Gli anni dal 1934 al 1936 segnarono il periodo più produttivo dell'attività di Fermi e della scuola romana di via Panisperna: Fermi e i suoi collaboratori si dedicarono alla ricerca sperimentale delle reazioni nucleari provocate da neutroni, giungendo alla scoperta dei neutroni lenti, più efficaci di quelli rapidi nel produrre disintegrazioni. Fermi recuperò l'esperimento effettuato dai coniugi Joliot e Curie a Parigi nel 1933, nel corso del quale erano riusciti a produrre la radioattività mediante l'azione di particelle alfa su un metallo leggero, come ad esempio una lastra di alluminio, modificando il sistema dei due fisici francesi con l'utilizzo di neutroni, privi di carica elettrica e quindi più efficaci. Ottenuta una sorgente di neutroni Fermi bombarda con i neutroni vari elementi della tavola periodica osservando che l'elemento attivato si trasformava in isotopi radioattivi dello stesso elemento. Fermi riuscì a indurre artificialmente la radioattività in più di quaranta elementi rilevando che questa diveniva più intensa se i neutroni venivano filtrati attraverso una sostanza ricca di idrogeno, come l’acqua e la paraffina e rese nota tale scoperta il 22 ottobre 1934. Per i suoi studi sulla radioattività artificiale il 10 novembre 1938 fu insignito del premio Nobel per la Fisica.

Nel corso di una conferenza tenuta a Milano il 18 settembre 1949 Fermi così spiega come il gruppo di Roma arrivò ai cosiddetti neutroni lenti, cioè ai proiettili che dovevano rappresentare uno dei mezzi più efficaci per disintegrare i nuclei:

“Dunque in quel tempo c'era una certa confusione nel laboratorio; si lavorava in condizioni non perfettamente riproducibili perchè c'erano molti elementi da investigare e talvolta si dovevano investigare gli uni e talvolta gli altri in modo non sempre identico nell'uno o nell'altro caso. Ora, in questo modo un po' irregolare di procedere, si cominciarono a notare delle differenze che parevano inspiegabili e cioè talvolta l'attività indotta in certe condizioni risultava piccola, talvolta risultava più grande ... La chiave per risolvere il problema venne per caso quando accadde di interporre un piccolo pezzetto di paraffina tra la sorgente e l'oggetto da bombardare: questo pezzetto di paraffina fece crescere immediatamente l'intensità ... questo fenomeno strano era quello che si sarebbe dovuto probabilmente aspettare un fisico teorico; era cioè il fenomeno del rallentamento dei neutroni. Esso avviene nella paraffina, per il fatto che questa contiene una grande frazione di idrogeno. Il fenomeno, che in modo del tutto simile è prodotto anche dall'acqua, consiste in questo; la sorgente di neutroni - come del resto quasi tutte le sorgenti di neutroni - emette neutroni con energia piuttosto grande, dell'ordine di 1MeV. Ma se questi neutroni vengono emessi entro un blocco di paraffina o entro una vasca d'acqua, essi urtano contro un atomo di idrogeno, e siccome il neutrone e l'atomo di idrogeno hanno, con grande approssimazione, la stessa massa, siamo all'incirca nel caso di una palla da biliardo che ne urta un'altra: l'energia cinetica della prima si suddivide in parti, in media, eguali tra la palla urtante e la palla urtata, così che la palla urtante va via con circa metà dell'energia in gioco; se poi essa subisce un secondo urto e poi un terzo, e poi un quarto, dimezzando la propria energia andrebbe addirittura a zero se a un certo punto non intervenisse l'agitazione termica: ossia gli atomi di idrogeno dell'acqua e della paraffina sono in agitazione termica, cosicché il fenomeno del rallentamento non va avanti illimitatamente... la proprietà di attivazione è assai grande perché in numerosissime reazioni nucleari la sezione d'urto dei neutroni lenti è molto maggiore di quella di quella dei neutroni veloci, vale a dire i neutroni lenti hanno una probabilità molto maggiore di essere catturati.”