1901年9月29日生于罗马,父亲是铁路职工,母亲是中学教师。中学时是模范学生,各方面名列前茅。从小对机械着迷,曾和哥哥一起设计与制造电动机,设计飞机引擎等。他酷爱数学和物理,10岁时听大人们谈论表示圆,就独自弄懂了这一表示式。独自钻研了大量代数、几何、分析题目。17岁时以第一名考入比萨大学师范学院。他的入学试卷“声音的特性”详细探讨了振动杆的实例,写出了振动杆偏微分方程,求得其本征值与本证函数并对杆的运动作傅里叶展开。主考教授对这一通篇无错的答卷惊讶万分,交口称赞,认为是意大利科学复兴的希望。图书馆里的书籍是他最好的老师。在比萨大学,他被认为是相对论和量子理论的最高权威。大学三年级就发表了两篇研究论文。
1922年获博士学位。1923年去格丁根大学随M.玻恩工作,1924年到荷兰的莱顿大学,随厄任费斯脱(Paul Ehrenfest,1880~1933)工作。同年回意大利,在罗马大学任教,1925年到佛罗伦萨大学任讲师。1926年起任罗马大学教授。此后10年,是他创造的黄金时代,并在他周围形成著名的罗马学派,1928年获诺贝尔物理学奖后移居美国。1939~1942年任哥伦比亚大学教授。1942~1945年任芝加哥大学教授,1944~1945年任洛斯阿拉莫斯实验室主任。1946年起任芝加哥大学核物理研究所教授。
他主要从事统计物理、原子物理、原子核物理、粒子物理、天体物理和技术物理等方面的研究。1925年12月,与狄拉克各自独立地提出具有半整数自旋粒子的统计法(费米-狄拉克统计法)。1928年给出描述和计算多电子原子基态的近似方案(托马斯-费米原子模型)。
1934年,建立β衰变理论,从而奠定了弱相互作用的理论基础。
在实验物理方面,费米同样作出了重要贡献。1934年用中子代替α粒子对周期表上的元素逐一攻击直到铀,发现了中子引起的人工放射性,还观察了到中子慢化现象,并给出它的理论,为后来重核烈变的理论与实践打下基础,为此,于1938年获诺贝尔物理学奖。
1936年发现中子的选择吸收,他与他的同事们在这方面的工作,奠定了中子物理学的基础。
1939年,费米着手探索核裂变链式反应的可能性,并于1942年12月2日在芝加哥大学建成世界上第一座可控原子核裂变链式反应堆,使它达到临界状态,产生可控的核裂变链式反应。这一成就是原子能时代的一个重要里程碑。其后他参加了原子弹地研制工作。
费米一生的最后几年,主要从事高能物理的研究。1949年,揭示宇宙线中原粒子的加速机制,研究了Л介子、μ子和核子的相互作用,提出宇宙线起源理论。1952年,发现了第一个强子共振──同位旋四重态。1949年,与杨振宁合作,提出基本粒子的第一个复合模型(费米-杨振宁模型)。费米于1954年11月29日因癌症去世。
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