Elise "Lise" Meitner (MYTE-ner ; allemand : [ˈliːzə ˈmaɪtnɐ] ; 7 novembre 1878 – 27 octobre 1968) était une physicienne nucléaire autrichienne et suédoise dont les travaux ont joué un rôle déterminant dans la découverte de la fission nucléaire.
Elise "Lise" Meitner ( MYTE-ner; Allemand : [ˈliːzəˈmaɪtnɐ] ; 7 novembre 1878 - 27 octobre 1968) était une physicienne nucléaire autrichienne et suédoise qui a joué un rôle déterminant dans la découverte de la fission nucléaire.
À la fin de ses recherches doctorales en 1906, Meitner a obtenu la distinction d'être la deuxième femme à obtenir un doctorat en physique de l'Université de Vienne. Une partie importante de sa carrière scientifique a été consacrée à Berlin, où elle a été professeur de physique et chef de département à l'Institut Kaiser Wilhelm de chimie. Elle a notamment été la première femme à atteindre le rang de professeur ordinaire de physique en Allemagne. Ses nominations universitaires ont pris fin en 1935 en raison des lois anti-juives de Nuremberg promulguées par l'Allemagne nazie, et l'Anschluss de 1938 a ensuite conduit à la révocation de sa citoyenneté autrichienne. Entre les 13 et 14 juillet 1938, elle se réfugie aux Pays-Bas, aidée par Dirk Coster. Après avoir résidé à Stockholm pendant de nombreuses années et acquis la nationalité suédoise en 1949, elle a finalement déménagé en Grande-Bretagne dans les années 1950 pour rejoindre sa famille.
Au milieu de l'année 1938, Otto Hahn et Fritz Strassmann, chimistes à l'Institut Kaiser Wilhelm de chimie, ont démontré la formation d'isotopes de baryum par le bombardement neutronique de l'uranium. Hahn a ensuite informé Meitner de ces découvertes et, fin décembre, en collaboration avec son neveu, le physicien Otto Robert Frisch, elle a élucidé les principes physiques de ce processus en interprétant avec précision les données expérimentales de Hahn et Strassmann. Le 13 janvier 1939, Frisch réussit à reproduire le phénomène précédemment observé par Hahn et Strassmann. Leur rapport collaboratif, publié dans le numéro de février 1939 de Nature, désignait formellement ce processus comme « fission ». La découverte révolutionnaire de la fission nucléaire a ensuite facilité le développement de réacteurs nucléaires et de bombes atomiques pendant la Seconde Guerre mondiale.
Meitner n'a pas reçu le prix Nobel de chimie de 1944 pour la fission nucléaire, une récompense décernée uniquement à son collaborateur de longue date, Otto Hahn. Son omission du prix a été largement qualifiée d'« injuste » par de nombreux scientifiques et journalistes. Les archives du prix Nobel indiquent qu'elle a reçu 19 nominations pour le prix Nobel de chimie entre 1924 et 1948, et 30 nominations pour le prix Nobel de physique entre 1937 et 1967. Malgré l'absence de prix Nobel, Meitner a été invitée à la réunion des lauréats du prix Nobel à Lindau en 1962. Elle a reçu de nombreuses autres distinctions, notamment la désignation posthume de l'élément. 109 comme meitnerium en 1997. Albert Einstein a fait l'éloge de Meitner, la qualifiant de « Marie Curie allemande ».
Premières années
Elise Meitner est née en novembre 1878 dans une famille juive de la haute bourgeoisie, dans la résidence familiale située au 27 Kaiser Josefstraße, dans le quartier de Leopoldstadt à Vienne. Elle était la troisième des huit enfants du maître d'échecs Philipp Meitner et de son épouse Hedwige. Alors que le registre des naissances de la communauté juive de Vienne indique sa date de naissance le 17 novembre 1878, tous les autres documents officiels et son usage personnel indiquent le 7 novembre comme date de naissance.
Son père était parmi les avocats juifs pionniers autorisés à exercer en Autriche. Elle avait deux frères et sœurs aînés, Gisela et Auguste (Gusti), et quatre frères et sœurs plus jeunes : Moriz (Fritz), Carola (Lola), Frida et Walter ; qui ont tous finalement poursuivi des études supérieures. Son père adhérait aux principes de libre pensée et elle a été élevée conformément à ces croyances.
À l'âge adulte, elle s'est convertie au christianisme, embrassant le luthéranisme, et a été baptisée en 1908 ; simultanément, ses sœurs Gisela et Lola se sont converties au catholicisme. Parallèlement, elle adopte le diminutif « Lise ».
Éducation
La curiosité scientifique de Meitner est apparue à l'âge de huit ans, comme en témoigne sa pratique consistant à tenir un carnet de ses recherches sous son oreiller. Elle a développé une affinité pour les mathématiques et les sciences, menant des études sur les propriétés chromatiques des nappes de pétrole, des films minces et de la lumière réfléchie. Considérant que l'enseignement était à l'époque la seule voie professionnelle accessible aux femmes, elle s'inscrit dans un lycée de filles pour suivre une formation de professeur de français. Au-delà du français, son programme englobait la comptabilité, l'arithmétique, l'histoire, la géographie, les sciences et la gymnastique. Ses études secondaires se sont terminées en 1892.
Avant 1897, il était interdit aux femmes de s'inscrire dans les établissements publics d'enseignement supérieur de Vienne. Après la suppression de cette restriction, la condition préalable d'une éducation au gymnase a été levée, exigeant que les femmes réussissent uniquement la matura, un examen de fin d'études secondaires essentiel pour l'admission à l'université. En 1900, sa sœur Gisela a réussi la matura et s'est ensuite inscrite à la faculté de médecine. Meitner a commencé l'enseignement privé avec deux autres jeunes femmes en 1899, condensant plusieurs années d'enseignement secondaire en une période de deux ans. Arthur Szarvasy a dispensé un enseignement en physique.
En juillet 1901, ils ont entrepris un examen externe de matura à l'Akademisches Gymnasium. Parmi les quatorze candidates féminines, quatre ont été retenues, notamment Meitner et Henriette Boltzmann, fille de l'éminent physicien Ludwig Boltzmann.
Carrière universitaire et professionnelle
Université de Vienne
Meitner a commencé ses études à l'Université de Vienne en octobre 1901. Elle s'est profondément inspirée de Ludwig Boltzmann, racontant fréquemment ses conférences avec beaucoup d'enthousiasme. Sa thèse de doctorat a été co-dirigée par Franz Exner et son assistant Hans Benndorf. La thèse fut soumise le 20 novembre 1905 et fut approuvée le 28 novembre. Après un examen oral réussi mené par Exner et Boltzmann le 19 décembre, elle reçut son doctorat le 1er février 1906. Meitner obtint la distinction d'être la deuxième femme à obtenir un doctorat en physique de l'Université de Vienne, succédant à Olga Steindler, qui obtint son diplôme en 1903. Selma Freud, qui travailla dans le même laboratoire, est devenue la troisième femme récipiendaire en 1906. La thèse de Meitner, intitulée Wärmeleitung in inhomogenen Körpern ('Conduction thermique dans les corps inhomogènes'), a été publiée le 22 février. 1906.
Paul Ehrenfest a chargé Meitner d'analyser un article d'optique de Lord Rayleigh, qui décrivait une expérience donnant des résultats que Rayleigh lui-même ne pouvait pas élucider. Meitner a expliqué avec succès ces résultats, formulé des prédictions dérivées de son explication, puis les a validés expérimentalement, démontrant ainsi sa capacité à mener des recherches indépendantes et non supervisées. Ses conclusions ont été publiées dans un rapport intitulé « Quelques conclusions dérivées de la formule de réflexion de Fresnel ». Au cours de cette période de recherche en 1906, Stefan Meyer initie Meitner au domaine naissant de la radioactivité. Ses premières investigations se sont concentrées sur les particules alpha. Grâce à des expériences impliquant des collimateurs et des feuilles métalliques, elle a observé que la diffusion des faisceaux de particules alpha s'intensifiait proportionnellement à la masse des atomes métalliques. Ces découvertes ont été soumises au Physikalische Zeitschrift le 29 juin 1907. Cette expérience particulière a contribué à la prédiction ultérieure d'Ernest Rutherford sur l'atome nucléaire.
Université Friedrich Wilhelm
Avec les encouragements et le soutien financier de son père, Meitner s'est inscrite à l'Université Friedrich Wilhelm de Berlin, où l'éminent physicien Max Planck était membre du corps professoral. Planck lui a adressé une invitation à Cela constituait un changement notable par rapport à l'opposition publiquement déclarée de Planck à l'admission générale des femmes dans les universités, suggérant qu'il considérait Meitner comme un cas exceptionnel. Elle a développé une amitié avec les filles jumelles de Planck, Emma et Grete (nées en 1889), qui partageaient sa passion pour la musique.
Comme les conférences de Planck n'occupaient pas tout son emploi du temps, Meitner a contacté de manière proactive Heinrich Rubens, directeur de l'institut de physique expérimentale, pour s'enquérir des opportunités de recherche. Rubens s'est déclaré prêt à l'héberger dans son laboratoire. Il a en outre mentionné qu'Otto Hahn, de l'institut de chimie, cherchait un physicien pour collaborer. Peu de temps après, elle a été présentée à Hahn. Hahn avait déjà étudié les substances radioactives sous la direction de William Ramsay et Ernest Rutherford et était déjà reconnu pour avoir découvert ce qui était alors considéré comme plusieurs nouveaux éléments radioactifs. Hahn, qui était le contemporain de Meitner, l'impressionnait par son attitude informelle et accessible. À Montréal, Hahn avait développé une habitude de collaborer avec des physiciens, notamment Harriet Brooks, une scientifique.
Emil Fischer, directeur de l'institut de chimie, a réservé un ancien atelier de menuiserie (Holzwerkstatt) au sous-sol pour le laboratoire de Hahn. Hahn a équipé cet espace d'électroscopes pour quantifier les particules alpha et bêta, ainsi que les rayons gamma. Cependant, l'atelier de menuiserie s'est révélé inadapté à la recherche, ce qui a conduit Alfred Stock, chef du département de chimie inorganique, à accorder à Hahn l'accès à l'un de ses laboratoires privés. Semblable à Meitner, Hahn ne recevait aucun salaire, subsistant grâce à une allocation paternelle, légèrement plus substantielle que celle de Meitner. Il a terminé avec succès son habilitation au début de 1907, obtenant par la suite le statut de Privatdozent. De nombreux chimistes organiques de l'institut ont rejeté les recherches de Hahn – qui impliquaient l'identification de traces imperceptibles d'isotopes grâce à leur radioactivité – comme ne constituant pas une véritable chimie. Un chef de département a notamment commenté : "Il est étonnant de voir quelles qualifications suffisent désormais pour devenir Privatdozent ! » Lise Meitner a contribué à la découverte de l'élément radioactif protactinium.
Au départ, Meitner a dû faire face à des défis importants en raison des politiques universitaires dominantes. À cette époque, les femmes n’étaient pas autorisées à s’inscrire dans les universités du royaume allemand de Prusse, qui englobait Berlin. L'accès de Meitner était limité à l'atelier de menuiserie, qui comportait une entrée extérieure indépendante, l'empêchant d'accéder à d'autres zones de l'institut, y compris le laboratoire de Hahn à l'étage. Pour les toilettes, elle a été obligée d’utiliser celles situées dans un restaurant voisin. Cependant, l'année suivante marque un changement de politique, les femmes étant admises dans les universités prussiennes ; par conséquent, Fischer a levé les restrictions et a organisé l'installation de toilettes pour femmes à l'intérieur du bâtiment. Ce changement n’a pas été universellement bien accueilli par tous les chimistes. En revanche, l'Institut de Physique a fait preuve d'une plus grande acceptation, où Meitner a cultivé des amitiés avec plusieurs physiciens, dont Otto von Baeyer, James Franck, Gustav Hertz, Robert Pohl, Max Planck, Peter Pringsheim et Wilhelm Westphal.
Au cours de leurs premières années de collaboration, Meitner et Hahn ont co-écrit neuf articles scientifiques : trois en 1908 et six en 1909. Ensemble, ils ont identifié et perfectionné le recul radioactif, une technique de séparation physique dans laquelle un noyau fille est éjecté de force pendant le processus de désintégration. L'objectif principal de Hahn résidait dans l'identification de nouveaux éléments (maintenant reconnus comme isotopes), tandis que l'intérêt de Meitner était centré sur la compréhension de leur rayonnement associé. Meitner a reconnu que le recul radioactif, initialement observé par Harriet Brooks en 1904, présentait une nouvelle méthode de détection des substances radioactives. Leurs recherches ultérieures ont conduit à la découverte de deux isotopes supplémentaires : le bismuth-211 et le thallium-207. Meitner a développé un intérêt particulier pour les particules bêta, qui étaient alors considérées comme des électrons. Alors que les particules alpha présentaient des émissions d’énergie caractéristiques, elle prévoyait un profil d’énergie discret similaire pour les particules bêta. Hahn et Meitner ont étudié méticuleusement l'absorption des particules bêta par l'aluminium, donnant des résultats déroutants. En 1914, James Chadwick démontra que les électrons émis par le noyau formaient un spectre continu ; cependant, Meitner a trouvé cela difficile à concilier, car cela semblait contredire les principes de la physique quantique, qui postulaient que les électrons atomiques n'occupent que des états d'énergie discrets (quanta).
Institut Kaiser Wilhelm de chimie
En 1912, Hahn et Meitner ont déménagé à l'Institut Kaiser Wilhelm (KWI) de chimie récemment créé à Berlin. Hahn a accepté l'invitation de Fischer à devenir assistant junior, supervisant la section de radiochimie, qui représentait le premier laboratoire allemand de ce type. Cette nomination comprenait le titre de « professeur » et un salaire annuel de 5 000 marks (équivalent à 29 000 € en 2021). Contrairement aux institutions universitaires, le KWI, financé par des fonds privés, n'a pas appliqué de politiques excluant les femmes ; cependant, Meitner a d'abord travaillé sans rémunération en tant qu'« invité » au sein de la section de Hahn. Sa situation financière est peut-être devenue précaire après la mort de son père en 1910. Préoccupé par son éventuel retour à Vienne, Planck la nomma par la suite comme son assistante à l'Institut de physique théorique de l'Université Friedrich Wilhelm. À ce titre, elle était chargée de noter les devoirs des étudiants. Il s'agissait de son premier poste universitaire salarié. Bien qu'elle soit au niveau le plus bas de la hiérarchie académique, Meitner est devenue la première femme assistante scientifique en Prusse.
Le 23 octobre 1912, lors de l'inauguration officielle du KWI de chimie, Meitner fut officiellement présenté au Kaiser Guillaume II par les responsables de l'institut. L'année suivante, elle obtient le statut de Mitglied ('associée'), un rendez-vous partagé avec Hahn, même si son salaire reste relativement inférieur. Parallèlement, la section de radioactivité a été rebaptisée Laboratoire Hahn-Meitner, une occasion que Meitner a célébrée avec un dîner à l'hôtel Adlon. Par la suite, les rémunérations individuelles de Hahn et Meitner furent considérablement augmentées par les redevances sur le mésothorium (radium 228, également appelé « radium allemand »), produit pour des applications médicales. En 1914, Hahn a reçu de ces redevances 66 000 marks (équivalent à 369 000 € en 2021), dont il a alloué dix pour cent à Meitner. La même année, Meitner s'est vu proposer un poste universitaire à Prague, qui faisait alors partie de l'Autriche-Hongrie. Cependant, Planck a fait part à Fischer de sa forte préférence pour le maintien de Meitner, ce qui a incité Fischer à faire en sorte que son salaire soit doublé à 3 000 marks (l'équivalent de 17 000 € en 2021).
Le déménagement dans de nouvelles installations s'est avéré très avantageux, car l'ancien atelier de menuiserie avait été complètement contaminé par des liquides radioactifs déversés et des gaz radioactifs libérés, qui se sont ensuite désintégrés et se sont déposés sous forme de poussière radioactive, rendant impossible des mesures précises. Pour préserver l'intégrité de leurs nouveaux laboratoires non contaminés, Hahn et Meitner ont mis en œuvre des procédures opérationnelles rigoureuses. Les mesures chimiques et physiques ont été effectuées dans des pièces séparées, le personnel manipulant des substances radioactives a dû suivre des protocoles stricts, notamment en s'abstenant de serrer la main, et des rouleaux de papier toilette ont été placés stratégiquement près de chaque téléphone et poignée de porte. Les matières hautement radioactives étaient initialement stockées dans l'ancien atelier de menuiserie, puis transférées vers une installation de radium spécialement construite sur le terrain de l'institut.
Première Guerre mondiale et découverte de Protactinium
En juillet 1914, peu avant le déclenchement de la Première Guerre mondiale, Hahn fut appelé au service militaire actif avec un régiment de Landwehr. Parallèlement, Meitner suit une formation de technicien en radiologie et suit un cours d'anatomie à l'hôpital municipal de Lichterfelde. Au cours de cette période, elle a finalisé ses recherches d'avant-guerre sur le spectre des rayons bêta, qu'elle avait commencées avec Hahn et Baeyer, et a complété indépendamment son étude de la chaîne de désintégration de l'uranium. En juillet 1915, Meitner retourna à Vienne, où elle rejoignit l'armée autrichienne en tant qu'infirmière-technicienne en radiologie. Son unité fut déployée sur le front de l'Est en Pologne, puis elle servit sur le front italien avant d'être démobilisée en septembre 1916.
En octobre, Meitner a repris ses activités de recherche au KWI pour la chimie. En janvier 1917, elle fut nommée à la tête de sa propre section de physique, ce qui conduisit à la division du Laboratoire Hahn-Meitner en Laboratoires Hahn et Meitner distincts. Parallèlement, son salaire a été augmenté à 4 000 marks (l'équivalent de 10 000 € en 2021). Au retour de Hahn en permission à Berlin, ils revisitèrent un aspect non résolu de leurs enquêtes d'avant-guerre : la quête de l'isotope mère de l'actinium (élément 89). Selon la loi de déplacement radioactif formulée par Fajans et Soddy, cet isotope précurseur devait être un isotope de l'élément 91 alors inconnu, situé entre le thorium (élément 90) et l'uranium (élément 92) dans le tableau périodique. Bien que Kasimir Fajans et Oswald Helmuth Göhring aient identifié cet élément manquant en 1913, le nommant brevium en raison de sa courte demi-vie, l'isotope spécifique qu'ils ont découvert était un émetteur bêta. Par conséquent, il ne pourrait pas servir d'isotope mère de l'actinium, ce qui nécessiterait l'identification d'un autre isotope du même élément.
En 1914, Hahn et Meitner avaient mis au point une méthode innovante pour isoler le groupe tantale du pitchblende, espérant que cela accélérerait l'identification du nouvel isotope. Lorsque Meitner recommença ces recherches en 1917, elle fut obligée de mener toutes les procédures expérimentales de manière indépendante, car Hahn et la majorité du personnel du laboratoire avaient été enrôlés pour le service militaire. En février, elle a réussi à extraire 2 grammes de dioxyde de silicium (SiO
§67§) d'un échantillon de 21 grammes de pitchblende. Elle a réservé 1,5 gramme et a introduit un support de pentafluorure de tantale (TaF
§17
18§) dans les 0,5 grammes restants, le dissolvant ensuite dans du fluorure d'hydrogène. (HF). La solution a ensuite été soumise à ébullition dans de l'acide sulfurique concentré (H
§3031§SO
§3940§), conduisant à la précipitation d'une substance présumée être l'élément 91, qui a été confirmé comme émetteur alpha. Au retour de Hahn en congé en avril, ils ont conçu en collaboration une séquence d'expériences visant à exclure les sources alternatives de particules alpha. Les seuls éléments connus présentant des propriétés chimiques comparables étaient le plomb 210 (qui subit une désintégration alpha en polonium-210 via le bismuth-210) et le thorium-230.
La poursuite des recherches a nécessité des quantités supplémentaires de pitchblende. Meitner s'est rendue à Vienne, où elle a consulté Stefan Meyer. Malgré les interdictions de guerre sur l'exportation d'uranium depuis l'Autriche, Meyer lui a fourni un kilogramme de résidus d'uranium - de la pechblende dont l'uranium avait été extrait - ce qui s'est avéré plus avantageux pour ses objectifs expérimentaux. Des analyses ultérieures ont confirmé que l'activité alpha observée ne provenait pas de ces matériaux. La phase suivante consistait à identifier des preuves d'actinium, ce qui nécessitait encore une fois plus de pitchblende. Cependant, Meyer n'a pas été en mesure de fournir une aide supplémentaire en raison de nouvelles restrictions à l'exportation. Meitner a ensuite acheté 100 grammes de « double résidu » – une pechblende dépourvue d'uranium et de radium – auprès de Friedrich Oskar Giesel. Les premières expériences avec 43 grammes de ce matériau ont rencontré des difficultés en raison de sa composition distincte. Néanmoins, avec la collaboration de Giesel, elle a réussi à préparer un produit purifié hautement radioactif. En décembre 1917, Meitner avait isolé à la fois l'isotope parent et son produit fille actinium, soumettant leurs résultats collectifs pour publication en mars 1918.
Malgré la découverte initiale de l'élément par Fajans et Göhring, la convention scientifique établie dictait qu'un élément soit désigné par son isotope le plus stable et le plus répandu, rendant le nom « brevium » inapproprié. Fajans a consenti à la proposition de Meitner de nommer l'élément « protoactinium » (plus tard abrégé en protactinium) et de lui attribuer le symbole chimique Pa. En juin 1918, Soddy et John Cranston ont rapporté indépendamment l'extraction d'un échantillon isotopique ; cependant, contrairement à Meitner, ils n’ont pas pu caractériser ses propriétés. Ils reconnurent la préséance de Meitner et acceptèrent la nomenclature proposée. La relation entre le protactinium et l'uranium est restée énigmatique, car aucun des deux isotopes de l'uranium alors connus (uranium-234 et uranium-238) ne s'est désintégré en protactinium. Ce mystère a persisté jusqu'à la découverte de l'uranium 235 par Arthur Jeffrey Dempster en 1935.
Rayonnement bêta
En 1921, Lise Meitner accepta l'invitation de Manne Siegbahn à devenir professeur invité à l'Université de Lund, où elle donna une série de conférences sur la radioactivité. Elle a observé une portée limitée de la recherche sur la radioactivité en Suède, mais a exprimé un vif intérêt pour la spectroscopie des rayons X, le domaine d'expertise de Siegbahn. Au laboratoire de Siegbahn, elle a rencontré Dirk Coster, un doctorant néerlandais spécialisé en spectroscopie à rayons X, et son épouse, Miep, qui poursuivait un doctorat en langue et culture indonésiennes. À son retour à Berlin, Meitner a appliqué ses connaissances nouvellement acquises en spectroscopie des rayons X pour réexaminer les spectres des rayons bêta. À l’époque, l’émission bêta était comprise comme comprenant les électrons primaires éjectés directement du noyau et les électrons secondaires délogés des orbites atomiques par les particules alpha provenant du noyau. Meitner était sceptique quant à l'affirmation de Chadwick selon laquelle les raies spectrales résultaient exclusivement d'électrons secondaires, tandis que les électrons primaires constituaient un spectre continu. Utilisant des méthodologies mises au point par Jean Danysz, elle a analysé les spectres du plomb 210, du radium 226 et du thorium 238. En 1922, Meitner a identifié le mécanisme responsable de l'émission d'électrons depuis les surfaces atomiques à des énergies caractéristiques, un phénomène aujourd'hui appelé effet Auger-Meitner. Cet effet est co-désigné en l'honneur de Pierre Victor Auger, qui l'a découvert indépendamment en 1923.
En 1920, les femmes prussiennes obtinrent le droit à l'habilitation, et en 1922, Meitner obtint le sien, devenant un Privatdozentin. Elle a obtenu la distinction d'être la première femme à obtenir une habilitation en physique en Prusse et la deuxième en Allemagne, après Hedwig Kohn. Bien qu'elle soit l'auteur de plus de 40 publications, ce qui la dispensait généralement de l'exigence d'une thèse, Max von Laue a plaidé pour le maintien de la conférence inaugurale, exprimant son intérêt pour son discours. En conséquence, elle a prononcé une conférence inaugurale intitulée « Problèmes de physique cosmique ». Entre 1923 et 1933, elle dirigea un colloque ou un tutorat semestriel à l'Université Friedrich Wilhelm et supervisa des doctorants à l'Institut Kaiser Wilhelm de chimie. En 1926, elle fut nommée professeur außerordentlicher (un 'professeur extraordinaire'), faisant d'elle la première femme professeur de physique universitaire d'Allemagne. Sa section de physique s'est agrandie et elle a trouvé un assistant permanent. Des chercheurs allemands et internationaux se sont rendus au KWI for Chemistry pour entreprendre des études sous sa direction. En 1930, Meitner co-enseigne un séminaire avec Leó Szilárd sur les « Questions de physique atomique et de chimie atomique ».
Meitner a commandé la construction de la première chambre à nuages Wilson de Berlin au KWI pour la chimie, puis l'a utilisée avec son étudiant Kurt Freitag pour étudier les trajectoires des particules alpha qui n'ont pas subi de collisions nucléaires. Plus tard, en collaboration avec son assistant Kurt Philipp, elle a utilisé la chambre pour capturer les premières images des traces de positons générées par le rayonnement gamma. Elle a étayé l'hypothèse de Chadwick selon laquelle les raies spectrales discrètes provenaient exclusivement d'électrons secondaires, confirmant ainsi que les spectres continus étaient en effet entièrement attribuables aux électrons primaires. En 1927, Charles Drummond Ellis et William Alfred Wooster mesurèrent l'énergie du spectre continu résultant de la désintégration bêta du bismuth-210 à 0,34 MeV, tandis que l'énergie de chaque désintégration était de 0,35 MeV. Par conséquent, le spectre observé représentait presque, mais pas entièrement, l’énergie totale. Meitner a considéré cette divergence suffisamment problématique pour reproduire l'expérience avec Wilhelm Orthmann, en employant une méthodologie améliorée, qui a finalement corroboré les découvertes d'Ellis et Wooster.
La violation apparente de la loi de conservation de l'énergie lors de la désintégration bêta a été jugée inacceptable par Meitner. En 1930, Wolfgang Pauli adressa une lettre ouverte à Meitner et Hans Geiger, affirmant que le spectre continu résultait de l'émission d'une seconde particule hypothétique au cours de la désintégration bêta, caractérisée par une absence de charge électrique et une masse au repos négligeable ou nulle. Enrico Fermi a incorporé ce concept dans sa théorie de la désintégration bêta de 1934, nommant l'hypothétique particule neutre « neutrino ». Même si la perspective de détecter des neutrinos semblait lointaine à l'époque, Clyde Cowan et Frederick Reines y sont parvenus en 1956.
Allemagne nazie
Le 30 janvier 1933, Adolf Hitler accède à la chancellerie de l'Allemagne, suite à l'émergence du parti nazi (NSDAP) comme force politique dominante au sein du Reichstag. La loi pour la restauration de la fonction publique professionnelle, promulguée le 7 avril 1933, imposait le retrait des individus juifs des postes de la fonction publique, y compris ceux du monde universitaire. Bien qu’elle n’ait jamais tenté d’obscurcir son héritage juif, Meitner avait initialement droit à plusieurs exemptions à cette loi : son emploi était antérieur à 1914, elle avait servi dans l’armée pendant la Guerre mondiale, elle détenait la citoyenneté autrichienne plutôt qu’allemande et l’Institut Kaiser Wilhelm fonctionnait comme une entité de collaboration entre le gouvernement et l’industrie. Néanmoins, le 6 septembre, elle fut démis de ses fonctions de professeur adjoint, les raisons invoquées étant que son service pendant la Première Guerre mondiale n'était pas en première ligne et que son habilitation n'avait été achevée qu'en 1922. Ce licenciement n'eut cependant aucune incidence sur son salaire ni sur ses activités de recherche en cours à l'Institut Kaiser Wilhelm (KWI) de chimie. Carl Bosch, directeur de l'IG Farben et principal bienfaiteur du KWI for Chemistry, a assuré à Meitner la sécurité de son poste à l'institut. Alors que Hahn et Meitner conservaient leurs rôles de direction, leurs assistants respectifs, Otto Erbacher et Kurt Philipp, tous deux membres du NSDAP, gagnèrent progressivement une plus grande autorité sur les opérations quotidiennes de l'institut.
D'autres individus furent confrontés à des circonstances moins favorables ; son neveu, Otto Robert Frisch, a été démis de ses fonctions à l'Institut de chimie physique de l'Université de Hambourg, sort également partagé par Otto Stern, directeur de l'institut. Stern a ensuite obtenu un poste pour Frisch auprès de Patrick Blackett au Birkbeck College en Angleterre, et Frisch a ensuite occupé un poste de chercheur à l'Institut Niels Bohr à Copenhague de 1934 à 1939. Fritz Strassmann avait rejoint l'Institut Kaiser Wilhelm de chimie pour étudier sous Hahn, dans le but d'améliorer ses opportunités de carrière. Strassmann a rejeté une offre d'emploi financièrement attractive en raison de sa condition préalable d'endoctrinement politique et d'adhésion au parti nazi ; il a également démissionné de la Société des chimistes allemands lorsqu'elle a été absorbée par le Front du travail allemand nazi, refusant de rejoindre une organisation contrôlée par les nazis. En conséquence, il n'a pas pu travailler dans l'industrie chimique et n'a pas pu obtenir son habilitation. Meitner réussit à convaincre Hahn d'employer Strassmann comme assistant. Par la suite, Strassmann a été reconnu comme troisième collaborateur de leurs recherches publiées, étant parfois même répertorié comme auteur principal. De 1933 à 1935, les publications de Meitner figuraient exclusivement dans la revue Naturwissenschaften, principalement parce que son éditeur, Arnold Berliner, qui était juif, continuait d'accepter les soumissions de scientifiques juifs. Cette politique éditoriale conduisit à un boycott de la publication, aboutissant au licenciement de Berliner par l'éditeur Springer-Verlag, en août 1935.
Transmutation
Après la découverte du neutron par Chadwick en 1932, Irène Curie et Frédéric Joliot ont irradié une feuille d'aluminium avec des particules alpha, observant la formation d'un isotope radioactif du phosphore à courte durée de vie. Ils ont en outre noté que l’émission de positons persistait même après l’arrêt du processus d’irradiation. Leurs découvertes ont non seulement révélé un nouveau mode de désintégration radioactive, mais ont également démontré la transmutation d’un élément en un autre isotope radioactif jusqu’alors inobservé, induisant ainsi artificiellement la radioactivité. Par conséquent, le champ d’application de la radiochimie s’est étendu au-delà des éléments lourds spécifiques pour englober l’intégralité du tableau périodique. Chadwick a observé qu'en raison de leur neutralité électrique, les neutrons pouvaient pénétrer dans les noyaux atomiques avec plus de facilité que les protons ou les particules alpha. Enrico Fermi et son équipe de recherche à Rome ont ensuite adopté ce concept, en lançant des expériences impliquant l'irradiation neutronique de divers éléments.
La loi de déplacement radioactif, établie par Fajans et Soddy, postule que la désintégration bêta élève les isotopes d'un élément dans le tableau périodique, tandis que la désintégration alpha les abaisse de deux. Lorsque l'équipe de Fermi a soumis des atomes d'uranium à un bombardement de neutrons, elle a détecté un ensemble complexe de demi-vies. Cela a conduit Fermi à conclure que de nouveaux éléments dont le numéro atomique dépasse 92, appelés éléments transuraniens, avaient été générés. Même si Meitner et Hahn n'avaient pas collaboré depuis longtemps, Meitner tenait à examiner les découvertes de Fermi. Hahn a d'abord hésité mais a modifié son point de vue lorsqu'Aristid von Grosse a suggéré que l'observation de Fermi pourrait correspondre à un isotope du protactinium. Hahn a raconté plus tard : « La question centrale semblait être de savoir si Fermi avait découvert des isotopes des éléments transuraniens ou des isotopes de l'élément immédiatement inférieur, le protactinium. Par conséquent, Lise Meitner et moi avons choisi de reproduire les expériences de Fermi pour déterminer si l'isotope de 13 minutes était effectivement un isotope du protactinium. Cette décision était logique, compte tenu de notre identification antérieure du protactinium. »
Entre 1934 et en 1938, Hahn, Meitner et Strassmann découvrirent de nombreux produits de transmutation radioactifs, qu'ils classèrent tous comme transuraniens. À ce stade, la série des actinides n’avait pas encore été établie et l’uranium était considéré à tort comme un élément du groupe 6, analogue au tungstène. Cela a conduit à déduire que les éléments transuraniens initiaux ressembleraient aux éléments des groupes 7 à 10, tels que le rhénium et les platinoïdes. Ils ont confirmé la présence de plusieurs isotopes pour au moins quatre de ces éléments, bien qu’ils les aient identifiés par erreur comme des éléments portant des numéros atomiques de 93 à 96. Ces scientifiques ont été les premiers à mesurer la demi-vie de 23 minutes du radio-isotope synthétique uranium-239 et à confirmer chimiquement son identité isotopique en tant qu’uranium. Néanmoins, en raison de leurs sources de neutrons inadéquates, ils n'ont pas pu avancer ce travail jusqu'à sa conclusion logique et identifier définitivement le véritable élément 93. Ils ont catalogué dix demi-vies distinctes, avec plus ou moins de certitude. Pour expliquer ces découvertes, Meitner a été obligé d'émettre l'hypothèse d'une nouvelle catégorie de réaction nucléaire et de désintégration alpha de l'uranium, dont aucune n'avait été documentée auparavant ni ne possédait de preuves physiques à l'appui. Parallèlement, Hahn et Strassmann affinaient leurs protocoles chimiques, tandis que Meitner concevait de nouvelles expériences pour examiner les processus de réaction.
En mai 1937, Hahn et Meitner publièrent des rapports parallèles : Meitner était l'auteur principal d'un article dans Zeitschrift für Physik, tandis que Hahn était l'auteur principal d'une publication dans Chemische Berichte. Hahn a conclu son rapport par la déclaration catégorique suivante : Vor allem steht ihre chemische Verschiedenheit von allen bisher bekannten Elementen außerhalb jeder Diskussion ('Surtout, leur distinction chimique de tous les éléments précédemment connus n'a pas besoin d'être plus approfondie. discussion'). Meitner, à l’inverse, a exprimé une incertitude croissante. Elle a envisagé la possibilité que les réactions proviennent de différents isotopes de l'uranium, parmi lesquels l'uranium-238, l'uranium-235 et l'uranium-234 étaient connus. Cependant, son calcul de la section efficace des neutrons a donné une valeur trop élevée pour être attribuée à un isotope autre que le plus abondant, l'uranium 238. Elle a donc conclu que ce phénomène représentait un autre exemple d'isomérie nucléaire, un concept que Hahn avait déjà découvert dans le protactinium. Par conséquent, le rapport de Meitner se terminait sur une note différente de celle de Hahn, affirmant : « Le processus doit être la capture de neutrons par l'uranium-238, ce qui conduit à trois noyaux isomères de l'uranium-239. Ce résultat est très difficile à concilier avec les concepts actuels du noyau. »
Départ forcé d'Allemagne
À la suite de l'Anschluss, l'annexion de l'Autriche par l'Allemagne le 12 mars 1938, Meitner fut déchue de sa citoyenneté autrichienne. Niels Bohr lui a offert une opportunité de donner une conférence à Copenhague et Paul Scherrer l'a invitée à un congrès entièrement sponsorisé en Suisse. Bien que Carl Bosch ait affirmé sa capacité à rester au KWI pour la chimie, Meitner s'est rendu compte en mai que le ministère des Sciences, de l'Éducation et de la Culture du Reich examinait sa situation. Le 9 mai, elle décide d'accepter l'invitation de Bohr à Copenhague, où Frisch travaille. Cependant, alors qu'elle cherchait un visa de voyage au consulat danois, elle a été informée que son passeport autrichien n'était plus considéré comme valide par le Danemark. Cela l'a empêchée de partir pour le Danemark, la Suisse ou tout autre pays.
L'arrivée de Bohr à Berlin en juin a révélé sa profonde inquiétude face à la situation. À son retour à Copenhague, il a lancé des efforts pour assurer à Meitner un poste universitaire en Scandinavie. Parallèlement, il a demandé à Hans Kramers d'étudier les opportunités potentielles aux Pays-Bas. Kramers a ensuite contacté Coster, qui en a ensuite informé Adriaan Fokker. Coster et Fokker se sont efforcés en collaboration d'obtenir un poste pour Meitner à l'Université de Groningue. Leur enquête a révélé que la Fondation Rockefeller avait refusé de financer des scientifiques réfugiés et que la Fédération internationale des femmes diplômées des universités était submergée de demandes de soutien en provenance d'Autriche. Le 27 juin, Meitner a accepté un poste d'un an au laboratoire Manne Siegbahn nouvellement créé à Stockholm, alors en construction et destiné à la recherche en physique nucléaire. Cependant, le 4 juillet, elle a été informée que les universitaires n'étaient plus autorisés à voyager à l'étranger.
Peter Debye, facilité par Bohr à Copenhague, a communiqué avec Coster et Fokker, qui ont ensuite adressé une pétition au ministère néerlandais de l'Éducation pour autoriser l'entrée de Meitner aux Pays-Bas. Étant donné qu'il était interdit aux étrangers d'exercer un emploi rémunéré, une nomination non salariée en tant que privaat-docente est devenue une condition préalable. Wander Johannes de Haas et Anton Eduard van Arkel ont réussi à obtenir un tel poste à l'Université de Leiden. Coster a également consulté le chef des gardes-frontières et a reçu l'assurance de l'admission de Meitner. E. H. Ebels, un homme politique local de la région frontalière et une connaissance de Coster, s'est directement adressé aux gardes-frontières.
Coster est arrivé à Berlin le 11 juillet, résidant avec Debye. Le lendemain matin, Meitner est arrivé tôt au KWI pour la chimie, où Hahn a présenté le plan d'évacuation. Pour détourner les soupçons, elle a respecté sa routine habituelle, restant à l'institut jusqu'à 20h00 pour réviser le manuscrit d'un collègue en vue de sa publication. Hahn et Paul Rosbaud l'ont aidée à préparer deux modestes valises contenant uniquement des vêtements d'été. Hahn lui a fourni une bague en diamant, héritée de sa mère, pour un usage d'urgence ; elle ne portait que 10 marks dans son sac à main (l'équivalent de 40 € en 2021). Par la suite, elle a passé la nuit chez Hahn. Le lendemain matin, Meitner rencontra Coster à la gare, où ils simulèrent une rencontre fortuite. Ils ont emprunté une ligne ferroviaire moins fréquentée jusqu'à la gare de Bad Nieuweschans, à la frontière, et l'ont traversée sans incident ; Les gardes-frontières allemands ont peut-être présumé que Meitner était l'épouse d'un professeur. Un télégramme de Pauli informa par la suite Coster qu'il était devenu « aussi célèbre pour l'enlèvement de Lise Meitner que pour la découverte du hafnium ».
Le 26 juillet, Meitner reçut la confirmation que la Suède avait autorisé son entrée en utilisant son passeport autrichien ; deux jours plus tard, elle s'est envolée pour Copenhague, où Frisch l'a accueillie, et elle a résidé avec Niels et Margrethe Bohr dans leur maison de vacances de Tisvilde. Le 1er août, elle s'est rendue en train et en bateau à vapeur jusqu'à la gare de Göteborg en Suède, où Eva von Bahr l'a rencontrée. Ils se sont ensuite rendus en train et en bateau à vapeur jusqu'à la résidence de Von Bahr à Kungälv, où ils sont restés jusqu'en septembre. Hahn a informé tout le personnel du KWI pour la chimie que Meitner était partie pour Vienne. Le 23 août, elle a officiellement demandé sa retraite chez Bosch. Bosch a tenté d'envoyer ses effets personnels en Suède, mais le ministère de l'Éducation du Reich a exigé qu'ils soient conservés en Allemagne.
Meitner a exprimé ses appréhensions concernant sa famille résidant en Autriche. L'une de ses premières démarches en Suède consistait à demander un permis d'immigration suédois pour Gusti et son mari, Justinian (Jutz) Frisch. Hahn a désigné Josef Mattauch comme son successeur à la tête de la section de physique et s'est rendu à Vienne pour prolonger l'offre. Lors de sa visite, il dîna le 9 novembre avec les sœurs de Meitner, Gusti et Gisela, et leurs maris, Jutz Frisch et Karl Lion. Le lendemain, Gusti l'informa de l'arrestation de Frisch. Le même jour, Meitner arrivait à Copenhague ; obtenir un visa de voyage s'est avéré difficile en raison de son passeport autrichien invalidé. Hahn l'a rejoint à Copenhague le 13 novembre, engageant des discussions concernant la recherche sur l'uranium avec Meitner, Bohr et Otto Robert Frisch.
Fission nucléaire.
Hahn et Strassmann ont réussi à isoler trois isotopes du radium, confirmant leur identité grâce à la vérification de leur demi-vie. Ils ont utilisé un processus de cristallisation fractionnée en quatre étapes, ajoutant des cristaux de bromure de baryum pour séparer le radium de son support de baryum. Étant donné que le radium précipite préférentiellement dans une solution de bromure de baryum, chaque fraction suivante devait contenir une quantité réduite de radium. Étonnamment, aucune différence perceptible n’a été observée entre les fractions. Pour éviter toute erreur de procédure, ils ont validé leur méthode en utilisant des isotopes du radium établis, confirmant ainsi son efficacité. Le 19 décembre, Hahn communiqua avec Meitner, l'informant que les isotopes du radium présentaient des propriétés chimiques analogues à celles du baryum. Poussés par le désir de finaliser leur travail avant les vacances de Noël, Hahn et Strassmann ont immédiatement soumis leurs découvertes au Naturwissenschaften le 22 décembre, sans recevoir la réponse de Meitner. Les remarques finales de Hahn dans l'article déclaraient : "En tant que chimistes... nous devrions substituer les symboles Ba, La, Ce à Ra, Ac, Th. En tant que 'chimistes nucléaires' assez proches de la physique, nous ne pouvons pas encore nous résoudre à franchir cette étape qui contredit toute expérience antérieure en physique. "
En règle générale, Frisch célébrait Noël avec Meitner à Berlin ; cependant, en 1938, Meitner accepta une invitation d'Eva von Bahr à célébrer avec sa famille à Kungälv et demanda ensuite à Frisch de l'accompagner. Meitner reçut alors la correspondance de Hahn, qui détaillait ses preuves chimiques indiquant qu'une partie du produit résultant du bombardement neutronique de l'uranium était du baryum. Le baryum possédait une masse atomique 40 % inférieure à celle de l'uranium, une disparité significative qui ne pouvait s'expliquer par aucun mécanisme de désintégration radioactive précédemment compris. Malgré cela, elle a immédiatement répondu à Hahn en faisant remarquer : « Pour le moment, l'hypothèse d'une rupture aussi complète me semble très difficile, mais en physique nucléaire, nous avons connu tellement de surprises qu'on ne peut pas dire sans réserve : "C'est impossible"."
Meitner a rejeté sans équivoque toute idée selon laquelle l'identification du baryum par Hahn était erronée, ayant une confiance absolue dans ses compétences chimiques. Par la suite, Meitner et Frisch ont délibéré sur le mécanisme potentiel de ce phénomène. Les expériences antérieures de fission atomique manquaient constamment d’énergie suffisante pour déloger quoi que ce soit au-delà des protons individuels ou des particules alpha ; cependant, un noyau de baryum était considérablement plus important. Ils ont ensuite exploré le modèle de goutte de liquide du noyau, initialement proposé par George Gamow, postulant qu'un noyau pourrait s'allonger et ensuite se diviser en deux entités distinctes.
Frisch a ensuite documenté :
À ce stade, nous nous sommes tous deux installés sur un tronc d'arbre (toute notre discussion s'est déroulée lors d'une promenade dans les bois enneigés, avec moi à skis et Lise Meitner affirmant sa capacité à maintenir le même rythme sans eux), et a commencé les calculs sur des bouts de papier disponibles. Nous avons déterminé que la charge d'un noyau d'uranium était en effet suffisamment puissante pour contrecarrer presque entièrement les effets de la tension superficielle. Par conséquent, le noyau d'uranium pourrait vraisemblablement ressembler à une gouttelette oscillante très instable, prête à se diviser au moindre stimulus, comme l'impact d'un neutron solitaire.
Un défi ultérieur est apparu : après leur séparation, les deux gouttelettes résultantes seraient propulsées l'une de l'autre par leur répulsion électrostatique mutuelle, atteignant ainsi une vitesse considérable et, par conséquent, une production d'énergie substantielle, environ 200 MeV au total. L’origine de cette immense énergie nécessitait une explication. Providentiellement, Lise Meitner a rappelé la formule empirique de calcul des masses nucléaires et en a déduit que la masse combinée des deux noyaux formés à partir de la fission d'un noyau d'uranium serait inférieure d'environ un cinquième à la masse d'un proton à celle du noyau d'uranium d'origine. Conformément au principe d'équivalence masse-énergie d'Einstein, E = mc§45§, la disparition de la masse correspond à la création d'énergie. Ce déficit de masse calculé, équivalent à un cinquième de la masse d'un proton, correspondait précisément à 200 MeV, fournissant ainsi une explication cohérente de la libération d'énergie observée.
Meitner et Frisch ont interprété avec précision les découvertes expérimentales de Hahn, concluant que le noyau d'uranium avait subi une fission, se divisant en deux parties à peu près égales. Les deux premières réactions observées par le groupe de recherche berlinois impliquaient la formation d'éléments plus légers résultant de la désintégration des noyaux d'uranium. La troisième réaction, caractérisée par une demi-vie de 23 minutes, représentait une désintégration du véritable élément 93. À son retour à Copenhague, Frisch communiqua ces découvertes à Bohr, qui aurait exprimé son étonnement en s'exclamant : « Quels idiots nous avons été ! Bohr s'est engagé à retenir la divulgation publique jusqu'à ce qu'un manuscrit soit préparé pour soumission. Pour accélérer la diffusion, ils ont décidé de soumettre une communication concise d'une page à Nature. À ce stade, la seule preuve empirique disponible était la présence de baryum. Logiquement, la formation de baryum impliquait la production concomitante de krypton. Cependant, Hahn avait supposé à tort que les masses atomiques, plutôt que les numéros atomiques, devraient totaliser 239, ce qui l'a conduit à identifier l'autre produit comme étant du masurium (technétium) et par conséquent à négliger de vérifier la présence de krypton.
92U + n →
56Ba +
36Kr + quelques n
Grâce à une série de discussions téléphoniques approfondies, Meitner et Frisch ont mis au point une procédure expérimentale simple pour étayer leur hypothèse : mesurer le recul des fragments de fission. Cela devait être réalisé à l'aide d'un compteur Geiger calibré avec un seuil dépassant celui des particules alpha. Frisch a réalisé cette expérience le 13 janvier, observant les impulsions générées par la réaction exactement comme prévu. Conscient de la nécessité d'une nomenclature pour ce nouveau phénomène nucléaire, il consulta William A. Arnold, un biologiste américain collaborant avec George de Hevesy. Frisch s'est enquis du terme biologique désignant le processus par lequel les cellules vivantes se divisent en deux entités. Arnold l'a informé que les biologistes appelaient ce processus « fission ». Par la suite, Frisch a adopté ce terme pour désigner le processus nucléaire dans sa publication scientifique. Les deux manuscrits ont été envoyés à Nature le 16 janvier ; la note collaborative a été publiée le 11 février, suivie de l'article de Frisch détaillant le phénomène de recul le 18 février.
L'impact cumulé de ces trois rapports fondateurs - les publications initiales de Hahn-Strassmann datées du 6 janvier et du 10 février 1939, aux côtés de la publication Frisch-Meitner du 11 février 1939 - a profondément stimulé la communauté scientifique. Par la suite, en 1940, Frisch et Rudolf Peierls ont co-écrit le mémorandum Frisch-Peierls, un document qui démontrait de manière concluante la faisabilité théorique de générer une explosion atomique.
Reconnaissance du prix Nobel
Malgré les nombreuses distinctions accordées à Lise Meitner au cours de sa vie, elle n'a pas reçu le prix Nobel pour la découverte de la fission nucléaire, un honneur conféré uniquement à Otto Hahn. Meitner a reçu 49 nominations pour les prix Nobel de physique et de chimie mais n'a jamais été lauréat. Le 15 novembre 1945, l'Académie royale des sciences de Suède a déclaré Hahn récipiendaire du prix Nobel de chimie 1944, citant « sa découverte de la fission des noyaux atomiques lourds ». Meitner avait conseillé à Hahn et Strassmann de procéder à des tests plus rigoureux de leurs échantillons de radium et avait informé Hahn du potentiel de désintégration du noyau d'uranium. Ses contributions cruciales étaient indispensables ; sans eux, Hahn n'aurait pas identifié la fission du noyau d'uranium.
En 1945, le Comité Nobel de chimie en Suède, chargé de sélectionner le lauréat du prix Nobel de chimie, a décidé de décerner le prix exclusivement à Hahn, qui a appris sa reconnaissance par un journal alors qu'il était interné à Farm Hall en Angleterre. Au cours des années 1990, les archives auparavant confidentielles des délibérations du Comité Nobel ont été déclassifiées. Cette divulgation a permis à Ruth Lewin Sime, dans sa biographie complète de Meitner de 1996, de réévaluer les circonstances entourant l'omission de Meitner. Dans un article de 1997 publié dans la revue Physics Today de l'American Physical Society, Sime, aux côtés de ses collaborateurs Elisabeth Crawford et Mark Walker, a formulé ce qui suit :
Il semble que Lise Meitner n'ait pas partagé le prix de 1944 parce que la structure des comités Nobel était mal adaptée pour évaluer le travail interdisciplinaire ; parce que les membres du comité de chimie n'ont pas pu ou voulu juger équitablement sa contribution ; et parce que pendant la guerre, les scientifiques suédois comptaient sur leur propre expertise limitée. L'exclusion de Meitner du prix de chimie pourrait bien se résumer à un mélange de préjugés disciplinaires, de stupidité politique, d'ignorance et de précipitation.
Max Perutz, lauréat du prix Nobel de chimie en 1962, est par la suite arrivé à une conclusion comparable.
Les documents, qui sont restés scellés dans les archives du Comité Nobel pendant cinq décennies, révèlent désormais que les longues délibérations du jury Nobel ont été compromises par une reconnaissance insuffisante à la fois de la recherche collaborative précédant la découverte et des contributions écrites et orales ultérieures de Meitner après son départ de Berlin.
Le comité de physique composé de cinq membres comprenait Manne Siegbahn, son ancien élève Erik Hulthén (professeur de physique expérimentale à l'Université d'Uppsala) et Axel Lindh, qui succéda plus tard à Hulthén. Tous trois étaient affiliés à l’école de spectroscopie des rayons X de Siegbahn. Les relations tendues entre Siegbahn et Meitner, ainsi qu'une prédisposition vers la physique expérimentale plutôt que théorique, ont considérablement influencé les décisions du comité. L'évaluation que fait Hulthén des travaux de Meitner et Frisch s'appuie sur des publications d'avant-guerre, ce qui l'amène à conclure que leurs contributions n'étaient pas suffisamment révolutionnaires. Il a en outre soutenu que le prix de physique était traditionnellement décerné pour des travaux expérimentaux, une affirmation qui n'était pas toujours vraie depuis de nombreuses années. Meitner elle-même, dans une lettre contemporaine, a reconnu : « Hahn méritait sûrement pleinement le prix Nobel de chimie. Il n'y a vraiment aucun doute là-dessus. Mais je crois que Frisch et moi avons contribué quelque chose de non négligeable à la clarification du processus de fission de l'uranium : comment il se produit et qu'il produit autant d'énergie et c'était quelque chose de très éloigné de Hahn. Le prix Nobel de Hahn était largement attendu, car lui et Meitner avaient reçu de multiples nominations pour des prix de chimie et de physique avant même la découverte de la fission nucléaire. Selon les archives du prix Nobel, Meitner a reçu 19 nominations pour le prix Nobel de chimie entre 1924 et 1948, et 30 nominations pour le prix Nobel de physique entre 1937 et 1967. Parmi ses éminents proposants figuraient Arthur Compton, Dirk Coster, Kasimir Fajans, James Franck, Otto Hahn, Oskar Klein, Niels Bohr, Max Planck et Max Born. Bien qu'il n'ait pas reçu le prix Nobel, Meitner a été invité à participer à la réunion des lauréats du prix Nobel à Lindau en 1962.
Vie plus tard
Meitner a observé la réticence de Siegbahn à l'accommoder. Lors de l'offre initiale de déménager en Suède, Siegbahn avait invoqué le manque de fonds et proposé uniquement un espace de travail. Par la suite, Eva von Bahr a contacté Carl Wilhelm Oseen, qui a obtenu le soutien financier de la Fondation Nobel. Même si cet arrangement fournissait à Meitner des installations de laboratoire, il lui fallait entreprendre des tâches qu'elle avait auparavant déléguées à des techniciens de laboratoire pendant deux décennies. Ruth Lewin Sime a commenté :
La Suède a fait preuve d'une sympathie générale limitée pour les réfugiés fuyant l'Allemagne nazie, une situation imputable à sa taille modeste, à sa économie fragile, à l'absence d'une tradition d'immigration établie et à une culture universitaire pro-allemande profondément enracinée. Cette orientation culturelle est restée pratiquement inchangée jusqu'au milieu de la guerre, lorsque la défaite finale de l'Allemagne est devenue apparente. Pendant la guerre, les membres du groupe de recherche de Siegbahn percevaient Meitner comme un personnage aliéné, reclus et découragé. Ils n'ont pas réussi à comprendre le profond déplacement et l'anxiété inhérents à tous les réfugiés, le traumatisme associé à la perte d'amis et de parents dans l'Holocauste, ou l'isolement unique vécu par une femme qui avait singulièrement consacré sa vie à l'effort scientifique.
Le 14 janvier 1939, Meitner reçut la nouvelle que son beau-frère Jutz avait été libéré de Dachau et que lui et sa sœur Gusti étaient autorisés à émigrer en Suède. L'ancien employeur de Jutz, Gottfried Bermann, qui avait déjà fui en Suède, a proposé à Jutz de reprendre son ancien poste au sein de la maison d'édition à son arrivée. Niels Bohr est intervenu au nom de Jutz auprès du responsable suédois Justitieråd Alexandersson, qui a confirmé que Jutz obtiendrait un permis de travail à son entrée en Suède. Jutz y resta employé jusqu'à sa retraite en 1948, puis déménagea à Cambridge pour rejoindre Otto Robert Frisch. Parallèlement, sa sœur Gisela et son beau-frère Karl Lion ont déménagé en Angleterre, ce qui a incité Meitner à envisager également une telle démarche. Elle visita Cambridge en juillet 1939 et accepta un poste contractuel de trois ans au Laboratoire Cavendish, affilié au Girton College de Cambridge, une offre proposée par William Lawrence Bragg et John Cockcroft. Cependant, le déclenchement de la Seconde Guerre mondiale en septembre 1939 a empêché son déménagement.
En Suède, Meitner a poursuivi avec diligence ses efforts de recherche. Son travail consistait à mesurer les sections efficaces neutroniques du thorium, du plomb et de l'uranium, en utilisant le dysprosium comme détecteur de neutrons, une technique d'analyse initialement développée par George de Hevesy et Hilde Levi. Meitner a facilité avec succès la réinstallation d'Hedwig Kohn, qui risquait d'être expulsée vers la Pologne, vers la Suède, puis son émigration vers les États-Unis via l'Union soviétique. Bien que ses efforts pour extraire Stefen Meyer d’Allemagne aient échoué, il a finalement survécu au conflit. Meitner a rejeté une invitation à collaborer avec Frisch sur la composante britannique du projet Manhattan au laboratoire de Los Alamos, déclarant sans équivoque : « Je n'aurai rien à voir avec une bombe ! Par la suite, elle a exprimé sa surprise face aux bombardements atomiques d'Hiroshima et de Nagasaki, déplorant : « Je suis désolée qu'il ait fallu inventer la bombe ». Après la guerre, Meitner reconnut publiquement sa culpabilité morale pour être restée en Allemagne entre 1933 et 1938. Elle exprima ce sentiment en écrivant : « Ce n'était pas seulement stupide mais très mal que je ne parte pas immédiatement. » Ses regrets s'étendent à sa propre passivité à cette époque et elle exprime également de profondes critiques à l'égard de Hahn, Max von Laue, Werner Heisenberg et d'autres scientifiques allemands. Dans une lettre datée de juin 1945, adressée à Hahn mais qu'il n'a jamais reçue, elle transmet ce qui suit :
Vous avez tous servi l'Allemagne nazie et n'avez fait aucune tentative de résistance passive. Même si, pour apaiser votre conscience, vous avez parfois aidé un individu opprimé, des millions de personnes innocentes ont été systématiquement assassinées sans aucun tollé public. Dans la Suède neutre, les discussions concernant le traitement réservé aux universitaires allemands après la guerre ont commencé bien avant la conclusion du conflit. Il faut donc considérer les perspectives des Anglais et des Américains. Beaucoup, moi y compris, pensent que votre seul recours est de publier une déclaration publique reconnaissant votre responsabilité partagée dans ces événements, découlant de votre passivité, et exprimant votre engagement à entreprendre des actions réparatrices. Cependant, un nombre important d’entre eux considèrent qu’une telle action est tardive. Ces individus prétendent que vous avez d’abord trahi vos amis, puis vos soldats et vos enfants en leur permettant de risquer leur vie dans une guerre criminelle, et que vous avez finalement trahi l’Allemagne elle-même en omettant de dénoncer la destruction insensée de la nation alors que la guerre était déjà sans équivoque perdue. Même si cela peut paraître impitoyable, je maintiens que la motivation derrière cette communication est une véritable amitié. Ces derniers jours ont mis en lumière des révélations incroyablement horribles sur les camps de concentration, qui dépassent toutes les appréhensions antérieures. En entendant un reportage très détaillé diffusé à la radio anglaise par les Anglais et les Américains concernant Belsen et Buchenwald, j'ai pleuré de manière incontrôlable et je suis resté sans sommeil toute la nuit. Pensez également aux personnes qui ont été transportées ici depuis ces camps. Des individus comme Heisenberg, et des millions d’autres, devraient être contraints de se confronter à la réalité de ces camps et aux souffrances de leurs victimes. Son apparition au Danemark en 1941 reste un souvenir indélébile.
Après l'attentat d'Hiroshima, Meitner a acquis une reconnaissance publique considérable. Elle a participé à une interview radiophonique avec Eleanor Roosevelt, et une émission ultérieure d'une station de radio new-yorkaise lui a permis d'entendre la voix de sa sœur Frida pour la première fois depuis plusieurs années. Au cours de cette conversation, Meitner a déclaré : « Je suis d'origine juive ; je ne suis pas juif de croyance, je ne connais rien de l'histoire du judaïsme et je ne me sens pas plus proche des Juifs que des autres. » Le 25 janvier 1946, Meitner arrive à New York, où elle est accueillie par ses sœurs Lola et Frida, ainsi que par Frisch, qui a voyagé pendant deux jours en train depuis Los Alamos. Le mari de Lola, Rudolf Allers, a facilité l'obtention d'un poste de professeur invité pour Meitner à l'Université catholique d'Amérique. Meitner a donné des conférences à l'Université de Princeton, à l'Université Harvard et à l'Université Columbia, engageant des discussions sur la physique avec Albert Einstein, Hermann Weyl, Tsung-Dao Lee, Yang Chen-Ning et Isidor Isaac Rabi. Ses voyages comprenaient un C., avec James Chadwick, alors chef de la mission britannique auprès du projet Manhattan. Elle a également rencontré le major général Leslie Groves, directeur du projet. Meitner a enseigné au Smith College et s'est rendue à Chicago, où elle a rencontré Enrico Fermi, Edward Teller, Victor Weisskopf et Leo Szilard. Le 8 juillet, Meitner embarqua sur le RMS Queen Mary pour l'Angleterre, où elle rencontra Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli et Max Born. Parallèlement, des commémorations tardives du 300e anniversaire d'Isaac Newton ont eu lieu, Max Planck étant le seul Allemand invité à y assister.
L'opposition persistante de Siegbahn à ce que Meitner reçoive le prix Nobel a servi de catalyseur à ses collègues suédois, qui ont ensuite cherché à lui assurer un rôle professionnel plus avantageux. En 1947, Meitner a déménagé à l'Institut royal de technologie (KTH) de Stockholm, où Gudmund Borelius avait établi un nouveau centre de recherche atomique. Auparavant, la recherche en physique nucléaire en Suède avait été notablement insuffisante, une lacune souvent attribuée au manque de soutien de Siegbahn aux contributions de Meitner ; cependant, cette expertise était désormais considérée comme essentielle pour l'avenir national de la Suède. Chez KTH, Meitner s'est vu attribuer trois chambres, deux assistants et un accès au personnel technique, Sigvard Eklund occupant le bureau adjacent. L'intention initiale était que Meitner obtienne le salaire et le titre de « professeur de recherche », un poste dépourvu de responsabilités d'enseignement.
Le poste de professeur prévu ne s'est pas concrétisé, car Tage Erlander, alors ministre de l'Éducation, a assumé de manière inattendue le rôle de Premier ministre de Suède en 1946. Néanmoins, Borelius et Klein ont veillé à ce que Meitner reçoive un salaire de professeur, même sans le titre officiel. En 1949, elle obtient la nationalité suédoise ; une loi spéciale adoptée par le Riksdag lui a permis de conserver simultanément sa citoyenneté autrichienne. Les plans du R1, le premier réacteur nucléaire suédois, ont été approuvés en 1947, Eklund étant nommé directeur du projet. Meitner a joué un rôle déterminant dans sa conception et sa construction. Ses dernières publications scientifiques, parues en 1950 et 1951, portaient sur l'application des « nombres magiques » à la fission nucléaire. Elle a pris sa retraite en 1960 et a ensuite déménagé au Royaume-Uni, où résidaient nombre de ses proches.
Au cours des années 1950 et 1960, Meitner se rendait fréquemment en Allemagne, séjournant souvent avec Hahn et sa famille pendant plusieurs jours. Hahn a raconté dans ses mémoires que leur amitié a duré tout au long de leur vie. Malgré les défis importants au sein de leur relation, sans doute vécus avec plus d'acuité par Meitner, elle a toujours exprimé une profonde affection pour Hahn. Lors d'anniversaires marquants, notamment leurs 70e, 75e, 80e et 85e, ils ont rendu des hommages honorant les contributions de chacun. Hahn a constamment souligné les prouesses intellectuelles de Meitner et ses recherches, comme ses travaux sur le modèle de coque nucléaire, tout en éludant notamment les circonstances de sa réinstallation en Suède. À l'inverse, Meitner a souligné les qualités personnelles de Hahn, notamment son charisme et son talent musical.
En 1964, un voyage exigeant aux États-Unis a précipité une crise cardiaque chez Meitner, nécessitant plusieurs mois de récupération. Ses facultés physiques et mentales furent par la suite compromises par l’athérosclérose. Suite à une fracture de la hanche suite à une chute et à plusieurs accidents vasculaires cérébraux mineurs en 1967, Meitner s'est partiellement rétablie, mais sa santé s'est finalement détériorée au point qu'elle a dû résider dans une maison de retraite de Cambridge. Meitner est décédée paisiblement dans son sommeil le 27 octobre 1968, à l'âge de 89 ans. En raison de sa santé fragile, sa famille a caché des informations sur la mort d'Otto Hahn le 28 juillet 1968 et de son épouse Edith le 14 août. Conformément à ses souhaits, elle a été enterrée dans le village de Bramley, Hampshire, à l'église paroissiale de St James, aux côtés de son jeune frère Walter, décédé en 1964. Son neveu, Frisch, est l'auteur de l'épitaphe sur sa pierre tombale, qui déclare :
Lise Meitner : une physicienne qui n'a jamais perdu son humanité.
Récompenses et distinctions
Albert Einstein a salué Meitner comme la « Marie Curie allemande ». Au cours de son Truman de 1946 au Women's National Press Club. Ses nombreuses distinctions incluent la médaille Leibniz de l'Académie prussienne des sciences (1924), le prix Lieben de l'Académie autrichienne des sciences (1925), le prix Ellen Richards (1928), le prix scientifique de la ville de Vienne (1947), la médaille Max Planck de la Société allemande de physique (conjointement avec Hahn, 1949), le premier prix Otto Hahn de la Société allemande de chimie (1954), la médaille Wilhelm Exner. (1960) et la Décoration autrichienne pour la science et l'art (1967).
En 1957, le président allemand Theodor Heuss a décerné à Meitner la classe de paix de Pour le Mérite, la distinction nationale la plus prestigieuse pour les scientifiques, une récompense également décernée à Hahn la même année. Meitner a été intronisée comme membre étranger de l'Académie royale des sciences de Suède en 1945, devenant membre à part entière en 1951, ce qui lui a permis de participer au processus de sélection du prix Nobel. Par la suite, en 1955, elle fut élue membre étranger de la Royal Society. De plus, elle est devenue membre honoraire étranger de l'Académie américaine des arts et des sciences en 1960. Ses distinctions académiques incluent des doctorats honorifiques de l'Adelphi College, de l'Université de Rochester, de l'Université Rutgers et du Smith College aux États-Unis, ainsi que de l'Université libre de Berlin en Allemagne et de l'Université de Stockholm en Suède.
En septembre 1966, la Commission de l'énergie atomique des États-Unis a décerné conjointement le prix Enrico Fermi à Hahn, Strassmann et Meitner, reconnaissant leur découverte cruciale de la fission nucléaire. La cérémonie de remise des prix a eu lieu au palais de la Hofburg à Vienne. C'était la première fois que le prix était décerné à des récipiendaires non américains et la première fois qu'il était remis à une femme. Le diplôme de Meitner la reconnaissait "pour ses recherches pionnières sur les radioactivités naturelles et ses études expérimentales approfondies menant à la découverte de la fission". Le diplôme de Hahn comportait une formulation subtilement distincte : « Pour des recherches pionnières sur les radioactivités naturelles et des études expérimentales approfondies aboutissant à la découverte de la fission. » Alors que Hahn et Strassmann assistaient à la cérémonie, la mauvaise santé de Meitner a empêché sa présence, ce qui a conduit Frisch à accepter le prix en son nom. Glenn Seaborg, célèbre pour sa découverte du plutonium, a personnellement remis le prix à Meitner à la résidence de Max Perutz à Cambridge le 23 octobre 1966.
Après sa disparition en 1968, Meitner a été récompensée à titre posthume par de nombreux honneurs. En 1997, l'élément 109 a été officiellement désigné meitnerium. Cette distinction a fait d'elle la première et à ce jour la seule femme non mythologique à être exclusivement honorée de cette manière (car curium porte le nom de Marie et de Pierre Curie). D'autres hommages de dénomination incluent le Hahn – Meitner-Institut à Berlin, les cratères de la Lune et de Vénus, ainsi que l'astéroïde de la ceinture principale 6999 Meitner. La Société européenne de physique a institué le prix biennal Lise Meitner en 2000, récompensant des recherches exceptionnelles en science nucléaire. En 2006, l'Université de Göteborg et l'Université de technologie Chalmers en Suède ont créé conjointement le « Prix Lise Meitner de Göteborg », décerné chaque année à un scientifique ayant réalisé une percée significative en physique. En octobre 2010, le bâtiment de l'Université libre de Berlin qui abritait autrefois le KWI de chimie, connu depuis 1956 sous le nom de bâtiment Otto Hahn, a été rebaptisé bâtiment Hahn-Meitner. Par la suite, en juillet 2014, une statue de Meitner a été inaugurée dans le jardin de l'Université Humboldt de Berlin, aux côtés d'effigies similaires d'Hermann von Helmholtz et de Max Planck.
L'héritage de Lise Meitner est commémoré à travers diverses dédicaces, notamment des écoles et des rues nommées en son honneur dans de nombreuses villes d'Autriche et d'Allemagne. Une rue résidentielle de Bramley, son dernier lieu de repos, est également désignée Meitner Close. Depuis 2008, la Société autrichienne de physique et la Société allemande de physique présentent conjointement les conférences Lise Meitner, une série annuelle de discours publics prononcés par d'éminentes physiciennes. Parallèlement, le centre universitaire AlbaNova de Stockholm accueille chaque année depuis 2015 une conférence distinguée Lise Meitner. En 2016, l'Institut de physique du Royaume-Uni a institué la médaille Meitner, reconnaissant l'excellence dans l'engagement du public dans la physique. De plus, en 2017, l’Advanced Research Projects Agency-Energy des États-Unis a désigné en son nom une importante initiative de recherche sur l’énergie nucléaire. Un satellite, ÑuSat 16, également connu sous le nom de « Lise » (COSPAR 2020-079H), a été lancé le 6 novembre 2020, portant son nom. L'Agence internationale de l'énergie atomique lui a également rendu hommage en donnant son nom à sa bibliothèque et en créant un programme conçu pour offrir aux femmes professionnelles en début et en milieu de carrière la possibilité de participer à un programme professionnel invité de plusieurs semaines, améliorant ainsi leurs compétences techniques et interpersonnelles.
Remarques
Catalogue des papiers de Lise Meitner au Churchill Archives Centre.
- Catalogue (archivé le 5 novembre 2021 sur la Wayback Machine) des papiers de Lise Meitner au Churchill Archives Centre ; Archivé le 22 décembre 2019 sur la Wayback Machine
- « Lise Meitner », tirée de « Contributions of 20th-Century Women to Physics » (CWP), Université de Californie, Los Angeles.
- Wired.com : "11 février 1939 : Lise Meitner, 'Notre Madame Curie'."
- « Lise Meitner », par B. Weintraub, *Chimie en Israël*, no. 21 mai 2006, p. 35.
- Meitner, Lise, dans *biografiA Encyclopedia of Austrian Women*.
- Elise Meitner : co-découverte de la fission nucléaire.
- Liste des nominations de Meitner pour le prix Nobel.