk pembangkit bagi tujuan-tujuan perdamaian.[1]

Reaktor-reaktor tampaknya akan memiliki arti yang lebih penting yang dapat digunakan untuk memprodusir radio isotop yang digunakan di bidang kedokteran dan penyelidikan ilmiah.[1] Ada ketakutan bahwa reaktor nuklir dapat menjadi bencana besar bagi kemanusiaan, tetapi tidak ada yang menganggap bahwa penemuan itu barang yang tidak berarti.[1]

Bagi orang-orang di zamanya, entah untuk mencapai kebaikan atau keburukan, hasil penemuan Fermi akan memiliki pengaruh yang cukup luas dalam kehidupan kedepannya.

Di dunia ini sangat sedikit orang yang jago fisika teori dan fisika eksperimen sekaligus. Diantara yang sedikit itu, yang sangat luar biasa adalah Enrico Fermi. Kemampuan dan
kehebatannya tidak diragukan lagi, sehingga namanya diabadikan diberbagai hal seperti:

  • Nama sebuah laboratorium fisika terkenal di Chicago Amerika Serikat, Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) yang telah mencetak banyak peraih nobel fisika;
  • Nama unsur ke-100, Fermium;
  • Nama suatu institut yang melakukan riset dalam bidang fisika nuklir dan fisika partikel, Enrico Fermi Institute;
  • Nama hadiah yang paling bergengsi dari pemerintah Amerika untuk mereka yang melakukan penemuan hebat dalam bidang energi, atom, molekul, nuklir dan partikel, The Enrico Fermi Award.

Enrico Fermi dilahirkan pada tanggal 29 September 1901 di Roma, Italia, dari pasangan Ida de Gattis dan Alberto Fermi, seorang karyawan di departemen komunikasi Italia. Enrico yang bertubuh kecil dan bermata keabuabuan ini sangat pendiam dan sangat dekat dengan kakaknya, Giulio. Mereka sering menghabiskan waktu untuk merancang motor listrik dan menggambar desain mesin pesawat yang hampir sama canggihnya dengan rancangan para profesional!
Saat Enrico berumur 14 tahun, sang kakak, Giulio, meninggal dunia saat menjalani operasi kecil (sakit di kerongkongan).

Enrico sangat sedih dan kesepian karena ditinggal oleh orang yang paling dekat dengannya. Tetapi dia tidak mau menunjukkan kesedihannya. Dia justru menyembunyikannya dengan cara melahap habis buku-buku fisika dan matematika.

Enrico yang tidak punya banyak uang tidak mampu membeli buku-buku baru, jadi ia selalu mencari buku-buku bekas di Campo dei Fiori. Suatu waktu Enrico menemukan dua buku kuno tentang fisika elementer di Campo dei Fiori. Dia langsung membacanya sampai habis, sambil sesekali mengoreksi perhitungan matematikanya. Begitu dia hampir selesai membacanya, barulah Enrico menyadari bahwa buku itu ditulis dalam bahasa Latin, bukan bahasa Italia!

Kemampuan Enrico banyak diasah oleh Adolfo Amidei, teman sang ayah. Amidei sering melatih Enrico dengan cara memberinya banyak soal matematika yang sulit dan menurutnya tidak mungkin bisa diselesaikan oleh Enrico. Tetapi ternyata si jenius kecil ini selalu bisa menyelesaikannya, bahkan selalu meminta soal-soal baru yang lebih rumit. Itu pun selalu berhasil diselesaikannya!

Amidei yang mengenali bakat terpendam ini mengusulkan supaya Enrico yang saat itu berusia 17 tahun untuk mengambil kuliah di Pisa, Italia. Hanya dalam waktu 4 tahun, Enrico berhasil meraih gelar doktornya di bawah bimbingan Profesor Puccianti (cek… cek…cek… hebat amat…). Selama masa kuliah di Pisa, cowok ini dikenal sangat iseng karena sering meletakkan ember berisi air di atas pintu, supaya orang yang membuka pintu itu tersiram air yang tumpah. Tetapi biarpun agak bandel, kejeniusan Fermi tidak perlu diragukan lagi. Saking jeniusnya, Fermi akhirnya memberi kuliah tentang teori relativitas Einstein kepada dosen-dosen di sana!

Setahun kemudian cowok yang suka jalan, naik gunung dan main ski ini pergi ke Gottingen untuk belajar dari Max Born dan Paul Ehrenfest di Leiden. Pada tahun 1924 Fermi kembali ke Italia dan diminta untuk mengajar di University of Florence. Ditempat inilah pada tahun 1926, Fermi menemukan hukum-hukum fisika statistik yang hingga kini dikenal dengan statistik Fermi. Keharuman nama Fermi, membuatnya diminta untuk menjadi Profesor Fisika Teori di University of Rome. Di sana ia bertemu dengan Laura Capon, yang dinikahinya pada tahun 1928, dan memberinya dua anak, Nella dan Giulio.

Pada tahun 1930-an, Fermi menyadari bahwa untuk menyelidiki struktur atom, ia harus menembakkan suatu partikel yang netral ke inti atom. Segera dari otak cerdas Fermi keluar pemikiran untuk menggunakan netron (partikel netral). Setelah melakukan eksperimen, Fermi menemukan banyak hal yang menakjubkan. Inti atom yang ditembakinya itu membentuk berbagai unsur-unsur baru. Fermi kaget bercampur senang. Saking asyiknya ia terus melakukan berbagai eksperimen hingga ia berhasil menemukan banyak sekali unsur-unsur buatan. Penelitian ini menghadiahinya sebuah Nobel Fisika pada tahun 1938.

Menurut Fermi, eksperimen fisika itu sangat mengasyikan, apapun hasilnya kita tidak akan rugi. Ia bilang:

image

Sewaktu diundang untuk menerima hadiah Nobel di Swedia, Fermi dan keluarganya memanfaatkan kesempatan ini untuk melarikan diri dari Italia yang saat itu dikuasai oleh fasisme Nazi. Istrinya, Laura, yang merupakan keturunan Yahudi berada dalam bahaya besar jika mereka menetap di Italia. Keluarga Fermi yang ‘lupa’ memberikan salam khas Nazi saat menerima hadiah Nobel akhirnya menetap dan menjadi warganegara Amerika (1944).

Di Amerika Fermi meneruskan penelitiannya dengan netronnya. Ia bergabung dengan Manhattan Project untuk membuat bom atom.

Fermi melukiskan reaksi berantai yang berasal dari penembakan netron pada inti uranium. Ketika sebuah netron (n) ditembakkan pada inti Uranium (U), inti ini akan pecah menghasilkan inti Kripton (Kr), inti Barium (Ba), 3 netron ditambah pelepasan sejumlah energi. Tiap-tiap netron yang dihasilkan ini dapat menembak inti uranium lain, menghasilkan Kripton, Barium, 3 netron lagi dan sejumlah energi lagi. Demikian seterusnya netron-netron ini akan menembak Uranium dan menghasilkan energi.

Nah dalam 1 gram uranium terdapat bermilyar-milyar inti uranium. Jadi bisa dibayangkan berapa besar energi yang dihasilkan oleh reaksi ini. Dapat dimengerti mengapa Hiroshima dan Nagasaki dapat hancur luluh karena bom yang dibuat dari reaksi berantai ini.

Apakah reaksi berantai ini selalu merugikan?

Fermi yang cerdas ini berpikir bahwa kalau ia dapat mengendalikan reaksi berantai ini maka energi yang dihasilkan dari reaksi ini dapat digunakan untuk kesejahteraan umat manusia. Fermi kemudian merancang cara paling sederhana untuk mengendalikan reaksi berantai ini yaitu dengan menyelipkan batang cadmium dalam tumpukan atom tersebut.

Bahan ini dapat menyerap netron sehingga dapat memperlambat reaksi, bahkan menghentikannya. Jadi, reaksi fisi nuklir ini dapat dikendalikan hanya dengan menggunakan batang cadmium yang diselipkan saat reaksi ingin diperlambat, dan ditarik kembali saat reaksi ingin dipercepat. Sederhana sekali pemikirannya! Dan perhitungannya benar-benar tepat!

Bayangkan saja, kalau Fermi membuat sedikit saja kesalahan dalam perhitungannya, bisa-bisa lapangan squash University of Chicago, yang waktu itu digunakan sebagai tempat eksperimen reaksi nuklir ini, hancur berantakan karena ledakan dahsyat yang tidak terkontrol. Bahkan setengah kota Chicago bisa hancur semua terkena ledakan itu. Reaksi nuklir terkendali yang pertama kali dilakukan manusia ini terjadi pada tanggal 2 Desember 1942 di bagian barat Stagg Field. Energi dari reaksi nuklir yang terkendali ini sekarang dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi di berbagai negara.


Dua halaman catatan dari fisikawan Italia, Enrico Fermi tentang “the polarization in a proton-nucleus collision”. Los Alamos,February 1954

Ada yang menarik saat uji coba bom. Fermi berdiri mengamati prosesnya, sambil menjatuhkan secarik kertas. Sebelum bom meledak, kertas jatuh menurut lintasan biasa (lurus ke bawah), tetapi begitu bom meledak, gelombang tekanan dari bom tersebut mendorong kertas yang dilepaskannya sehingga jatuhnya tidak lagi tepat di bawahnya.

Jarak penyimpangannya diukur menggunakan penggaris sederhana. Dalam waktu beberapa detik saja Fermi sudah selesai menghitung energi bom atom tersebut! Sewaktu hasil perhitungannya ini disesuaikan dengan perhitungan yang menggunakan peralatan canggih supaya akurat (memerlukan waktu beberapa hari), ternyata hasilnya sangat mirip dengan perhitungan sederhana yang dilakukan Fermi saat itu! Wow!!!

Ternyata konsep yang sangat sederhana dapat digunakan untuk melakukan perhitungan rumit. Itulah pribadi Fermi! Sederhana. Seperti juga penelitiannya dalam reaksi nuklir yang terkontrol, ia hanya menyelipkan batang cadmium untuk mengendalikan reaksi. Segalanya dibuat sederhana!

Memang benar-benar jenius! Kejeniusannya ini membuatnya dijuluki The Last Universal Scientist. Bahkan rekan-rekannya sering menganggap dia paranormal fisika. Kalau ada yang bingung karena kekurangan informasi, misalnya angka tertentu, dalam penelitiannya, ia tinggal menanyakannya ke Fermi. Sebut saja beberapa angka sambil memperhatikan mata Fermi. Jika tiba- tiba matanya bergerak berbeda (misalnya berkedip tiba-tiba) berarti itulah jawabannya!

Kalau Fermi sedang membaca jurnal-jurnal fisika dan laporan penelitian, ia hanya membaca intisari (abstraknya) saja untuk mengetahui tujuan penelitian dan permasalahan yang dihadapi. Setelah itu ia langsung melakukan perhitungan sendiri sampai selesai. Hasil perhitungannya ini kemudian dicocokkan dengan bagian akhir laporan penelitian yang ada di jurnal tersebut untuk dikoreksi apakah sang peneliti yang telah menerbitkan laporan di jurnal itu telah melakukan perhitungan yang benar!

Ketelitiannya pun diakui sangat luar biasa. Ia hampir tidak pernah membuat kesalahan dalam perhitungan maupun saat sedang memberi kuliah. Pernah suatu kali ia salah menulis angka di papan tulis, begitu ia menyadarinya, ia langsung membalik badan dan berbicara di depan murid-muridnya sambil secara diam-diam menghapus angka yang salah tadi dengan sikunya dan membetulkannya. Saat itu tidak ada yang menyadari kalau Fermi sempat mengoreksi kesalahannya itu!

Ia dikenang oleh murid-muridnya sebagai dosen yang sangat luar biasa. Jika ia harus mengulang materi kuliah karena ada yang tidak mengerti, ia sama sekali tidak kesal atau marah. Justru ia tampak lebih senang karena mendapat kesempatan untuk menjelaskannya dengan cara lebih sederhana.

Fermi meninggal dunia di Chicago pada tanggal 28 November 1954 karena kanker ganas di perutnya. Namun namanya terus dikenang sebagai fisikawan dan pemikir terbaik abad ke-20. (Yohanes Surya)