Článek
Příběh atomové bomby se často vypráví prostřednictvím Alberta Einsteina, J. Roberta Oppenheimera nebo amerického projektu Manhattan. Ještě před nimi však musel někdo pochopit samotný fyzikální princip, na kterém jaderná zbraň stojí. Jednou z nejdůležitějších osobností této historie byla rakouská fyzička Lise Meitner. Její příběh je přitom pozoruhodný nejen kvůli tomu, co objevila, ale také kvůli tomu, co následovalo: za objev jaderného štěpení získal Nobelovu cenu její dlouholetý spolupracovník Otto Hahn, zatímco Meitner zůstala bez ní.
Její přínos byl naprosto zásadní
Je jasné, že Meitner nevynalezla atomovou bombu, její význam spočívá jinde. Pomohla objasnit fyzikální podstatu štěpení uranu. A právě pochopení tohoto procesu bylo jedním z klíčových předpokladů pro pozdější vývoj jaderné zbraně. Na konci roku 1938 se v Berlíně Otto Hahn a Fritz Strassmann zabývali tím, co vzniká při bombardování uranu neutrony. Jejich chemická analýza přinesla výsledek, který vypadal téměř nemožně: mezi produkty reakce se objevil baryum. Uran má atomové číslo 92, baryum 56. Pokud byl výsledek správný, znamenalo to, že se těžké uranové jádro nějakým způsobem rozpadlo na výrazně lehčí části.
Hahn se obrátil na Lise Meitner, která s ním před svým útěkem z nacistického Německa dlouhá léta spolupracovala. Meitner už v té době působila ve Švédsku. Společně se svým synovcem Ottou Frischem začala hledat fyzikální vysvětlení výsledku, který Hahn a Strassmann experimentálně zjistili. Zde se ukazuje, proč je rozdělování zásluh tak komplikované. Hahn a Strassmann přinesli rozhodující chemický důkaz. Meitner a Frisch následně vysvětlili fyzikální mechanismus. V článku publikovaném v časopise Nature v únoru 1939 popsali, že se uranové jádro po zachycení neutronu může rozštěpit na dvě menší části. Pro tento nový proces Frisch později použil označení „fission“, tedy štěpení.
Lise Meitner se svými studenty v roce 1959
Pochopení jaderného štěpení
Meitner navíc dokázala odhadnout, jak obrovské množství energie při takové reakci vzniká. Vycházela z rozdílu hmotností před a po štěpení a z Einsteinova vztahu E = mc². Výsledkem byl řádově údaj kolem 200 MeV na jedno štěpení uranového jádra. To nebyl jen zajímavý teoretický výpočet. Ukazoval, že v jádře atomu se skrývá množství energie zcela jiné velikosti, než jaké známe z běžných chemických reakcí.
Další krok už vedl přímo k otázce, zda by se štěpení mohlo samo udržovat. Pokud při rozštěpení uranového jádra vznikají další neutrony, mohou tyto neutrony zasáhnout další jádra. Ta se rozštěpí a uvolní další neutrony a vznikne řetězová reakce. Tato možnost změnila objev jaderného štěpení z mimořádně zajímavého fyzikálního fenoménu v potenciálně vojensky využitelnou technologii.
Je důležité oddělit tento vědecký základ od samotného vzniku bomby. Mezi štěpením uranu v laboratoři v roce 1938 a první jadernou zbraní v roce 1945 leží množství další práce. Bylo nutné zjistit, jak vytvořit a udržet řetězovou reakci, jak získat dostatečné množství vhodného štěpného materiálu, jak ho oddělit od ostatních izotopů a jak celý systém technicky sestavit. Projekt Manhattan se nakonec stal rozsáhlým vojenským, průmyslovým a vědeckým podnikem, do kterého se zapojily desetitisíce lidí.
Hahn Nobelovu cenu dostal, ona ne
Meitner sama přitom odmítla na vývoji bomby pracovat. V roce 1942 byla podle amerického National Park Service pozvána k účasti na projektu, ale odmítla s tím, že s bombou nechce mít nic společného. Po válce se od zneužití svého objevu pro vojenské účely opakovaně distancovala.
O to paradoxnější je její pozdější vztah k Nobelově ceně. V roce 1944 byla Nobelova cena za chemii udělena Ottu Hahnovi „za jeho objev štěpení těžkých jader“. Hahn tedy skutečně sehrál zásadní roli: byl tím, kdo společně se Strassmannem experimentálně identifikoval produkty štěpení. Nobelův výbor však ocenil pouze jeho.
Nobelův výbor pracoval především s výsledky, které považoval za konkrétní experimentální objev, a chemická povaha štěpných produktů byla pro udělení ceny zásadní. Jenže tím se z ocenění vytratila významná část příběhu: bez fyzikální interpretace Meitnerové a Frische by samotný chemický nález zůstal mnohem obtížněji vysvětlitelným jevem. Nobelova nadace dnes sama upozorňuje, že Meitner poskytla vysvětlení, že se uranové atomové jádro rozštěpilo, a zároveň připouští otázku, proč nebyla zahrnuta mezi oceněné.
Památník jaderné fyzičky Lise Meitner v čestném dvoře Humboldtovy univerzity v Berlíně
Prostě ji vynechali
Ještě problematičtější je skutečnost, že Meitner se na výzkumu uranu s Hahnem podílela dlouhodobě a její odchod z Německa nebyl dobrovolnou vědeckou změnou působiště. Jako žena i jako osoba pronásledovaná nacistickým režimem čelila okolnostem, které její vědeckou kariéru zásadně ovlivnily. Po útěku do Švédska přitom dokázala na Hahnův problém reagovat prakticky okamžitě a pokračovat v práci zvenčí. Nature později jejich dlouholetou spolupráci označil za mimořádný příklad spolupráce chemika a fyzika, kterou přerušila nacistická rasová politika.
Hahnův experimentální příspěvek pak byl další zásadní událostí. Rozdělení experimentálního objevu a jeho teoretického vysvětlení však dělá z tohoto případu jeden z nejzajímavějších sporů v dějinách Nobelových cen. Důsledky byly přitom obrovské. Už během roku 1939 se zprávy o štěpení rychle rozšířily mezi evropskými a americkými fyziky. Niels Bohr přivezl informace o novém objevu do Spojených států a vědci začali okamžitě zkoumat možnost řetězové reakce.
V srpnu téhož roku Albert Einstein podepsal dopis prezidentu Franklinu D. Rooseveltovi upozorňující na význam výzkumu uranu a možnost, že by řetězová reakce mohla vést k mimořádně silným bombám. O několik let později už nešlo o hypotetickou možnost. Spojené státy vytvořily Manhattan Project, vybudovaly zařízení pro výrobu štěpných materiálů v Oak Ridge a Hanfordu a výzkumnou laboratoř v Los Alamos. Dne 16. července 1945 byla v rámci projektu odpálena Trinity, první jaderné zařízení v historii.
Časová osa života Lise Meitner
1907 – Lise Meitner odchází do Berlína, kde začíná spolupracovat s chemikem Otto Hahnem. Jejich spolupráce bude trvat více než tři desetiletí.
1912 – Meitner a Hahn působí v nově založeném Kaiser Wilhelm Institute for Chemistry a věnují se výzkumu radioaktivity.
1934 – Enrico Fermi a jeho spolupracovníci zahajují sérii experimentů s bombardováním jader neutrony. Výzkum později významně přispěje k objevu štěpení.
1938 – Po nástupu nacistického režimu Meitner, která má židovské kořeny, uprchne z Německa do Švédska. Hahn a Strassmann mezitím pokračují v berlínských experimentech.
Prosinec 1938 – Hahn a Strassmann zjistí, že při bombardování uranu vzniká baryum. Meitner následně společně s Ottou Frischem hledá fyzikální vysvětlení tohoto překvapivého výsledku.
Prosinec 1938 / leden 1939 – Meitner a Frisch dospějí k vysvětlení, podle něhož se uranové jádro štěpí. Meitner zároveň odhadne obrovské množství energie uvolněné při procesu.
11. února 1939 – Nature publikuje článek Meitner a Frische o novém typu jaderné reakce.
1939 – Vědci začínají intenzivně řešit možnost řetězové reakce. Objev štěpení se rychle dostává do Spojených států.
2. srpna 1939 – Albert Einstein podepisuje dopis Franklinu D. Rooseveltovi upozorňující na význam uranu a možnou konstrukci mimořádně silné bomby.
1942 – Meitner odmítá nabídku zapojit se do projektu Manhattan a nechce pracovat na atomové bombě.
1942–1945 – Projekt Manhattan rozvíjí průmyslovou výrobu štěpných materiálů a konstrukci jaderné zbraně.
16. července 1945 – Trinity, první jaderné zařízení, je odpáleno v Novém Mexiku.
1945 – Otto Hahn se dozvídá, že získal Nobelovu cenu za chemii za rok 1944 „za svůj objev štěpení těžkých jader“. Meitner oceněna není.
1966 – Meitner, Hahn a Strassmann společně získávají Enrico Fermi Award za svůj přínos k objevu jaderného štěpení.
1968 – Lise Meitner umírá v Anglii. Nobelovu cenu nikdy nezíská.
Zdroje: autorský článek s využitím
