Lise Meitner e a Genesis da Bomba Nuclear

Lise Meitner (1878-1968) nasceu em Viena, em uma família judaica pouco ortodoxa para a época. Embora fosse vetada a entrada de mulheres no ensino superior, Lise frequentou uma instituição privada com apoio dos pais onde estudou física e posteriormente se tornou a segunda mulher a obter um doutorado em física pela Universidade de Viena em 1905.

Após seu doutorado Meitner foi a Berlin onde eventualmente conseguiu uma posição no Kaiser-Wilhelm-Institut* e tinha prestígio tão grande que já no final da 1ª Guerra passou a dirigir sua própria seção de física. Em 1926 Lise Meitner se tornou a primeira mulher a se tornar professora titular em uma universidade na Alemanha, a saber a Universidade de Berlin na qual permaneceu até 1938 quando foi forçada a fugir por causa da política de segregação racial do partido nazista.

No começo da década de 30 Chadwick havia descoberto o nêutron dentro do núcleo, que agora passava a ser entendido como formado do mesmo e de prótons. Uma das primeiras pesquisas envolvidas com o recém-descoberto nêutron envolvia bombardear átomos com nêutrons que eventualmente era capturados pelo núcleo aumentando sua massa. Percebeu-se que esse excesso de nêutrons dentro do núcleo aumentava muito sua energia e que ocasionalmente para remediar isso um nêutron se transformava em um próton, um processo chamado decaimento beta.

Assim as pessoas passaram pela primeira vez a sintetizar elementos mais pesados. Naturalmente não demorou para que se tentasse fazer elementos mais pesados que os conhecidos. Na época o Urânio era o elemento mais pesado da tabela periódica. O grupo de Lise Meitner, e de seu colaborador Otto Hahn, então começou a bombardear amostras de urânio com nêutrons para obter elementos trans-urânicos. Nessa época ela já se encontrava exilada na Suécia e Hahn havia permanecido na Alemanha.

Por cartas Hahn informou Meitner em 1938 que ao fazer análise química das amostras de urânico bombardeado ao invés de encontrar sinais de elementos novos havia encontrado traços de Bário e outros elementos mais leves que o Urânio que não estavam originalmente na amostra. Hahn e seu colaborador Fritz Strassman logo perceberam que os núcleos de Urânio haviam se quebrado em elementos mais leves, a chamada fissão nuclear.

A fissão de um núcleo pesado por bombardeamento de nêutrons, resultando em núcleos leves e nêutrons livres

Coube a Lise Meitner explicar de que modo isso ocorria. Quanto maior o núcleo mais tensa é a competição entre a força elétrica de repulsão entre os prótons que tenta separar o núcleo e a força nuclear forte de coesão tentando matê-lo íntegro. O Urânio se encontra justamente no limiar dessa competição. Ao se colidir com um nêutron o equilíbrio entre as forças é perturbado e o núcleo se desfaz em elementos mais leves e alguns nêutrons livres. No entanto a energia de ligação do núcleo é muito maior para elementos leves. Assim os elementos leves contém menos energia separados do que quando formavam um núcleo pesado. A sobra de energia é convertida em calor e outras formas de radiação.

Em 1944 Hahn e Strassman receberam o Nobel de Química pela descoberta da fissão nuclear, em um dos momentos mais questionáveis da história do comitê que não deu o prêmio justo a pessoa que havia explicado como se dava a fissão.

Otto Hahn e Lise Meitner no laboratório em Berlin

Se a perda do prêmio deve ter incomodado Meitner, provavelmente muito pior foi encarar a consequência do seu trabalho. Logo após a descoberta da fissão Enrico Fermi mostrou que poderia-se utilizar os nêutrons resultantes da fissão para iniciar a fissão em outros núcleos de urânio em uma reação em cadeia. A energia liberada por cada fissão seria então multiplicada em um curto período de tempo, fornecendo enorme quantidade de energia. E assim foi pavimentado o caminho para a contrução dos reatores nucleares e também da bombas que atingiram o Japão.

Cabe notar que Lise Meitner se recusou a participar do projeto da bomba. Após a guerra ela permaneceu na Suécia e teve uma vida discreta. Talvez consequência de ao tentar entender como fazer elementos mais pesados que o Urânio tenha inadvertidamente dado o passo inicial para a construção da bomba atômica. Curiosamente quem forneceu a idéia para se encontrar elementos trans-urânicos estáveis foi outra mulher, que já discutimos, Maria Goeppert-Mayer. A teoria por trás dos números mágicos de núcleons que tornam o núcleo muito mais estável é a base para encontrar elementos super-pesados. Tenta-se sintetizar elementos que possuam números mágicos de prótons e nêutrons que embora muito mais pesados que o Urânio podem ser comparativamente estáveis.

*O Instituto Kaiser Wilhelm para o Avanço da Ciência era a maior insituição de pesquisa não-governamental da primeira metade do século XX. Após a 2ª Guerra foi renomeado Instituto Max Planck em homenagem a um dos maiores cientistas alemães da virada do século, que notoriamente foi supervisor de Lise Meitner quando de sua chegada a Berlin.

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