Lise Meitnerová
(1878-1968)
“Milujem fyziku celým svojím srdcom. Nedokážem si predstaviť, že by nebola súčasťou môjho života. Je to istý druh lásky, akú cítite k osobe, ktorej vďačíte za veľa. A ja, ktorá mám tendenciu trpieť vedomím viny, som fyzik bez najmenšieho pocitu viny.”
Vrátim sa na začiatok 20.storočia, kedy sa síce v školách učilo, že všetko sa skladá z atómov, ale z čoho sú vytvorené atómy sa nevedelo. Ernest Rutherford zistil podivnú vec a to, že vnútro atómov je predovšetkým prázdne miesto, kde skoro nič nie je. Priamo v strede atómu je iba malé pevné jadro a ďaleko od neho sa preháňajú mračná elektrónov. Ako v tomto prázdne použiť nám už dobre známu rovnicu E=mc²? Odkiaľ získať obrovské množstvo energie, ktoré by sa v atóme malo skrývať? Všetkým bolo jasné, že miestom, kde musí byť, môže byť iba jadro s kladne nabitými časticami zv. protóny.
V r.1932 James Chadwick objavil, že v jadre atómu sa skrýva ďalšia zložka – elektricky neutrálny neutrón. Chadwickov objav neutrónu mal pripraviť pôdu pre celú radu zaujímavých pokusov. Keďže neutrón je elektricky neutrálny, nemá problém so záporne a kladne nabitými časticami na povrchu a v strede atómu. Mohol by byť použitý ako sonda na preskúmanie vnútra jadra atómu. Vedci začali bombardovať jadrá atómov neutrónmi o stále vyšších a vyšších energiách, avšak to bola zlá cesta. Väčšina neutrónov jednoducho atómom preletela a nič sa zistiť nepodarilo. Čím silnejšie ste strieľali neutróny do atómov, tým menší úspech bol ich vniknutia až k jadrám. Musel prísť až taliansky fyzik Enrico Fermi a ukázať iný postup. Išiel na vec opačne - neutróny spomalil. Ako sa mu to podarilo? Jeho asistenti jedného dňa na jeho pokyn dovliekli vedrá s vodou z rybníčka so zlatými rybkami zo záhrady. Potom Fermi namieril rýchle neutróny z rádioaktívneho zdroja do vody. Molekuly vody sú veľké a prichádzajúce neutróny sa od nich odrážajú sem a tam, až sa spomalia. Keď sa potom vynoria, sú už tak spomalené, že bez problémov vnikajú do jadier atómov na prichystanom terči. Spomalené neutróny sa správali ako lepkavé guličky a vďaka kvantovým javom – v priestore boli dostatočne rozmazané, aby sa pri prelete niektorou rozmazanou časťou prilepili. Vedci zajasali, mali konečne sondu, ktorou mohli pátrať v útrobách atómu a hľadať potencionál o ktorom hovorí Einsteinova rovnica. Nenašli však nič moc. V najlepšom prípade dochádzalo k ľahko pozmenenej forme tradičných atómových jadier, ktoré uvoľnili trošku energie. Riešenie problému, čo sa deje vo vnútri jadra atómu a aký je mechanizmus správania sa hmoty, aby sa mohlo uvoľniť obrovské množstvo energie, muselo počkať na jednu pracovitú a veľmi skromnú ženu.
Lise Meitnerová sa narodila vo Viedni 7.novembra 1878 ako tretie z ôsmych detí v židovskej rodine, avšak neskoršie ako dospelá konvertovala na protestanskú vieru. Dostalo sa jej dobrého vzdelania a keď prejavila talent pre matematiku a fyziku, mohla sa ďalej týmto oborom venovať, i keď v tej dobe nebola ženám oficiálne vyššia forma vzdelania povolená. Po získaní externej maturity sa zapísala r. 1901 na Viedenskú univerzitu na štúdium fyziky, matematiky a filozofie. Po šiestich rokoch získala doktorát a odišla do Berlína pokračovať v štúdiu u Maxa Plancka, ktorý viedol skupinu mladých fyzikov a chemikov. Tu Lise získavala prvé skúsenosti s kvantovým svetom. Pôvodne sa tu zamýšľala zdržať iba rok , ale ostala 30 rokov. Najmä kvôli tomu, že sa tu zoznámila a začala spolupracovať s mladým chemikom s Ottom Hahnom.
Lise s Ottom Hahnom roku 1913 v Berlíne.
Otto Hahn sa narodil 8. marca 1879 vo Frankfurte a venoval sa predovšetkým chémii, konkrétne rádiochémii a pokladá sa za priekopníka aj v oblasti rádioaktivity. Hahn slávil úspechy, napr. v r. 1914 bol za objavenie mesothoria I po prvý krát nominovaný na Nobelovu cenu za chémiu. Vcelku sa mu darilo a rok 1907 bol preňho rokom šťastným, pretože sa nielen zoznámil s Lisou, ale i so svojím budúcim asistentom a priateľom mladým rakúskym fyzikom Fritzom Strassmannom.
Lise dlho pracovala ako neplatená vedecká asistentka v novo založenej Spoločnosti cisára Wilhelma pre podporu vedy v Ústave chémie. Spolu s Hahnom mala v suterénu chemickej katedry laboratórium. Ich spoločné výsledky im vyslúžili veľké laboratórium a obom sa im otvorila cesta ku kariére. Lise ako prvá žena získala v r. 1912 v Berlíne na fakulte fyziky Univerzity oficiálnu pozíciu odbornej asistentky. Hahn sa stal vedúcim rádiologického oddelenia Ústavu chémie. Ich spoluprácu prerušila I.svetová vojna. V priebehu vojny pôsobila Lise ako zdravotná sestra u röntgenu v jednom z lazaretov na rakúskej fronte. Na šťastie sa mohla do ústavu vrátiť ešte pred koncom vojny a Hahn sa tiež v zdraví vrátil a mohli pokračovať v práci. Hneď mali úspech, objavili nový prvok (protactinium). Lise sa stáva známou a zaslúžene zbiera obdiv. Podmienky pre prácu vo výmarskej republike boli priaznivé a Lise sa mohla nerušene venovať vedeckému výskumu. Ako jedna z prvých žien bola habilitovaná vo fyzike. V r. 1920 začala Lise viesť oddelenie teoretickej fyziky v Ústave chémie. V r. 1926 bola menovaná mimoriadnou profesorkou.
Keď Fermi zistil, že sa neutrón hodí ako ideálna sonda pre výskum vnútra atómu, Lise sa vrhla na štúdium vlastností atómového jadra. Opäť začala pracovať s Hahnom, pretože potrebovala chemika a on na rovnaký výskum potreboval zdatného fyzika. V r. 1934 začali pracovať spolu aj s asistentom Strassmannom. Lise rok predtým už nemohla vyučovať na berlínskej univerzite pre svoj pôvod a bola nacistickým vedením Univerzity zbavená profesúry, čo bol pre ňu šok. Mohla však stále ešte pracovať v Ústave chémie u Hahna. Domnievala sa, že keď sa bude venovať iba vede, usilovne pracovať a nebude sa politicky angažovať, zostane mimo akéhokoľvek nebezpečia.
Pokusy s ostreľovaním uránu robila Meitnerová spolu s Hahnom a Strassmannom v rokoch 1935-37. Boli to veľmi súťaživé a horúčkovité roky. S bombardovaním rôznych jadier neutrónmi a štúdiom produktov týchto interakcií začal taliansky fyzik Enrico Fermi a jeho tým (ako som už uviedla v úvode). Pridal sa tým v Berlíne (Hahn, Meitnerová, Strassmann) a súťažil nielen s talianskym týmom ale tiež s parížskym týmom Irene Curie a jej kolegami. Taktiež aj v Spojených štátoch amerických vznikali nové týmy. Všetci boli dychtiví po nových objavoch. Zdalo sa, že cesta k nim je otvorená, že významný okamih je na dosah. Výskum bol predovšetkým zameraný na umelé vytvorenie ťažších prvkov s vyšším hmotnostným číslom ako 92 tzv. transurány.
Myšlienka, že by sa ťažké jadrá atómu mohli rozpadať na menšie, bola v tom čase nemysliteľná. Nemecká chemička Ida Noddacková síce už v r. 1934 takúto myšlienku nadhodila, že či nie je možné, že by dochádzalo bombardovaním k rozpadu, nikto z vedcov ju však nebral vážne.
Lise analyzovala produkty pokusov z fyzikálneho hľadiska, Hahn so svojím asistentom tie isté výsledky podrobovali chemickej analýze. Lise plánovala ešte mnoho variácií pokusov s ostreľovaním jadra najťažšieho prírodného prvku uránu, avšak po anšluse musela v r. 1938 emigrovať. Márne sa za ňu u Hitlera údajne prihováral sám Max Planck. Otto Hahn, hoci bola jeho najbližším a celoživotným spolupracovníkom, pravdepodobne zo strachu, veľa pre ňu neurobil. Ríšu teda opustila s falošným výstupným vízom s pomocou dánskych fyzikov, asi na príhovor jej synovca Otta Frischa, ktorý z Nemecka prezieravo utiekol do Dánska už v r. 1934. Frisch bol vynikajúcim fyzikom, ktorý pracoval v Kodani s Nielsom Bohrom. Lise utiekla do Holandska, kde ostala len krátko. Ďalšou zastávkou bola Kodaň a až následne Stockholm. Tu jej bolo ponúknuté skromné miesto v ústave jadrového výskumu, kde riaditeľom bol Manne Siegbahn. V Stockholme sa jej vedecká práca prakticky zastavila. Nebol o ňu záujem, nemala k dispozícii potrebné prístroje ani asistentov.
Pre Lisu začalo ťažké a deprimujúce obdobie. Nemohla sa venovať svojej milovanej fyzike, ocitla sa v cudzej krajine, bez peňazí, bez laboratória, bez znalosti jazyka. Zatiaľ od júla do augusta 1938 Hahn a Strassmann pokračovali v projekte určovania produktov z bombardovania uránu neutrónmi. Hahn písal Lise o pokrokoch vo výskume a priebežných výsledkoch pokusov a žiadal ju o posúdenie a rady. V decembri 1938 Hahn a Strassmann objavili po bombardovaní uránu ako výsledný produkt prvok s polovičnou atómovou hmotnosťou než je urán – bárium a tento jav si nevedeli vysvetliť. Hahn sa pýtal v liste Lisy ako túto záhadu vysvetliť. Práve v tom čase (na Vianoce) navštívil Otto Frisch svoju tetu. Ich spoločná prechádzka zasneženou krajinou v tichom lese pri Kungӓlve na západnom pobreží Švédska sa stala legendárna. Otto mal na nohách lyže a Lise kráčala popri ňom pešo, aby dokázala, že mu bude stačiť. Spoločne už od rána riešili problém, ktorý jej v liste predostrel Hahn a jeho asistent. Meitnerová spolu so svojím synovcom interpretovala záhadný jav vzniku bárya ako rozštiepenie jadra atómu uránu na menšie jadrá v dôsledku ostreľovania neutrónmi, pričom Lise predpovedala, že množstvo uvoľnenej energie musí zodpovedať Einsteinovej ekvivalencii medzi hmotnosťou a energiou. Lise Meitnerová fyzikálne objasnila experimentálne výsledky ako štiepenie atómového jadra. Pod následne uverejnený článok o tomto významnom objave boli však ako autori uvedení iba Hahn a Strassmann. V r. 1944 Hahn dokonca dostal Nobelovu cenu za objav štepenia. Spolu s ním cenu mala dostať aj Lise, ale švédska Nobelova komisia opomenula podiel jej práce a Hahn sa k jej práci vzhľadom k jej židovskému pôvodu nehlásil a jej podiel práce pravdepodobne zámerne zamlčal alebo znížil. Objav a objasnenie jadrového štiepenia odštartovalo závody v štúdiu štiepných procesov a tajné výskumy v Amerike i Európe s cieľom vyrobiť atómovú bombu mohli začať.
Bárium sa objavilo z pokusov trvalo rádioaktívne. Lise napadlo, že detekované bárium môže byť produktom rozpadu uránu. Ako sa však obrovský prvok ako je urán, môže rozpadnúť atakom pár neutrónov na bárium? Doteraz sa nikomu nepodarilo odlomiť z jadra atómu taký obrovský kus. Hahn si predstavoval, že pomalé neutróny, ktorými strieľal do ťažkého jadra, v ňom zostanú, a vlastne ho iba upevnia. Meitnerovej a Frischovi však pri predstave modelu atómu Nielsa Bohra vo švédskom lese zišlo na um niečo iné.
Lise si predstavila atóm tak, ako ho predstavil Bohr – ako kvapku vody. Kvapka vody je neuveriteľne súdržná vďaka pružnej membráne povrchového napätia. To pripomenulo Lise súdržnosť silnej interakcie. Malé jadrá držia tuho pokope, ale také obrovské jadro ako má urán, je možno nestabilné, práve vďaka tým, že je v ňom príliš veľa neutrónov. Možno keď naň vystrelíme ďalší neutrón, je schopný roztrhnúť jadro ako kvapka vody natiahnutá na najväčšiu možnú mieru. Keď neutrón vnikne do jadra atómu uránu, jadro sa začne pozdĺž svojej osy naťahovať. Pokiaľ bombardujeme jadro ďalej, dôjde k jeho roztrhnutiu a netreba na to veľkú silu. Neutrón spôsobil, že jadro uránu sa začalo pozdĺž osi rozťahovať, a nakoniec sa uprostred zúžilo a puklo. Tento proces sa podobá deleniu bunky (v angličtine fission, štiepenie). Lise si okrem Bohrovho modelu atómu uvedomila, že do hry vstupuje ešte pozoruhodný dej, ktorý odhalil Einstein v rovnici o ekvivalencii hmoty a energie - že energia môže vznikať z miznúcej hmoty. Stratenej hmoty v Hahnových a Strassmannových experimentoch bolo síce veľmi málo, lebo používali nepatrné množstvo uránu. Prvé predbežné výpočty z hlavy, ktoré urobili Meitnerová s Frischom, však ukázali, že aj najmenšia čiastočka hmoty, blížiaca sa rýchlosti svetla, má nepredstaviteľnú energiu. Pri reakcii dve vzniknuté jadrá sú zhruba o jednu pätinu hmotnosti protónu ľahšie ako pôvodné uránové jadro. Táto jedna pätina protónu sa pretransformuje v súlade s Einsteinovou rovnicou na približne 200 MeV (200 miliónov elektrónvoltov!) energie.
Lise prežila zvyšok života v činorodej práci, nikdy sa nevydala a nemala deti. Zomrela ako 89 ročná a v r. 1992 fyzici na jej počesť po nej pomenovali 109. prvok.
http://www.sme.sk/c/4010869/lise-meitne ... z1d9LuBZ2c
David Bodanis: E = mc2. Dokořán, Praha 2002
http://fyzika.jreichl.com/main.article/ ... ne-stepeni
Ale bude třeba si na některé vzít lupu. Zvětšit je neumím.
