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Alla fisica della fissione nucleare nessun Nobel (I parte)

Un nucleo con soltanto un neutrone in più. Fermi aveva osservato che, quando si produceva una reazione indotta da neutroni, gli elementi pesanti favorivano la cattura del neutrone: vale a dire un nucleo pesante acquisiva un neutrone in più. Se radioattivo, il nucleo così appesantito, invariabilmente, decadeva emettendo radiazione beta e si trasformava nell’elemento successivo del sistema periodico. Quando Fermi irraggiò con neutroni l’elemento più pesante che si conoscesse, l’uranio, osservò molti nuovi emettitori beta: tuttavia nessuno aveva le proprietà dell’uranio o di altri elementi pesanti vicini.

Avanzò allora cautamente l’ipotesi di aver sintetizzato elementi nuovi al di là dell’uranio. Gli scienziati di tutto il mondo ne furono affascinati. Lise Meitner aveva verificato i risultati di Fermi fino a questo punto. Il lavoro era perfettamente aderente ai suoi interessi e alle sue competenze e la scienziata era allora al vertice della sua carriera scientifica: una delle prime donne a raggiungere i piani alti della scienza tedesca aveva una posizione di grande prestigio nella fisica nucleare di avanguardia. Per studiare in dettaglio questi elementi transuranici, però, aveva bisogno di un valido radiochimico. Hahn, pur inizialmente riluttante, accettò di concedere a Lisa il suo aiutante, Franz Strassmann, un analista chimico dell’istituto, come collaboratore del gruppo. I tre erano politicamente compatibili: la Meitner era non ariana, Hahn era antinazista e Strassmann aveva rifiutato di aderire alla Società di Chimica, di ispirazione nazionalsocialista, una scelta che gli precludeva qualsiasi impiego al di fuori dell’istituto. Verso la fine del 1934, il gruppo annunciò che gli emettitori beta, osservati da Fermi, non potevano essere attribuiti ad alcun elemento noto e non si comportavano nel modo che ci si poteva attendere da elementi transuranici. Si separavano dal miscuglio di reazione insieme ai metalli di transizione, come i solfuri di platino e di renio. Come aveva fatto Fermi, gli scienziati berlinesi avanzarono l’ipotesi che questi prodotti fossero nuovi elementi di numero atomico superiore all’uranio. La interpretazione risultò poi errata: essa si fondava su due presupposti – il primo di natura fisica, il secondo di natura chimica – la cui falsità verrà dimostrata soltanto qualche anno più tardi. (Ruth Lewin Sime, Lise Meitner e la scoperta della fissione nucleare, Le Scienze, 326, aprile 1998)

Chi ha avuto il merito della intuizione decisiva sul processo di fissione? Quando, verso la fine dell’anno 1938, si scoprì che un neutrone poteva spezzare un nucleo atomico pesante, la scoperta giunse del tutto inattesa. In effetti, nessuna teoria fisica aveva previsto la fissione nucleare e i suoi scopritori non avevano alcuna idea del suo potenziale utilizzo nelle bombe atomiche e nella produzione di energia. Su questa parte della storia non ci sono dubbi. Si è discusso invece a lungo su chi abbia avuto il merito della intuizione decisiva. La fisica Lise Meitner e i chimici Otto Hahn e Franz Strassmann arrivarono alla scoperta della fissione, nel loro laboratorio di Berlino, dopo una lunga ricerca durata quattro anni. La Meitner abbandonò la Germania per sfuggire alle persecuzioni contro gli ebrei, poco tempo dopo Hahn e Strassmann resero pubblica la scoperta. La Meitner e suo nipote, Otto R. Frisch, pubblicarono, qualche mese più tardi, la corretta interpretazione teorica dei risultati ottenuto da Hahn e Strassmann. Tuttavia, il premio Nobel 1944 per la chimica fu assegnato soltanto ad Hahn. Il mancato riconoscimento a Strassmann si deve probabilmente al fatto che era ricercatore junior, e le giurie dei Nobel tendono a privilegiare i ricercatori senior. Tuttavia, la Meitner aveva la medesima anzianità e la stessa qualifica professionale. Perché lei venne esclusa? Fu lo stesso Hahn a fornire la versione ufficiale, che venne accettata in modo acritico per molti anni: a suo giudizio, la scoperta era dovuta unicamente a esperimenti chimici effettuati dopo la partenza della Meitner da Berlino. Lei e la fisica non avevano nulla a che fare con il suo successo, al limite lo avevano addirittura ritardato. Oggi sappiamo la verità: tra coloro che scoprirono la fissione, il merito principale è proprio della Meitner, che ebbe il ruolo di interprete fisica del processo che nessuno aveva compreso. Oggi sappiamo, che la fisica della fissione nucleare non è mai stata presa in considerazione dalla giuria del Nobel. Una combinazione di persecuzione razziale, paura e opportunismo portò a ignorare il contributo di Lise Meitner e della sua fisica. (Ruth Lewin Sime, Lise Meitner e la scoperta della fissione nucleare, Le Scienze, 326, aprile 1998)

Le prove che Hahn e Strassmann (e tanti altri) non avevano capito. Il 10 dicembre 1938, Enrico Fermi ricevette il premio Nobel per la fisica per avere dimostrato l’esistenza di nuovi elementi radioattivi generati dall’irraggiamento neutronico e per la scoperta, legata alla precedente, delle reazioni nucleari indotte da neutroni lenti. Ho già accennato al fatto che Fermi e il suo gruppo avevano subito messo a frutto la scoperta, fatta dai coniugi Joliot-Curie in Francia, della radioattività indotta, o artificiale, trovando un gran numero di nuovi isotopi instabili. Tra gli argomenti che Fermi passò in rassegna durante la conferenza tenuta in occasione del conferimento del Nobel, vi fu anche il bombardamento dell’uranio. Fermi riassunse queste ed altre scoperte nel modo seguente: I responsabili di alcune attività dell’uranio non sono isotopi dell’uranio o elementi più leggeri. Abbiamo concluso che si tratta di uno o più elementi con numero atomico maggiore di 92 (il numero atomico dell’uranio). A Roma siamo soliti chiamare 93 e 94 questi elementi con le nuove denominazioni di Ausonio ed Esperio, rispettivamente. Il lavoro del gruppo di Roma venne confermato per esteso da altri laboratori, in particolare a Berlino, da parte di Hahn, che nel 1938 tenne una conferenza a Copenhagen, in presenza di Bohr. Dunque, in circoli sempre più ampi, si riteneva che ormai fosse cominciato un nuovo capitolo della chimica e della fisica nucleare, quello degli elementi transuranici. Tuttavia non era così. Nell’autunno del 1938, Hahn e Strassmann intrapresero una analisi radiochimica assai accurata degli elementi generati dalla collisione di neutroni con uranio. Tra i prodotti di queste reazioni, essi individuarono tre isotopi del bario con numero atomico pari a 56! La scoperta era senz’altro imbarazzante. Prima di allora le reazioni nucleari non avevano mai dato luogo a variazioni del numero atomico superiori a 2! I risultati vennero subito pubblicati (6 gennaio 1939), gli autori erano intimoriti da quanto avevano trovato. Pubblichiamo con animo alquanto esitante. Come chimici siamo obbligati ad affermare che i nuovi prodotti sono isotopi del bario. Tuttavia come chimici nucleari, che lavorano molto vicino al campo della fisica nucleare, non possiamo risolverci a compiere un passo così drastico, che va contro tutti i precedenti nel settore specifico. La prima a udire le nuove notizie fu Lise Meitner, che allora si trovava a Stoccolma. Il 19 dicembre 1938, Hahn le scrisse: Penso, d’accordo con Strassmann, che tu sia la prima persona cui dobbiamo dirlo. Nella sua risposta, Lise scrisse che si trattava di risultati sorprendenti, un processo generato da neutroni lenti, che frantuma nuclei di uranio e produce il bario ! (Abraham Pais, Un danese tranquillo: Niels Bohr e il suo tempo 1882-1962, Bollati Boringhieri 1993)

I documenti disponibili confermano il giudizio di Strassmann. Diversa era l’opinione di Strassmann, che però era oscurato dalla notorietà di Hahn. Egli sostenne che la Meitner era stata la loro guida intellettuale e che rimase in contatto con loro anche dopo la fuga da Berlino. I documenti disponibili confermano il giudizio di Strassmann. Le pubblicazioni scientifiche dimostrano come le ricerche che condussero alla scoperta della fissione nucleare furono profondamente interdisciplinari. Il lavoro prese le mosse da problemi di fisica nucleare. Il progresso della ricerca fu guidato, e a volte sviato, da dati e ipotesi di tipo chimico quanto fisico. E alcune lettere personali rivelano che il contributo della Meitner fu essenziale fino all’ultimo. Secondo le normali regole di attribuzione delle scoperte scientifiche, la giuria del Nobel avrebbe dovuto riconoscere il ruolo incisivo della scienziata. Tuttavia, in Germania le condizioni erano completamente al di fuori della normalità. La politica antisemitica del paese obbligò la Meitner a emigrare, la separò dal suo laboratorio e le impedì di essere coautrice con Hahn a Strassmann della pubblicazione del risultato. Poco dopo la scoperta, la oppressione politica e la paura condussero Hahn a prendere le distanze dalla collega e dalla sua stessa disciplina. La attribuzione del Nobel, in seguito ma neppure di tanto, dato che Hahn vinse il Nobel per la chimica nel 1944, fissò queste ingiustizie nella storia della scienza. Alcuni documenti, resi pubblici di recente, dimostrano che la giuria del Nobel non comprese come la scoperta fosse attinente sia alla fisica sia alla chimica. Altri fattori contribuirono a mettere in disparte la Meitner, tra cui la sua condizione di rifugiata in Svezia, la riluttanza tedesca nel dopoguerra a riconoscere i crimini nazisti e la convinzione generale – allora molto più forte che ai nostri giorni – che le donne scienziato avessero scarso rilievo e ricoprissero ruoli subordinati. All’epoca, la Meitner non rilasciò dichiarazioni pubbliche. Privatamente, descrisse il comportamento di Hahn come una pura e semplice cancellazione del passato. Deve aver pensato che la storia sarebbe stata dalla sua parte. Sessanta anni dopo, lo è. La strumentazione fisica di Lise Meitner è stata per 30 anni esposta al Deutsches Museum come “tavolo di lavoro di Otto Hahn”. Oggi L’Istituto di Fisica Nucleare di Berlino si chiama Otto Hahn und Lise Meitner Institut. (Ruth Lewin Sime, Lise Meitner e la scoperta della fissione nucleare, Le Scienze, 326, aprile 1998)