Co się stało, kiedy pierwszy raz rozszczepiliśmy atom?

Część najważniejszych odkryć naukowych zdarzyła się przypadkiem. W ten sposób odkryliśmy penicylinę i plastik. Ale jest jedno przypadkowe odkrycie, o którym nie słyszy się tak często. Jak na przykład ten moment w 1938, kiedy naukowcom przez przypadek wyszło rozszczepienie atomu, czym zmienili bieg historii.

Na początku nie zdawali sobie sprawy z wagi odkrycia. Dopiero austriacka fizyk, Lise Meitner zrozumiała, że właśnie odkryli coś, co dziś znamy jako rozszczepienie atomu. Jednak kiedy przyszło do rozdawania Nagrody Nobla, Lise Meitner została pominięta. Wynagrodzono tylko jej współpracownika.

Trochę historii

Meitner urodziła się w 1879 w Austrii. Austriackich kobiet nie uczono wtedy matematyki i fizyki. Lise była jednak ciekawskim dzieckiem i spała z książką do matematyki pod poduszką. Udało jej się dostać na uniwersytet Wiedeński który ukończyła ze stopniem doktora fizyki w 1906 roku. Była drugą kobietą, której udało się otrzymać doktorat nauk ścisłych na Uniwersytecie Wiedeńskim.

Okazało się jednak, że w Wiedniu nie było zbyt wiele ofert pracy dla kobiet, które miały stopień naukowy, więc w 1907 Meitner przeniosła się do Berlina. Tam została pierwszą kobietą, której Max Planck pozwolił uczęszczać na swoje wykłady. Chodzi o tego samego gościa, który praktycznie sam odkrył mechanikę kwantową i kumplował się z Einsteinem (wygląda na to, że początek XX w był idealnym momentem, aby zostać fizykiem w Europie). Niecały rok później została asystentką Plancka, a w 1909 zaczęła współpracować z Otto Hahnem, chemikiem pracującym na wydziale chemii berlińskiego uniwersytetu. Oboje chcieli sprawdzić dlaczego każda cząsteczka tworzy inny rodzaj promieniowania.

Był tylko jeden problem: dziekan wydziału nie wpuszczał kobiet do laboratorium, ponieważ bał się, że... podpalą sobie włosy. Serio. Po długich namowach Meitner i Hahn przekonali go, aby pozwolił im pracować w piwnicy, do której było osobne wejście.

Badania nad promieniowaniem

Badania nad promieniowaniem były w tym czasie w powijakach, więc wiele można było odkryć. Między innymi, badali co dzieje się z różnymi atomami, kiedy uwalniają promieniowanie. Pozwoliło im to odkryć nowe izotopy.

Początkiem lat '30 fizycy odkryli, że jeśli zbombardujesz atomy neutronami, zachodzi rozpad radioaktywny. Atomy uwalniają neutrony i zamieniają się w odrobine lżejsze pierwiastki. Meitner, Hahn i Fritz Strassmann rozpoczęli własne eksperymenty, w których bombardowali różne pierwiastki neutronami. Chcieli się dowiedzieć w jaki sposób działa ta reakcja.

Potem przerwali im naziści. Kiedy Hitler zaanektował Austrię w marcu 1938 roku, Meitner – z pochodzenia żydówka – zrozumiała, że musi opuścić Niemcy. Uciekła do Sztokholmu. Kontynuowała pracę z Hahnem korespondencyjnie. Pisali do siebie nawzajem o pomysłach i eksperymentach.

W listopadzie 1938 roku, Hahn opuścił Niemy w sekrecie, aby podzielić się z Meitner dziwnymi wynikami eksperymentów. Kiedy zbombardowali neutronami uran jeden z produktów reakcji zachowywał się jak rad, który jest odrobinę lżejszy od uranu. Myśleli, że to rad ze względu na sposób, w jaki pierwiastek reagował z innymi atomami i molekułami, ale nie rozumieli jak to możliwe, że bombardowanie uranu neutronami prowadzi do stworzenia radu. Obliczenia wskazywały na coś innego.

Rozszczepienie atomu

Meitner wysunęła sugestię, aby Strassmann i Hanh skupili się na badaniu tego dziwnego radu. Tym właśnie zajął się Hahn po powrocie do Niemiec. Okazało się, że to wcale nie był rad, a bar – dużo mniejszy pierwiastek, ważący mniej więcej połowę tego co Uran. Hahn i Strassmann byli zdezorientowani. Nie mieli pojęcia jakim cudem neutrony są w stanie sprawić, że uran zmienia się w połowę mniejszy pierwiastek.

W grudniu Hahn wysłał do Meitner list w którym opisał odkrycia i poprosił o pomoc w wyjaśnieniu tego zjawiska. W międzyczasie wraz ze Strassmannem napisali i opublikowali artykuł, w którym opisali rezultaty eksperymentów.

W tym samym czasie siostrzeniec Meitner, Otto Frisch odwiedził ją w Sztokholmie. Tak się składa, że on również był fizykiem, więc zaczęli razem pracować nad wynikami eksperymentów. Meitner zaproponowała, aby wyobrazili sobie jądro atomu jak o kropli płynu.

Wyobrażenie sobie w ten sposób jądra atomu pozwoliło jej dojść do wniosku, że kiedy neutron w nie uderza, atom reaguje jak kropla wody. Rozciąga się zwężając na środku, a potem dzieli się na dwie mniejsze.

Razem z Frischem przeprowadzili odpowiednie obliczenia i okazało się, że duży atom uranu rozszczepi się w dwa mniejsze: bar i krypton, uwolni kilka neutronów oraz dużą ilość energii. Innymi słowy: zrozumiała jak działa rozszczepienie jądra atomu.

Konsekwencje odkrycia

Ponieważ ukrywała się przed Niemcami, nie mogła opublikować artykułu razem z Hahnem i Strassmannem. Zamiast tego, razem z Frischem opublikowali wyniki eksperymentów w piśmie „Nature” w lutym 1939r.

Rozszczepienie atomu miało duży potencjał. Była to dość prosta metoda, pozwalająca na produkcję dużej ilości energii – a do tego głównie jej używamy w elektrowniach jądrowych. Jednak Meitner szybko zrozumiała, że był w tym równie duży potencjał na polu wojskowości. Napisała o tym w artykule, chcąc ostrzec ludzi. Inni naukowcy byli tym zaniepokojeni, głównie dlatego, że wiedzieli o posiadaniu tej wiedzy przez Niemców.

Trzej amerykańscy naukowcy napisali do Alberta Einsteina, który był już wtedy dość sławny, prosząc go, by wysłał list do prezydenta Roosevelta, w którym wyjaśni mu zagrożenia związane z rozszczepieniem jądra atomu. W ten sposób narodził się projekt Manhattan podczas którego wynaleziono bombę atomową.

Meitner została poproszona o pomoc przy projekcie Manhattan, ale odmówiła, ponieważ nie chciała mieć nic wspólnego z użyciem tej nowej gałęzi nauki do celów masowej destrukcji.

Nagroda Nobla

Po wojnie komitet przyznał Nagrodę Nobla za rozszczepienie atomu Otto Hahnowi. Tylko jemu. Mimo że to Meitner pierwsza zrozumiała i opisała jak działa rozszczepienie atomu, cała sława spłynęła na Hahna, ponieważ to on przeprowadzał eksperymenty. A Hahn nawet nie uwzględnił jej wkładu w odkrycie.

Meitner kontynuowała pracę nad rozszczepieniem jądra atomowego. Przyczyniła się do stworzenia R1, pierwszego Szwedzkiego reaktora jądrowego. Pracowała nad nim do 1960 r, kiedy to odeszła na emeryturę i przeprowadziła się do Anglii.

Jej praca jednak się opłaciła. W 1996 roku, ona, Hahn i Strassmann zostali wynagrodzeni przez departament energii USA prestiżową nagrodą Enrico Fermi za odkrycie rozszczepienia jądra atomowego. Nazwano po niej pierwiastek (co zdarza się dużo rzadziej, niż wygranie Nobla) – meitnerium.