En diciembre
de 1938, se encontraba nevado el campo que rodea a un pueblo de Suecia llamado Kungälv.
Una pequeña población localizada a 14 kilómetros de Gotemburgo, la segunda
ciudad más importante de ese país.
Allí se
encontraron la muy prestigiada científica Lise Meitner y Robert Otto Frisch.
Ella acababa de cumplir sesenta años de edad el 7 de noviembre anterior y
Robert estaba estrenando sus 34 años.
La madre
de Robert Otto Frisch se llamaba Auguste Meitner y era hermana de Lise Meitner.
Él había nacido en Viena Austria en 1904, en el seno de una familia que se
desenvolvía en un ambiente intelectual. Su tía Lise, a quien nunca le dieron el
Premio Nobel por su participación en el descubrimiento de la fisión nuclear, lo
hizo interesarse en la física y se doctoró en 1926 en la Universidad de Viena
con una tesis de corte experimental sobre descargas eléctricas en gases. Como casi
todos los jóvenes talentosos que se dedicaban a la física en ese periodo que
ahora llamamos “entre guerras”, deambuló por varias instituciones europeas viviendo
de becas, estancias temporales y contratos de corta duración. Así fue como en
el año de 1938 estaba en el Instituto Bohr, un centro de investigación que en
1938 vivía una situación financiera delicada porque no recibía un presupuesto
fijo del Estado, que lo apoyaba sólo de manera parcial. El resto de los
recursos venían de la filantropía privada que obtenía gracias al prestigio
internacional del que gozaba esa institución. Uno de los respaldos más
importantes provenía de la Fundación
Carlsberg, una empresa cervecera danesa que pagaba el salario de Niels
Bohr y daba becas para investigadores visitantes. Entre las ayudas
proporcionadas al Instituto habían estado la Rockefeller Foundation de los
Estados Unidos y el International Education Board, que de 1923 a 1938 estuvo financiando
proyectos científicos. En sus memorias,
Robert Otto Frisch escribió que en ese tiempo no sabía dónde estaría al año
siguiente.
¿Por qué
estaba Meitner en Suecia? En octubre de 2011 publiqué en mi blog varios
detalles de la forma en que Lise Meitner escapó de Alemania en julio de 1938. El
relato es digno de un libreto para una película de suspenso y puede ser
consultado en la siguiente dirección:
Lise no
encontró trabajo a su llegada a Suecia y se le brindó respaldo para trabajar en
el Instituto Nobel de Física. Tenía un escritorio y un espacio de trabajo, pero
en condiciones económicas precarias y con muy poco apoyo.
Como ya mencioné antes, durante las vacaciones de navidad, Meitner se reunió en Kungälv con su sobrino Otto Robert Frisch.
Para hablar de manera tranquila, ambos
salieron a caminar por el bosque nevado. Ella llevaba varios días pensando en
unos resultados experimentales muy desconcertantes que le había enviado Otto
Hahn, quien junto con Fritz Strassmann había estado bombardeando muestras de
uranio con haces de neutrones. Esperaban encontrar elementos más pesados que el
uranio, pero en los experimentos para caracterizar los materiales resultantes aparecían
elementos como el bario, que se encuentra a la mitad de la tabla periódica.
Según Ruth Lewin Sime, biógrafa de Lise, se pusieron a conversar en el tema en medio del campo nevado. Ella manejaba de memoria la fórmula de Weizsäcker para el cálculo de la energía de un núcleo.
Si Z es el número de protones en un núcleo y N es
el número de neutrones, la suma A = Z +N nos da un número de partículas que
ahora llamamos nucleones.
La expresión
para la energía que estaba disponible en 1938, antes de que se construyera de
manera completa con otras contribuciones, era la que sigue:
donde 
es el costo energético
para mantener la tensión superficial de un núcleo supuestamente esférico y 
es la energía necesaria
para confinar protones en una esfera.
El primer término nos dice cuánta energía está disponible para mantener al núcleo unido.
El segundo término nos dice cuánto es la energía de repulsión de los protones, que tienden a separarse y a deshacer el núcleo.
Meitner sabía que el
valor numérico de sería 17.3 millones de
electron volts o 18.1 millones de electron volts. En tanto que el valor de sería 0.69 millones de
electron volts o 0.72 de esa unidad de medida de energía.
A la luz
de esa fórmula, ella comprendió que el número de protones Z incrementaba la
repulsión entre los protones en la esfera a razón de un poco más del 2% al
pasar de Z=90 (torio) a Z=91 (protactinio) y de nuevo otro 2% al saltar de Z=91
a Z=92 (uranio). De esa forma, pasar del elemento 90 (torio) al elemento 92
(uranio) implicaba el crecimiento de la energía coulombiana en más de 4%.
En cambio,
la tensión superficial que mantenía unido al núcleo, dada por el valor del
total de nucleones, A, elevado a la potencia 2/3, dando por consecuencia
que apenas crecía en 1.4% al pasar de 230 a 235 nucleones.
A los ojos
de Meitner y Frisch, esto demostraba que la repulsión estaba creciendo muy
rápidamente mientras la energía de la tensión superficial lo hacía con
demasiada lentitud.
Comprendieron
que al tratar de ir más allá del elemento 92 (uranio), la tensión superficial
ya no había sido suficiente para mantener unido al núcleo, que necesariamente
tendría que partirse.
Escribiendo
los números en la nieve, como relata Ruth Lewin, el cálculo les permitió saber
que al ocurrir un bombardeo con neutrones habría de surgir una energía sobrante
de aproximadamente 200 millones de electron volts por cada átomo partido,
mismos que serían desprendidos durante la partición atómica. Por analogía con una
forma de reproducción de las células, Otto Frisch, le llamó fisión.
A
principios de enero de 1939 Otto Frisch estaba de regreso en Copenhague y
diseñó un experimento muy simple. Su objetivo era detectar los fragmentos
pesados que deberían resultar si el uranio se fisionaba como se predecía con el
cálculo de Meitner. Nadie había detectado nunca esa clase de fragmentos de
manera directa y sólo se disponía de los resultados químicos indirectos de Hahn
y Strassmann.
Frisch
utilizó una cámara de ionización, una muestra delgada de uranio y una fuente de
neutrones. Si los fragmentos eran tan energéticos como la teoría de Meitner
predecía, deberían producir una ionización enorme, que sería posible solamente
si la energía de las partes desprendidas era de millones de electron volts.
Como esperaba,
Otto Frisch observó una ionización mucho mayor que las producidas por las
partículas alfa, un fenómeno bastante bien estudiado desde hacía décadas. El resultado
era que las energías cinéticas involucradas eran tan grandes que nunca se había
encontrado nada similar.
No había
margen para la duda. No era un proceso químico, ni una desintegración alfa, no
se trataba de una transmutación suave en la que un núcleo de un isótopo
inestable se modifica para dar paso a uno ligeramente más liviano.
Se trataba
de una ruptura violenta del núcleo y se había calculado sobre la nieve de
navidad mientras Lise Meitner y Robert Otto Fisch caminaban por el bosque.
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