Cuatro décadas de frenesí científico a través de los ojos de Lise Meitner

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Siempre me ha sorprendido la velocidad con la que puede avanzar la ciencia en circunstancias excepcionales. Este último año hemos vivido de primera mano la increíble velocidad con la que se desarrolla la vacuna contra la COVID-19. En 1938 se da una situación similar. La presión de la Segunda Guerra Mundial hizo que en tan solo unos años se pasara de no conocer el proceso de fisión nuclear a utilizar una reacción de fisión en cadena para construir armas nucleares. En el epicentro de estas circunstancias excepcionales se encuentra una científica excepcional: Lise Meitner.

Meitner dedicó su vida a la investigación en el campo de la radiactividad. A partir de su trabajo establece amistades cercanas con los personajes responsables de grandes avances en la física moderna. A sus 85 años, Meitner describe el desarrollo en la física y los científicos responsables de su desarrollo como un “acompañamiento musical mágico” que caracterizó su vida. En este artículo recorreremos el nacimiento y desarrollo de la física nuclear visto a través de los ojos de Lise Meitner. Se hará especial hincapié en el papel fundamental que jugó Meitner en el descubrimiento de la fisión nuclear, descubrimiento que no solo dejó su huella en la ciencia fundamental sino que, además, altera el curso de la historia del siglo XX.

Joven Lise Meitner en Viena.

La historia de esta extraordinaria científica comienza en Austria. Lise Meitner nace en 1878 en Viena, en el seno de una culta familia judía de clase media. A finales del siglo XIX se tenía una visión muy distinta de la que tenemos hoy en día sobre la estructura de la materia. El modelo atómico más aceptado era el de Dalton, que considera los átomos como bloques elementales que constituyen la materia. El nuevo siglo trae consigo una serie de profundos cambios. Por un lado el átomo, considerado hasta el momento como indivisible, pasa a tener estructura interna con el modelo de Thomson. Este modelo compara el átomo con un “budín de pasas”, describiéndolo como una esfera positiva (el budín) con electrones de carga negativa en su interior (las pasas). Por otro lado los primeros años del siglo XX estarán marcados por la aparición de la física cuántica y la teoría de relatividad de las manos de figuras como Planck y Einstein. De forma paralela al nacimiento de la física moderna Lise Meitner comienza sus estudios universitarios en 1901, tan solo cuatro años después de que las universidades en Austria aceptaran a mujeres. Durante este periodo desarrolla su pasión por la física y las matemáticas; estudiando con el célebre físico Ludwig Boltzmann. Lise describió sus clases como las más estimulantes y asombrosas que nunca había escuchado. Los estudios de Lise culminan en 1906, cuando se convierte en la segunda mujer en obtener un doctorado en la Universidad de Viena.

Meitner se muda a Berlín en 1907, motivada por una posible colaboración con Max Planck, conocido como el padre de la mecánica cuántica. Aquí pasará más de 30 años desarrollando su carrera de investigación.  En Berlín comienza una larga y fructífera colaboración con el químico Otto Hahn. Sus primeros años estarán marcados por retos tanto científicos como sociales. A su llegada, a las mujeres no se les permite trabajar en el laboratorio debido al miedo del director del instituto  “de que se incendien el pelo”. Debido a esta prohibición, durante el primer año Lise tenía que entrar a escondidas al laboratorio, por una puerta trasera. A pesar de desempeñar el mismo trabajo que sus colegas hombres, Lise no será pagada durante sus primeros años. Sin embargo, su talento y dedicación son reconocidos y en 1919 se convierte en la primera mujer en Alemania en obtener el título de profesora.

Lise Meitner y Otto Hahn en 1912.

Meitner tuvo la suerte de vivir en una época dorada de desarrollo científico y fue testigo de grandes avances en física moderna. Lise decide especializarse en el emocionante campo de la radiactividad, campo en el que se encuentran activas grandes personalidades científicas esparcidas por Europa. En 1896 en Francia, Becquerel descubre la radiactividad natural. Sus investigaciones sobre desintegración radiactiva son continuadas por Pierre y Marie Curie. En 1911 en Inglaterra, Rutherford descubre el núcleo atómico sentando las bases de lo que hoy en día es conocido como la física nuclear, a través de su famoso experimento con partículas alfa y una lámina de oro. Antes de su trabajo en fisión, Meitner destaca por su estudio del espectro continuo de radiación beta, su explicación a la emisión de electrones Auger y el descubrimiento de un nuevo elemento (el protactinio).

A principios de la década de 1930 empiezan a acelerarse los acontecimientos que desembocan en el descubrimiento de la fisión nuclear. En 1932 Chadwick descubre el neutrón. En 1934 los Joliot-Curie producen por primera vez elementos radiactivos a partir de material estable tras bombardearlos con partículas alfa. Inspirado por estos descubrimientos, Enrico Fermi comienza una serie de experimentos con neutrones, que al no tener carga resultan más eficaces que las partículas alfa para producir reacciones nucleares. El equipo de Fermi bombardea con neutrones más de 60 elementos de la tabla periódica, desde el hidrógeno hasta el uranio (elemento con mayor número de protones conocido hasta ese momento). Al bombardear uranio con neutrones observan que los productos de la reacción emiten partículas beta. Además, los productos no exhiben propiedades químicas de elementos cercanos al uranio. ¿Podría acaso tratarse de nuevos elementos creados artificialmente? Así comienza la búsqueda de los nuevos elementos más pesados que el uranio, los transuránicos. Meitner, fascinada por estos experimentos, se une a la búsqueda y convence a Otto Hahn para reanudar su colaboración. Combinan la experiencia de Lise con fuentes de neutrones y sus conocimientos de física nuclear con la experiencia en química de Hahn. Llevan a cabo una serie de experimentos con uranio intentando aislar químicamente los productos de la reacción que son desconocidos, para poder así identificarlos. Debido a la creciente complejidad de sus experimentos y a la ocupada agenda de Hahn como director del laboratorio, en 1935 deciden incorporar al equipo a un nuevo miembro: Fritz Strassman.

Paralelamente a los avances científicos en el campo de la radiactividad, la situación política en Alemania se va deteriorando. El 30 de enero de 1933 Adolf Hitler es nombrado canciller. Poco después numerosos científicos judíos alemanes son obligados a abandonar sus puestos y muchos parten al extranjero (entre ellos el sobrino de Lise, Otto Robert Frisch). En aquella época Lise actuaba como directora del Kaiser Willem Institut. Completamente entregada a su trabajo y protegida por su nacionalidad austriaca, Lise se aferra a su puesto y decide quedarse en Berlín. Sin embargo, la situación empeora drásticamente en marzo de 1938, cuando Hitler anexiona Austria al territorio alemán. Como consecuencia, Lise ya no solo puede perder su trabajo, sino que también corre peligro su vida. No le queda más remedio que emigrar. Desafortunadamente, con la anexión de Austria, su pasaporte ya no es válido y no obtiene el permiso del gobierno para salir de Alemania. A sus 59 años, tras 30 años viviendo en Berlín, Lise se ve obligada a abandonarlo de manera clandestina. Lise se apoya en una red de amistades que había formado a lo largo de sus colaboraciones científicas en Europa. Sus amigos Adriaan Fokker y Dirk Coster la ayudan a escapar por los pelos de Alemania en un tren con rumbo a Holanda. Finalmente, Lise consigue establecerse en el instituto de Seigbahn en Suecia. Desde el exilio sigue colaborando con Hahn y Strassman a través de cartas postales. En noviembre de 1938 Lise y Hahn se reúnen en secreto para discutir los resultados de los últimos experimentos con uranio.

Timeline de grandes descubrimientos en física y acontecimientos importantes en la vida de Lise Meitner.

A lo largo de la historia las ideas que revolucionaron la ciencia surgen en todo tipo de circunstancias. Algunos descubrimientos ocurren en situaciones sin gran interés, tras años de arduo trabajo o por puro azar. Algunos otros están enmarcados en escenarios realmente emocionantes, caracterizados por “momentos Eureka”. El descubrimiento de la fisión definitivamente cae en la segunda categoría. La teoría de la fisión nuclear nace en plenas vacaciones de Navidad, con sus descubridores en el exilio político y uno de ellos con esquíes en los pies. El 19 de diciembre de 1938 Lise Meitner recibe una carta de Hahn con un sorprendente resultado; los últimos experimentos muestran, sin lugar a dudas, que tras bombardear uranio (número atómico 92) con neutrones se obtiene bario (número atómico 56). Hoy en día nos resulta evidente que lo que había pasado es que el núcleo de uranio se había dividido en dos. Pero que un simple neutrón sin carga pudiese provocar tal cambio en la estructura del núcleo iba en contra de todas las mediciones de reacciones nucleares que se habían hecho hasta el momento. El espíritu curioso de Lise no descansa ni en Navidades. Entusiasmada sale a dar un paseo por la nieve con su sobrino Otto Frisch, tratando de dar una explicación a las recientes observaciones. Utilizando el modelo de la gota líquida de Gamow logran explicar el proceso de “fisión” o separación del núcleo de uranio, sentando las bases teóricas para la comprensión de este nuevo fenómeno. Utilizan la diferencia de masas de los productos de la reacción junto con la famosa ecuación de Einstein (E=mc2), para calcular la enorme cantidad de energía que se desprende en la fisión. Lise comunica a Hahn su interpretación por carta. El equipo alemán de Hahn y Strassman no pierde tiempo y publica sus resultados en enero de 1939, sin incluir el nombre de Lise, por miedo a mostrar que siguen colaborando con una científica judía. Sin embargo, poco después Lise publica su explicación de la fisión nuclear junto con los resultados de la energía desprendida en el proceso, medida por Frisch, en la prestigiosa revista Nature. La comunidad científica del momento reconoce inmediatamente la importancia del descubrimiento y el impacto que podría tener en el desarrollo de la guerra. La condición de judía de Lise Meitner impidió que apareciese su nombre en la primera publicación sobre la fisión nuclear y, unos años más tarde en 1944, su condición de mujer incidió en que no fuese incluida cuando la Academia Sueca de las Ciencias otorgó a Otto Hahn el premio Nobel por el descubrimiento de la fisión del uranio. Es uno de los casos más claros en los que el comité de los premios Nobel ha pasado por alto la contribución de una mujer en un descubrimiento científico de primer orden.

Lise Meitner en una conferencia en 1937.

En 1943 Meitner recibe una oferta para trabajar en el proyecto Manhattan. Meitner se niega a verse involucrada de ninguna manera en el desarrollo de la bomba, mostrando una vez más su integridad moral. Durante los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial Lise, instalada en Suecia, prosigue su trabajo de investigación en el campo de la física nuclear. A finales de los años 40 surgen los dos modelos fundamentales en nuestro entendimiento del núcleo: el modelo de capas y el modelo colectivo de Bohr y Mottelson. En su último artículo, Lise Meitner discute el efecto de las capas nucleares en el proceso de fisión. Además, de forma paralela a su trabajo de investigación, imparte numerosas charlas apoyando el papel de la mujer en la ciencia. Para estar más cerca de su familia, en 1960 se muda a Cambridge, lugar donde muere en 1968.

Debido a su contribución al desarrollo de la física y a su fortaleza moral Lise Meitner es recordada por las palabras grabadas en su tumba: “una científica que nunca perdió su humanidad”. A pesar de que su papel en el descubrimiento de la fisión fue ignorado por el comité de los premios Nobel, en las últimas décadas ha recibido numerosos reconocimientos. Actualmente es la única mujer con un elemento de la tabla periódica nombrado exclusivamente en su honor (el meitnerio, descubierto en 1997). Su influencia incluso ha llegado al espacio, con cráteres en la Luna, en Venus y un cinturón de asteroides que llevan su nombre. Hoy en día se ha convertido en un símbolo para las mujeres en la ciencia. Personalmente, en los últimos años ha sido una gran fuente de inspiración. La historia de su vida me ha demostrado que es posible lograr grandes avances en investigación a pesar de tener que hacer frente a las mayores adversidades. Para Lise (como ha sido también el caso para otros grandes científicos que revolucionaron su campo), el ingrediente clave detrás de una carrera llena de descubrimientos fue una enorme pasión por la ciencia.

REFERENCIAS:

  • Lise Meitner, A life in Physics. R. L. Sime
  • Lise Meitner y la energía del uranio, Javier Castello Torras
  • Lise Meitner, una física que nunca perdió su humanidad, Laura Morrón
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