Descubrimiento de la fisión nuclear

La fisión nuclear fue descubierta en diciembre de 1938 por los químicos Otto Hahn y Fritz Strassmann y los físicos Lise Meitner y Otto Robert Frisch . La fisión es una reacción nuclear o proceso de desintegración radiactiva en el que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños y ligeros y, a menudo, otras partículas. El proceso de fisión a menudo produce rayos gamma y libera una gran cantidad de energía, incluso para los estándares energéticos de la desintegración radiactiva. Los científicos ya conocían la desintegración alfa y la desintegración beta , pero la fisión adquirió gran importancia porque el descubrimiento de que era posible una reacción nuclear en cadena condujo al desarrollo de la energía nuclear y las armas nucleares . Hahn recibió el Premio Nobel de Química de 1944 por el descubrimiento de la fisión nuclear .

Hahn y Strassmann, del Instituto de Química Kaiser Wilhelm de Berlín, bombardearon uranio con neutrones lentos y descubrieron que se había producido bario . Hahn sugirió una ruptura del núcleo, pero no estaba seguro de cuál era la base física de los resultados. Informaron de sus hallazgos por correo a Meitner en Suecia , que unos meses antes había huido de la Alemania nazi . Meitner y su sobrino Frisch teorizaron, y luego demostraron, que el núcleo de uranio se había dividido y publicaron sus hallazgos en Nature . Meitner calculó que la energía liberada por cada desintegración era de aproximadamente 200 megaelectronvoltios , y Frisch lo observó. Por analogía con la división de las células biológicas , denominó al proceso "fisión".

El descubrimiento se produjo después de cuarenta años de investigación sobre la naturaleza y las propiedades de la radiactividad y las sustancias radiactivas. El descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932 creó un nuevo medio de transmutación nuclear . Enrico Fermi y sus colegas en Roma estudiaron los resultados del bombardeo de uranio con neutrones, y Fermi concluyó que sus experimentos habían creado nuevos elementos con 93 y 94 protones, que su grupo denominó ausenio y hesperio . Fermi ganó el Premio Nobel de Física de 1938 por sus "demostraciones de la existencia de nuevos elementos radiactivos producidos por la irradiación de neutrones, y por su descubrimiento relacionado de las reacciones nucleares provocadas por neutrones lentos". ^[1] Sin embargo, no todo el mundo estaba convencido por el análisis de Fermi de sus resultados. Ida Noddack sugirió que en lugar de crear un nuevo elemento 93 más pesado, era concebible que el núcleo se hubiera roto en grandes fragmentos, y Aristid von Grosse sugirió que lo que el grupo de Fermi había encontrado era un isótopo de protactinio .

Esto animó a Hahn y Meitner, los descubridores del isótopo más estable del protactinio, a realizar una investigación de cuatro años sobre el proceso con su colega Strassmann. Después de mucho trabajo duro y muchos descubrimientos, determinaron que lo que estaban observando era fisión, y que los nuevos elementos que Fermi había encontrado eran productos de fisión . Su trabajo derribó creencias sostenidas durante mucho tiempo en física y allanó el camino para el descubrimiento de los elementos reales 93 ( neptunio ) y 94 ( plutonio ), para el descubrimiento de la fisión en otros elementos, y para la determinación del papel del isótopo uranio-235 en el del uranio. Niels Bohr y John Wheeler reelaboraron el modelo de la gota líquida para explicar el mecanismo de la fisión.

En los últimos años del siglo XIX, los científicos experimentaron con frecuencia con el tubo de rayos catódicos , que para entonces se había convertido en un equipo estándar de laboratorio. Una práctica común era apuntar los rayos catódicos a varias sustancias y ver qué sucedía. Wilhelm Röntgen tenía una pantalla recubierta de platinocianuro de bario que emitía fluorescencia cuando se exponía a los rayos catódicos. El 8 de noviembre de 1895, se dio cuenta de que, aunque su tubo de rayos catódicos no apuntaba a su pantalla, que estaba cubierta de cartón negro, la pantalla seguía emitiendo fluorescencia. Pronto se convenció de que había descubierto un nuevo tipo de rayos, que hoy se denominan rayos X. El año siguiente, Henri Becquerel estaba experimentando con sales de uranio fluorescentes y se preguntó si también podrían producir rayos X. ^[2] El 1 de marzo de 1896 descubrió que efectivamente producían rayos, pero de un tipo diferente, e incluso cuando la sal de uranio se guardaba en un cajón oscuro, todavía producía una imagen intensa en una placa de rayos X, lo que indicaba que los rayos provenían de dentro y no requerían una fuente de energía externa. ^[3]

A diferencia del descubrimiento de Röntgen, que fue objeto de una gran curiosidad tanto de científicos como de legos por la capacidad de los rayos X para hacer visibles los huesos dentro del cuerpo humano, el descubrimiento de Becquerel tuvo poco impacto en su momento, y el propio Becquerel pronto pasó a otras investigaciones. ^[4] Marie Curie analizó muestras de tantos elementos y minerales como pudo encontrar en busca de señales de rayos Becquerel , y en abril de 1898 también los encontró en el torio . Dio al fenómeno el nombre de "radiactividad". ^[5] Junto con Pierre Curie y Gustave Bémont, comenzó a investigar la pechblenda , un mineral que contiene uranio, que resultó ser más radiactivo que el uranio que contenía. Esto indicó la existencia de elementos radiactivos adicionales. Uno era químicamente similar al bismuto , pero fuertemente radiactivo, y en julio de 1898 publicaron un artículo en el que concluyeron que era un elemento nuevo, al que llamaron " polonio ". El otro elemento era químicamente parecido al bario y en un artículo de diciembre de 1898 anunciaron el descubrimiento de un segundo elemento hasta entonces desconocido, al que llamaron « radio ». Convencer a la comunidad científica fue otra cuestión. Separar el radio del bario en el mineral resultó muy difícil. Tardaron tres años en producir una décima parte de un gramo de cloruro de radio y nunca lograron aislar el polonio. ^[6]

En 1898, Ernest Rutherford observó que el torio emitía un gas radiactivo. Al examinar la radiación, clasificó la radiación de Becquerel en dos tipos, que llamó radiación α (alfa) y β (beta). ^[7] Posteriormente, Paul Villard descubrió un tercer tipo de radiación de Becquerel que, siguiendo el esquema de Rutherford, se llamó " rayos gamma ", y Curie observó que el radio también producía un gas radiactivo. Identificar el gas químicamente resultó frustrante; Rutherford y Frederick Soddy descubrieron que era inerte, muy parecido al argón . Más tarde llegó a conocerse como radón . Rutherford identificó los rayos beta como rayos catódicos (electrones), y planteó la hipótesis (y en 1909 con Thomas Royds demostró) de que las partículas alfa eran núcleos de helio . ^{[8] [9]} Observando la desintegración radiactiva de los elementos, Rutherford y Soddy clasificaron los productos radiactivos según sus tasas características de desintegración, introduciendo el concepto de vida media . ^{[8] [10]} En 1903, Soddy y Margaret Todd aplicaron el término " isótopo " a átomos que eran química y espectroscópicamente idénticos pero tenían diferentes vidas medias radiactivas. ^{[11] [12]} Rutherford propuso un modelo del átomo en el que un núcleo de protones muy pequeño, denso y con carga positiva estaba rodeado de electrones en órbita con carga negativa (el modelo de Rutherford ). ^[13] Niels Bohr mejoró esto en 1913 al reconciliarlo con el comportamiento cuántico de los electrones (el modelo de Bohr ). ^{[14] [15] [16]}

Soddy y Kasimir Fajans observaron de forma independiente en 1913 que la desintegración alfa hacía que los átomos se desplazaran dos lugares hacia abajo en la tabla periódica , mientras que la pérdida de dos partículas beta lo devolvía a su posición original. En la reorganización resultante de la tabla periódica, el radio se colocó en el grupo II, el actinio en el grupo III, el torio en el grupo IV y el uranio en el grupo VI. Esto dejó un hueco entre el torio y el uranio. Soddy predijo que este elemento desconocido, al que se refirió (en honor a Dmitri Mendeleev ) como "ekatantalio", sería un emisor alfa con propiedades químicas similares al tantalio (ahora conocido como tantalio ). ^{[17] [18] [19]} No pasó mucho tiempo antes de que Fajans y Oswald Helmuth Göhring lo descubrieran como un producto de desintegración de un producto emisor beta del torio. Según la ley de desplazamiento radiactivo de Fajans y Soddy , este era un isótopo del elemento faltante, al que llamaron "brevium" por su corta vida media. Sin embargo, era un emisor beta y, por lo tanto, no podía ser el isótopo madre del actinio. Tenía que ser otro isótopo. ^[17]

Dos científicos del Instituto Kaiser Wilhelm (KWI) en Berlín-Dahlem aceptaron el reto de encontrar el isótopo faltante. Otto Hahn se había graduado en la Universidad de Marburgo como químico orgánico, pero había sido investigador postdoctoral en el University College de Londres con Sir William Ramsay , y con Rutherford en la Universidad McGill , donde había estudiado isótopos radiactivos. En 1906, regresó a Alemania, donde se convirtió en asistente de Emil Fischer en la Universidad de Berlín . En McGill se había acostumbrado a trabajar en estrecha colaboración con un físico, por lo que se asoció con Lise Meitner , que se había doctorado en la Universidad de Viena en 1906, y luego se había mudado a Berlín para estudiar física con Max Planck en la Friedrich-Wilhelms-Universität . Meitner encontró a Hahn, que tenía su misma edad, menos intimidante que colegas mayores y más distinguidos. ^[20] Hahn y Meitner se trasladaron al recién creado Instituto de Química Kaiser Wilhelm en 1913, y en 1920 se habían convertido en los directores de sus propios laboratorios allí, con sus propios estudiantes, programas de investigación y equipos. ^[20] Los nuevos laboratorios ofrecían nuevas oportunidades, ya que los antiguos se habían contaminado demasiado con sustancias radiactivas como para investigar sustancias débilmente radiactivas. Desarrollaron una nueva técnica para separar el grupo del tantalio de la pechblenda, que esperaban que acelerara el aislamiento del nuevo isótopo. ^[17]

El trabajo se vio interrumpido por el estallido de la Primera Guerra Mundial en 1914. Hahn fue convocada al ejército alemán y Meitner se convirtió en radióloga voluntaria en los hospitales del ejército austríaco. ^[21] Regresó al Instituto Kaiser Wilhelm en octubre de 1916. Hahn se unió a la nueva unidad de comando de gas en el Cuartel General Imperial en Berlín en diciembre de 1916 después de viajar entre los frentes occidental y oriental, Berlín y Leverkusen entre el verano de 1914 y fines de 1916. ^[22]

La mayoría de los estudiantes, ayudantes de laboratorio y técnicos habían sido llamados a filas, por lo que Hahn, que estuvo destinado en Berlín entre enero y septiembre de 1917, ^[23] y Meitner tuvieron que hacer todo por sí mismos. En diciembre de 1917, ella pudo aislar la sustancia y, tras más trabajos, pudo demostrar que efectivamente se trataba del isótopo faltante. Meitner presentó sus hallazgos y los de Hahn para su publicación en marzo de 1918 en la revista científica Physikalischen Zeitschrift bajo el título Die Muttersubstanz des Actiniums; ein neues radioaktives Element von langer Lebensdauer [La sustancia principal del actinio; un nuevo elemento radioactivo de mayor duración de vida ]. ^{[17] [24]}

Aunque Fajans y Göhring habían sido los primeros en descubrir el elemento, la costumbre requería que un elemento fuera representado por su isótopo más abundante y de vida más larga, y el brevium no parecía apropiado. Fajans estuvo de acuerdo con que Meitner y Hahn nombraran al elemento protactinio y le asignaran el símbolo químico Pa. En junio de 1918, Soddy y John Cranston anunciaron que habían extraído una muestra del isótopo, pero a diferencia de Hahn y Meitner, no pudieron describir sus características. Reconocieron la prioridad de Hahn y Meitner y aceptaron el nombre. La conexión con el uranio siguió siendo un misterio, ya que ninguno de los isótopos conocidos del uranio se desintegraba en protactinio. Siguió sin resolverse hasta que se descubrió el uranio-235 en 1929. ^{[17] [25]}

Por su descubrimiento, Hahn y Meitner fueron nominados repetidamente para el Premio Nobel de Química en la década de 1920 por varios científicos, entre ellos Max Planck, Heinrich Goldschmidt y el propio Fajans. ^{[26] [27]} En 1949, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ( IUPAC ) nombró definitivamente al nuevo elemento protactinio y confirmó a Hahn y Meitner como descubridores. ^[28]

Patrick Blackett logró la transmutación nuclear del nitrógeno en oxígeno en 1925, utilizando partículas alfa dirigidas al nitrógeno. En la notación moderna de los núcleos atómicos, la reacción fue:

¹⁴
₇N +⁴
₂Él →¹⁷
₈O + p

Esta fue la primera observación de una reacción nuclear , es decir, una reacción en la que se utilizan partículas procedentes de una desintegración para transformar otro núcleo atómico. ^[29] Una reacción nuclear y transmutación nuclear totalmente artificial fue lograda en abril de 1932 por Ernest Walton y John Cockcroft , quienes utilizaron protones acelerados artificialmente contra litio , para romper este núcleo en dos partículas alfa. La hazaña fue conocida popularmente como "dividir el átomo", pero no fue fisión nuclear ; ^{[30] [31]} ya que no fue el resultado de iniciar un proceso de desintegración radiactiva interna . ^[32] Apenas unas semanas antes de la hazaña de Cockcroft y Walton, otro científico del Laboratorio Cavendish , James Chadwick , descubrió el neutrón , utilizando un ingenioso dispositivo hecho con lacre , a través de la reacción del berilio con partículas alfa: ^{[33] [34]}

⁹
₄Ser +⁴
₂Él →¹²
₆C + n

Irène Curie y Frédéric Joliot irradiaron papel de aluminio con partículas alfa y descubrieron que esto da como resultado un isótopo radiactivo de fósforo de vida corta con una vida media de aproximadamente tres minutos:

²⁷
₁₃Al +⁴
₂Él →³⁰
₁₅P + n

que luego se desintegra en un isótopo estable de silicio

³⁰
₁₅P →³⁰
₁₄Si + e ⁺

Observaron que la radiactividad continuaba después de que cesaran las emisiones de neutrones. No sólo habían descubierto una nueva forma de desintegración radiactiva en forma de emisión de positrones , sino que habían transmutado un elemento en un isótopo radiactivo hasta entonces desconocido de otro, induciendo así radiactividad donde antes no la había. La radioquímica ya no se limitaba a ciertos elementos pesados, sino que se extendía a toda la tabla periódica. ^{[35] [36] [37]}

Chadwick observó que, al ser eléctricamente neutros, los neutrones podrían penetrar el núcleo con mayor facilidad que los protones o las partículas alfa. ^[38] Enrico Fermi y sus colegas en Roma —Edoardo Amaldi , Oscar D'Agostino , Franco Rasetti y Emilio Segrè— retomaron esta idea. ^[39] Rasetti visitó el laboratorio de Meitner en 1931, y nuevamente en 1932 después del descubrimiento del neutrón por parte de Chadwick. Meitner le mostró cómo preparar una fuente de neutrones de polonio-berilio. Al regresar a Roma, Rasetti construyó contadores Geiger y una cámara de niebla modelada según el de Meitner. Fermi inicialmente tenía la intención de utilizar el polonio como fuente de partículas alfa, como lo habían hecho Chadwick y Curie. El radón era una fuente más fuerte de partículas alfa que el polonio, pero también emitía rayos beta y gamma, que causaban estragos en el equipo de detección en el laboratorio. Pero Rasetti se fue de vacaciones de Semana Santa sin preparar la fuente de polonio-berilio, y Fermi se dio cuenta de que, como le interesaban los productos de la reacción, podía irradiar su muestra en un laboratorio y probarla en otro al final del pasillo. La fuente de neutrones era fácil de preparar mezclándola con berilio en polvo en una cápsula sellada. Además, el radón se obtenía fácilmente; Giulio Cesare Trabacchi tenía más de un gramo de radio y estaba encantado de proporcionarle radón a Fermi. Con una vida media de sólo 3,82 días, sólo se desperdiciaría de otra manera, y el radio producía continuamente más. ^{[39] [40]}

Trabajando en cadena, comenzaron irradiando agua y luego avanzaron por la tabla periódica hasta el litio, el berilio, el boro y el carbono , sin inducir ninguna radiactividad. Cuando llegaron al aluminio y luego al flúor , tuvieron sus primeros éxitos. La radiactividad inducida finalmente se encontró mediante el bombardeo de neutrones de 22 elementos diferentes. ^{[41] [42]} Meitner fue una del selecto grupo de físicos a los que Fermi envió copias anticipadas de sus artículos, y pudo informar que había verificado sus hallazgos con respecto al aluminio, el silicio, el fósforo, el cobre y el zinc. ^[40] Cuando una nueva copia de La Ricerca Scientifica llegó al Instituto de Física Teórica de Niels Bohr en la Universidad de Copenhague , su sobrino, Otto Frisch , como el único físico allí que podía leer italiano, se encontró en demanda de colegas que querían una traducción. El grupo de Roma no tenía muestras de los metales de tierras raras , pero en el instituto de Bohr, George de Hevesy tenía un conjunto completo de sus óxidos que le había proporcionado Auergesellschaft , por lo que de Hevesy y Hilde Levi llevaron a cabo el proceso con ellos. ^[43]

Cuando el grupo de Roma llegó al uranio, se encontró con un problema: la radiactividad del uranio natural era casi tan grande como la de su fuente de neutrones. ^[44] Lo que observaron fue una mezcla compleja de vidas medias. Siguiendo la ley de desplazamiento, comprobaron la presencia de plomo , bismuto, radio, actinio, torio y protactinio (omitiendo los elementos cuyas propiedades químicas eran desconocidas) y (correctamente) no encontraron indicios de ninguno de ellos. ^[44] Fermi observó que la irradiación de neutrones causaba tres tipos de reacciones: emisión de una partícula alfa (n, α); emisión de protones (n, p); y emisión gamma (n, γ). Invariablemente, los nuevos isótopos se desintegraban por emisión beta, lo que hacía que los elementos ascendieran en la tabla periódica. ^[45]

Basándose en la tabla periódica de la época, Fermi creía que el elemento 93 era el ekarenio (el elemento que se encontraba por debajo del renio) con características similares al manganeso y al renio . Se encontró dicho elemento y Fermi concluyó tentativamente que sus experimentos habían creado nuevos elementos con 93 y 94 protones, ^[46] a los que denominó ausenio y hesperio . ^{[47] [48]} Los resultados se publicaron en Nature en junio de 1934. ^[46] Sin embargo, en este artículo Fermi advirtió que "aún no se ha llevado a cabo una búsqueda cuidadosa de tales partículas pesadas, ya que requieren para su observación que el producto activo esté en forma de una capa muy delgada. Por lo tanto, parece prematuro en la actualidad formular cualquier hipótesis definitiva sobre la cadena de desintegraciones involucradas". ^[46] En retrospectiva, lo que habían detectado era de hecho un elemento desconocido parecido al renio, el tecnecio , que se encuentra entre el manganeso y el renio en la tabla periódica. ^[44]

Leo Szilard y Thomas A. Chalmers informaron que los neutrones generados por los rayos gamma que actuaban sobre el berilio eran capturados por el yodo, una reacción que Fermi también había observado. Cuando Meitner repitió su experimento, descubrió que los neutrones de las fuentes de gamma-berilio eran capturados por elementos pesados ​​como el yodo, la plata y el oro, pero no por los más ligeros como el sodio, el aluminio y el silicio. Concluyó que era más probable que los neutrones lentos fueran capturados que los rápidos, un hallazgo que informó a Naturwissenschaften en octubre de 1934. ^{[49] [50]} Todo el mundo había estado pensando que se necesitaban neutrones energéticos, como era el caso de las partículas alfa y los protones, pero que eso era necesario para superar la barrera de Coulomb ; los neutrones con carga neutra tenían más probabilidades de ser capturados por el núcleo si pasaban más tiempo en sus proximidades. Unos días después, Fermi consideró una curiosidad que su grupo había notado: el uranio parecía reaccionar de manera diferente en diferentes partes del laboratorio; La irradiación de neutrones realizada sobre una mesa de madera indujo más radiactividad que sobre una mesa de mármol en la misma habitación. Fermi pensó en esto e intentó colocar un trozo de cera de parafina entre la fuente de neutrones y el uranio. Esto resultó en un aumento dramático en la actividad. Razonó que los neutrones habían sido ralentizados por las colisiones con átomos de hidrógeno en la parafina y la madera. ^[51] La salida de D'Agostino significó que el grupo de Roma ya no tenía un químico, y la posterior pérdida de Rasetti y Segrè redujo el grupo a solo Fermi y Amaldi, quienes abandonaron la investigación sobre la transmutación para concentrarse en explorar la física de los neutrones lentos. ^[44]

El modelo actual del núcleo en 1934 era el modelo de gota líquida propuesto por primera vez por George Gamow en 1930. ^[52] Su modelo simple y elegante fue refinado y desarrollado por Carl Friedrich von Weizsäcker y, después del descubrimiento del neutrón, por Werner Heisenberg en 1935 y Niels Bohr en 1936, concordaba estrechamente con las observaciones. En el modelo, los nucleones se mantenían juntos en el menor volumen posible (una esfera) por la fuerza nuclear fuerte , que era capaz de superar la repulsión eléctrica de Coulomb de largo alcance entre los protones. El modelo siguió utilizándose para ciertas aplicaciones en el siglo XXI, cuando atrajo la atención de los matemáticos interesados ​​en sus propiedades, ^{[53] [54] [55]} pero en su forma de 1934 confirmó lo que los físicos creían que ya sabían: que los núcleos eran estáticos y que las probabilidades de que una colisión desprendiera más de una partícula alfa eran prácticamente nulas. ^[56]

Fermi ganó el Premio Nobel de Física en 1938 por sus "demostraciones de la existencia de nuevos elementos radiactivos producidos por la irradiación de neutrones, y por su descubrimiento relacionado con las reacciones nucleares provocadas por neutrones lentos". ^[1] Sin embargo, no todos estaban convencidos por el análisis que Fermi hizo de sus resultados. Ida Noddack sugirió en septiembre de 1934 que, en lugar de crear un nuevo elemento más pesado, el 93, se debía:

Se podría suponer igualmente que cuando se utilizan neutrones para producir desintegraciones nucleares, se producen algunas reacciones nucleares claramente nuevas que no se han observado anteriormente con el bombardeo de núcleos atómicos con protones o partículas alfa. En el pasado se ha descubierto que las transmutaciones de núcleos sólo tienen lugar con la emisión de electrones, protones o núcleos de helio, de modo que los elementos pesados ​​cambian su masa sólo en una pequeña cantidad para producir elementos vecinos cercanos. Cuando los núcleos pesados ​​son bombardeados por neutrones, es concebible que el núcleo se rompa en varios fragmentos grandes, que por supuesto serían isótopos de elementos conocidos, pero no serían vecinos del elemento irradiado. ^[57]

El artículo de Noddack fue leído por el equipo de Fermi en Roma, Curie y Joliot en París, y Meitner y Hahn en Berlín. ^[44] Sin embargo, la objeción citada viene a cierta distancia, y es solo una de las varias lagunas que notó en la afirmación de Fermi. ^[58] El modelo de gota líquida de Bohr aún no había sido formulado, por lo que no había una forma teórica de calcular si era físicamente posible que los átomos de uranio se rompieran en pedazos grandes. ^[59] Noddack y su esposo, Walter Noddack , eran químicos de renombre que habían sido nominados para el Premio Nobel de Química por el descubrimiento del renio, aunque en ese momento también estaban envueltos en una controversia sobre el descubrimiento del elemento 43, al que llamaron "masurio". El descubrimiento del tecnecio por Emilio Segrè y Carlo Perrier puso fin a su afirmación, pero no se produjo hasta 1937. Es poco probable que Meitner o Curie tuvieran algún prejuicio contra Noddack debido a su sexo, ^[60] pero Meitner no tuvo miedo de decirle a Hahn Hähnchen, von Physik verstehst Du Nichts ("Hahn querido, de física no entiendes nada"). ^[61] La misma actitud se trasladó a Noddack, que no propuso un modelo nuclear alternativo ni realizó experimentos para apoyar su afirmación. Aunque Noddack era una reconocida química analítica, carecía de la formación en física necesaria para apreciar la enormidad de lo que estaba proponiendo. ^[58]

Noddack no fue el único crítico de la afirmación de Fermi. Aristid von Grosse sugirió que lo que Fermi había encontrado era un isótopo de protactinio. ^{[64] [65]} Meitner estaba ansiosa por investigar los resultados de Fermi, pero reconoció que se necesitaba un químico altamente capacitado y quería al mejor que conocía: Hahn, aunque no habían colaborado durante muchos años. Inicialmente, Hahn no estaba interesado, pero la mención de von Grosse del protactinio le hizo cambiar de opinión. ^[66] "La única pregunta", escribió Hahn más tarde, "parecía ser si Fermi había encontrado isótopos de elementos transuránicos o isótopos del elemento inmediatamente inferior, el protactinio. En ese momento, Lise Meitner y yo decidimos repetir los experimentos de Fermi para averiguar si el isótopo de 13 minutos era un isótopo de protactinio o no. Fue una decisión lógica, habiendo sido los descubridores del protactinio". ^[67]

Hahn y Meitner se unieron a Fritz Strassmann . Strassmann había recibido su doctorado en química analítica de la Universidad Técnica de Hannover en 1929, ^[68] y había llegado al Instituto Kaiser Wilhelm de Química para estudiar con Hahn, creyendo que esto mejoraría sus perspectivas de empleo. Disfrutaba tanto del trabajo y de la gente que se quedó después de que su estipendio expirara en 1932. Después de que el Partido Nazi llegó al poder en Alemania en 1933, rechazó una oferta lucrativa de empleo porque requería formación política y membresía en el Partido Nazi, y renunció a la Sociedad de Químicos Alemanes cuando se convirtió en parte del Frente Laboral Alemán Nazi . Como resultado, no pudo trabajar en la industria química ni recibir su habilitación , que era necesaria para convertirse en un investigador independiente en Alemania. Meitner persuadió a Hahn para que contratara a Strassmann usando dinero del fondo de circunstancias especiales del director. En 1935, Strassmann se convirtió en asistente con media paga. Pronto se le acreditaría como colaborador en los documentos que produjeron. ^[69] La Ley de 1933 para la Restauración del Servicio Civil Profesional eliminó a las personas judías del servicio civil, que incluía la academia. Meitner nunca intentó ocultar su ascendencia judía, pero inicialmente estuvo exenta de su impacto por múltiples motivos: había sido empleada antes de 1914, había servido en el ejército durante la Guerra Mundial, era ciudadana austriaca en lugar de alemana y el Instituto Kaiser Wilhelm era una asociación entre el gobierno y la industria. ^[70] Sin embargo, fue despedida de su cátedra adjunta en la Universidad de Berlín con el argumento de que su servicio en la Primera Guerra Mundial no fue en el frente y no había completado su habilitación hasta 1922. ^[71] Carl Bosch , el director de IG Farben , un patrocinador importante del Instituto Kaiser Wilhelm de Química, le aseguró a Meitner que su puesto allí estaba seguro y ella aceptó quedarse. ^[70] Meitner, Hahn y Strassmann se acercaron personalmente a medida que su política antinazi los alejaba cada vez más del resto de la organización, pero les dio más tiempo para la investigación, ya que la administración fue delegada a los asistentes de Hahn y Meitner. ^[69]

El grupo de Berlín comenzó irradiando sal de uranio con neutrones de una fuente de radón-berilio similar a la que había usado Fermi. La disolvieron y agregaron perrenato de potasio , cloruro de platino e hidróxido de sodio . Lo que quedó se acidificó con sulfuro de hidrógeno , lo que resultó en la precipitación de sulfuro de platino y sulfuro de renio. Fermi había notado cuatro isótopos radiactivos, siendo los de vida más larga los que tenían vidas medias de 13 y 90 minutos, y estos se detectaron en el precipitado. Luego, el grupo de Berlín realizó una prueba para detectar protactinio agregando protactinio-234 a la solución. Cuando precipitó, se descubrió que estaba separado de los isótopos de vida media de 13 y 90 minutos, lo que demostró que von Grosse estaba equivocado y que no eran isótopos de protactinio. Además, las reacciones químicas involucradas descartaron todos los elementos del mercurio y superiores en la tabla periódica. ^[75] Consiguieron precipitar la actividad de 90 minutos con sulfuro de osmio y la de 13 minutos con sulfuro de renio, lo que descartó que fueran isótopos del mismo elemento. Todo ello proporcionó pruebas sólidas de que efectivamente se trataba de elementos transuránicos, con propiedades químicas similares al osmio y al renio. ^{[76] [77]}

Fermi también había informado de que los neutrones rápidos y lentos habían producido actividades diferentes, lo que indicaba que se estaba produciendo más de una reacción. Cuando el grupo de Berlín no pudo reproducir los hallazgos del grupo de Roma, comenzó su propia investigación sobre los efectos de los neutrones rápidos y lentos. Para minimizar la contaminación radiactiva en caso de accidente, se llevaron a cabo diferentes fases en diferentes salas, todas en la sección de Meitner en la planta baja del Instituto Kaiser Wilhelm. La irradiación de neutrones se llevó a cabo en un laboratorio, la separación química en otro y las mediciones se llevaron a cabo en un tercero. El equipo que utilizaron fue sencillo y en su mayoría hecho a mano. ^[78]

En marzo de 1936, habían identificado diez vidas medias diferentes, con distintos grados de certeza. Para explicarlas, Meitner tuvo que plantear la hipótesis de una nueva clase de reacción (n, 2n) y la desintegración alfa del uranio, ninguna de las cuales se había descrito antes y para la que faltaban pruebas físicas. Así, mientras Hahn y Strassmann perfeccionaban sus procedimientos químicos, Meitner ideó nuevos experimentos para arrojar más luz sobre los procesos de reacción. En mayo de 1937, publicaron informes paralelos, uno en Zeitschrift für Physik con Meitner como autor principal, y otro en Chemische Berichte con Hahn como autor principal. ^{[78] [79] [80]} Hahn concluyó el suyo afirmando enfáticamente: Vor allem steht ihre chemische Verschiedenheit von allen bisher bekannten Elementen außerhalb jeder Diskussion ("Sobre todo, su distinción química de todos los elementos previamente conocidos no necesita más discusión". ^[80] ) Meitner estaba cada vez más inseguro. Ahora habían construido tres reacciones (n, γ):

1. ²³⁸
   ₉₂U +n →²³⁹
   ₉₂U (10 segundos) →²³⁹
   ₉₃ekaRe (2,2 minutos) →²³⁹
   ₉₄ekaOs (59 minutos) →²³⁹
   ₉₅ekaIr (66 horas) →²³⁹
   ₉₆ekaPt (2,5 horas) →²³⁹
   ₉₇¿EkAu (?)
2. ²³⁸
   ₉₂U +n →²³⁹
   ₉₂U (40 segundos) →²³⁹
   ₉₃ekaRe (16 minutos) →²³⁹
   ₉₄ekaOs (5,7 horas) →²³⁹
   ₉₅¿ qué ?
3. ²³⁸
   ₉₂U +n →²³⁹
   ₉₂U (23 minutos) →²³⁹
   ₉₃EkaRe

Meitner estaba segura de que debían ser reacciones (n, γ), ya que los neutrones lentos carecían de la energía necesaria para desprender protones o partículas alfa. Consideró la posibilidad de que las reacciones se debieran a diferentes isótopos del uranio; se conocían tres: uranio-238, uranio-235 y uranio-234. Sin embargo, cuando calculó la sección eficaz del neutrón, resultó demasiado grande para ser otra cosa que el isótopo más abundante, el uranio-238. Concluyó que debía tratarse de un caso de isomería nuclear , que había sido descubierta en el protactinio por Hahn en 1922. La isomería nuclear había recibido una explicación física de von Weizsäcker, que había sido asistente de Meitner en 1936, pero que desde entonces había aceptado un puesto en el Instituto Kaiser Wilhelm de Física. Los distintos isómeros nucleares del protactinio tenían vidas medias diferentes, y esto también podría ocurrir con el uranio, pero si así fuera, de alguna manera lo heredaban los productos hijos y nietas, lo que parecía llevar el argumento al límite. Luego estaba la tercera reacción, una (n, γ), que se producía sólo con neutrones lentos. ^[81] Por tanto, Meitner terminó su informe con una nota muy diferente a la de Hahn, informando que: "El proceso debe ser la captura de neutrones por el uranio-238, lo que conduce a tres núcleos isoméricos de uranio-239. Este resultado es muy difícil de conciliar con los conceptos actuales sobre el núcleo". ^{[79] [82]}

Después de esto, el grupo de Berlín pasó a trabajar con torio, como dijo Strassmann, "para recuperarse del horror del trabajo con uranio". ^[83] Sin embargo, el torio no era más fácil de trabajar que el uranio. Para empezar, tenía un producto de desintegración, el radiotorio (²²⁸
₉₀Th ) que sobrepasó la actividad inducida por neutrones más débiles. Pero Hahn y Meitner tenían una muestra de la que habían eliminado regularmente su isótopo madre, el mesotorio (²²⁸
₈₈Ra ), durante un período de varios años, lo que permitió que el radiotorio se desintegrara. Incluso entonces, era aún más difícil trabajar con él porque sus productos de desintegración inducidos por la irradiación de neutrones eran isótopos de los mismos elementos producidos por la propia desintegración radiactiva del torio. Lo que encontraron fueron tres series de desintegración diferentes, todas emisoras alfa, una forma de desintegración que no se encuentra en ningún otro elemento pesado, y para la que Meitner una vez más tuvo que postular múltiples isómeros. Encontraron un resultado interesante: estas series de desintegración (n, α) ocurrieron simultáneamente cuando la energía de los neutrones incidentes era menor de 2,5 MeV ; cuando tenían más, se formaba una reacción (n, γ)²³³
₉₀Fue favorecido. ^[84]

En París, Irene Curie y Pavel Savitch también se habían propuesto replicar los hallazgos de Fermi. En colaboración con Hans von Halban y Peter Preiswerk, irradiaron torio y produjeron el isótopo con una vida media de 22 minutos que Fermi había observado. En total, el grupo de Curie detectó ocho vidas medias diferentes en su torio irradiado. Curie y Savitch detectaron una sustancia radiactiva con una vida media de 3,5 horas. ^{[44] [38] [85]} El grupo de París propuso que podría ser un isótopo del torio. Meitner le pidió a Strassmann, que ahora estaba haciendo la mayor parte del trabajo de química, que lo comprobara. No detectó ninguna señal de torio. Meitner le escribió a Curie con sus resultados y le sugirió una retractación silenciosa. ^[86] No obstante, Curie persistió. Investigaron la química y descubrieron que la actividad de 3,5 horas provenía de algo que parecía ser químicamente similar al lantano (que de hecho lo era), que intentaron aislar sin éxito con un proceso de cristalización fraccionada . (Es posible que su precipitado estuviera contaminado con itrio , que es químicamente similar). Al usar contadores Geiger y saltear la precipitación química, Curie y Savitch detectaron la vida media de 3,5 horas en el uranio irradiado. ^[87]

Con el Anschluss , la unificación de Alemania con Austria el 12 de marzo de 1938, Meitner perdió su ciudadanía austriaca. ^[88] James Franck se ofreció a patrocinar su inmigración a los Estados Unidos, y Bohr le ofreció un lugar temporal en su instituto, pero cuando fue a la embajada danesa para obtener una visa, le dijeron que Dinamarca ya no reconocía su pasaporte austriaco como válido. ^[89] El 13 de julio de 1938, Meitner partió hacia los Países Bajos con el físico holandés Dirk Coster . Antes de irse, Otto Hahn le dio un anillo de diamantes que había heredado de su madre para que lo vendiera si era necesario. Llegó a salvo, pero solo con su ropa de verano. Meitner dijo más tarde que dejó Alemania para siempre con 10 marcos en su bolso. Con la ayuda de Coster y Adriaan Fokker , voló a Copenhague, donde fue recibida por Frisch, y se quedó con Niels y Margrethe Bohr en su casa de vacaciones en Tisvilde . El 1 de agosto tomó el tren a Estocolmo , donde fue recibida por Eva von Bahr . ^[90]

El grupo de París publicó sus resultados en septiembre de 1938. ^[87] Hahn descartó el isótopo con una vida media de 3,5 horas como contaminación, pero después de observar los detalles de los experimentos del grupo de París y las curvas de desintegración, Strassmann se preocupó. Decidió repetir el experimento, utilizando su método más eficiente para separar el radio. Esta vez, encontraron lo que pensaron que era radio, que Hahn sugirió que era el resultado de dos desintegraciones alfa:

²³⁸
₉₂U +n → α+²³⁵
₉₀Th → α +²³⁵
₈₈Real academia de bellas artes

A Meitner le resultó muy difícil creerlo. ^{[91] [92]}

En noviembre, Hahn viajó a Copenhague, donde se reunió con Bohr y Meitner, quienes le dijeron que estaban muy descontentos con los isómeros de radio propuestos. Siguiendo instrucciones de Meitner, Hahn y Strassmann comenzaron a rehacer los experimentos, incluso mientras Fermi recogía su Premio Nobel en Estocolmo. ^[93] Con la ayuda de Clara Lieber e Irmgard Bohne, Hahn y Strassmann aislaron los tres isótopos de radio (verificados por sus vidas medias) y utilizaron la cristalización fraccionada para separarlos del portador de bario agregando cristales de bromuro de bario en cuatro pasos. Dado que el radio precipita preferentemente en una solución de bromuro de bario, en cada paso la fracción extraída contendría menos radio que la anterior. Sin embargo, no encontraron ninguna diferencia entre cada una de las fracciones. En caso de que su proceso fuera defectuoso de alguna manera, lo verificaron con isótopos conocidos de radio; el proceso fue correcto. Hahn y Strassmann encontraron un cuarto isótopo de radio. Sus vidas medias fueron formuladas así por Hahn y Strassmann:

${\displaystyle \mathrm {Ra\ I?} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{1 min.}}}]{{\text{ }}\mathrm { \beta } }}\mathrm {\ Ac\ I\ } {\xrightarrow[{\mathrm {<} \ {\text{30 min.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ II} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{14}}\ \mathrm {\pm } \ {2min.}}]{{\text{ }} \mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ II\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{2,5 h.}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ III} _{}^{}\ {\xrightarrow[{{\text{86}}\ \mathrm {\pm } \ {6min.}}]{{\text{ }} \mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ III\ } {\xrightarrow[{\mathrm {\sim } \ {\text{pareja de días?}}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

${\displaystyle \mathrm {Ra\ IV} _{}^{}\ {\xrightarrow[{\text{250-300 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Ac\ IV\ } {\xrightarrow[{\text{40 hrs.}}]{{\text{ }}\mathrm {\beta } }}\mathrm {\ Th?} }$

El 19 de diciembre, Hahn escribió a Meitner para informarle que los isótopos del radio se comportaban químicamente como el bario. Ansiosos por terminar antes de las vacaciones de Navidad, Hahn y Strassmann presentaron sus hallazgos a Naturwissenschaften el 22 de diciembre sin esperar la respuesta de Meitner. ^[94] Hahn comprendió que se había producido una "explosión" de los núcleos atómicos, ^{[95] [96]} pero no estaba seguro de esa interpretación. Hahn concluyó el artículo en "Naturwissenschaften" con: "Como químicos... deberíamos sustituir los símbolos Ba, La, Ce por Ra, Ac, Th. Como 'químicos nucleares' bastante cercanos a la física, todavía no podemos decidirnos a dar este paso que contradice toda la experiencia previa en física". ^[97]

Frisch solía celebrar la Navidad con Meitner en Berlín, pero en 1938 aceptó una invitación de Eva von Bahr para pasarla con su familia en Kungälv , y Meitner le pidió a Frisch que la acompañara allí. Meitner recibió la carta de Hahn describiendo su prueba química de que parte del producto del bombardeo de uranio con neutrones era bario. El bario tenía una masa atómica un 40% menor que el uranio, y ningún método conocido previamente de desintegración radiactiva podía explicar una diferencia tan grande en la masa del núcleo. ^{[98] [99]}

No obstante, inmediatamente le escribió a Hahn para decirle: "En este momento, la suposición de una ruptura tan completa me parece muy difícil, pero en física nuclear hemos experimentado tantas sorpresas que no se puede decir incondicionalmente: 'Es imposible'". ^[100] Meitner sintió que Hahn era un químico demasiado cuidadoso como para cometer un error elemental, pero encontró los resultados difíciles de explicar. Todas las reacciones nucleares que se habían documentado implicaban desprender protones o partículas alfa del núcleo. Romperlo parecía mucho más difícil. Sin embargo, el modelo de gota líquida que había postulado Gamow sugería la posibilidad de que un núcleo atómico pudiera alargarse y superar la tensión superficial que lo mantenía unido. ^[101]

Según Frisch:

En ese momento, ambos nos sentamos en el tronco de un árbol (toda esa discusión había tenido lugar mientras caminábamos por el bosque en la nieve, yo con mis esquís puestos, Lise Meitner haciendo valer su afirmación de que podía caminar igual de rápido sin ellos) y comenzamos a hacer cálculos en trozos de papel. Descubrimos que la carga de un núcleo de uranio era lo suficientemente grande como para superar el efecto de la tensión superficial casi por completo; por lo tanto, el núcleo de uranio podría parecerse a una gota muy inestable y tambaleante, lista para dividirse a la menor provocación, como el impacto de un solo neutrón.

Pero había otro problema. Después de la separación, las dos gotas se separarían por su repulsión eléctrica mutua y adquirirían una gran velocidad y, por lo tanto, una energía muy grande, alrededor de 200 MeV en total; ¿de dónde podría provenir esa energía? Afortunadamente, Lise Meitner recordó la fórmula empírica para calcular las masas de los núcleos y calculó que los dos núcleos formados por la división de un núcleo de uranio juntos serían más ligeros que el núcleo de uranio original en aproximadamente una quinta parte de la masa de un protón. Ahora bien, siempre que desaparece la masa se crea energía, según la fórmula de Einstein , y una quinta parte de la masa de un protón equivalía exactamente a 200 MeV. Así que aquí estaba la fuente de esa energía; ¡todo encajaba! ^[101]${\displaystyle E=m\,c^{2}}$

Meitner y Frisch habían interpretado correctamente los resultados de Hahn como que el núcleo de uranio se había dividido aproximadamente en dos. Las dos primeras reacciones que el grupo de Berlín había observado eran elementos ligeros creados por la ruptura de núcleos de uranio; la tercera, la de 23 minutos, era una desintegración en el elemento real 93. ^[102] Al regresar a Copenhague, Frisch informó a Bohr, quien se dio una palmada en la frente y exclamó: "¡Qué idiotas hemos sido!" ^[103] Bohr prometió no decir nada hasta que tuvieran un artículo listo para publicar. Para acelerar el proceso, decidieron enviar una nota de una página a Nature . En este punto, la única evidencia que tenían era el bario. Lógicamente, si se formó bario, el otro elemento debe ser el criptón , ^[104] aunque Hahn creyó erróneamente que las masas atómicas debían sumar 239 en lugar de que los números atómicos sumaran 92, y pensó que era masurio (tecnecio), por lo que no lo comprobó: ^[105]

²³⁵
₉₂U +n →
₅₆Ba +
₃₆Kr + algún n

A través de una serie de llamadas telefónicas de larga distancia, Meitner y Frisch idearon un experimento simple para reforzar su afirmación: medir el retroceso de los fragmentos de fisión, utilizando un contador Geiger con el umbral establecido por encima del de las partículas alfa. Frisch realizó el experimento el 13 de enero de 1939 y encontró los pulsos causados ​​por la reacción tal como habían predicho. ^[104] Decidió que necesitaba un nombre para el proceso nuclear recién descubierto. Habló con William A. Arnold, un biólogo estadounidense que trabajaba con de Hevesy y le preguntó cómo llamaban los biólogos al proceso por el cual las células vivas se dividían en dos células. Arnold le dijo que los biólogos lo llamaban fisión . Frisch luego aplicó ese nombre al proceso nuclear en su artículo. ^[106] Frisch envió por correo tanto la nota de autoría conjunta sobre la fisión como su artículo sobre el experimento de retroceso a Nature el 16 de enero de 1939; el primero apareció impreso el 11 de febrero y el segundo el 18 de febrero. ^{[107] [108]} En su segunda publicación sobre la fisión nuclear en febrero de 1939, Hahn y Strassmann utilizaron el término Uranspaltung (fisión de uranio) por primera vez, y predijeron la existencia y liberación de neutrones adicionales durante el proceso de fisión, abriendo la posibilidad de una reacción nuclear en cadena . ^[109] En una entrevista del 8 de marzo de 1959, Meitner dijo: "Se logró [el descubrimiento de la fisión nuclear] con una química inusualmente buena por parte de Hahn y Strassmann, con una química fantásticamente buena que nadie más podía hacer en ese momento. Más tarde, los estadounidenses lo aprendieron. Pero en ese momento Hahn y Strassmann eran realmente los únicos que podían hacerlo porque eran muy buenos químicos. Realmente demostraron un proceso físico con la química, por así decirlo". ^[110]

Antes de partir hacia Estados Unidos el 7 de enero de 1939 con su hijo Erik para asistir a la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica, Bohr prometió a Frisch que no mencionaría la fisión hasta que los artículos aparecieran impresos, pero durante la travesía del Atlántico en el SS  Drottningholm , Bohr discutió el mecanismo de la fisión con Leon Rosenfeld y no le informó que la información era confidencial. A su llegada a la ciudad de Nueva York el 16 de enero, fueron recibidos por Fermi y su esposa Laura Capon , y por John Wheeler , que había sido miembro del instituto de Bohr en 1934-1935. Resultó que esa noche había una reunión del Physics Journal Club de la Universidad de Princeton y cuando Wheeler le preguntó a Rosenfeld si tenía alguna novedad que informar, Rosenfeld se lo dijo. ^[111] Un avergonzado Bohr envió una nota a Nature defendiendo la afirmación de Meitner y Frisch sobre la prioridad del descubrimiento. ^[112] Hahn estaba molesto porque, aunque Bohr mencionó su trabajo y el de Strassmann en la nota, solo citó a Meitner y Frisch. ^[113]

La noticia del nuevo descubrimiento se difundió rápidamente, y se consideró correctamente que se trataba de un efecto físico completamente nuevo con grandes posibilidades científicas y potencialmente prácticas. Isidor Isaac Rabi y Willis Lamb , dos físicos de la Universidad de Columbia que trabajaban en Princeton, oyeron la noticia y la llevaron a Columbia. Rabi dijo que se lo contó a Fermi; Fermi le dio crédito a Lamb. Para Fermi, la noticia fue una profunda vergüenza, ya que los elementos transuránicos por cuyo descubrimiento había recibido en parte el Premio Nobel no habían sido elementos transuránicos en absoluto, sino productos de fisión . Añadió una nota a pie de página a este efecto en su discurso de aceptación del Premio Nobel. Poco después, Bohr fue de Princeton a Columbia para ver a Fermi. Al no encontrar a Fermi en su oficina, Bohr bajó al área del ciclotrón y encontró a Herbert L. Anderson . Bohr lo agarró por el hombro y le dijo: "Joven, déjame explicarte algo nuevo y emocionante en física". ^[114]

Muchos científicos de Columbia tenían claro que debían intentar detectar la energía liberada en la fisión nuclear del uranio a partir del bombardeo de neutrones. El 25 de enero de 1939, un grupo de la Universidad de Columbia llevó a cabo el primer experimento de fisión nuclear en los Estados Unidos, ^[115] que se llevó a cabo en el sótano de Pupin Hall . El experimento consistió en colocar óxido de uranio dentro de una cámara de ionización e irradiarlo con neutrones, y medir la energía así liberada. Al día siguiente, comenzó la Quinta Conferencia de Washington sobre Física Teórica en Washington, DC , bajo los auspicios conjuntos de la Universidad George Washington y la Institución Carnegie de Washington . A partir de allí, las noticias sobre la fisión nuclear se extendieron aún más, lo que fomentó muchas más demostraciones experimentales. ^[116]

Bohr y Wheeler revisaron el modelo de la gota líquida para explicar el mecanismo de la fisión nuclear, con un éxito notable. ^[117] Su artículo apareció en Physical Review el 1 de septiembre de 1939, el día en que Alemania invadió Polonia , iniciando la Segunda Guerra Mundial en Europa. ^[118] A medida que los físicos experimentales estudiaban la fisión, descubrieron resultados más desconcertantes. George Placzek le preguntó a Bohr por qué el uranio se fisionaba con neutrones muy rápidos y muy lentos. Al caminar hacia una reunión con Wheeler, Bohr tuvo la idea de que la fisión a bajas energías se debía al isótopo uranio-235, mientras que a altas energías se debía principalmente al isótopo uranio-238 mucho más abundante . ^[119] Esto se basó en las mediciones de Meitner de 1937 de las secciones transversales de captura de neutrones. ^[120] Esto se verificaría experimentalmente en febrero de 1940, después de que Alfred Nier fuera capaz de producir suficiente uranio-235 puro para que John R. Dunning , Aristid von Grosse y Eugene T. Booth lo probaran. ^[112]

Otros científicos reanudaron la búsqueda del elusivo elemento 93, que parecía ser sencilla, ya que ahora sabían que resultaba de la vida media de 23 minutos. En el Laboratorio de Radiación en Berkeley, California , Emilio Segrè y Edwin McMillan utilizaron el ciclotrón para crear el isótopo. Luego detectaron una actividad beta con una vida media de 2 días, pero tenía características químicas de elementos de tierras raras , y se suponía que el elemento 93 tenía una química similar a la del renio. Por lo tanto, se pasó por alto como un producto de fisión más. Pasó otro año antes de que McMillan y Philip Abelson determinaran que el elemento de vida media de 2 días era el del elusivo elemento 93, al que llamaron " neptunio ". Allanaron el camino para el descubrimiento por Glenn Seaborg , Emilio Segrè y Joseph W. Kennedy del elemento 94, al que llamaron " plutonio " en 1941. ^{[121] [122]}

Otra línea de investigación, encabezada por Meitner, fue determinar si otros elementos podían fisionarse tras ser irradiados con neutrones. Pronto se determinó que el torio y el protactinio podían hacerlo. También se realizaron mediciones de la cantidad de energía liberada. ^[20] Hans von Halban, Frédéric Joliot-Curie y Lew Kowarski demostraron que el uranio bombardeado con neutrones emitía más neutrones de los que absorbía, lo que sugería la posibilidad de una reacción nuclear en cadena. ^[123] Fermi y Anderson también lo hicieron unas semanas después. ^{[124] [125]} Para muchos científicos era evidente que, al menos en teoría, se podía crear una fuente de energía extremadamente poderosa, aunque la mayoría todavía consideraba que una bomba atómica era imposible. ^[126]

Tanto Hahn como Meitner habían sido nominados para los premios Nobel de química y física muchas veces incluso antes del descubrimiento de la fisión nuclear por su trabajo sobre los isótopos radiactivos y el protactinio. Varias nominaciones más siguieron por el descubrimiento de la fisión entre 1940 y 1943. ^{[26] [27]} Las nominaciones al Premio Nobel fueron examinadas por comités de cinco miembros, uno para cada premio. Aunque tanto Hahn como Meitner recibieron nominaciones para el premio Nobel de física, la radiactividad y los elementos radiactivos habían sido considerados tradicionalmente como el dominio de la química, por lo que el Comité Nobel de Química evaluó las nominaciones en 1944. ^[127]

El comité recibió informes de Theodor Svedberg en 1941 y de Arne Westgren  [sv] en 1942. Estos químicos estaban impresionados por el trabajo de Hahn, pero sentían que el trabajo experimental de Meitner y Frisch no era extraordinario. No entendían por qué la comunidad de la física consideraba su trabajo como seminal. En cuanto a Strassmann, aunque su nombre estaba en los documentos, había una política de larga data de otorgar premios al científico más veterano en una colaboración. En 1944, el Comité Nobel de Química votó para recomendar que solo a Hahn se le diera el Premio Nobel de Química de 1944. ^[127] Sin embargo, a los alemanes se les había prohibido aceptar premios Nobel después de que el Premio Nobel de la Paz se hubiera otorgado a Carl von Ossietzky en 1936. ^[128] La recomendación del comité fue rechazada por la Real Academia Sueca de Ciencias , que decidió aplazar el premio por un año. ^[127]

La guerra había terminado cuando la academia reconsideró la concesión del premio en septiembre de 1945. El Comité Nobel de Química se había vuelto más cauteloso, ya que era evidente que el Proyecto Manhattan había llevado a cabo muchas investigaciones en secreto en los Estados Unidos, y sugirió aplazar el Premio Nobel de Química de 1944 por un año más. La academia se vio influida por Göran Liljestrand , quien argumentó que era importante para la academia afirmar su independencia de los aliados de la Segunda Guerra Mundial y otorgar el Premio Nobel de Química a un alemán, ^[129] como lo había hecho después de la Primera Guerra Mundial cuando se lo había otorgado a Fritz Haber . Por lo tanto, Hahn se convirtió en el único destinatario del Premio Nobel de Química de 1944 "por su descubrimiento de la fisión de núcleos pesados". ^[130]

Meitner escribió en una carta a su amiga Birgit Broomé-Aminoff el 20 de noviembre de 1945:

Sin duda, Hahn se merecía plenamente el premio Nobel de química. No hay duda alguna al respecto. Pero creo que Otto Robert Frisch y yo contribuimos en algo nada desdeñable al esclarecimiento del proceso de fisión del uranio, de cómo se origina y de por qué produce tanta energía, algo que no estaba al alcance de Hahn. Por eso me pareció un poco injusto que en los periódicos se me llamara subordinado de Hahn, en el mismo sentido que Strassmann. ^[131]

En 1946, el Comité Nobel de Física consideró las nominaciones para Meitner y Frisch recibidas de Max von Laue , Niels Bohr, Oskar Klein , Egil Hylleraas y James Franck. Erik Hulthén, que ocupó la cátedra de física experimental en la Universidad de Estocolmo , escribió informes para el comité en 1945 y 1946. Hulthén argumentó que la física teórica debería considerarse digna de premio solo si inspiraba grandes experimentos. No se entendió el papel de Meitner y Frisch en ser los primeros en comprender y explicar la fisión. También puede haber habido factores personales: al presidente del comité, Manne Siegbahn , no le gustaba Meitner y tenía una rivalidad profesional con Klein. ^{[127] [132]} Meitner y Frisch continuarían siendo nominados regularmente durante muchos años, pero nunca recibirían un Premio Nobel. ^{[27] [127] [133]}

Al final de la guerra en Europa, Hahn fue detenido y encarcelado en Farm Hall con otros nueve científicos de alto nivel, todos los cuales, excepto Max von Laue, habían estado involucrados en el programa de armas nucleares alemán , y todos, excepto Hahn y Paul Harteck, eran físicos. Fue aquí donde escucharon la noticia de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki . No dispuestos a aceptar que estaban años por detrás de los estadounidenses, y sin saber que sus conversaciones estaban siendo grabadas, muchos de ellos dijeron en conversaciones que nunca habían querido que su programa de armas nucleares tuviera éxito en primer lugar. Hahn no les creyó. Hahn todavía estaba allí cuando se anunció su Premio Nobel en noviembre de 1945. Los científicos de Farm Hall pasarían el resto de sus vidas tratando de rehabilitar la imagen de la ciencia alemana que había sido empañada por el período nazi. ^{[134] [135]} Se ocultaron detalles incómodos, como el de las miles de mujeres esclavas del campo de concentración de Sachsenhausen que extraían uranio para sus experimentos. ^[136]

Para Hahn, esto implicaba necesariamente afirmar su afirmación del descubrimiento de la fisión para sí mismo, para la química y para Alemania. Utilizó su discurso de aceptación del Premio Nobel para afirmar esta narrativa, ^{[134] [135]} por lo que mencionó la participación de Meitner y Straßmann en su discurso Nobel. El mensaje de Hahn resonó fuertemente en Alemania, donde era reverenciado como el proverbial buen alemán , un hombre decente que había sido un firme oponente del régimen nazi, pero que había permanecido en Alemania, donde se había dedicado a la ciencia pura. Como presidente de la Sociedad Max Planck de 1946 a 1960, proyectó una imagen de la ciencia alemana como intacta en brillantez y no contaminada por el nazismo a una audiencia que quería creerlo. ^[74] Después de la Segunda Guerra Mundial, Hahn se manifestó firmemente en contra del uso de la energía nuclear con fines militares. Veía la aplicación de sus descubrimientos científicos a tales fines como un mal uso, o incluso un crimen. Lawrence Badash escribió: "Su reconocimiento durante la guerra de la perversión de la ciencia para la construcción de armas y su actividad de posguerra en la planificación de la dirección de los esfuerzos científicos de su país lo inclinaron cada vez más a ser un portavoz de la responsabilidad social". ^[137]

En contraste, inmediatamente después de la guerra, Meitner y Frisch fueron aclamados como los descubridores de la fisión en los países de habla inglesa. Japón era visto como un estado títere de Alemania y la destrucción de Hiroshima y Nagasaki como justicia poética por la persecución del pueblo judío. ^{[138] [139]} En enero de 1946, Meitner realizó una gira por los Estados Unidos, donde dio conferencias y recibió títulos honorarios . Asistió a un cóctel para el teniente general Leslie Groves , el director del Proyecto Manhattan (quien le dio crédito exclusivo por el descubrimiento de la fisión en sus memorias de 1962), y fue nombrada Mujer del Año por el Club Nacional de Prensa de Mujeres . En la recepción de este premio, se sentó junto al presidente de los Estados Unidos , Harry S. Truman . Pero a Meitner no le gustaba hablar en público, especialmente en inglés, ni disfrutaba el papel de celebridad, y rechazó la oferta de una cátedra visitante en Wellesley College . ^{[140] [141]} Hahn nominó a Meitner y Frisch para el Premio Nobel de Física en 1948. ^[142] Él y Meitner siguieron siendo amigos cercanos después de la guerra. ^[143]

En 1966, la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos otorgó conjuntamente el Premio Enrico Fermi a Hahn, Strassmann y Meitner por su descubrimiento de la fisión. La ceremonia se celebró en el palacio Hofburg de Viena. ^[144] Fue la primera vez que el Premio Enrico Fermi se otorgaba a no estadounidenses, y la primera vez que se entregaba a una mujer. ^[145] El diploma de Meitner llevaba las palabras: "Por la investigación pionera en las radiactividades naturales y los estudios experimentales extensos que condujeron al descubrimiento de la fisión". ^[146] El diploma de Hahn era ligeramente diferente: "Por la investigación pionera en las radiactividades naturales y los estudios experimentales extensos que culminaron en el descubrimiento de la fisión". ^[147] Hahn y Strassmann estuvieron presentes, pero Meitner estaba demasiado enferma para asistir, por lo que Frisch aceptó el premio en su nombre. ^[148]

Durante las celebraciones conjuntas en Alemania del centenario de Einstein, Hahn, Meitner y von Laue en 1978, la narrativa de Hahn sobre el descubrimiento de la fisión comenzó a desmoronarse. Hahn y Meitner habían muerto en 1968, pero Strassmann todavía estaba vivo, y afirmó la importancia de su química analítica y la física de Meitner en el descubrimiento, y su papel como algo más que simples asistentes. Una biografía detallada de Strassmann apareció en 1981, un año después de su muerte, y una premiada biografía de Meitner para adultos jóvenes en 1986. Los científicos cuestionaron el enfoque en la química, los historiadores desafiaron la narrativa aceptada del período nazi y las feministas vieron a Meitner como otro ejemplo más del efecto Matilda , donde una mujer había sido borrada de las páginas de la historia. Para 1990, Meitner había sido restaurada a la narrativa, aunque su papel siguió siendo cuestionado, particularmente en Alemania. ^[74]

Weizsäcker , colega de Hahn y Meitner durante su estancia en Berlín y compañero de prisión de Hahn en Farm Hall, apoyó firmemente el papel de Hahn en el descubrimiento de la fisión nuclear. ^[96] Le dijo a una audiencia que se había reunido para la inclusión ceremonial de un busto de Meitner en el Ehrensaal (Salón de la Fama) en el Deutsches Museum de Múnich el 4 de julio de 1991 que ni Meitner ni la física habían contribuido al descubrimiento de la fisión, que, declaró, fue "un descubrimiento de Hahn y no de Lise Meitner". ^[74]