Lise Meitner, la fisica che non ha mai perso l’umanità

Camminavamo su è giù nella neve, io sugli sci e lei a piedi (diceva – e a ragione – che poteva tenere il mio passo a quel modo). (Otto Frisch, tratto da «Lise Meitner: A Life In Physics» di Ruth Lewis Sime, 1996)

La scena, di una quotidianità bucolica, si svolge in una cittadina di campagna poco a nord di Göteborg, a Kungälv, in Svezia: zia e nipote chiacchierano animatamente mentre si godono la neve e l’atmosfera oramai natalizia. Siamo nel 1938 e a spingere lassù Lise Meitner e Otto Frisch è stata l’occupazione nazista di Vienna: oramai i venti di guerra stanno soffiando sempre più forti sull’Europa e l’appartenere a una famiglia di origine ebrea è un rischio per la propria libertà. Stanno discutendo di un problema che li tiene occupati da novembre, quando hanno fatto un viaggio un po’ rocambolesco fino a Copenhagen, in Danimarca, per incontrare un altro Otto, collega di Lise e probabilmente il miglior radiochimico della sua generazione: Otto Hahn.

Il problema sono i risultati di un esperimento che ha realizzato all’Istituto Kaiser Wilhelm di Chimica di Berlino assieme al suo assistente Fritz Strassmann e che li sta facendo ammattire. Dopo aver bombardato atomi di uranio con singoli neutroni, si aspettavano come la maggior parte dei loro colleghi dell’epoca di ottenere atomi di un elemento più pesante, come se l’uranio avesse “incorporato” il neutrone. Ma quello che avevano ottenuto era una certa quantità di bario, un elemento con un numero atomico quasi metà di quello dell’uranio. Si trattava di una trasmutazione che per i due chimici non aveva senso. Non per Lise Meitner, che capisce di essere di fronte a un fenomeno mai osservato prima che entrerà nel linguaggio della scienza come fissione nucleare.

 

Chi è Lise Meitner?

Quando viene al mondo il 7 novembre 1878, Vienna è la capitale di un grande impero, multiculturale, mittleuropea e in grande fermento artistico e scientifico. A cavallo dei due secoli, Vienna è la città in cui vivono e lavorano scrittori come Stefan Zweig, Karl Kraus e Robert Musil, musicisti come Arnold Schönberg e Anton Webern, filosofi come Ludwig Wittegeinstein, il fondatore della psicanalisi Sigmund Freud e una figura eclettica come il fisico, filosofo della scienza e antesignano delle neuroscienze Ernst Mach. Eppure è una città che non sembrava voler dare spazio a Lise Meitner, perché le donne dovevano smettere di studiare a quattordici anni e non erano ammesse all’università. Arrendersi, però, non era una caratteristica del suo carattere, così si prepara da autodidatta all’esame di maturità a cui è ammessa, e lo supera, nel 1901.

Lise Meitner nel 1906.

 

Sei anni più tardi va a Berlino, dove il suo acume colpisce Max Plank, che molto si adopera per aiutarla a proseguire gli studi. Nel 1909 viene ufficialmente permesso alle donne di studiare, ma la collaborazione scientifica che inizia con il collega Otto Hahn si svolge in certa parte in un capannone fuori dall’università, dove l’«ospite non pagata» può portare avanti i propri esperimenti. Nonostante le difficoltà – e ce ne saranno anche di più gravi del divieto di accesso all’università – Lise Meitner e Otto Hahn riescono a lavorare assieme per trent’anni, dedicandosi soprattutto allo studio degli elementi radioattivi, la nuova strada della fisica del primo Novecento aperta da Pierre e Marie Curie.

 

Che cosa ha scoperto?

Una sorta di corsa febbrile alla creazione di elementi più pesanti dell’uranio, i cosiddetti elementi transuranici, è in corso tra le due guerre mondiali. Era un fenomeno completamente nuovo, che permetteva di creare in laboratorio elementi che non esistono in natura, il superamento di una vera e propria barriera. Ci si dedicano i Ragazzi di via Panisperna capitanati da Enrico Fermi, che nel 1934 creano in laboratorio gli elementi con numero atomico 93 e 94, battezzandoli ausonio (oggi nettunio) ed esperio (oggi plutonio). È lo stesso tipo di esperimenti che Hahn, Meitner e Strassmann cominciano a realizzare a Berlino: bombardare nuclei di uranio con neutroni per studiarne gli effetti e andare alla ricerca di nuovi elementi transuranici.

Lise Meitner con Otto Hahn nel loro laboratorio di Berlino nel 1912.

Il loro lavoro è interrotto solamente dall’Anschluss, l’annessione dell’Austria da parte della Germania nazista, e le complicazioni razziali che questo comporta. Con Lise Meitner lontana, Hahn e Strassmann continuano gli esperimenti, fino a quello strano risultato che non sanno spiegare. Otto Frisch, il nipote della Meitner, che lavora a Copenhagen con Niels Bohr, suggerisce che ci sia un errore sperimentale e che i dati siano sbagliati. Ma Lise capisce che non è così: quello che è avvenuto è un fenomeno di fissione, in cui il nucleo di uranio si è separato in due parti, una delle quali è un isotopo del bario. Ma la massa mancante? Lise fa ricorso a una delle più famose equazioni della storia della fisica, E = mc2, e spiega quell’ammanco di massa con il fatto che si è trasformata in energia liberata durante il processo. Dopo la loro passeggiata nella neve, Otto Frisch e Lise Meitner fanno e rifanno i conti. Tutto torna, non c’è nessun errore sperimentale.

Ecco come lo racconta lo stesso Otto Frisch:

Si trattava di un errore? No, disse Lise Meitner; Hahn era un chimico troppo bravo. Ma come poteva il bario formarsi dall’uranio? Non era mai successo prima che frammenti più grandi dei protoni o delle particelle alpha fossero “scalpellate via” da nuclei, e per portarne via un grande numero non c’era abbastanza energia. E non poteva neanche darsi che il nucleo di uranio potesse essersi spaccato. Un nucleo non era un solido friabile che poteva sgretolarsi o rompersi; George Gamov aveva precedentemente suggerito, e Bohr aveva fornito ulteriori buone argomentazioni, per intendere il nucleo come una goccia di liquido. Una goccia poteva forse dividersi in due gocce più piccole, inizialmente allungandosi, e poi restringendosi, per essere infine spaccata in due? Sapevamo che erano coinvolte forze molto forti che avrebbero reso impossibile tale processo, esattamente come la tensione superficiale di un liquido qualsiasi tende a resistere alla sua divisione in due parti più piccole. Ma rispetto alle normali gocce, i nuclei presentano una differenza importante: erano elettricamente carichi, e questo sapevamo che poteva contrastare la tensione superficiale.

La carica dei nuclei di uranio, scoprimmo, era in effetti abbastanza grande da superare quasi completamente l’effetto della tensione superficiale, al punto che potevamo immaginarli come delle gocce tremolanti e instabili, pronte per dividersi alla più piccola provocazione, come per esempio l’impatto di un singolo neutrone. Ma c’era un altro problema. Dopo la separazione, le due gocce si sarebbero respinte per via della loro carica elettrica e avrebbero quindi acquisito un’alta velocità e una grande energia, circa 200 MeV; da dove poteva venire tutta quell’energia? […] Lise Meitner comprese che i due nuclei formatisi dalla divisione del nucleo di uranio avrebbero avuto una massa complessiva inferiore di quella dell’uranio di circa un quinto della massa di un protone. Ora, sappiamo che in ogni caso laddove la massa scompare si crea energia, secondo la formula di Einstein, e che l’equivalente di un quinto della massa è esattamente equivalente a 200 MeV. Ecco quindi la fonte dell’energia: tutto tornava!

(Riportato in «Eurekas and Euphorias: The Oxford Book of Scientific Anecdotes» di Walter Gratzer, Walter Bruno Gratzer, 2004).

L’eredità di Lise Meitner

Lo scambio di informazioni e calcoli tra Otto Hahn, Lise Meitner e Otto Frisch è segreto. Hahn è rimasto in Germania e la possibilità che si venga a sapere di una sua collaborazione con una non ariana potrebbe costargli caro. I nudi fatti dicono che nel 1944 Hahn riceve il premio Nobel per la Chimica per la scoperta della fissione nucleare. È l’unico vincitore, ma non può recarsi a Stoccolma per la cerimonia durante la guerra. Nel 1946 viene pubblicata dalla Fondazione Nobel la sua lectio, in cui Lise Meitner è nominata diverse volte, ma non c’è alcuna presa di distanza o coscienza che il Nobel sarebbe spettato di diritto anche a lei. Eppure senza Lise Meitner la scoperta non ci sarebbe stata.

Nel 1966 Lise Meitner riceve il premio Enrico Fermi che ha condiviso con Hahn e Strassmann. Sulla destra si vede Glenn T. Seaborg, presidente della Commissione sull’Energia Atomica americana che consegna il premio. Dietro di lei il nipote Otto Frisch.

Sulle sue reazioni all’andamento dei fatti, oggi è difficile farsi un’idea precisa. Di sicuro, come racconta Sime nella sua biografia, c’è molta amarezza nei confronti del mancato riconoscimento. Non tanto per la gloria che le spetterebbe, ma perché si immagina che dopo le pubblicazioni di Hahn e Strassmann i colleghi pensino che lei non ha dato nessun contributo, dopo aver dedicato trent’anni di vita a queste ricerche. In più, dopo la fine dello scontro bellico, quindi dopo lo sgancio delle bombe basate sulle sue scoperte su Hiroshima e Nagasaki, è stata anche accusata di essere «la madre ebrea della bomba atomica», addossandole colpe che non ha mai avuto e dalle quali si è sempre difesa scansandosi di lato e dichiarando che «si può amare il lavoro di qualcun altro e non essere costantemente tormentati dalla paura delle cose spaventose e malvagie che l’umanità può fare con meravigliose scoperte scientifiche».

Stando alle sue parole, quello che le è sempre importato era poter esercitare la propria intelligenza e il proprio talento per comprendere meglio i fenomeni della natura, indipendentemente dal riconoscimento e dalla gloria che ne potevano derivare: «La scienza spinge le persone ad andare alla ricerca della verità e dell’oggettività senza ego; insegna alle persone ad accettare la realtà, con meraviglia e ammirazione, senza dimenticare la profonda gioia e lo stupore che l’ordine naturale delle cose dà al vero scienziato». Alla sua morte, avvenuta vicino a Cambridge, dove si era trasferita per stare vicino al nipote Otto, viene sepolta nel cimitero della chiesa di San Giacomo a Bramley, nel sud dell’Inghilterra, e la lapide della sua tomba recita: «Lise Meitner: un fisico che non ha mai perso la propria umanità».

Per approfondire:

La migliore biografia in circolazione è quella di Ruth Lewis Sime «Lise Meitner: A Life In Physics» del 1996 e mai tradotta in italiano.

Il giornalista e saggista Pietro Greco ha recentemente pubblicato una biografia in italiano intitolata semplicemente «Lise Meitner» (L’asino d’oro editore, 2014).

Sulla scienza attorno alla bomba atomica e i suoi protagonisti, tra cui Lise Meitner, è molto interessante il libro di Stefania Maurizi «Una bomba, dieci storie» (Bruno Mondadori, 2004).

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