Universit`a degli studi di Perugia

Dipartimento di Fisica e Geologia

Laurea Triennale in Fisica

Lise Meitner:

la scienziata che divise l’atomo

Relatore: Laureanda:

Prof. Simone Pacetti Benedetta Tomassoni

Anno accademico 2022/2023

Lise Meitner,

a physicist who never lost her humanity

Introduzione

Questo lavoro di tesi `e un approfondimento sulla scoperta della fissione nucleare, con particolare attenzione alla vita della scienziata che ne fu protagonista: Lise Meitner. Lise Meitner `e una fisica austriaca di origine ebraiche vissuta tra la fine del XIX e il XX secolo. Nasce a Vienna nel 1878 e, trasferitasi a Berlino per motivi di ricerca, diviene una delle menti pi` u brillanti del secolo scorso nell’ambito del-la fisica nucleare, contribuendo largamente alla scoperta della fissione del nucleo di uranio. Fin dai primi risultati del gruppo di Roma guidato da Enrico Fermi, Meitner si interessa agli esperimenti sul bombardamento di uranio e torio tramite neutroni. Guida il gruppo sperimentale di Berlino formato anche da Otto Hahn e Fritz Strassmann, due chimici tedeschi, nella ricerca di elementi con numero ato-mico maggiore di quello dell’uranio, l’elemento pi` u pesante conosciuto in natura. Purtroppo la sua partecipazione a questa scoperta rivoluzionaria `e stata sottovalu-tata e poco riconosciuta nel corso della storia. Il motivo di questa esclusione `e da imputarsi a fattori storici e sociali. Infatti, le sue origini ebraiche la costrinsero a scappare dalla Germania, pochi mesi prima della scoperta che il nucleo di uranio, bersagliato da neutroni, non produceva elementi pi` u pesanti, ma si divideva in due nuclei pi` u leggeri. Inoltre, Lise Meitner era una donna, in un contesto, quello scientifico e accademico, dominato per la quasi totalit`a da uomini. Proprio per questo, lo scopo del presente elaborato `e quello di studiare la scoper-ta della fissione nucleare e del ruolo svolto da Lise Meitner, analizzando anche

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la condizione delle donne che volevano fare scienza in quegli anni. Infatti, ap-profondendo la vita di Lise, vedremo quanti ostacoli abbia dovuto superare per poter essere una ricercatrice. I primi impedimenti riguardano il diritto allo studio e l’accesso a un’istruzione superiore, sia liceale che universitaria. Un altro pro-blema riguarda la difficolt`a di accesso alle cariche accademiche e la retribuzione che, quando concessa, era comunque inferiore a quella di un collega maschio con lo stesso ruolo. Lise, nei primi anni a Berlino, svolgeva ricerche a titolo gratui-to, nonostante contribuisse allo sviluppo della scienza tedesca pubblicando articoli con i suoi risultati. E, pur potendo fare ricerca, si `e dovuta adattare, almeno per i primi anni, a condizioni che ora considereremmo giustamente assurde a causa della misoginia presente all’interno delle universit`a.

Le vicissitudini della scienziata mi hanno appassionata a tal punto che ho scelto la sua vita e le sue scoperte come argomento di tesi. Infatti, essendo io una donna che studia fisica, ritengo importante avere dei modelli a cui rifarsi, dei punti di riferimento che non siano solo grandi uomini, ma anche grandi donne di scienza. Purtroppo ci`o non `e facile perch´e, per motivi storico-sociali, la scienza per molti secoli `e stata fatta quasi esclusivamente da uomini.

La prima parte del lavoro `e di documentazione ed `e basata su fonti primarie e secondarie. In particolar modo, le fonti secondarie usate sono testi biografici ri-portanti la vita di Lise Meitner, come le biografie della scienziata, scritte da Ruth Lewin Sime [1] e da Pietro Greco [2]. Per quanto riguarda le informazioni sulla vita, sono state per la quasi totalit`a reperite da questi testi. Per analizzare il con-testo scientifico degli anni ’30 del XX secolo, ed in particolare quello della fisica nucleare, `e stato di grande aiuto il testo di Edoardo Amaldi ”From the discove-ry of the neutron to the discovery of nuclear fission”[3]. Mentre nell’analisi del contesto politico si `e data particolare importanza al rapporto tra gli scienziati e il nazismo reperendo informazioni dal testo di Alan D. Beyerchen ”Gli scienziati

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sotto Hitler. Politica e comunit`a dei fisici nel Terzo Reich”[4]. Le fonti primarie utilizzate, invece, sono gli articoli scientifici citati e la corrispondenza tra Meitner e Hahn, gentilmente reperita grazie alla Meitner Collection del Churchill College Archive Centre di Cambridge.

Questo lavoro `e strutturato in quattro capitoli. Nel primo capitolo sono descrit-ti dei cenni biografici riguardanti la vita di Lise Meitner, fino agli anni ’30 del Novecento. Sono riportati gli anni dell’infanzia e quelli degli studi a Vienna e i primi anni di ricerca a Berlino. Si mette in evidenza la perseveranza e la tenacia della scienziata nel fare tutto il possibile per accedere agli studi e per portarli a termine. La sua dedizione per la fisica -e anche le disponibilit`a economiche dei genitori- le hanno permesso di insistere nella sua carriera di ricercatrice. Il secon-do capitolo fornir`a il contesto scientifico nel quale si inserir`a, poi, la scoperta della fissione nucleare. Siamo agli albori della fisica nucleare e si descrive la scoperta del neutrone fatta da James Chadwick e la successiva scoperta della radioattivit`a artificiale operata dei coniugi Ir`ene Curie e Fr´ed´eric Joliot-Curie. Sono riportati, poi, gli esperimenti del gruppo di via Panisperna, diretto da Enrico Fermi, sulla radioattivit`a artificiale indotta da neutroni e sulla successiva investigazione dei vari elementi della tavola periodica con i risultati che vengono osservati. Questi espe-rimenti porteranno a dei risultati anomali per il torio e per l’uranio, che saranno erroneamente interpretati come la scoperta di possibili elementi transuranici. Si parler`a anche del successivo coinvolgimento in questa ricerca dei gruppi di Parigi e Berlino e delle evoluzioni ottenute negli anni. Il terzo capitolo mira a fornire un contesto storico alle vicissitudini che porteranno alla scoperta della fissione nuclea-re. In particolare, si porr`a l’attenzione sul contesto politico e sociale in Germania; dal malcontento che si sviluppa durante il periodo della Repubblica di Weimar alla presa del potere di Hitler e la dittatura nazista. Si analizzeranno anche le politiche antisemite e come la popolazione, e in particolare la comunit`a scientifica,

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le abbia accolte e ne abbia subito le conseguenze. Sar`a data una particolare at-tenzione al rapporto tra scienziati e nazismo. Infine, il quarto capitolo riporta gli eventi che hanno caratterizzato l’arco di tempo che va dalla fuga di Lise Meitner dalla Germania alla scoperta della fissione del nucleo di uranio. La scienziata `e infatti costretta ad andarsene dalla Germania l’annessione dell’Austria da parte di Hitler. Inoltre, perdendo la sua cittadinanza, `e sottoposta alle restrizioni razziali delle leggi antisemite, restrizioni che fino ad allora aveva, almeno in parte, evitato. Si rifugia da amici in Olanda prima di trasferirsi in Svezia, a Stoccolma, dove le `e stata trovata una posizione da ricercatrice. A distanza, continua a confrontar-si per via epistolare con il collega Otto Hahn e da lui riceve la notizia che dagli esperimenti sembra che l’uranio si sia scisso.

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Capitolo 1

Cenni biografici

Lise Meitner nasce a Vienna il 7 novembre 1878 -anche se il registro della comu-nit`a ebraica riporta il 17 novembre- da Philipp Meitner e Hedwig Skovran, una coppia di ebrei non osservanti che si era recentemente trasferita nella capitale del-l’impero asburgico. All’epoca Vienna si stava trasformando in una citt`a sempre pi` u multiculturale e cosmopolita, le mura del ghetto ebraico erano state abbattute per volont`a dell’imperatore e gli ebrei avevano raggiunto la parit`a dei diritti civili. La famiglia Meitner `e composta da otto figli: cinque ragazze e tre ragazzi. La prima figlia, Gisela, nasce nel 1876, mentre l’ultimo, Walter, nel 1891. Tutti quan-ti ricevono un’educazione eccellente, anche le ragazze, e crescono in un’atmosfera intellettuale stimolante. Infatti, a casa Meitner, si riuniscono scrittori, avvocati e intellettuali per discutere di politica, letteratura e musica; a questi incontri pos-sono partecipare tutti, anche bambini e ragazzi. In particolare la musica `e molto importante, tanto nella famiglia quanto nella societ`a viennese e tutti i Meitner ricevono lezioni di musica. Lise suona il pianoforte e la musica sar`a una passione che continuer`a a coltivare per tutta la sua vita. Ma il suo vero amore sono la matematica e la scienza. Fin da bambina si appassiona a queste materie. Pur-troppo la scuola pubblica per le ragazze in Austria terminava a 14 anni, non si

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poteva frequentare il Gymnasium e conseguire il Matura, che permetteva l’accesso all’universit`a. Lise, a 14 anni non compiuti, ha raggiunto il massimo livello di edu-cazione permesso in Austria, pu`o continuare privatamente, ma l’unica professione che pu`o ottenere attraverso questi studi `e quella di insegnante di materie per cui non `e necessaria una formazione universitaria e lei sceglie il francese. Finalmente nel 1899 tutte le universit`a diventano accessibili anche alle donne e Lise, dopo aver terminato il percorso per l’insegnamento, inizia a frequentare delle lezioni private per poter conseguire il Matura, condensando 8 anni di studi del Gymnasium in soli due anni. Nel 1901 sostiene un esame per poter accedere alla Facolt`a di Scien-ze. All’universit`a si iscrive a corsi di fisica, chimica, calcolo e botanica seguendo lezioni e laboratori. Durante questo primo anno di universit`a capisce che vuole proseguire nello studio della fisica, che a↵ronter`a seriamente dal secondo anno. Nel 1902 arriva all’Universit`a di Vienna Ludwig Boltzmann, fisico teorico noto per il suo lavoro sulla meccanica statistica e la teoria cinetica dei gas, che tiene un gran numero di corsi. Meitner `e entusiasta del suo modo di insegnare e di rapportarsi con studentesse e studenti. Nell’estate del 1905 completa il suo corso di studi e inizia a lavorare alla tesi di dottorato con Franz Exner e il suo assistente Hans Bennedorf. Si tratta di una tesi sperimentale dal titolo ”Pr¨ ufung einer Formell Maxwell” [5], cio`e ”Esame di una formula di Maxwell”, successivamente pubblica-ta con il titolo ”Warmeleitung in inhomogenen Korpen”, ”Conduzione del calore in solidi disomogenei” [6]. L’esame ora si svolge a dicembre 1905, Lise lo pas-sa con lode e a febbraio 1906 ottiene ufficialmente il titolo di dottorato in fisica, diventando la seconda donna a ricevere questo titolo all’universit`a di Vienna. Il semestre successivo alla laurea lavora per Stefan Meyer misurando l’assorbimento di raggi alfa e beta in vari metalli. Nonostante questo si chiede quale possa es-sere il suo futuro nel mondo della fisica: non conosce prospetti per donne nella scienza. Scrive a Marie Curie che si trova a Parigi chiedendole di lavorare nel suo

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laboratorio, ma la scienziata polacca le risponde di non avere posizioni disponibili. Decide quindi di iniziare ad insegnare in una scuola per ragazze e chiede a Meyer, che accetta, di poter accedere al laboratorio dell’Istituto di Fisica a titolo gratuito la sera. Meyer `e infatti diventato direttore temporaneo dell’istituto dopo la morte di Boltzmann, che si toglie la vita a settembre 1906. Questo fatto sconvolge la comunit`a scientifica e anche Lise. Dopo un anno passato a insegnare durante il giorno e a fare ricerca la sera, a Lise sembra chiaro che il suo futuro a Vienna sarebbe stato l’insegnamento. In questo anno ha continuato a studiare i raggi alfa; infatti uno dei problemi fondamentali di quel periodo era capire la struttura degli atomi e come mai alcuni emettessero raggi alfa, beta o gamma. Nel 1906 per`o Max Planck, un anno dopo la teorizzazione del ”quanto elementare d’azione”, si reca a Vienna e parla ai fisici dell’Istituto di questa nuova fisica dei quanti. Meitner ne `e a↵ascinata e capisce di dover seguire Planck a Berlino. Cos`ı a settembre 1907, con il beneplacito dei genitori, si trasferisce nella capitale prussiana pensando di restarci un solo semestre. In realt`a Berlino sar`a la sua casa per pi` u di 30 anni. A Berlino nel 1907 le ragazze non possono ancora essere regolarmente immatri-colate all’universit`a, tuttavia sono autorizzate ad assistere alle lezioni. Meitner sta quindi entrando in un mondo solo maschile in cui si sentiva di certo un’estra-nea. Appena arrivata a Berlino per`o si reca nell’ufficio di Max Planck, l’uomo che l’ha convinta a trasferirsi, per chiedere di poter assistere alle sue lezioni. Lo scienziato crede che le donne non siano portate per la scienza, ma ritiene anche che ci possano essere delle eccezioni e, a quanto pare, reputa Lise Meitner una di queste: cos`ı la ammette alle sue lezioni. Per poter fare ricerca, Meitner si rivolge a Heinrich Rubens, il direttore del Dipartimento di Fisica Sperimentale. Questi accoglie la giovane donna per farla lavorare nel suo laboratorio privato e, dato che lei si occupa di radioattivit`a, le propone di lavorare con Otto Hahn. Lui `e un giovane chimico tedesco, coetaneo di Lise, che si `e specializzato in radiochimica

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in Inghilterra con William Ramsey e in Canada con Ernest Rutherford. Otto e Lise si incontrano e decidono di iniziare a lavorare insieme sui processi radioattivi. Il problema `e che nell’Istituto di Chimica, dove ci sarebbero gli spazi per fare ri-cerca, le donne non possono entrare. Il direttore dell’Istituto, Emil Fisher, infatti vieta loro l’accesso. La soluzione trovata `e che Meitner e Hahn possono lavorare nella vecchia falegnameria, che ha un accesso diretto dall’esterno. Lise pu`o stare solo in questo ambiente, ovviamente non retribuita e costretta ad andare in un ristorante vicino per usufruire dei servizi igienici. Solo quando, l’anno seguente, le donne vengono formalmente ammesse all’universit`a, Lise non `e pi` u sottoposta a restrizioni, ci`o nonostante i colleghi dell’Istituto di Chimica continuano a non accettarla. Per`o pu`o finalmente fare ricerca liberamente: come primo lavoro lei e Otto decidono di analizzare le sorgenti di raggi beta a loro disposizione. I due portano avanti progetti di lavoro comuni ma anche individuali e la loro collabora-zione sar`a molto fruttuosa; lo studio della radioattivit`a `e infatti interdisciplinare. Hahn contribuisce nella parte di separazione chimica degli elementi, mentre Meit-ner `e pi` u ferrata nelle misure fisiche e nell’analisi dei dati tramite i grafici. Nella loro prima pubblicazione [7] i due scienziati riportano i risultati dei loro esperi-menti sul decadimento beta per poi passare allo studio dell’attinio. Studiando i radioelementi osservano il recoil radioattivo, un fenomeno per cui un emettitore di particelle alfa o beta subisce un rinculo come accade per le pistole. Usando questo metodo ottengono non solo dei prodotti molto puri, ma anche in grande quantit`a. Difatti, il recoil radioattivo continuer`a ad essere un metodo utilizzato per separare e purificare sostanze radioattive per molto tempo. Lise e Otto si a↵ermano sempre pi` u nel campo della radioattivit`a e la scienziata austriaca ogni semestre prolunga il suo soggiorno a Berlino. Nel 1910 Philipp, il padre di Lise, muore e lei si ritrova con il mantenimento che gli garantivano i suoi genitori ridotto e si interroga sul da farsi. Ama troppo la fisica e la ricerca che sta facendo nella capitale tedesca e

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quindi, sebbene senza entrate economiche, decide di rimanere. Nello stesso anno le `e garantito l’accesso a un laboratorio migliore nell’Istituto di Chimica, dove fino a poco prima non poteva nemmeno mettere piede e nel 1912 Max Planck le propone un ruolo da assistente. Finalmente Meitner sar`a, anche se di poco, retribuita, e inoltre `e la prima donna in Prussia a ricevere un ruolo del genere, il primo passo nel mondo accademico. Sempre nel 1912 viene inaugurato l’Istituto Keiser Wilhelm per la Chimica Fisica e l’Elettrochimica e per la Chimica, dove Lise sar`a ospite, non pagata, di Otto che dirige il laboratorio di radioattivit`a. Un anno dopo le sar`a o↵erta la stessa posizione del collega all’interno dell’Istituto e la co-direzione del laboratorio di radioattivit`a, che ora diventa Hahn-Meitner, anche se con meno di un terzo della retribuzione. Lise `e la prima donna ad ottenere una carica di questo calibro in Germania. Nei nuovi spazi a loro disposizione iniziano a ricercare il precursore nella catena di decadimento dell’attinio. Questo elemento doveva posi-zionarsi in una sequenza, analoga a quella dei metalli di transizione della terza riga, del radio, attinio, torio e uranio, che presentava proprio un elemento mancante tra uranio e torio. Questa ricerca andr`a avanti per anni, terminando con la scoper-ta dell’elemento, denominato dalla coppia protoattinio, durante la Prima Guerra Mondiale. In questo periodo Otto svolge il servizio militare e Lise parte con la Croce Rossa. Ma, rendendosi conto di non essere utile, decide di tornare a Berlino per proseguire il suo lavoro di ricerca mantenendosi in costante rapporto epistolare con il collega al fronte. E la scoperta del protoattinio viene fatta da Meitner, ma nella pubblicazione Hahn appare come primo firmatario. Questo perch´e, anche se non era presente fisicamente alla scoperta, per Lise `e scontato che Otto firmi l’arti-colo. In futuro, a parti invertite, questo non accadr`a. Finita la guerra, nell’estate del 1919 Meitner diventa professore nell’Istituto Keiser Wilhelm; `e la prima volta in Germania. Negli anni successivi Lise Meitner riceve riconoscimenti e premi per i suoi lavori e sar`a pi` u volte candidata insieme a Otto Hahn per il premio Nobel.

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La sua ricerca prosegue inserita in contesto internazionale e scientifico ricco di scoperte e novit`a che porteranno a un’indagine sempre pi` u profonda del nucleo.

(a) [8] (b) [9]

(c) [10]

Figura 1.1: Foto di Lise Meitner

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Capitolo 2

Fisica nucleare negli anni 30

All’inizio degli anni 30 la fisica del nucleo presenta ancora molti punti oscuri. I costituenti del nucleo conosciuti sono solo protoni e elettroni e non si riesce a tro-vare un modello di nucleo soddisfacente. La prima evidenza della presenza dei neutroni si ha nel 1930. W. Bothe e H. Becker ottengono una radiazione pene-trante che proviene da elementi leggeri come litio, berillo e boro che sono stati colpiti da particelle alfa[11]. I due scienziati concludono che si deve trattare di fotoni molto energetici e considerano due possibili meccanismi tramite il quale si pu`o ottenere questa radiazione. Il primo `e una di↵usione anelastica delle particelle alfa che porta all’eccitazione dei nuclei del target, il quale emette fotoni ad alta energia, nel secondo il nucleo bersaglio assorbe la particella alfa formando un nu-cleo con numero atomico aumentato di 2 unit`a e numero di massa aumentato di 4 unit`a. Questo nucleo prodotto sarebbe in uno stato eccitato e quindi decadrebbe emettendo fotoni energetici. Facendo ulteriori esperimenti, si rendono conto che l’energia dei fotoni avrebbe dovuto essere circa il doppio di quella delle particelle alfa incidenti. Ir`ene Curie e Fr´ed´eric Joliot a Parigi ripetono gli esperimenti fatti da Bothe e Becker e trovano valori di energia ancora pi` u alti per il berillio e il boro[12] [13]. Questo esclude l’ipotesi di di↵usione anelastica. La coppia francese

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osserva che, se viene aggiunto uno strato di paraffina, o di altre sostanze contenenti idrogeno, si nota un aumento di circa un fattore due nella corrente di ionizzazione. Credono che si tratti di un fenomeno simile all’e↵etto Compton ma questa non `e un’ipotesi soddisfacente. Pochi mesi dopo, Chadwick pubblica un articolo dal tito-lo “Possible exsitence of the neutron”[14] nel quale spiega che questi e↵etti strani possono essere risolti se si considera la radiazione osservata non come dovuta a fotoni ma a particelle di massa 1 (come quella del protone) e carica 0: neutrone. Erano gi`a state fatte ipotesi della presenza di un elemento neutro nel nucleo. In-fatti, gi`a nel 1920, Rutherford assume l’esistenza nel nucleo di doppietti protone-elettrone neutri. Questo poteva spiegare la di↵erenza tra numero di massa A e numero atomico Z: i nuclei infatti sarebbero stati costituiti da A protoni e da A-Z elettroni. Quindi un nucleo di elio sarebbe stato composto da 4 nuclei di idro-geno (protoni) e da 2 elettroni; in questo modo la carica del nucleo `e 2. Inoltre, l’esistenza di questi doppietti spiegava come particelle cariche positivamente, co-me le particelle alfa, potevano raggiungere i nuclei degli atomi pesanti nonostante l’intenso campo repulsivo[15]. Dopo la scoperta del neutrone il nucleo risulta com-posto da Z protoni e A-Z neutroni e nasce il campo della fisica nucleare. Un altro passo importante proprio per questa branca della fisica `e la scoperta della radioattivit`a artificiale. Infatti, fino al 1934 i prodotti delle reazioni che si osser-vavano erano atomi stabili, ma in quell’anno, con la scoperta della radioattivit`a artificiale sono introdotte varie novit`a con conseguenti progressi nello studio della struttura atomica e delle forze nucleari. Fr´ed´eric Joliot-Curie e Ir`ene Curie a Pari-gi difatti indagano il decadimento beta dovuto all’emissione di positroni di alcuni elementi (B, Al, Mg) in seguito al bombardamento di particelle alfa provenienti dal polonio. Studiando questo fenomeno si accorsero che l’emissione di positroni non cessava quando si allontanava la sorgente, ma l’attivit`a decresceva con andamento esponenziale tipico dei radioelementi. Ipotizzano che le fonti di radiazione siano

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isotopi sconosciuti e instabili di elementi gi`a noti [16]. Dopo questi studi sulla radioattivit`a artificiale dovuta a particelle alfa si `e studiata anche quella prodotta da protoni, deutoni e neutroni. In particolare quella dovuta a neutroni fu scoperta da Enrico Fermi. Dopo l’articolo scientifico di Curie e Joliot, lo scienziato italiano, insieme ai suoi colleghi, inizia, infatti, a bombardare in maniera sistematica con un’intensa sorgente di neutroni costituita da Rn↵+Be i primi elementi della tavola periodica. Per gli elementi fino all’ossigeno non ottiene risultati, ma bombardan-do fluoro e alluminio osserva della radioattivit`a[17]. L’efficienza dell’utilizzo dei neutroni `e dovuta soprattutto alla neutralit`a che permette loro di essere molto penetranti, soprattutto rispetto alle particelle alfa. La sezione d’urto di queste reazione non `e ridotta dal fattore di Gamow come per le particelle cariche. Questo fattore rappresenta la permeabilit`a della barriera di potenziale elettrostatico. Il gruppo di Roma, bombardando gli elementi della tavola periodica in maniera sistematica si accorge che l’attivit`a ottenuta dipende dalle condizioni di irraggia-mento. Per esempio notano che se l’irraggiamento `e fatto su dei tavoli di legno l’argento presenta un’attivit`a maggiore rispetto a quando l’esperimento viene svol-to su tavoli di marmo. Questi fenomeni non sembrano avere una spiegazione e gli scienziati di via Panisperna tentano di capirne il motivo. Fermi decide di posiziona-re uno schermo di paraffina davanti al bersaglio, cos’ facendo si osserva un’attivit`a aumentata di quasi il doppio. La spiegazione di questo fenomeno `e che i neutro-ni, passando in una sostanza ricca di idrogeno come la paraffina sono rallentati dalle collisioni fatte con i protoni. In realt`a l’aumento della sezione d’urto con la diminuzione della velocit`a era contraria ad ogni aspettativa, ma questi neutroni termici hanno pi` u probabilit`a di essere catturati dai nuclei del bersaglio[18]. Bombardando con neutroni veloci e lenti tutti gli elementi della tavola periodica il gruppo di via Panisperna arriva anche a quelli pi` u pesanti presenti in natura, e in particolare al torio (90) e all’uranio (92). Questi elementi, una volta colpiti dai

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neutroni, presentano una situazione abbastanza complicata. L’uranio `e soggetto a decadimenti con diversi tempi di dimezzamento: 10 secondi, 40 secondi, 13 minuti e altre reazioni con tempi pi` u lunghi. I prodotti di decadimento sono studiati dal gruppo di Fermi; non sono isotopi di uranio o torio, ma nemmeno di elementi pi` u leggeri. Sono esclusi tutti gli elementi con numero atomico che va da 82 (Pb) fino all’uranio. Questo porta a concludere che si debba trattare di un nuovo elemento di numero atomico 93[19]. Si tratta del primo elemento transuranico. Gli scien-ziati di Roma giungono a questa conclusione perch´e nelle reazioni conosciute si ottenevano prodotti con piccole di↵erenze di numero atomico rispetto all’elemen-to madre e, avendo escluso tutti gli elementi di poco sottostanti all’uranio, non restava che ipotizzare un nuovo elemento. Inoltre, reazioni simili si erano gi`a os-servate per elementi pi` u leggeri: un nucleo che cattura un neutrone pu`o subire un decadimento beta generando quindi un prodotto con numero atomico aumentato di una unit`a e un elettrone (e un antineutrino elettronico). Alcuni scienziati contestano l’idea di elementi con numero atomico superiore a 92. Ida Noddack critica il fatto che Fermi non abbia preso in considerazione gli elementi leggeri e propone un’idea nuova: la divisione dell’atomo. La sua ipotesi non verr`a presa in considerazione dal gruppo di Roma e nemmeno dai gruppi di Berlino e Parigi, che successivamente iniziarono a studiare gli elementi transura-nici, forse perch´e ci`o implicava un nuovo tipo di reazione nucleare. Anche Aristide Von Grosse e Meyer Agruss si oppongono all’idea dei transuranici e sostengono che l’attivit`a di 13 minuti sia dovuta a un isotopo del protoattinio (91). Proprio questo l’elemento che era stato scoperto da Otto Hahn e Lise Meitner nel 1918, `e per questo che i due scienziati si sentono chiamati in causa e anche Berlino si unisce allo studio dei prodotti del decadimento dell’uranio. Tra il 1935 e il 1938 Meitner e Hahn, anche con la collaborazione di Strassmann, pubblicano vari articoli su questi studi. Nella loro prima pubblicazione confermano le attivit`a osservate da

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Fermi e colleghi e osservano che l’attivit`a da 13 minuti non pu`o essere ricondotta al protoattinio. Inoltre, mettono a punto una tecnica che diventer`a il procedimento standard per isolare quelli che loro credevano essere gli elementi transuranici: una procedura di separazione basata sul fatto che i transuranici dovevano avere pro-priet`a simili al platino e al renio. Infatti il platino e il renio, aggiunti alla soluzione usata per studiare i prodotti di decadimento, formano dei solfati che precipitano, portandosi dietro le attivit`a di 13 e 90 minuti. Inoltre, viene aggiunto dell’idros-sido di sodio nella soluzione e questo fa precipitare torio, protoattinio e uranio, mentre le attivit`a di 13 e 90 minuti restano in soluzione. Questo fa pensare che i prodotti di decadimento siano elementi transuranici con propriet`a chimiche simili a quelle dei metalli di transizione come il platino e il renio. Tra il 1936 e il 1937 a Berlino si usano neutroni sia veloci che termici per bombardare i nuclei di uranio e si porta avanti una gran quantit`a di test per verificare la natura dei prodotti. Meitner e Hahn arrivano ad ottenere tre serie di decadimento dell’uranio, per il quale ipotizzano tre diversi processi nucleari[20].

1. Cattura neutronica (n, )

238 239 239 239 U+ n U(10 sec.) EkaRe(2.2 min.) ! ! !EkaOs(59 min.) ! 92 92 93 94 239 EkaIr(3 giorni)

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2. Reazione (n, 2n)

238 237 237 237 U+ n 2 + EkaRe(16 min.)EkaOs(16 ore) ! n U(40 sec.) ! ! 92 92 93 94

3. Reazione (n, ↵)

238 235 235 235 U+ n + Th(4 min.) ! ↵ ! Pa(breve) !U(24 min.) 92 90 91 92

Il secondo e il terzo processo per la fisica conosciuta appaiono molto improbabili perch´e non si erano mai osservati prima per nuclei pesanti. Se dal punto di vi-sta chimico Hahn `e confidente nell’esistenza dei transuranici, Meitner, dal punto

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di vista fisico, fatica a dare una spiegazione soddisfacente al problema dell’ura-nio. Nuovi risultati portano alla conclusione che tutti e tre i processi osservati avvengono per cattura neutronica (n, )[21].

1. 238 239 239 239 U+ n U(10 sec.) ! ! EkaRe(2.2 min.) !EkaOs(59 min.)! 92 92 93 94 239 239 239 EkaIr(66 ore) EkaPt(2.5 ore) ! !EkaAu(?) 95 96 97

2. 238 239 239 239 U+ nEkaOs(5.7 ore) ! U(40 sec.) ! EkaRe(16 min.) ! ! 92 92 93 94 239 EkaIr(?)

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3. 238 239 239 U+ n U(23 min.) ! !EkaRe(?) 92 92 93

L’ultima catena di decadimento si ottiene solo tramite neutroni lenti che sembrano essere catturati per risonanza. L’unico isotopo dell’uranio con un’abbondanza tale da poter giustificare le sezioni d’urto ottenute era l’ 238 U. Le prime due serie di decadimenti si ottengono con neutroni termici e veloci. Da entrambe si ottengono emettitori che quindi sembrano decadere in ekarenio (93) e successivi elementi

transuranici. Anche per questi due processi l’unico isotopo dell’uranio abbastanza abbondante da fornire le sezioni d’urto calcolate era l’ 238 U. Questo comporta una serie di problemi.

• 239 Come comprendere la formazione di tre isomeri di U?

• 238 Come pu`o l’aggiunta di un solo neutrone all’isotopo stabile di U creare

una cos`ı grande instabilit`a per cui si otteneva l’emissione anche di cinque particelle beta?

• Come mai due processi diversi sono attivati sia da neutroni veloci che termici?

Dal punto di vista chimico tutto torna e la novit`a dei transuranici `e elettrizzante: sono stati sintetizzati nuovi elementi e il comportamento ”da tavola periodica” `e confermato. Ma non si riesce a trovare una spiegazione fisica soddisfacente. Nel

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frattempo, a Parigi, Ir`ene Curie e Paul Savitch usano un nuovo approccio per studiare i prodotti dell’uranio. Misurano l’attivit`a prodotta dal bombardamento di neutroni senza separazione chimica, ma schermando i raggi beta con del rame. Le attivit`a misurate sono quelle trovate dagli altri gruppi di ricerca, in particolare da Hahn, Meitner e Strassmann, in pi` u osservano una nuova attivit`a con tempo di dimezzamento di 3,5 ore[22]. Dopo varie misurazioni, questo radioelemento sembra avere le propriet`a chimiche del lantanio (57) e Curie e Savitch, pur ritenendo che si tratti di un nuovo elemento transuranico, faticano a trovargli un posto nella tavola periodica. Ci si avvicina sempre di pi` u alla scoperta della fissione nucleare.

Figura 2.1: Lise Meitner e Otto Hahn in laboratorio [23]

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Capitolo 3

Antisemitismo e scienza in

Germania

In Germania, alla fine della Grande Guerra, a causa delle severe restrizioni del trattato di Versailles, la situazione economica e politica `e instabile. Infatti questo trattato impone alla Germania ingenti risarcimenti ai Paesi vincitori, ma anche la perdita di territori e la demilitarizzazione. La sconfitta subita `e vista dai nazio-nalisti tedeschi come una pugnalata alla schiena imputabile ai rappresentati della Repubblica di Weimar, ai comunisti e agli ebrei. L’antisemitismo non nasce in questi anni, gli ebrei erano gi`a discriminati e ghettizzati in Europa gi`a nei secoli precedenti, ma in questi anni cresce a dismisura: gli ebrei sono il capro espiatorio dei problemi della Germania. Grazie a piani di aiuti internazionali, l’economia te-desca riesce a riprendersi e stabilizzarsi, inizia la ricostruzione del Paese. La forte dipendenza dai finanziamenti internazionali, soprattutto americani, fa s`ı che nel 1929, dopo il crollo della borsa di Wall Street, i tedeschi risentano fortemente di questa nuova crisi economica. Dopo i traumi del dopoguerra e la grande inflazione che ne era conseguita si trattava della terza crisi in un decennio e il popolo perdeva pi` u fiducia nella Repubblica. Il Partito Nazionalsocialista dei Lavoratori Tedeschi

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(NDSAP), guidato da Adolf Hitler, sfruttando questi sentimenti, guadagna sempre pi` u consensi. Infatti, dopo il mancato colpo di stato tentato a Monaco di Baviera e la successiva prigionia e dopo aver pubblicato nel Mein Kampf il suo manife-sto politico, Hitler decide di prendere il potere legalmente. Successivamente alla crisi del ’29 i nazisti beneficiano di un incremento di popolarit`a che si traduce in un’impennata di voti. Passano dal 2.8% dei voti ottenuti alle elezioni del 1928, al 18% del 1930 e al successivo 37% del 1932. Ora i nazisti sono il primo partito tedesco anche se non hanno la maggioranza. Gli altri partiti tentano di ostaco-lare la salita al potere di Hitler che per`o il 30 gennaio 1933, pur non avendo la maggioranza e↵ettiva dei seggi, viene nominato cancelliere. Da questo momento inizia un’opera di smantellamento del Parlamento che gli consente l’assunzione di pieni poteri, compreso quello di modificare la Costituzione. A luglio 1933 il Partito nazionalsocialista `e l’unico legale in Germania; tutti gli altri sono stati costretti a sciogliersi.

Anche nel contesto accademico, gi`a prima del 1933, si insinua il sentimento antise-mita. In particolare inizia a essere presente l’idea di una deutsche Physik che deve contrastare la fisica ebrea. Questa fisica `e rappresentata in primo luogo dalla teoria relativista di Albert Einstein, che difatti `e fortemente osteggiato dagli scienziati che portano avanti queste idee, ma successivamente anche dalla meccanica quan-tistica. I principali esponenti della fisica ariana sono Philipp Lenard e Johannes Stark, entrambi insigniti del premio Nobel, il primo nel 1905 e il secondo nel 1919. Questo ideale di scienza germanica in realt`a aveva pi` u contenuti politici che fisici e si basava sull’immagine dell’ariano come portatore di cultura in contrapposizione all’ebreo che invece la distruggeva. L’opposizione ad Einstein inizia quando questi si a↵erma sempre pi` u come il fisico pi` u influente del periodo, a partire dal 1919 quando Arthur Eddington ottiene la prova sperimentale della teoria della relati-vit`a generale. Questo forse era anche il modo per opporsi a una fisica che non si

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comprendeva bene e che obbligava ad abbandonare molte delle convinzioni che si avevano fino ad allora, come quella dell’esistenza dell’etere. Dopo la presa del potere di Hitler inizia una massiccia campagna di licenziamenti dai ruoli statali per non ariani e oppositori politici. Di questa politica risentono, oltre che le amministrazioni, anche le universit`a: molti accademici e quindi molti scienziati sono costretti ad abbandonare la propria cattedra e la propria posizione di ricercatori. Questo comporta gravi perdite di menti brillanti che emigrarono all’estero. Si stima che pi` u di un quarto degli scienziati tedeschi abbia lasciato la Germania per recarsi in altri paesi europei o negli Stati Uniti. La politica inizia a intrecciarsi con la scienza. Le due sono state, almeno fino a questo momento, ben scollegate: sono rari i casi di scienziati esposti politicamente, sia sul versante liberale e progressista, come Einstein, che su quello nazionalista e conservatore, come Lenard e Stark. Invece ora si assiste a un tentativo delle istituzioni di far alli-neare i professori universitari tedeschi al nazionalsocialismo. Infatti, le assunzioni fatte per coprire i posti lasciati vacanti dai licenziamenti dei non ariani assumono un valore politico, sono favoriti membri del partito e la fedelt`a a Hitler supera qualsiasi tipo di eccellenza scientifica. Il nazismo influenza la scienza e la fisica tedesca nella sua morale e nella sua organizzazione. Molte delle persone che so-no costrette ad andarsene dalle politiche naziste sono nomi importanti: 20 premi Nobel, di cui 11 per la fisica sono rimossi dai loro posti. Chi resta non organizza grandi proteste, nemmeno chi `e contrario a questa politica fa nulla. Si spera che le cose migliorino e non si vuole rischiare troppo. Figure importanti come Max Planck e Werner Heisenberg decidono di obbedire tacitamente forse anche per evi-tare che cariche prestigiose siano occupate da membri del partito nazista. Fino a che punto ci si pu`o compromettere con il regime? La questione `e complessa, anche i due scienziati precedentemente nominati si interrogano su quali siano le opzioni. Andarsene non sembra la scelta giusta: si potrebbe occupare un posto di ricerca

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utile per uno scienziato costretto a fuggire e inoltre si lascerebbero ulteriori cariche vacanti in Germania, che potrebbero essere occupate da nazisti o lasciate scoperte, impedendo alle nuove generazioni di scienziati una degna formazione. Restare era un dovere morale, anche se rischiano di corrompersi. Gli scienziati che scelgono di andarsene sono pochi e, tra chi rimane, solamente Max Von Laue non accetta di compromettersi con il regime. Anche se ostile al nazismo, decide di restare in Germania per poter partecipare alla ricostruzione culturale e scientifica che sareb-be avvenuta dopo la caduta di Hitler, cosa che era certo sarebbe avvenuta. Dal 1933, i molti scienziati che sono stati licenziati, ma anche altri che in disaccordo con il nazismo decidono di dimettersi, provocano un grave colpo per la fisica tede-sca. La Germania poteva vantare molte menti brillanti ed era molto competitiva a livello internazionale e la scienza tedesca, che si era largamente sviluppata dopo la fine della Grande Guerra, subisce grandi danni proprio a causa delle politiche antisemite. Si ha un decentramento della scienza, il vecchio continente non ha pi` u il primato che diventa appannaggio degli Stati Uniti. Un’altra conseguenza della politica dei licenziamenti `e il progressivo isolamento degli scienziati tedeschi dalla comunit`a internazionale. Infatti, sempre meno stranieri sono accolti in Germania e sempre meno tedeschi possono uscire dal Paese anche solo per partecipare a del-le conferenze. Persino le riviste tedesche ricevono sempre meno pubblicazioni da autori che si sono trasferiti e sono sempre meno lette da scienziati stranieri. La situazione politica invece di migliorare, come tanti sperano, va peggiorando. Nel 1935 sono emanate le leggi di Norimberga, un insieme di leggi che minano ancora di pi` u le libert`a dei non ariani. Nel 1938 inizia la politica espansionistica di Hitler che mira a creare una grande Germania e a conquistare uno spazio vitale per i tedeschi a est. Il primo passo di questa politica `e l’Anschluss dell’Austria alla Germania. Gli austriaci si annettono in maniera pacifica con un referendum e da questo momento perdono la loro cittadinanza ottenendo quella tedesca. Tutte le

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politiche antisemite si applicano anche ai cittadini austriaci. Questo `e un evento terribile per Lise Meitner che si trova senza il passaporto che la proteggeva dalle leggi contro gli ebrei. Meitner in questi anni `e rimasta in Germania, anche se dal 1933 ha perso il diritto di insegnare nell’universit`a di Berlino, perch´e `e fiduciosa che la situazione migliorer`a. Si tratta solo di un’illusione perch´e il partito nazi-sta fin da subito, gi`a nel 1923 con il tentato colpo di stato a Monaco di Baviera, aveva resa nota la sua politica nazionalista e antisemita, fondata sull’esistenza di una razza superiore: quella ariana. E di questo se ne rende conto troppo tardi. Un altro motivo per cui era rimasta a Berlino, anche se aveva ricevuto o↵erte di lavoro sia in Europa che negli Stati Uniti, `e la sua passione per la fisica e per la ricerca sugli elementi transuranici che altrove non riuscirebbe a portare avanti per mancanza di strumentazione e di colleghi qualificati come Hahn e Strassmann. Pi` u passano i mesi pi` u sembra evidente che non ci sar`a pi` u posto per lei in Germania.

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Capitolo 4

Dalla fuga da Berlino alla

divisione dell’atomo

Il 12 marzo 1938 le truppe tedesche invadono l’Austria e sono accolte da folle fe-stanti. Il 13 marzo si svolge un referendum, la maggioranza della popolazione vota per l’annessione dell’Austria, che diventa una provincia della Grande Germania. Gi`a il 14 marzo Lise `e denunciata da uno scienziato dell’Istituto di Chimica del Kaiser Wilhelm Institute (KWI) in quanto ebrea. Si cerca di capire cosa Lise pu`o continuare a fare in Germania, o se ci sia la possibilit`a di ottenere un passaporto per viaggiare all’estero. Alcuni colleghi, in Svizzera e negli Stati Uniti, le fanno delle proposte, ma sempre per un tempo limitato: lei ha bisogno di una soluzione stabile per almeno qualche anno. Lise `e aiutata da Dirk Coster e Adriaan Fokker, che le cercano una posizione nei Paesi Bassi e si informano su un possibile impiego in Svezia. Anche Peter Debye, che era appena diventato direttore dell’Istituto di Fisica del KWI, la aiuta. In Svezia Lise potr`a lavorare per Manne Siegbahn, nel nuovo istituto di Stoccolma nel quale si far`a ricerca nucleare. Qui la posizione sembra pi` u sicura e, inoltre, potrebbe continuare le sue ricerche. Per questo moti-vo Meitner decide di accettare questa proposta. Oltre al problema di un posto di

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ricerca al di fuori della Germania, c’`e anche quello del passaporto: Lise non pos-siede pi` u quello austriaco e non gliene viene rilasciato uno nuovo. La polizia sta inasprendo i controlli per impedire agli scienziati di lasciare la Germania e quindi `e necessario sbrigarsi. Prima di andare a Stoccolma, dove `e attesa per ottobre, Meitner sar`a ospite in Olanda e non appena il paese le accorda il permesso per entrare, Lise lascia clandestinamente la Germania. Il 13 luglio 1938, accompa-gnata da Coster, prende un treno che la porta a Groningen, dove pu`o essere al sicuro. Al momento `e ospite sia a casa che nell’istituto di Coster, ha pochi vestiti e ancora meno soldi, in pi` u Siegbahn le fa sapere che non ha ancora ottenuto il permesso per farla entrare in Svezia. Il primo agosto finalmente riesce a partire per il paese scandinavo. Trascorre un mese di vacanza con degli amici nella cittadina di Kung¨alv e a settembre si stabilisce a Stoccolma.

In Svezia si ritrova sola, conosce poche persone e non parla la lingua, inoltre `e senza soldi e non ha vestiti pesanti. Lise `e in un continuo collegamento epistolare con Otto Hahn, a cui chiede di mandarle libri e vestiti dalla sua casa di Berlino e di capire se il suo conto tedesco pu`o essere scongelato. I due si confidano i rispettivi problemi: lei si sente sempre isolata ed estranea nell’istituto di Stoccolma, lui le parla dei problemi a Berlino e di chi possa ricoprire il suo posto rimasto vacante. Infatti, appena Lise arriva in Olanda, Otto comunica al KWI che la scienziata si `e recata a Vienna a fare visita ai familiari e, solo a fine agosto, Meitner comunica le proprie dimissioni. Otto `e preoccupato di essere accusato di averla aiutata a fuggire, dato che si sente nel mirino dei nazisti non essendosi iscritto al partito. Il chimico si ritrova anche a dover riprendere le ricerche sui transuranici senza la preziosa presenza di Lise che `e stata tagliata fuori da tutti i colleghi di Berlino. Solo Hahn, appunto, e Strassmann continuano la collaborazione seppur a distanza. Nell’istituto di Stoccolma riceve una paga minima, come quella di un assistente, ha solo una piccola stanza per lavorare e nessun collaboratore. L’istituto stesso, anche

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se grande, `e praticamente vuoto, non ci sono apparati sperimentali, come scrive a Otto il 6 ottobre 1938 [24]. Inoltre, Meitner si rende conto che non ricever`a mai la sua pensione tedesca. La corrispondenza dei due ex colleghi non tratta solamente dei loro problemi personali, ma anche delle novit`a sugli esperimenti con l’uranio. Curie e Savitch hanno infatti pubblicato un aggiornamento sull’attivit`a di 3,5 ore che avevano osservato [25]. In questo articolo descrivono l’esperimento fatto, le curve di decadimento ottenute e le loro ipotesi su odove inserire questo elemento nella tavola periodica. Il suo posizionamento non risulta a↵atto di facile spiega-zione. Strassmann decide di ripetere l’esperimento anche a Berlino. In realt`a lui e Hahn sospettano che possa trattarsi di un isotopo del radio, invece di un transura-nico con propriet`a chimiche del lantanio [26]. Lise scrive con insistenza a Otto per avere aggiornamenti, ha paura che Otto le stia nascondendo qualcosa e gli chiede di poter sapere cosa succede nell’Istituto a Berlino, in virt` u dei loro trenta anni di amicizia [27]. Il giorno seguente Otto la rassicura: non le ha pi` u fatto sapere nulla perch´e, dopo circa due settimane di lavoro, i risultati non sono soddisfacenti. Lui e Strassmann sono abbastanza convinti di aver trovato 2 o 3 isotopi del radio che, emettendo una particella decadono poi in attinio [28]. Il 13 novembre 1938 Lise e

Otto si rincontrano dopo quattro mesi a Copenaghen. I due possono parlare delle evoluzioni nell’esperimento con l’uranio, e, in particolare, dell’attivit`a di 3,5 che sembra essere di difficile comprensione. L’interpretazione di questa attivit`a come se fosse dovuta al radio presenta vari problemi fisici: l’isomerismo multiplo di 238U e il successivo isomerismo ereditato del radio erano molto difficili da spiegare e, inoltre, per ottenere del radio dall’uranio era necessario avere due decadimenti alfa

238 235 231 U + n ↵ ! T h + Ra + ↵. ! 92 90 88

Questa reazione poteva avvenire, secondo la teoria, solamente con neutroni molto veloci, invece si osservava che il fenomeno era accentuato da neutroni lenti. Infatti, i neutroni veloci non sono soggetti a cattura e la loro grande energia potrebbe riu-

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scire a far espellere una particella ↵ dal nucleo. Probabilmente Lise chiede a Otto di indagare meglio la sostanza prodotta che sembra essere radio e il chimico tede-sco, tornato a Berlino, inizia una serie di esperimenti sempre pi` u accurati insieme a Strassmann. In questi esperimenti cercano di separare l’attivit`a di 3,5 ore, che ipotizzano essere radio, dal bario, che era il vettore della precipitazione e, proprio grazie a questa procedura, si accorgeranno che quello che credevano essere radio in realt`a era bario. Mentre a Berlino conducono questi esperimenti per compren-dere in modo migliore la natura di quelli che sembrano essere isomeri del radio, a Stoccolma si svolge la cerimonia di assegnazione del Nobel. Nel 1938 a ricevere il Nobel per la Fisica `e Enrico Fermi per la scoperta degli e↵etti dei neutroni len-ti. Nel suo discorso del 12 dicembre lo scienziato si dice confidente dell’esistenza degli elementi transuranici tanto da annunciare il nome dei primi due, di numero atomico 93 e 94, rispettivamente ausonio ed esperio [29]. Pochi giorni dopo questo discorso, il 19 dicembre, Otto scrive a Lise una lettera con delle notizie sensaziona-li: il radio che stavano cercando a Berlino non sembra essere radio, ma piuttosto si comporta come del bario. Hahn scrive ”Unsere Ra-isotope verhalten sich wie Ba” e lo ribadisce anche una seconda volta nella lettera [30]. Otto descrive in dettaglio l’esperimento nel discorso fatto a Stoccolma il 13 dicembre 1946 dopo aver ricevuto il Nobel per la Chimica. In particolare si riporta di come, insieme a Strassmann, si accorge di avere del bario e non degli isotopi del radio. ”We mixed the pure natural radium isotopes with our artificial ”radium” isotopes, also previously freed from their decay products, and fractionated the mixture in the same way as before. The result was that the natural radium isotopes could be separated from barium, but the artificial ones could not.” [31]. Hahn nella stessa lettera in cui annuncia a Meitner questa novit`a, le chiede anche aiuto a comprendere come sia possibile una cosa del genere. Ci`o che era stato scoperto a Berlino era troppo sconvolgente per non essere pubblicato e quindi, senza aspettare una risposta da Lise, Otto e

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Fritz il 22 dicembre mandano un articolo firmato solo dai due uomini [32]. Il no-me di Meitner non sarebbe potuto apparire in una rivista tedesca e sarebbe stato pericoloso per i due chimici, gi`a noti come anti-nazisti, pubblicare un articolo con una donna ebrea. Il 21 dicembre, quando Lise legge la lettera del collega, risponde immediatamente. Ha molte domande e, nonostante le sembri difficile da compren-dere una reazione con il bario come prodotto, ritiene che in fisica nucleare non si possa mai dire che qualcosa sia impossibile [33].

Per le vacanze natalizie Lise si sposta a Kungl¨av, ospita di amici, dove la raggiunge anche il nipote Otto Robert Frisch. Otto `e anche lui un fisico e al momento `e ri-cercatore a Copenhagen nel centro di Niels Bohr. Nella sua autobiografia racconta ci`o che succede durante questi giorni di vacanza in Svezia, pi` u precisamente cosa accade in un pomeriggio appena prima di Natale, passeggiando con Lise sulla neve [34]. Lo scienziato austriaco racconta di aver trovato la zia molto turbata, con la lettera di Hahn in mano, che continuava a studiare. Meitner non credeva che Otto avesse potuto compiere un errore nell’analisi chimica e che, quindi, doveva esserci una spiegazione al risultato stupefacente del bario. Zia e nipote a questo punto si interrogano su come questo processo sarebbe potuto avvenire: infatti, in tutte le reazioni nucleari conosciute, si estraevano dai nuclei frammenti grandi, al massimo, come particelle ↵ e non credevano possibile che il nucleo di uranio si fosse spaccato a met`a. In realt`a Bohr, riprendendo un’idea del fisico George Ga-mow, ipotizza che il nucleo si comporti come una goccia di liquido [35]. Partendo da questa idea i due fisici si domandano se, proprio come una goccia d’acqua, il nucleo di uranio potesse allungarsi e poi dividersi in due. I principali problemi da risolvere erano la tensione superficiale della goccia, che era diminuita dal fatto che si tratta di un nucleo carico elettricamente e l’energia liberata durante il pro-cesso, che doveva essere di circa 200 MeV e che si traduceva nell’energia cinetica delle due gocce figlie. Nell’articolo pubblicato da Meitner e Frisch, i due riportano

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come sono giunti alla soluzione del problema. ”In the discussion of the energies involved in the deformation of nuclei, the concept of surface tension of nuclear matter has been used and its value has been estimated from simple considerations regarding nuclear forces. It must be remembered, however, that the surface ten-sion of a charged droplet is diminished by its charge, and a rough estimate shows that the surface tension of nuclei, decreasing with increasing nuclea charge, may become zero for atomic numbers of the order of 100. It seems therefore possible that the uranium nucleus has only small stability of form, and may, after neutron capture, divide itself into two nuclei of roughly equal size (the precise ratio of sizes depending on finer structural features and perhaps partly on chance). These two nuclei will repel each other and should gain a total kinetic energy of c. 200 Mev., as calculated from nuclear radius and charge. This amount of energy may actually be expected to be available from the di↵erence in packing fraction between uranium and the elements in the middle of the periodic system. The whole ’fission’ process can thus be described in an essentially classical way, without having to consider quantum-mechanical ’tunnel e↵ects’, which would actually be extremely small, on account of the large masses involved.” [36]. La carica elettrica di un nucleo grande come quello dell’uranio fa s`ı che la tensione superficiale sia praticamente nulla e la di↵erenza di massa, tra il nucleo di uranio e i nuclei prodotti, risulta essere circa un quinto della massa del protone. Questa massa si trasforma in energia secondo la formula di Einstein 2 E = mc fornendo 200 MeV, proprio l’energia ipotizzata. Per la prima volta viene usato il termine ”fissione”, proposto da Frisch in analogia alla fissione cellulare. Se un prodotto della fissione dell’uranio, che ha 92 protoni, `e il bario, che possiede 56 protoni, l’altro deve essere il kripton con 36 protoni. I numerosi decadimenti osservati negli esperimenti erano dovuti al fatto che i

nuclei figli avevano un rapporto neutroni/protoni troppo alto rispetto agli isotopi stabili esistenti in natura e, per riequilibrare questo rapporto, che nei nuclei leg-

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geri `e pi` u basso, un neutrone decade in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino elettronico. Nello stesso articolo Lise e Otto Robert ipotizzano che i tempi di dimezzamento, ottenuti nei vari esperimenti con l’uranio, non siano dovu-ti alla produzione di elementi transuranici, bens`ı a quella di elementi pi` u leggeri. Con questa ipotesi si risolverebbe il problema dell’isomerismo multiplo: infatti, si tratterebbe di diversi isotopi dello stesso elemento, dato che da ogni reazione si potrebbe avere un rapporto di neutroni diverso, distribuito nei nuclei figli. Il 28 dicembre arriva una nuova lettera da Hahn che chiede altre spiegazioni e ipo-tizza, come altro prodotto oltre al bario, il masurio, elemento di numero atomico 43 che si credeva esistesse in natura. In realt`a questo elemento oggi `e noto come tecnezio e si produce solo artificialmente. Otto propone questo elemento perch´e considerava ,non il numero atomico, come invece hanno fatto Meitner e Frisch, ma il numero di massa. Infatti, l’isotopo 136 103 Ba ottenuto insieme aM a dava-

56 43

no insieme come numero di massa 239, che era quello dell’isotopo: 238U + n [37].

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Otto si rende anche conto che, se tutto ci`o fosse confermato, il loro lavoro sugli elementi transuranici non avrebbe pi` u alcun senso. Anche Lise `e ben consapevole di questo e di come, purtroppo, lei si ritrovi esclusa dalla scoperta del bario. La conferma sperimentale della scissione dell’atomo di uranio `e ottenuta in maniera indipendente sia da Otto R. Frisch a Copenhagen [38], che da Otto Hahn e Fritz Strassmann a Berlino [39]. In quest’ultimo articolo, i due chimici tedeschi citano, solo quasi di sfuggita, il lavoro di Meitner e Frisch e non riconoscono che l’idea degli esperimenti atti a confutare o confermare l’ipotesi del radio era stata proprio di Meitner. Ma ormai `e evidente che l’atomo di uranio si sia diviso.

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Conclusioni

Il lavoro di approfondimento condotto sulla figura di Lise Meitner e sul suo coin-volgimento nella scoperta della fissione nucleare ha mostrato l’importanza del suo contributo nella fisica nucleare del XX secolo. Nonostante il ruolo di primo piano svolta nella scoperta, Meitner non ha ricevuto il riconoscimento che meritava al-l’epoca, probabilmente anche a causa delle sfide che a↵rontava come donna in un campo, quello scientifico, dominato dagli uomini. Tuttavia, nel corso degli anni, il suo lavoro `e stato rivalutato e oggi `e considerata a pieno titolo una figura di spicco nella storia della scienza. Con questo elaborato vorrei sottolineare l’importanza di riconoscere alle donne il loro contributo nella storia della scienza, ma anche la necessit`a di garantire pari opportunit`a per coloro che oggi si a↵acciano al mondo della ricerca. Quante menti brillanti non hanno potuto avere accesso alla ricerca e non possono tuttora, perch´e non avevano una passione spiccata e una dedizione totale alla scienza o perch´e non hanno avuto le possibilit`a economiche? Inoltre, la passione e l’accesso agli studi bastano a ricoprire alti ruoli nel mondo accademico e della ricerca? Il premio Nobel per la Fisica, il pi` u importante e prestigioso ri-conoscimento per la ricerca in fisica, `e stato vinto solamente da 5 donne, contro i 216 degli uomini.

Un ulteriore spunto di riflessione, che non `e stato analizzando in queste pagine, `e quello delle applicazioni della fissione nucleare e in particolare del suo utilizzo pa-cifico. Infatti, dopo che sono state sganciate le due bombe atomiche su Hiroshima

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e Nagasaki, Meitner inizia ad essere chiamata ”la madre della bomba atomica” so-prattutto dalla stampa. Da questo appellativo si discoster`a sempre, anche perch´e lei non ha avuto nulla a che fare n´e con il progetto Manhattan americano n´e con il Club dell’Uranio, l’Uranverein, il progetto atomico tedesco. Per il resto della sua vita Lise Meitner sosterr`a un uso pacifico dell’energia nucleare e sulla sua lapide il nipote Otto R. Frisch fece incidere: ”Lise Meitner, a physicist who never lost her humanity”. Lise Meitner, una fisica che non ha mai perso la sua umanit`a. In conclusione questo lavoro ha tentato di mostrare i tratti principali di una scien-ziata che ha svolto lavori rilevanti per la fisica nucleare, mettendo in luce, oltre alla sua mente brillante di fisica sperimentale che non tralasciava le trattazioni teoriche, anche la determinazione che ha avuto per farsi spazio in un mondo dove non c’era posto per le donne.

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[9] https://www.aif.it/fisico/biografia-lise-meitner/.

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[10] https : //www.corriere.it/esteri/23 ottobre0 5/lise meitner madre

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[33] Lettera Meitner a Hahn, 21 dicembre 1938. Meitner Collection, Churchill

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remember”. Editori Riuniti, 1979.

[35] N. Bohr e F. Kaickar. On the Transmutation of Atomic Nuclei by Impact of

Material Particles. Det. Kgl. Danske Videns. Selsk. Mat-Medded 14, No. 10,

1—40., 1937.

[36] L. Meitner e O. R. Frisch. Disintegration of Uranium by Neutrons: A New

Type of Nuclear Reaction. Nature (London) 143, 239-240, 1939.

[37] Lettera Hahn a Meitner, 28 dicembre 1938. Meitner Collection, Churchill

College Archive Centre, Cambridge.

[38] O. R. Frisch. Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under

Neutron Bombardment. Nature (London) 143, 276, 1939.

[39] O. Hahn e F. Strassmann. Nachweis der Entstehung aktiver Bariumisoto-

pe aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer

aktiver Bruchst¨ ucke bei der Uranspaltung. Naturwissenschaften 27, 89–95,

1939.

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Ringraziamenti

Vorrei ora ringraziare un po’ di persone che mi hanno accompagnato in questo periodo di laurea triennale, che hanno saputo essermi vicino nei momenti belli e meno belli di questi anni.

Per primo vorrei ringraziare il mio relatore Simone Pacetti, che ha accolto la mia proposta di tesi un po’ fuori schema con entusiasmo. Ringrazio la mia famiglia, i miei genitori e i miei fratelli che sono quelli che hanno visto il peggio di me e mi hanno -pi` u o meno- sopportata nei momenti di ansia e sconforto, ma hanno anche gioito con me nei momenti felici. Ringrazio anche i miei nonni; quelli che non ci sono pi` u, che sono sicura sarebbero fieri, e la nonna Alberta che `e pi` u contenta di me per questo traguardo raggiunto. Ringrazio anche gli zii e i cugini, in particolar modo Maria Chiara che, nonostante la lontananza, resta sempre un punto fermo della mia vita.

Un grazie speciale va alle mie amiche. A Chiara e Rebecca che mi sopportano dal liceo. A Betta che `e diventata una persona sempre pi` u presente e preziosa nella mia vita. Alle amiche e agli amici della C.d.T con cui sono cresciuta e che sono a tutti gli e↵etti dei fratelli.

Ringrazio in particolar modo Flavia, che `e sempre stata un punto di riferimento per me, che mi consiglia e mi coinvolge in progetti belli e stimolanti e che `e stata di grande aiuto anche nella stesura di questa tesi.

Ringrazio tutte le persone conosciute grazie agli scout che mi hanno fatta crescere

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e maturare. Ringrazio Eleonora che mi `e sempre rimasta accanto. Ringrazio Gaia e Francesco per essere sempre stati dei punti di riferimento sia quando ero ragazza sia ora che sono capo anche io. Ringrazio Petra per condividere molte delle mie passioni, in particolare le mucchine. Ringrazio i ”miei” ragazzi del clan che mi aiutano a mettermi in discussione e a cui voglio molto bene anche se spesso perdo la pazienza. Ringrazio anche la pattuglia ”Vitto” del Cfm, nonostante il poco tempo trascorso insieme mi sono davvero legata a loro. Ringrazio gli amici conosciuti in universit`a: Costanza che mi sostiene sempre, Leonardo grazie a cui ho dato almeno la met`a degli esami, Maria Letizia e Marco che hanno condiviso con me gli scleri da laboratorio e tutti gli altri con cui ho condiviso questo percorso.

Ringrazio le persone conosciute grazie al cammino delle ”10 Parole” e a quello dei ”Sette segni”, ringrazio gli amici trovati e i catechisti, in modo particolare un grazie a Don Luca e Suor Linda che mi hanno accompagnata in questi anni. Ringrazio i frati, le suore e gli amici conosciuti al Sog. Ringrazio Fra Andrea per avermi guidata e Fra Vito per continuare a farlo ora. Ringrazio Fra Giuseppe e Fra Dario che sono come dei fratelli maggiori. Ringrazio le amicizie fatte a Santa Maria degli Angeli con cui ho condiviso parti importanti di me. Per ultimo vorrei ringraziare tutte le persone che non sono state nominate, ma che, soprattutto in questi anni, hanno saputo donarmi amore.

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