นี่เองที่แฟร์มีได้นำทีมของเขาทำการทดลองขนาดมหึมา โดยการทดลองใช้อนุภาคนิวตรอน ระดมยิงอะตอมทุกธาตุที่มนุษย์รู้จัก เรียงไปทีละธาตุตามที่ลำดับไว้บนตารางพีริออดิก คือเริ่มตั้งแต่ธาตุไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุลำดับที่ 1 เป็นต้นไปทีเดียว แต่ธาตุแรก ๆ ก็ไม่ประสบผลจนกระทั่งธาตุลำดับที่ 9 คือฟลูออรีนจึงเริ่มเห็นผล กล่าวคือหากมีปฏิกิริยานิวเคลียร์ (นิวเคลียสของธาตุถูกระดมยิงเกิดการเปลี่ยนแปลงรวมทั้งอาจเกิดการแปรธาตุ) เกิดขึ้นก็จะเกิดการแผ่กัมมันตรังสีออกมา การตรวจสอบปฏิกิริยาก็โดยการตรวจวัดกัมมันตภาพรังสีที่แผ่ออกมา ว่ามีความแรงเพียงใด หากเกิดการแปรธาตุก็สกัดแยกธาตุที่เกิดขึ้นใหม่มาวิเคราะห์ทางเคมี ว่าเป็นธาตุอะไรและมีครึ่งชีวิต (half-life) ยาวเท่าใด ทีมของแฟร์มีทดลองและจดบันทึกความแรงรังสี ธาตุที่เกิดขึ้นและครึ่งชีวิตเอาไว้ อันเป็นงานที่ต้องใช้ทั้งฝีมือและความอดทนเป็นอย่างมาก
พอถึงปลายปี ค.ศ. 1934 ผลการทดลองประหลาดก็เกิดขึ้น การทบทวนผลการทดลองระดมยิงอะตอมธาตุเงินที่ทำผ่านมาแล้ว ให้ผลการทดลองที่เปลี่ยนไปเมื่อมีการจัดวางเครื่องไม้เครื่องมือต่างไปจากเดิม ลูกทีมได้รายงานเรื่องประหลาดที่เกิดขึ้นแก่แฟร์มี
ในการตรวจวัดกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น สิ่งที่ใช้ป้องกันรังสีที่เกิดขึ้นก็คือแผ่นตะกั่ว การจัดวางแผ่นตะกั่วที่แตกต่างไปจากเดิม โดยการวางแผ่นตะกั่วกั้นกลาง ระหว่างต้นกำเนิดนิวตรอนกับกับธาตุเงินที่ระดมยิง กลับทำให้ตรวจวัดกัมมันตภาพรังสีได้สูงขึ้น ซึ่งแสดงว่าเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์มากขึ้นกว่าเดิม ด้วยอัฉริยภาพของแฟร์มี ทำให้เขาพอคาดเดาได้ว่าเกิดอะไรขึ้น และได้สั่งให้ใช้ก้อนพาราฟินมากั้นกลางแทนตะกั่ว ผลคือสามารถวัดกัมมันตภาพรังสีได้สูงขึ้นกว่าร้อยเท่าตัว ซึ่งสาเหตุก็คือ ก้อนพาราฟินเป็นสารไฮโดรคาร์บอน ประกอบขึ้นด้วยอะตอมไฮโดรเจนจำนวนมาก และไฮโดรเจนก็คืออนุภาคโปรตอน 1 อนุภาค (ที่มีอิเล็กตรอน 1 อนุภาคโคจรอยู่รอบ) ซึ่งมีขนาดเท่า ๆ กับนิวตรอนที่ใช้ระดมยิง ดังนั้น เมื่อนิวตรอนทะลุผ่านเข้าไปในก้อนพาราฟิน จึงเกิดการชนกับอะตอมไฮโดรเจนนับครั้งไม่ถ้วน จนความเร็วที่เคลื่อนผ่านออกไปจากพาราฟินช้าลง เรียกว่าเป็น นิวตรอนช้า (slow neutron) ซึ่งการณ์กลับปรากฏว่า นิวตรอนช้ามีโอกาสเข้าชนกับนิวเคลียสของอะตอมธาตุเงินได้มากขึ้น ทำให้การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์เพิ่มขึ้นมาก เป็นอันว่าแฟร์มีได้ค้นพบเทคนิคในการระดมยิงด้วยนิวตรอนช้า ที่ทำให้โอกาสการปฏิกิริยานิวเคลียร์สูงขึ้นมาก และนี่เป็นส่วนหนึ่งในคำประกาศรางวัลโนเบลแก่แฟร์มี
ค.ศ. 1934 แฟร์มีตีพิมพ์ผลการทดลองหลายครั้ง ที่แสดงความเห็นว่า น่าจะสามารถประดิษฐ์ธาตุที่โตกว่ายูเรเนียมได้ โดยการระดมยิงนิวเคลียสยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ทำให้เกิดการตื่นตัวทดลองทำนองนี้กันมาก และจากการทดลองรระดมยิงนิวเคลียสยูเรเนียม ด้วยนิวตรอน ในหลายปีต่อมาของแฟร์มี เขาตรวจสอบธาตุที่เกิดขึ้นใหม่ 2 ธาตุไม่พบว่าตรงกับธาตุใด ระหว่างธาตุลำดับที่ 80 (คือตะกั่ว) ถึงธาตุที่ 92 (ยูเรเนียมนั่นเอง) จึงมั่นใจว่าได้ทำให้เกิดธาตุใหม่และคงต้องเป็นธาตุหลังยูเรเนียม (transuranium elements) ได้แก่ธาตุที่ 93 และ94 และเขาเรียกธาตุใหม่นี้ว่า ausonium และ hesperium อย่างไรก็ดี มีผู้ไม่เห็นด้วยกับแฟร์มีคือ ไอดา แนดด็อก (Ida Naddock) ที่ส่งจดหมายถึงทีมของแฟร์มี บอกไม่เห็นด้วย และเสนอให้ตรวจสอบว่าไม่ใช่ธาตุอื่นที่เล็กกว่าตะกั่วลงไปอีก เพราะบางทีนิวเคลียสยูเรเนียมที่ถูกระดมยิง อาจเกิดการแบ่งแยกเป็นสองส่วนก็ได้ ข้อเสนอแนะนี้ไม่ได้รับความสนใจ และการทดลองของแฟร์มีกับคนอื่น ๆ ในหลายปีต่อมา ก็ได้ผลไม่ต่างไปจากเดิม ทุกคนจึงยอมรับสมมติฐานของแฟร์มี และเป็นผลให้แฟร์มีได้รับรางวัลโนเบล เมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 1938 จากผลงานนี้และผลงานเรื่องนิวตรอนช้า แล้วก็มีประกาศการค้นพบเมื่อวันที่ 22 ธันวาคมที่แสดงว่า การประกาศรางวัลโนเบลครั้งนี้น่าจะมีข้อผิดพลาดอยู่บ้าง ดังกล่าวข้างต้น
การค้นพบที่ว่าก็คือ ออทโท ฮาน (Otto Hahn) และ ฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ (Fritz Strassman) ได้ส่งผลการทดลองไปลงตีพิมพ์ในวารสารเยอรมัน Die Naturwissenschaften ประกาศว่าตรวจพบธาตุลำดับที่ 56 คือแบเรียมจากการระดมยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน (อีกธาตุคือคริปทอน-36 ตรวจพบได้ยากเพราะเป็นแก๊ส) ซึ่งแสดงว่านิวเคลียสของยูเรเนียมเกิดการแบ่งแยกออกเป็น 2 ส่วนเกือบเท่า ๆ กัน สำหรับนักฟิสิกส์แล้วสมมติฐานแบบนี้ไม่น่าเชื่อว่าจะเกิดขึ้นได้และคิดว่าไม่น่าเป็นไปได้ทางทฤษฎี แต่สำหรับลิเซอ ไมท์เนอร์ (Lise Meitner) ผู้ร่วมงานเก่าของฮาน (เนื่องจากมีเชื้อสายยิวจึงต้องแยกลี้ภัยนาซีไปอยู่ประเทศสวีเดน) เธอให้ความมั่นใจแก่ฮานว่าธาตุที่ตรวจพบคือแบเรียมอย่างแน่นอน และคงเพราะความเชื่อมั่นอันถูกต้องของเธอนี่เอง ทำให้ได้รับสมญานามว่า มารดาแห่งลูกระเบิดปรมาณู (the mother of atomic bomb) |
