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Enrico Fermi alla Scuola Normale Superiore di Pisa

Durante gli anni del liceo Fermi conobbe un collega del padre e amico di famiglia, l'ingegner Adolfo Amidei, il quale, impressionato dalla straordinaria intelligenza di Enrico, gli suggerì di non frequentare l'Università di Roma, ma di iscriversi all'Università di Pisa e partecipare al concorso per entrare alla prestigiosa Scuola Normale Superiore della stessa città. Per accedere alla prestigiosa università Fermi dovette superare un concorso con il seguente tema: Caratteri distintivi dei suoni e loro cause. L'argomento fu svolto con straordinaria sicurezza e assoluto possesso dei mezzi matematici. Basandosi su quanto appreso nel trattato di meccanica di Poisson e utilizzando concetti come equazioni differenziali e sviluppo in serie di Fourier, descrisse esaustivamente il carattere del suono analizzando alcuni casi specifici. Il livello del suo svolgimento fu talmente elevato da riuscire sbalorditivo per la commissione esaminatrice. In seguito a un colloquio orale svolto dal prof. Giulio Pittarelli, venne confermata l'eccellenza della preparazione del diciassettenne Fermi, che ottenne il primo posto in graduatoria. Durante il colloquio il prof. Pittarelli si espose, preannunciando al giovane studente romano che sarebbe diventato un importante scienziato. Fra il 1919 ed il 1923 studiò la relatività generale, la meccanica quantistica e la fisica atomica. La sua preparazione in meccanica quantistica raggiunse livelli talmente elevati che Luigi Puccianti, direttore dell'Istituto di Fisica presso la Scuola Normale, gli chiese di organizzare alcuni seminari sul tema. Sempre in questo periodo apprese il calcolo tensoriale, strumento matematico inventato da Gregorio Ricci-Curbastro e Tullio Levi-Civita, indispensabile al fine di dimostrare i principi della relatività generale. Nel 1921, terzo anno di Università, pubblicò i suoi primi due lavori sulla rivista scientifica Nuovo Cimento: Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in modo transitorio e Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche. Il primo di questi lavori portò a una conclusione che poneva in contraddizione il calcolo della massa effettuato nell'ambito della teoria di Lorentz con il principio di equivalenza dell'energia di Einstein. Tale apparente contraddizione venne chiarita l'anno seguente dallo stesso Fermi nell'articolo Correzione di una grave discrepanza fra la teoria elettrodinamica e quella della relativistica delle masse elettromagnetiche. Inerzia e peso dell'elettricità, che apparve prima sulla rivista I rendiconti e in seguito sulla prestigiosa rivista tedesca Physikalische Zeitschrift. Sempre nel 1922 pubblicò il suo primo importante lavoro sulla rivista Rendiconti dell'Accademia dei Lincei, dal titolo Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria, dove introduceva per la prima volta quelle che verranno in seguito denominate le coordinate di Fermi, e dimostrava che in prossimità di una linea oraria, lo spazio si comporta come se fosse euclideo. Nel 1922 comincia la sua tesi di laurea sperimentale sulle immagini di diffrazione dei raggi X prodotte da cristalli curvi. È da notare che i tubi per i raggi X furono fabbricati da Fermi insieme ad altri due studenti: Nello Carrara e Franco Rasetti, nell'ambito dei loro esperimenti «liberi» all'interno del laboratorio di fisica presso l'Istituto di fisica della Normale. I tre ragazzi avevano libero accesso al laboratorio e alla biblioteca su permesso del capo dell'istituto stesso. Secondo Franco Rasetti, Fermi, dimostrò di essere un fisico completo svolgendo una tesi sperimentale pur essendo già noto come fisico teorico. Ad ogni modo, sembra che Fermi preferisse gli aspetti teorici rispetto a quelli sperimentali. In una lettera all'amico Persico, datata marzo 1922, Fermi fa capire che non vedeva l'ora di terminare la tesi per potersi dedicare alla meccanica quantistica. Il 4 luglio dello stesso anno Fermi si laureò all'Università con Luigi Puccianti e, il successivo 7 luglio, si diplomò pure alla Normale; in entrambi i casi, ottenne la magna cum laude. Nel 1923, in seguito alla scrittura dell'appendice del libro Fondamenti della relatività einsteiniana di August Kopff, Enrico Fermi, specializzatosi ulteriormente nello studio della relatività generale grazie a Giuseppe Armellini e Tullio Levi-Civita, pone per la prima volta l'accento sull'enorme quantità di energia insita nella famosa equazione (E=mc²). Asserzione che può essere vista come il primo vero passo nella direzione della generazione di energia atomica.