Lise Meitner era una chimica fisica coinvolta nel tumulto della Seconda Guerra Mondiale, poi della Guerra Fredda. Aiutò a osservare e spiegare la fissione nucleare, l’origine della bomba atomica, ma non volle partecipare allo sforzo bellico per realizzarla.
Di Jacques Treiner, Università della Città di Parigi
Il 16 novembre 1945 l’Accademia Nobel assegnò il Premio per la Chimica a Otto Hahn, un chimico tedesco, per la “scoperta della fissione dei nuclei pesanti”, scoperta fatta nel dicembre 1938 a Berlino. Questa scoperta è stata il primo passo verso la realizzazione di una reazione a catena che potrebbe portare alla costruzione di nuove armi.
Questo premio è stato unico in più di un modo: 1) il premio è stato assegnato 3 mesi dopo lo sgancio della bomba su Hiroshima da parte degli americani; 2) fu assegnato per l’anno 1944, anno in cui il Premio Nobel per la Chimica non era stato formalmente assegnato, perché Hitler aveva proibito ai tedeschi di ricevere il premio in quanto un giornalista tedesco, pacifista e dichiarato antinazista, Karl von Ossietzky, ha ricevuto il Premio Nobel per la Pace nel 1936; 3) al momento dell’assegnazione, l’Accademia Nobel non sapeva ufficialmente dove si trovasse Otto Hahn, perché era stato arrestato dagli Alleati nel luglio 1945, posto agli arresti domiciliari e tenuto in incommunicado con i principali responsabili scientifici della bomba atomica tedesca progetto, e 4) il Premio Nobel avrebbe dovuto, come vedremo, essere assegnato congiuntamente a Lise Meitner, con la quale Hahn aveva lavorato per più di 30 anni a Berlino, e che era stata l’ispirazione per la serie di esperimenti che portarono alla famosa scoperta della fine del 1938.
Una donna all’università? Dalla tolleranza al riconoscimento
Lise Meitner nacque nel 1878 a Vienna da una famiglia ebrea integrata nella società viennese. Attratta dalla matematica e dalla fisica, viene bloccata negli studi dal fatto che la scuola superiore è allora vietata alle ragazze.
Ma nel 1897, in Austria l’università fu autorizzata per le donne, Lise Meitner completò gli studi secondari da sola ed entrò all’Università nel 1901, dove beneficiò dell’insegnamento di Ludwig Boltzmann, uno dei più grandi fisici dell’epoca. Difese una tesi nel 1906, si dedicò allo studio della radioattività, un ramo nascente, e decise di andare a Berlino, dove si trovava Max Planck. Fu lì che incontrò il giovane chimico Otto Hahn, anch’egli appena dedito alla radioattività. Decidono di lavorare insieme… ma lei deve accettare di entrare nell’edificio dalla porta sul retro, essendo l’ingresso principale riservato agli uomini! Trasformarono un magazzino in una sala sperimentale e solo nel 1909, anno in cui in Germania fu legalizzata l’istruzione femminile, le fu permesso di entrare nel dipartimento di chimica.
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La loro stretta collaborazione, in particolare per quanto riguarda lo studio della radiazione beta (radioattività per emissione di elettroni), li colloca rapidamente tra i migliori team internazionali di fisica nucleare. Lise Meitner, che ricevette il suo primo stipendio da ricercatrice solo nel 1912, ottenne riconoscimenti al punto che nel 1917 le fu affidato l’incarico di fondare un nuovo dipartimento di radioattività presso l’Istituto di fisica Kaiser Wilhelm: la prima volta per una donna!
A Berlino negli anni ’20: Hertha Sponer, Albert Einstein, Ingrid Franck, James Franck, Lise Meitner, Fritz Haber, Otto Hahn (davanti) e Walter Grotrian, Wilhelm Westphal, Otto von Baeyer, Peter Pringsheim, Gustav Hertz (dietro).
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Reazioni nucleari indotte
Una nuova era si aprì per la fisica nucleare con la scoperta del neutrone da parte di James Chadwick nel 1932 in Inghilterra.
Con il neutrone, i fisici hanno una nuova sonda del nucleo atomico. Infatti, essendo elettricamente neutro, può avvicinarsi al nucleo senza esserne respinto. Può anche essere assorbito dal nucleo e provocarvi trasformazioni per cui un elemento si trasforma in un altro, un vecchio sogno degli alchimisti!
Istituto Internazionale Solvay di Fisica
Tre gruppi si misero subito al lavoro: Fermi e un gruppo di giovani fisici a Roma, i Joliot-Curie a Parigi, Lise Meitner e Otto Hahn a Berlino. Nel corso del decennio bombardarono con neutroni tutti i nuclei della tavola di Mendeleev e lavorarono per identificare i nuclei risultanti. Ma nessuno immagina, in un primo momento, che l’assorbimento di un neutrone possa mandare in pezzi un nucleo atomico. Il nucleo atomico, che rimane identico a se stesso durante le trasformazioni chimiche più violente, sembra loro indistruttibile. Pensate: un materiale di cui 1 metro cubo, se potessimo metterlo insieme, avrebbe una massa di 20.000 miliardi di tonnellate!
Fissione nucleare
Allora cosa c’è di così straordinario nella fissione? La fissione è il processo mediante il quale un grande nucleo atomico si rompe in due frammenti di massa approssimativamente uguale. Poiché i due frammenti a contatto contengono cariche elettriche – i protoni – si respingono molto violentemente, per poi distribuire la loro energia, durante gli urti, alla materia circostante, che la riscalda. Pertanto, una singola fissione libera 100 milioni di volte più energia di quando una massa equivalente partecipa alla combustione chimica.
A parte la fusione nucleare in atto nel cuore delle stelle, la fissione costituisce la fonte di calore più concentrata che esista. Permette di produrre elettricità – quando le reazioni sono controllate – o esplosioni – quando si sviluppa una reazione a catena incontrollata. Dato che la scoperta è avvenuta proprio alla vigilia della seconda guerra mondiale, la prima è stata l’applicazione della “bomba”, il che significa che l’immaginario collettivo associa nucleare e bomba, mentre non associa direttamente metallurgia e stragi di massa con i coltelli, né la chimica e la distruzione di Dresda con bombe al fosforo.
Tuttavia, già nel 1934-35, i fisici disponevano di tutti gli elementi teorici per prevedere la fissione. Il nucleo, infatti, si comporta come una goccia liquida caricata elettricamente. Le cariche si respingono, ma la forza nucleare mantiene la stabilità. Nei nuclei più grandi la carica elettrica è sufficiente affinché il minimo movimento, come l’assorbimento di un neutrone, possa romperla. Questo è anche il motivo per cui non esiste un nucleo stabile sulla Terra oltre l’uranio.
Lise Meitner e Otto Frisch spiegano le osservazioni di Hahn
Questa spiegazione del limite di stabilità dei nuclei pesanti verrà proposta anche pochi giorni dopo la scoperta della fissione del nucleo di uranio.
Furono Lise Meitner e suo nipote Otto Frisch a comprendere le osservazioni ottenute da Hahn a Berlino. Lise Meitner dovette fuggire dalla Germania nel luglio 1938, dopo l’annessione dell’Austria al regime nazista nel marzo 1938, perché la sua nazionalità austriaca non la proteggeva più dalle persecuzioni antiebraiche. Si stabilì in Svezia.
Ma dopo la sua partenza da Berlino, rimase ancora in contatto epistolare con Hahn, al punto che decisero di incontrarsi discretamente presso l’Istituto Niels Bohr di Copenaghen, il 13 novembre 1938. Concordarono che Otto dovesse riprendere a Berlino una serie di di esperimenti con l’uranio, perché i risultati fino ad allora ottenuti rimanevano incomprensibili.
È proprio quest’ultima serie di esperimenti che porterà alla scoperta di quella che Meitner e Frisch chiameranno “fissione nucleare”, per analogia con la fissione del nucleo di una cellula vivente – diciamo in francese “divisione cellulare”.
L’articolo di Otto Hahn e F Strassman in The Natural Sciences nel 1939.
Le scienze naturali
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Non potendo più pubblicare insieme, a causa dell’origine ebraica di Meitner, Hahn pubblicò da parte sua nel gennaio 1939, sulla rivista Natürwissenschaften (n° 27), l’articolo che gli sarebbe valso il Premio Nobel nel 1945 , mentre Meitner e Frisch pubblicarono da parte loro, nel febbraio 1939, sulla rivista Nature (n° 143), l’articolo che spiega la fissione : non c’è dubbio che avrebbe dovuto condividere il premio.
Un premio per un altro
Nel 1943, Lise Meitner rifiutò di unirsi al gruppo di fisici che avrebbero lavorato a Los Alamos al Progetto Manhattan:
“Non parteciperò ad alcuna attività che coinvolga una bomba” (in “Lise Meitner, una vita in fisica”, di Ruth Levin Sime, pubblicato nel 1996 da UC Press).
Rimase quindi a Stoccolma fino alla fine della guerra.
Hahn e Meitner avrebbero infine ricevuto insieme, nel 1966, la più alta onorificenza dell’American Physical Society, il Premio Fermi. Sono citati per “la loro ricerca pionieristica nello studio della radioattività naturale e i loro intensi studi sperimentali culminati con la scoperta della fissione”. Né la salute di Meitner né quella di Hahn avrebbero permesso loro di fare il viaggio a Washington (entrambi avevano più di 80 anni all’epoca).
La cerimonia ebbe luogo a Vienna e Glenn Seaborg, allora presidente della Commissione per l’energia atomica degli Stati Uniti, fece il viaggio. Ma Meitner non poteva andare e al suo posto venne Frisch. Meitner scrisse ad Hahn che era felice per lui, ma che lei stessa provava sentimenti contrastanti, pur provando una “forma di piacere”. “ Perché solo una forma di piacere ? chiese Hahn a Frisch. Pensava di aver lasciato Berlino troppo presto? Niente affatto, ha risposto Frisch, era grata a tutti coloro che l’avevano aiutata a partire. Aveva sentimenti contrastanti… a causa della bomba.
Max Perutz, CC BY
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Il libro di riferimento su Lise Meitner è “Lise Meitner, una vita in fisica”, di Ruth Levin Sime, pubblicato nel 1996 dalla University of California Press.
Jacques Treiner, fisico teorico, Università della Città di Parigi
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