Rozszczepienie atomu uranu – część II

Odcinek I znajdziecie tutaj

Do gry wkracza Lise Meitner

W grudniu 1938 r. Hahn i Strassmann wykonali kluczowe doświadczenia i, jak ten pierwszy napisał w liście do Meitner: „Dochodzimy do strasznego wniosku, że nasz izotop radu nie zachowuje się jak rad, ale jak bar. Może ty wpadniesz na jakieś fantastyczne rozwiązanie. Przecież wiemy, że tam nie może się pojawić, ot tak sobie, bar”.
List został wysłany 19 grudnia. Jednocześnie uczeni przygotowali artykuł do niemieckiego czasopisma naukowego „Naturwissenschaften”. W tekście opisywali dokładnie swoje wyniki, ale nie proponowali żadnego wyjaśnienia. Artykuł wysłano 22 grudnia, ale badacze nie zaprzestali eksperymentów, w trakcie których znaleźli w mieszaninie poreakcyjnej kolejne lekkie pierwiastki – technet (na przełomie lat 20. i 30. XX w. nosił nazwę mazur) oraz tzw. platynowce lekkie (ruten, rod, pallad). Zaraz po Bożym Narodzeniu Hahn zmodyfikował więc tekst już wysłanego artykułu. Aby nie opóźniać ukazania się miesięcznika, zrobił to pieczołowicie, dyktując nową wersję pracy przez telefon. Informacja o rachunku za tę rozmowę nie zachowała się, a szkoda.
W Boże Narodzenie 1938 r. Lise Meitner przebywała w szwedzkim kurorcie Kungälv – i to tam zastał ją list z Berlina. Z okazji świąt uczoną odwiedził siostrzeniec, także fizyk – Otto Robert Frisch, który dzielił z ciotką pasje naukowe. To on właśnie zmierzył moment magnetyczny protonu.
Spacerując po okolicach, zawzięcie dyskutowali na temat możliwego wyjaśnienia obecności baru i innych lekkich pierwiastków w produktach bombardowania uranu. Nie mając pod ręką papieru i pióra, często patykiem pisali równania i rysowali schematy na udeptanym śniegu. W końcu doszli do wniosku, że jedynym wyjaśnieniem jest uznanie, że jądro uranu, przyjmując z zewnątrz energię neutronu (i jednocześnie wchłaniając tę cząstkę), staje się niestabilne i rozpada się na mniejsze fragmenty, podobnie jak kropla wody poddana zaburzeniu potrafi się podzielić na mniejsze kropelki.
Wieczorami prowadzili (już na papierze) bardziej złożone obliczenia, aby sprawdzić, czy ta rewolucyjna idea jest w ogóle dopuszczalna z teoretycznego punktu widzenia. Na szczęście, dzięki doskonałej pracy eksperymentalnej zespołu Hahn-Strassmann, dysponowali dużą liczbą danych. Wszystkie kawałki układanki zaczynały się w końcu układać w spójny, choć bardzo zaskakujący obraz.
Tuż po nowym roku, po pośpiesznym wykonaniu przez Frischa doświadczeń potwierdzających ich koncepcję, wysłali list do wydawcy pisma „Nature”, który ukazał się 11 lutego 1939 r.
Jednocześnie przygotowali większą wspólną publikację, która do dziś uznawana jest za jeden z kamieni milowych w dziedzinie fizyki przemian jądrowych. Informacja o proponowanym wyjaśnieniu kwestii rozpadu uranu dotarła do guru fizyków, Nielsa Bohra, tuż przed jego wypłynięciem do USA na kongres fizyczny. Całą trwającą ponad tydzień podróż morską poświęcił na przemyślenia dotyczące tego intrygującego zjawiska. Kongres amerykański został zdominowany właśnie przez tę rewolucyjną informację. Niektórzy fizycy po jej otrzymaniu zwyczajnie zniknęli z obrad, aby w swoich laboratoriach przeprowadzić odpowiednie doświadczenia.
Proponowany przez Hahna-Strassmanna-Meitner model rozszczepienia atomu miał dwie interesujące cechy. Przede wszystkim każdy taki rozpad generował dużo energii, ale, co istotniejsze, rozpad pojedynczego atomu uranu, dokonujący się dzięki jednemu neutronowi, powodował powstanie 2-3 neutronów. Każdy z nich mógł trafić na kolejny atom uranu, co w efekcie mogło spowodować reakcję łańcuchową.

Mając tę wiedzę, już wiosną 1939 r., Leo Szilard wraz z Enrico Fermim przeprowadzili eksperymenty potwierdzające możliwość reakcji łańcuchowej, a co za tym idzie, wyzwolenia gigantycznej energii wynikającej wprost ze słynnego równania E=mc². Pracę na ten temat opublikowali 1 sierpnia 1939 r. Dokładnie miesiąc później świat pogrążył się w szaleństwie II wojny światowej. Była to ostatnia przedwojenna praca na ten temat, ponieważ w tym momencie na publikacje dotyczące wyników badań w dziedzinie fizyki jądrowej nałożono całkowite embargo. Czytając ówczesne czasopisma naukowe, można było odnieść wrażenie, że nikt nie prowadzi żadnych doświadczeń w tej dziedzinie. Tymczasem w laboratoriach trwały intensywne prace. Brytyjczycy wraz z Amerykanami pracowali nad bombą jądrową. Ich efekty poznaliśmy 16 lipca 1945 na pustyni w Nowym Meksyku i 3 tygodnie później w Hiroshimie i Nagasaki.

Podobne prace prowadzili Niemcy, choć do dziś nie wiadomo dokładnie, na ile ich działania były zaawansowane.

Losy uczonych po wojnie

Otto Hahn przez cały okres wojny pracował naukowo. Podejrzewany o udział w niemieckim programie atomowym został zatrzymany przez Amerykanów w ramach słynnej operacji Alsos w kwietniu 1945 roku i przewieziony do Wielkiej Brytanii. Tam był przetrzymywany i przesłuchiwany przez aliantów wraz z innymi niemieckimi uczonymi (w tym m.in. z Maksem von Laue i Wernerem Heisenbergiem). W czasie internowania dowiedział się o zrzuceniu bomby jądrowej na Hiroszimę, co było dla niego dużym szokiem. Tam też z gazety dowiedział się o przyznaniu mu (ale bez Strassmanna i Lise Meitner!) nagrody Nobla z chemii za rok 1944, którą odebrał dopiero w grudniu 1946. Po wojnie nadal pracował naukowo, był szefem stowarzyszenia imienia Maksa Plancka. Podpisał wiele inicjatyw antynuklearnych, za co był nominowany do pokojowej nagrody Nobla. Pod koniec lat 50. przyznano mu honorowe obywatelstwo Magdeburga (wówczas w NRD) oraz honorowe członkostwo Akademii Nauk ZSRR. Hahn odmówił przyjęcia obu wyróżnień. Nie trafił do układu okresowego, choć pierwotnie jego imieniem miał się nazywać pierwiastek 108. Zmarł w 1968 roku.
Szokujące dla środowiska fizyków było pominięcie przez komitet noblowski Lise Meitner, której wkład w rozwiązanie zagadki rozszczepienia atomu był kluczowy. Po wojnie została w Szwecji, a w 1960 r. przeniosła się do Wielkiej Brytanii. Jeździła po świecie z wykładami, ale była już na uboczu nauki. Zmarła w 1968 roku i została pochowana obok swojego brata w wiosce Bramley, na południe od Reading w hrabstwie Hampshire. Na jej nagrobku wyryto napis autorstwa Ottona Frischa: „Lise Meitner – fizyk, który nigdy nie utracił człowieczeństwa” (ang. „A physicist who never lost her humanity.”) Po wielu latach została jednak uhonorowana na wieki – pierwiastek 109 na jej cześć został nazwany meitnerem (Mt).
Otto Frisch w czasie wojny pracował najpierw w Wielkiej Brytanii, biorąc udział w programie atomowym, po czym został członkiem międzynarodowego zespołu pracującego w Los Alamos nad pierwszą bombą jądrową. To właśnie jego zespół prowadził eksperymenty prowadzące do określenia masy krytycznej uranu. W 1946 wrócił do Anglii, gdzie do końca życia zajmował się nauką. Zmarł w 1979 roku.
Fritz Strassmann po wojnie też wrócił na uczelnię, pracował na Uniwersytecie w Moguncji. Był aktywnym przeciwnikiem rozmieszczenia w Niemczech broni jądrowej. Nie ma „swojego” pierwiastka, ale jego imieniem nazwano asteroidę. Zmarł w 1980 roku.
Arsenał atomowy USA i ZSRR rósł z roku na rok. Najpierw były to setki, potem tysiące głowic gotowych do użycia. Nikt nie odważył się ich jednak użyć. Ale na szczęście dużo prac prowadzono także nad pokojowym wykorzystaniem energii z rozszczepienia atomu – powstawały kolejne elektrownie jądrowe, a także statki z napędem jądrowym.
No dobrze, a co z pierścionkiem Hahna? Otóż nie wrócił on do ofiarodawcy. Został podarowany przez Lise Meitner ówczesnej narzeczonej Ottona Frischa.

Na koniec ciekawostka z nieco innej dziedziny, którą chcę tu wrzucić jako Wielkopolanin. Z instytutem w Dahlem, gdzie pracowali Hahn i Strassmann, związana jest też wielka, choć trochę zapomniana postać z historii Polski. Inżynier Stanisław Taczak, absolwent Akademii Górniczej we Freiburgu, został asystentem w Katedrze Chemii Węgla Politechniki Berlińskiej, mieszczącej się właśnie w Dahlem. Brał udział w I wojnie światowej (jako oficer niemiecki), a już po jej zakończeniu, w grudniu 1918 roku, był z wizytą u brata w Poznaniu. Tam, po kluczowym spotkaniu z Wojciechem Korfantym, został mianowany p.o. pierwszego dowódcy powstania wielkopolskiego. Ale to już zupełnie inna historia.

Autor

Mirosław Dworniczak

Jestem emerytowanym chemikiem, który nadal pisze o rozmaitych sprawach, głównie na łamach miesięcznika „Wiedza i Życie”. Interesuję się naukami ścisłymi, twórczością Leonarda Cohena, popularyzuję e-papierosy jako metodę wychodzenia z nałogu palenia tytoniu. Słucham dobrej muzyki z lat 60. i 70. oraz tzw. piosenki autorskiej (poezji śpiewanej). Bardzo lubię czytać książki – różne, różniste.
Twitter: Mirek „Stary Chemik”
BlueSky: ‪@oldchemist.bsky.social‬

Ostatnie wpisy

Archiwum autora

• EM poleca19 listopada 2025EM Poleca (#34) Benjamín Labatut – „Maniak”
• chemia29 października 2025Hel – niezwykły i niezbędny
• EM poleca15 października 2025EM poleca (#31) Karol Bączkowski – Książka o pierwszej pomocy napisana przez życie
• chemia8 października 2025Nobel 2025 z chemii: szkielety albo szukanie dziury w całym