Ферми не разочаровал их. Впечатления Бете, этого блестящего ученика Арнольда Зоммерфельда, были типичными. Он писал из Рима своему учителю: «Конечно, я приехал для того, чтобы видеть Колизей и восхищаться им. Но самое лучшее в Риме, это, несомненно, Ферми. Он обладает изумительной способностью немедленно видеть решение любой заданной ему проблемы». В 1934 г., когда стало известно об успешном получении супругами Кюри искусственных радиоактивных элементов, Ферми потерпел некоторую неудачу. Его последняя статья о бета-лучах была отклонена лондонским журналом «Нэйчур», в котором помещалось все наиболее важное, что имело отношение к физике. Тогда Ферми решил попробовать свои силы на этот раз «только шутки ради» на некотором варианте практических экспериментов, предпринимавшихся Жолио. Но Ферми решил применить не альфа-частицы, как это делал француз, а новый, более мощный снаряд — нейтрон. Вместе с учениками он начал в 1934 г. систематическую бомбардировку нейтронами одного элемента за другим. Результаты с первыми восемью элементами оказались отрицательными. Но когда взялись за девятый элемент, фтор, то гейгеровский счетчик начал щелкать, т. е. обнаружил искусственную радиоактивность. Работа оказалась настолько захватывающей, что молодой ученый физико-химик д'Агостино, приехавший из Парижа на несколько недель, так надолго отложил свой отъезд, что кончился срок действия железнодорожного обратного билета, и тогда он решил остаться навсегда.
В процессе этих экспериментов Ферми и его ближайшие помощники сделали два важных открытия. Первое заключалось в том, что радиоактивность металлической мишени, бомбардируемой нейтронами, возрастала в сотню раз, когда нейтроны предварительно замедлялись слоем воды или парафина. Предположение об этом впервые было подтверждено в живописном прудике для золотых рыбок за зданием Физического института. Второе открытие предполагало, что бомбардировка самого тяжелого из всех металлов, урана, по-видимому, приводила к появлению нового элемента и, возможно, даже нескольких новых, так называемых искусственных трансурановых элементов. Первое из этих открытий впоследствии оказало решающее воздействие на последующее развитие физики атома. Второе же было не чем иным, как иллюзией.
Ферми все же не удалось с помощью нейтронов создать новые трансурановые элементы. Но он сумел, и, возможно, впервые, расщепить атом урана. Работа Ферми, достигшая своего апогея созданием нового элемента с порядковым номером 93, произвела глубокое впечатление на весь ученый мир. Ферми смог показать эффект мощного воздействия нейтронов, этих новых микроскопических частиц, открытых Чэдвиком.
