ليز مايتنر .. مساهمات رائدة في اكتشاف الانشطار النووي

كان انشطار الذرة اكتشافًا من شأنه أن يغير العالم إلى الأبد. وفي إطار استمرار سلسلته  “رواد في العلوم” ، يسلط  موقع advancedsciencenews الضوء هذا الأسبوع على ليز مايتنر لدورها في اكتشاف الانشطار النووي.

كانت ليز مايتنر عالمة فيزياء رائدة درست النشاط الإشعاعي والفيزياء النووية، وعلى الرغم من كونها عضوًا مساويًا في الفريق الذي كشف عن العملية وراء الانشطار النووي، فقد تم تجاهل مساهماتها عندما مُنح زميلها، أوتو هان، جائزة نوبل في الكيمياء عام 1945 عن عملهما. وعلى الرغم من التعتيم على إرثها ولقبها زوراً بـ “أم القنبلة الذرية” (لم تعمل بشكل مباشر على تطويرها)، قدمت مايتنر مساهمات ثورية في مجال الفيزياء النووية، وهي الآن فقط تكتسب الإشادة التي تستحقها دائمًا.

الحياة المبكرة والتعليم لـ ليز مايتنر

ولدت ليز مايتنر في فيينا في 7 نوفمبر 1878، لوالديها فيليب وهيدفيج مايتنر. كانت الأسرة المكونة من 10 أفراد يهودية ولكنها لم تكن متدينة، وتم تعميد أطفال الزوجين في النهاية كمسيحيين – على الرغم من أن هذه التحولات لم يتم الاعتراف بها لاحقًا عندما وصل النازيون إلى السلطة. نتيجة للقيود المفروضة على تعليم الإناث، لم تتمكن مايتنر من الالتحاق بالجامعة إلا في عام 1897 عندما فتحت جامعة فيينا أبوابها للنساء. هنا، درست تحت إشراف لودفيج بولتزمان حيث “منحها رؤية الفيزياء كمعركة من أجل الحقيقة المطلقة، وهي رؤية لم تفقدها أبدًا …”، وأصبحت ثاني امرأة تتخرج بدرجة الدكتوراه من الجامعة.

غادرت إلى برلين في عام 1907 لحضور محاضرات ماكس بلانك ومواصلة دراستها في الفيزياء، ولكن لم يُسمح لها بالدخول إلى مختبرات معهد برلين للكيمياء حيث عملت كعالمة أبحاث غير مدفوعة الأجر. هنا، التقت بالكيميائي أوتو هان الذي أسست معه تعاونًا دام لأكثر من 30 عامًا. سمح لها هان بالعمل في مختبره ودرسا معًا الخصائص الفيزيائية المعقدة للمواد المشعة، وقدموا اكتشافات غيرت النموذج لمجال الفيزياء النووية الناشئ.

في عام 1910، أصبح ليز مايتنر أستاذاً في برلين، وتم تعيينه فيما بعد رئيساً لقسم الكيمياء الإشعاعية في جمعية القيصر فيلهلم (KWG) التي تأسست حديثاً، حيث انضمت إليه مايتنر كمساعدة بحثية له ــ ومع ذلك، كان من المقبول على نطاق واسع أن مساهماتهما كانت متساوية.

في السنوات اللاحقة، عانى الثنائي من صعوبات نتيجة للحرب العالمية الأولى وتم تعليق أبحاثهما. ومع ذلك، بحلول نهاية عام 1918، اجتمع الفريق مرة أخرى مع مايتنر التي لم تعد مساعدة هزيلة بل تعمل رئيسة قسم الفيزياء في KWG. واصلت إحراز تقدم كبير، وأصبحت محاضرة كاملة في عام 1922 وأول أستاذة في الجامعة (وألمانيا) في عام 1926. وفي حين كانت إنجازات كبيرة في ذلك الوقت، فقد تم تلخيص الرأي العام فيما يتعلق بتولي النساء أدوارًا أكاديمية قيادية ببلاغة عندما أشارت الصحافة في برلين إلى محاضرتها الافتتاحية في الفيزياء الكونية باسم “الفيزياء التجميلية”.

على أية حال، بين عامي 1924 و1934، اكتسب هان ومايتنر مكانة دولية مرموقة، وخلال هذا الوقت، كان مجال الفيزياء دون الذرية يحقق تقدماً كبيراً.

اكتشاف من شأنه أن يغير العالم

في عام 1934، قصف إنريكو فيرمي ذرات اليورانيوم بالنيوترونات (التي اكتُشِفَت سابقًا في عام 1932)، مما أدى إلى إنتاج عناصر جديدة اعتقد أنها أثقل من اليورانيوم. اعتقد معظم العلماء أن انشطار الذرات الكبيرة أمر مستحيل من الناحية الطاقية، وأن ضربها بالنيوترون لا يمكن أن يؤدي إلا إلى إحداث تغييرات صغيرة. 

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن إحدى الكيميائيات، إيدا نوداك، أشارت إلى احتمال أن تكون المنتجات التي لوحظت أثناء تفاعلات فيرمي نتيجة لتفكك اليورانيوم إلى عناصر أخف وزناً. ولم تقدم أي دليل نظري على نظريتها، وتم تجاهل بحثها الذي نُشر في مجلة Angewandte Chemie في عام 1934 إلى حد كبير.

وفي نفس الوقت تقريبًا، بدأ مايتنر وهان، إلى جانب مساعدهما فريتز ستراسمان، في إجراء تجارب مماثلة بهدف تحديد نواتج تفاعلات فيرمي. ومع ذلك، تعطل تقدمهم مرة أخرى عندما اضطرت مايتنر إلى الفرار بسرعة إلى السويد في عام 1938 نتيجة لتراثها اليهودي، وهو ما حققته بامتنان بمساعدة مجتمع الفيزياء. عملت مرة أخرى كمساعدة بحثية في معهد نوبل لأبحاث الفيزياء لبقية سنوات الحرب، حيث ظلت على اتصال وثيق مع هان الذي كتب لها تقارير منتظمة حول مشروعهما المشترك.

في الرابع والعشرين من ديسمبر 1938، أرسلت ليز مايتنر رسالة إلى مايتنر يروي فيها واقعة غريبة كشف تحليله فيها عن وجود عنصر الباريوم، وهو عنصر تبلغ كتلته نصف كتلة اليورانيوم تقريبًا، بين نواتج تحلل اليورانيوم. وفي رسالته، طلب هان من مايتنر تفسير ما كان يحدث لأنه لم يستطع تقديم أي تفسير معقول.

عندما تلقت مايتنر الرسالة، كان ابن أخيها، أوتو فريش، الذي كان يعمل في مجموعة نيل بور في كوبنهاجن، يزورها، وساعدها في تقديم إجابة.

اقترح تفسير مايتنر وفريش أن نفكر في النواة كقطرة سائلة – وهو النموذج الذي روج له نيلز بور – مما يعني أنه بعد الاصطدام بجسيم آخر، قد تصبح نواة اليورانيوم مستطيلة مثل قطرة الماء، وتنضغط في المنتصف وتنقسم إلى قطرتين (أو ذرتين أصغر). بعد تحليل نتائج هان، أدركت مايتنر أن جزءًا من الكتلة لا يزال غير محسوب؛ نظرًا لأنه لا يمكن فقد الكتلة، افترضت أن الكتلة المفقودة قد تم تحويلها إلى طاقة وفقًا للعلاقة بين الكتلة والطاقة، E = mc ² .

سارع فريش بالعودة إلى كوبنهاجن لتكرار التجارب، ونشر الاثنان سلسلة من المقالات في مجلة نيتشر في أوائل عام 1939، والتي قدمت تفسيرًا نظريًا لانشطار اليورانيوم. أطلق فريش على العملية الجديدة اسم “الانشطار” نسبة إلى مصطلح “الانشطار الثنائي” الذي يستخدمه علماء الأحياء لوصف انقسام الخلايا.

وكان هان قد كتب أيضًا النتائج التي توصلوا إليها وقدمها إلى مجلة العلوم الطبيعية في نهاية عام 1938 دون الإشارة إلى مساهمات مايتنر أو مساعدها فريتز ستراسمان؛ وهو الفعل الذي من شأنه أن يطغى على دور مايتنر في الاكتشاف.

خطأ “نوبل”

في عام 1945، حصلت ليز مايتنر على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافها الانشطار النووي، والذي تطلب رؤى مايتنر وفريش الفيزيائية بقدر ما تطلبت الاكتشافات الكيميائية لهان وستراسمان. ونتيجة لهذا، غالبًا ما يُشار إلى مايتنر باعتبارها واحدة من أبرز الأمثلة على الإنجازات العلمية النسائية التي تجاهلتها الأكاديمية.

ولم يتم تصحيح “خطأ نوبل” قط، ولكن كنوع من التعويض، مُنِح هان ومايتنر وستراسمان جائزة فيرمي الأمريكية في عام 1966 “لأبحاثهم الرائدة في الأنشطة الإشعاعية الطبيعية والدراسات التجريبية المكثفة التي أدت إلى اكتشاف الانشطار”. وفي وقت لاحق، حصلت على العديد من التكريمات من الجامعات في الولايات المتحدة، وفي عام 1982، تم تسمية عنصر المايتنريوم على شرفها.

ورغم أنه من المؤسف أن ليز مايتنر تم تجاهلها لفترة طويلة، فإن حقيقة أنها تحظى بالتقدير والإشادة التي تستحقها بعد مرور ما يقرب من 80 عامًا هي شهادة على تألقها ودورها المحوري كرائدة في مجالها