A trăit o viață complicată, reușind cu greu să scape de prigoana nazistă. Totuși a avut o contribuție uriașă în dezvoltarea fizicii dar, din păcate, Lise Meitner nu a primit Premiul Nobel. Despre ea mi-am propus să vă povestesc în rândurile care urmează.
Lise Meitner s-a născut în Viena, Austria, pe 7 noiembrie 1878. Părinții săi erau evrei bogați. Tatăl său, Philipp Meitner, a fost unul dintre primii avocați evrei din Austria. Părinții Lisei aveau vederi extrem de liberale. Într-o vreme în care regula era ca fetele să meargă la școală numai până la 14 ani, ei au remarcat pasiunea fiicei lor pentru știință, au încurajat-o să urmeze cursuri universitare.
Viena
În 1892, Lisa, acum în vârstă de 14 ani absolvă Mädchen-Bürgerschule (o școală elementară pentru fete). În 1897, austriecii ridică restricțiile care împiedicau fetele să urmeze cursuri universitare. Exista o perioadă de tranziție în care tinerele fete puteau să fie admise la cursuri fără a mai urma liceul, cu condiția de a trece un examen de maturitate. Lise Meitner nu putea rata ocazia de a urma studii în domeniul științei. În 1899, ea începe o perioadă de pregătire accelerată pentru a putea trece de acest examen. În octombrie 1901, la vârsta de 22 de ani, Lise este admisă la Universitatea din Viena. În primul an urmează cursuri de matematică, fizică, botanică și filosofie. În al doilea an este nevoită să aleagă numai o singură disciplină și, după ce oscilează între matematică și fizică, alege să studieze fizică. Din 1902 urmează cursurile lui Ludwig Boltzmann. Câteva decenii mai târziu avea să noteze cu entuziasm că marele fizician avea ”cele mai frumoase și mai stimulatoare cursurile pe care le-am auzit vreodată. Ne preda cu atât de mult entuziasm, încât plecam de la fiecare curs cu sentimentul că mi s-a dezvăluit o minunată lume nouă.” În 1902 Boltzmann avea 58 de ani și devenise faimos prin dezvoltarea teoriei cinetice a gazelor și a mecanicii statistice. A aplicat legea a doua a termodinamicii la teoria atomică arătând că fenomenele naturale sunt ireversibile. Ideea de atomi nevăzuți care au un comportament nedeterminat era mai mult decât puteau accepta unii oameni de știință. Ani de zile Boltzmann a fost forțat să-și apere opera împotriva filosofiei destul de răspândite a pozitivismului științific din acea vreme, prin care se cerea ca teoriile științifice să se bazeze strict pe date observaționale directe. Cu siguranță Boltzmann a influențat decisiv cariera ştiinţifică a Lisei Meitner.
În 1905 ea demarează studiile pentru lucrarea de doctorat sub conducerea fizicianului Franz-Serafin Exner. În lucrarea sa Lise încerca să verifice dacă ecuațiile lui Maxwell se pot aplica în cazul transportul căldurii. Lucrarea sa, ”Transferul de căldură prin conducție în corpuri neomogene”, a fost susținută în fața lui Boltzmann și Exner și a primit ”Summa cum laude”, cel mai înalt calificativ cu putință.
Din păcate vremurile nu erau deloc favorabile femeilor. În ciuda tezei de doctorat excepționale, Lise avea de ales să devină asistentă de cercetare neplătită sau să lucreze, pe bani, într-o fabrică de lămpi cu gaz. Cariera ei s-ar fi oprit brusc aici, dacă tatăl ei, Philipp Meitner, nu ar fi decis să o finanțeze pentru a își continua studiile la Berlin.
Berlin
În septembrie 1907, Lise începe studiile la Universitatea Friedrich Wilhelm din Berlin. Aici avea să îl aibă drept profesor pe Max Planck, întemeietorul mecanicii cuantice, pe care îl cunoștea deja din vremea în care acesta vizitase Viena. Planck nu era un susținător al educației femeilor, dar Lise l-a impresionat puternic prin talentul, cunoștințele și dăruirea sa pentru fizică. Ea intră cu drepturi depline în echipa marelui fizician. De exemplu, la fiecare sfârșit de săptămână Planck invita în casa sa oameni de știință remarcabili ai zilei și pe asistenții și studenții săi. Erau momente relaxate, care ajutau la crearea unei rețele de comunicare între speranțele științei și cercetătorii consacrați. Astfel, conștient sau nu, Planck îi pava drumul Lisei către o carieră științifică extraordinară.
Tânăra fiziciană dorea să se apropie cât mai mult de fizica experimentală. La început și-a îndreptat atenția către Heinrich Rubens profesor de fizică experimentală la Universitatea Friedrich Wilhelm. Este refuzată politicos. Spre norocul ei un tânăr chimist, Otto Hahn, căuta să lucreze împreună cu un fizician și îi face Lisei o propunere de colaborare. Este începutul unei colaborări care se va întinde pe trei decenii. La început Lise Meitner și Otto Hahn au lucrat într-un laborator aflat la subsolul Institutului de Chimie al Universității din Berlin. Lise nu era plătită și cei doi erau nevoiți să lucreze pe ascuns deoarece directorul Emil Fischer nu suporta prezența femeilor în Institutul său.
Lucurile aveau să se schimbe în octombrie 1912, atunci când Lise și Hahn se mută în noul Institut de Chimie Kaiser Wilhelm aflat la periferia Berlinului. Oficial Institutul s-a deschis pe 12 octombrie iar Lise a fost invitată la ceremonia de inaugurare unde a avut prilejul să se întâlnească cu Kaiserul Wilhelm al II-lea. Hahn devine directorul Departamentului de Cercetare a Radioactiviții, iar Lise devine asistenta sa. Deocamdată muncește voluntar. Din fericire noul laborator este excelent echipat. Către sfârșitul lui 1912, Lise devine asistenta lui Plank. Este pentru prima dată când munca sa este plătită.
O dată cu începerea Primului Război Mondial se înrolează ca infirmieră. Fiziciană fiind, misiunea sa consta în operarea aparatelor pentru radiografii. În 1916 revine la activitatea de cercetare.
Cercetările
În ianuarie 1917, departamentul lui Hahn este divizat în două părți, una dedicată cercetărilor din zona chimiei substanțelor radioactivă (condusă de Hahn) și, cea de-a doua, dedicată cercetărilor din zona fizicii radioactivității (condusă de Lise). Salariul ei crește de la 1.000 la 4.000 de mărci…
Rezultatele colaborării dintre cei doi nu au întârziat să apară. În 1918 cei doi descopereau un nou izotop al protoactiniului (Pa). Izotopul 234 al Pa fusese identificat în 1913 de către Kasimir Fajans și Otto H. Göhring, care l-au botezat ”brevium”. Cu 13 ani mai devreme William Crookes reușise să îl separe dintr-un eșantion de uraniu, dar nu și-a dat seama că avem de-a face cu un nou element chimic și ia dat numele de uranium-X. Lise și Hahn au dus mai departe aceste cercetări și au dat numele de protoactiniu noului element chimic, denumire care în 1949 avea să fie acceptată de Uniunea Internațională a Chimiei Pure și Aplicate.
În anii 1920 Lise și Hahn fac cercetări separate. Otto Hahn se îndreaptă către radiochimie în timp ce Lise se ocupă de fizica nucleară. În primăvara anului 1921 ea vizitează Suedia, timp de câteva săptămâni, în calitate de profesor invitat la Universitatea din Lund, la propunerea fizicianului Manne Siegbahn. Acesta avea să obțină, în 1924, Premiul Nobel pentru fizică pentru descoperirile și cercetările în domeniul spectroscopiei în radiații X. Aici, în Suedia, Lise profită de preocupările lui Siegbahn pentru a efectua cercetări în domeniul spectroscopiei în radiații X pentru identificarea elementelor chimice.
În 1922, Lise a descoperit ceea ce avea să capete numele de ”efect Auger”, prin care un atom ionizat prin ejectarea unui electron de pe straturile orbitale interioare revine la starea fundamentală de energie prin emiterea unui electron de pe stratul orbital exterior. Rezultatele cercetării au fost publicate în prestigioasa revistă Zeitschrif für Physik. Din păcate lucrarea era foarte lungă și greu de citit, chiar pentru fizicieni, așa că, deși spectaculos, rezultatul ei a trecut neobservat. Abia după un an fizicianul francez Pierre Auger descoperă, independent, același fenomen. Lucrarea lui nu a trecut neobservată și, din acest motiv, fenomenul descoperit de Lise poartă acum numele de efect Auger.
În continuare Lise este preocupată de cercetarea fundamentală în domeniul fizicii nucleare. Între anii 1922 și 1925 Lise a publicat 16 articole despre structura atomică și despre radiațiile gamma și beta. Aceste lucrări aveau să o propulseze în rândul celor mai reputați fizicieni ai epocii. Era epoca de glorie a aceste minunate științe iar Berlinul devenise centrul ei. Așa cum avea să noteze Hahn, contribuțiile ei au dus la creșterea reputației Institutului în care lucra. În 1926 ea devine prima profesoară la Universitatea din Berlin.
Radioactivitatea
Cred că a sosit momentul să ne reamintim câte ceva despre radioactivitate. Ea a fost descoperită, în 1896, accidental de către francezul Henri Bequerel, atunci când a pus, într-un sertar, o bucată de minereu de uraniu deasupra unei plăci fotografice învelite în hârtie neagră. Spre surprinderea sa a văzut, după developare, că imaginea minereului a apărut pe placă. Un atom devine radioactiv atunci când nucleul său devine instabil. Această instabilitate este produsă de un exces de neutroni sau protoni. În partea inferioară a Tabelului Periodic, până la numere atomice egale cu 20 (numărul atomic, Z, este numărul de protoni din nucleul unui atom) nucleele au un număr egal de protoni și neutroni iar aceste elemente sunt stabile. Pe măsură ce urcăm în Tabelul lui Mendeleev, numărul neutronilor începe să îl depășească pe cel al protonilor. Atunci când dezechilibrul depășește raportul de 1,3/1 instabilitatea devine atât de mare, încât elementul devine radioactiv. Toate nucleele elementelor chimice cu numărul atomic mai mare de 83 și cu masa atomică mai mare de 209 sunt radioactive. (Existp și nuclee ușoare care sunt radioactive, cum ar fi izotopul C14 al carbonului.)
Prin dezintegrare radioactivă nucleele ”încearcă” să atingă un nivel de energie mai coborât pentru a obține stabilitatea. În acest proces nucleul se descompune în mai multe ”nuclee fiice” care sunt, sau nu sunt, radioactive însoțite de emiterea mai multor particule subatomice și/sau fotoni. Nucleele fiice au numere diferire de protoni și neutroni și aparțin unor elemente chimice diferite de cele ale nucleului părinte. Dacă nuccleul fiică este în continuare instabil (radioactiv), procesul continuă până când se atinge stabilitatea. În cazul radioactivității naturale dezintegrarea radioactivă poate fi un proces extrem de lent. De exemplu, izotopul U235 (al cărui nucleu este format din 92 de protoni și 143 de neutroni) are timpul de înjumătățire de 700 milioane de ani. Timpul de înjumătățire este perioada în care se dezintegrează jumătate din numărul de nuclee inițiale. Toate aceste fenomene fizice erau necunoscute, până când ele nu aveau să fie identificate de către Otto Hahn și Lise Meitner.
Dar mai întâi trebuia să fie descoperit un nou nucleon: neutronul. El avea să fie identificat cu ajutorul unor experimente realizate de trei echipe independente (germanii Walther Bothe și Herbert Becker, francezii Irène și Frédéric Joliot-Curie și englezul James Chadwick) la începutul anilor 1930. Pe baza acestora germanul Werner Heisenberg concepe un model în care nucleul atomic este format din protoni și neutroni.
În 1934, italianul 1934, descoperă că neutronii pot fi încetiniți cu ajutorul parafinei și că ei pot fi folosiți pentru sondarea nucleelor atomice. În luna mai 1934 el bombardează nuclee de uraniu provocând ceea ce mai târziu avea să fie numită fisiune nucleară. Dar la acea vreme, Fermi nu și-a dat seama că acest fenomen ar putea fi posibil. El credea că se pot întâmpla două lucruri atunci când un nucleu de uraniu este bombardat cu neutroni lenți. În prima variantă, nucleele lovite de neutroni ar putea emite un număr mic de protoni și neutroni, așa cum se observase deja în cazul țintelor constituite din nuclee ale diferitelor metale. În a doua variantă, confirmată și ea de experimente anterioare, nucleele de uraniu ar fi absorbit unul dintre neutronii cu care a fost bombardat. În cele din urmă, Fermi optează pentru cea de-a doua variantă. Nucleul izotopului U238, constituit din 92 de protoni și 146 neutroni, ar fi absorbit unul dintre neutronii incidenți, transformându-se în izotopul U239. Apoi, prin dezintegrare beta, adică prin emiterea unui electron sau a unui pozitron, neutronul suplimentar s-ar fi transformat într-un proton. Astfel s-ar fi obținut un element transurianian, cu numărul atomic egal cu 93…
Îndată după aflarea rezultatelor obținute de Fermi, Lise Meitner ia legătura cu Hahn, propunându-i reluarea colaborării, pentru a studia îndeaproape experimentele italianului. Vă rog să remarcați acum faptul că inițiativa inițierii de experimente asupra uraniului îi aparține în întregime Lisei. Lise Meitner: ”În 1934, după o pauză de mai bine de 12 ani, am început din nou să lucrăm împreună. Desigur, nu eram influențați de presupunerea lui Fermi că avem de-a face cu elemente transuraniene.” Între 1935 și 1938 cei doi, împreună cu chimistul Fritz Strassmann, publică zece lucrări referitoare la elementele transuraniene.
Naziștii sunt deja la putere și începuseră prigoana împotriva evreilor. Hahn încearcă să o apere pe Lise, dar, în ciuda reputației sale, nu este ascultat. Urmează o perioadă complicată pentru Lise care, în cele din urmă, reușește să ajungă în Olanda și apoi în Suedia, unde ajunge la jumătatea lunii iulie 1938. Vreau să mai adaug că Hahn s-a implicat și material în sprijinirea Lisei, a cărei avere fusese confiscată de către naziști, dăruindu-i un scump inel cu diamante.
În Suedia lucrează la laboratorul fizicianului Manne Siegbahn, din Stockholm, dar are la dispoziție resurse relativ slabe pentru a își continua cercetările. Începe o bogată corespondență cu Otto Hahn, legată de experimentele legate de bombardarea nucleelor de uraniu cu neutroni lenți. Mai mult decât atât, în noiembrie 1938, Lise se întâlnește cu Hahn în Copenhaga, în casa lui Niels Bohr, prilej cu care cei doi stabilesc noi protocoale experimentale.
Întors în Germania, Hahn și Strassmann reiau experimentele. Pe 16 decembrie 1938, obțin niște rezultate ciudate. Nu voi intra acum în detaliu. Este vorba despre niște analize chimice extrem de rafinate în care rezulta prezența neașteptată a bariului în produsele rezultate în urma bombardării cu neutroni lenți a nucleelor de uraniu. Rezultatele obținute îi sunt transmise Lisei. Hahn nu reușește să găsească o explicație pentru rezultate, el fiind încă atașat de ipoteza transuraniană.
Lise analizează datele experimentale și devine extrem de preocupată. Nepotul ei, Otto Frisch, cu care colabora în acea vreme, relatează o discuție avută cu Lise în apropierea Crăciunului din 1938. ”Să fie o greșeală? Nu, îmi spunea Lise Meitner, Hahn era un chimist prea bun pentru a greși. Dar de unde apăruse bariul? (…) Cu ani mai devreme George Gamow propusese pentru nucleu modelul picăturii de apă. Este posibil ca neutronii să rupă această picătură în două sau mai multe bucăți. (…)” Frisch împreună cu Meitner demarează o analiză cantitativă a acestei ipoteze. Frish a calculat energia necesară pentru separarea celor două fragmente rezultate în urma fisiunii în timp ce Meitner, folosind formula lui Einstein a estimat energia eliberată prin ruperea nucleului de uraniu. Rezultatele se potriveau de minune. Îi comunică imediat rezultatele lui Hahn, care preia concluziile într-un articol publicat pe 6 ianuarie 1939 în revista Naturewissenschaften, fără a o trece drept coautoare pe Lise. Chestia asta era firească în vremea nazismului. Dar, din păcate, nici mai târziu nu avea să o atașeze pe Lise Meitner la descoperirea fisiunii nucleare.
Pe 11 februarie 1939, Meitner și Frisch publică în revista Nature o notă intitulată ”Disintegration of Uranium by Neutrons: A New Type of Nuclear Reaction” în care se descria procesul de fisiune nucleară.
Aceste două articole aveau să ducă, în timp, la fabricarea armelor nucleare și a construcției centralelor cu fisiune. Ca multe dintre descoperirile științei și aceasta are două fețe complet antagonice…
Premiul Nobel
Din păcate, deși după 1939 Lise, Hahn și Frish, au fost nominalizați de mai multe ori pentru a primi Premiul Nobel, acesta i-a fost acordat numai lui Hahn, în 1944. Desigur, Hahn a jucat un rol de exepție în descoperirea fisiunii nucleare, dar în ceea ce o privește pe Lise Meitner (și, eventual, Otto Frisch) comitetul Nobel ignora câteva aspecte importante.
În primul rând, a fost uitat faptul că Lise a fost implicată profund în fiecare pas care a dus la descoperirea fisiunii nucleare.
În al doilea rând, nu s-a băgat de seamă că Lise și Frisch au fost singurii care au găsit o explicație științifică pentru rezultatele experimentelor lui Hahn. Acesta din urmă, având cunoștințe limitate de fizică nu a reușit să o găsească de unul singur.
În al treilea rând s-a neglijat faptul că descoperiea fisiunii nucleare este rezultatul unei activități multidisciplinare care impunea cu necesitate colaborarea dintre fizicieni și chimiști.
Dar, cel mai dureros pentru mine a fost faptul că niciodată Hahn, după primirea Premiului Nobel, nu a găsit de cuviință să recunoască meritele Lisei Meitner.
Încheiere
Regret că nu v-am povestit mai multe despre viața lui Lise Meitner. Credeți-mă, a avut una extraordinară cu suișuri și coborâșuri abrupte. Deși i s-a negat dreptul Premiul Nobel, ea a fost onorată în anii 1980, atunci când elementul chimic cu numărul atomic 109, a primit numele ei, meitnerium. Otto Hahn, deși americanii au propus ca elementul cu numărul atomic 105 să îi poarte numele, nu a avut parte de această onoare…
