Lise Meitner

Oppvekst

Meitner var datter av den jødiske advokaten Philipp Meitner (1840–1910) og hans kone Hedwig Meitner-Skowdan (1850–1927).
Hun var den tredje av åtte søsken i en liberal familie hvor kunst og kultur var verdsatt. Alle barna måtte som små lære seg å spille piano, og musikken kom til å bety mye for henne resten av livet. Sammen med sine to eldre søstre gikk hun i den vanlige folkeskolen og deretter på en offentlig borgerskole. Hun tok eksamen i 1892 med gode karakterer, uten å ha gjort seg spesielt utmerket. Hjemme fikk hun undervisning i fransk, latin og hebraisk av sin far, men hun hadde allerede da fattet en større interesse for fysikk og matematikk.
Videre skolegang var vanskelig, da kvinner i Østerrike-Ungarn på den tiden, rundt 1900, ikke hadde adgang til gymnasium. Foreldrene ønsket at hun skulle bli lærerinne, og hun tok lærerinneeksamen i fransk. Parallelt med dette begynte hun på egen hånd å lese gymnaspensum. Hun fikk privatundervisning i fysikk, kjemi og matematikk, og bestod abitureksamen («ekstern Matura») i 1901 ved Akademisches Gymnasium, slik at veien til et universitetsstudium var åpen.

Universitetsstudier

Høsten 1901 begynte hun å studere fagene fysikk, matematikk og filosofi ved Universitet i Wien, og fulgte også forelesninger i andre fag. Hun ble den andre kvinnen som oppnådde en doktorgrad i fysikk ved Universitet i Wien i 1905. Hennes doktoravhandling var om varmeledning i en inhomogen medier. I fysikk kom Ludwig Boltzmann til å bety mye for henne. Hun var kjent med at Maxwell hadde utviklet en teori for elektrisk ledning i slike materialer. Ettersom elektrisk og termisk ledning er tett forbundet med hverandre, ville hun gjøre direkte målinger av varmeledningsevnen i inhomogene materialer som hun selv satte sammen og kjente egenskapene til. Gjennom disse eksperimentene fant hun god overensstemmelse med teorien til Maxwell, og arbeidet resulterte i at hun fikk sin doktorgrad tidlig i 1906.
Meitner var likevel usikker på i hvilken retning hun skulle fortsette. Etter at hun mottok sin doktorgrad avslo hun et tilbud om en jobb i gasslampefabrikk. Fra Paul Ehrenfest fikk hun vite at det kunne være av betydning å verifisere Lord Rayleighs beregning av refleksjon av elektromagnetiske bølger. Dette fant hun ut av, og resultatet ble presentert i vitenskapsakademiet i Wien høsten 1906. Dette var hennes første selvstendige, vitenskapelige arbeid.
Etter Boltzmanns død søkte hun råd hos Stefan Meyer, som tidligere hadde vært assistent for Boltzmann og hadde startet opp utforskning av egenskapene til radioaktive stoffer. Dette fant hun interessant og gikk i gang med å studere egenskapene til α-stråling. På kort tid resulterte dette i to arbeider som hun fikk publisert. Oppmuntret skrev hun til Marie Curie om må få arbeide hos henne. Svaret var negativt. Men etter at Max Planck besøkte universitetet i forbindelse med at han prøvde å finne en etterfølger etter Boltzmann, forsto hun at hun kunne dra til Berlin hvor det var et større og mer aktivt miljø.

Forskning i Berlin

Høsten 1907 dro Lise Meitner til Berlin og skrev seg inn ved Universitetet i Berlin for å følge forelesningene til Max Planck i teoretisk fysikk. Hun var den eneste kvinnen og slapp bare inn hvis det var ledig plass etter de mannlige studentene. Men hun ville også gjerne fortsette med å gjøre eksperimenter og henvendte seg derfor til Heinrich Rubens, som var professor i eksperimentell fysikk. Han hadde ingen plass for en kvinne, men introduserte henne i stedet for Otto Hahn, som akkurat var kommet tilbake etter ett års samarbeid med Ernest Rutherford i Montréal. Han var allerede blitt kjent, gjennom sine arbeider med radioaktivitet og ville gjerne knytte Lise Meitner til seg ved igangsettelsen av en ny forskningsaktivitet i dette feltet. Hahn var kjemiker og hadde fått en stilling ved det kjemiske instituttet som lå i en annen del av byen. Der var det ingen plass for kvinnelige forskere, men Hahn skaffet dem et tidligere snekkerverksted i kjelleren. Meitner fikk ikke bruke den vanlige inngangen til instituttet.
Sent høsten 1907 kunne de starte opp sine målinger. Kort tid etter skrev de sitt første arbeid sammen om absorpsjon av β-stråling. Det ble snart etterfulgt av en ny publikasjon, der de informerte om oppdagelsen av et nytt, radioaktivt element som de kalte actinium C. På den tiden kjente man til mer enn tyve slike element, og det var ikke plass til alle i det periodiske systemet. Først noen få år senere ble det klart at de fleste var isotoper av et lite antall grunnstoff. I denne perioden utviklet de også en ny metode basert på rekylen som oppstod ved utsendelse av radioaktiv stråling og som de kunne benytte til å sortere mer nøyaktig ut hva som skjedde i slike prosesser.
Meitner og Hahn hadde et tett og produktivt samarbeid ved det kjemiske instituttet, men de hadde liten privat omgang. Da Ernest Rutherford om høsten 1908 avla et besøk etter å ha mottatt Nobelprisen i kjemi i Stockholm, måtte Meitner underholde fru Rutherford, mens Hahn hadde vitenskapelige diskusjoner med ektemannen. Sosialt trivdes Lise Meitner bedre sammen med Max Planck, hans familie og hans unge medarbeidere i fysikk. Av disse ble James Franck og Max von Laue hennes venner resten av livet. Sommeren 1912 traff hun den svenske fysiker Eva von Bahr som var på et kort besøk ved universitetet. Hun var i 1908 blitt den første kvinnelige dosenten i fysikk ved Universitetet i Uppsala, og hadde senere undervist der. Disse to likte hverandre med en gang, og Eva von Bahr flyttet til Berlin på begynnelsen av 1913 for å arbeide ved universitetet og bo nær Lise Meitner. Selv om oppholdet ble kortvarig, skulle de forbli nære venner i lang tid.

Ansatt ved Kaiser Wilhelm-instituttet

Til nå hadde Lise Meitner arbeidet uten lønn. Men høsten 1912 fikk hun en stilling som assistent hos Max Planck hvor hun skulle hjelpe til med undervisningen og retting av oppgaver. Det var første gang i Preussen at en kvinne fikk en slik stilling. Lønnen var på 100 Reichsmark per måned. Samtidig kunne hun og Hahn flytte inn i det helt nye Kaiser Wilhelm-instituttet for kjemi i Dahlem like utenfor Berlin. Her fikk de bedre lokaler og utstyr, og Meitner fikk for første gang en fast jobb som vitenskapelig medarbeider. Våren 1914 tok Albert Einstein opp sitt virke i Berlin og skulle bestyre det planlagte Kaiser Wilhelm-instituttet for fysikk på samme sted.

Mellomkrigstid

Da den normale aktiviteten startet opp igjen ved instituttet etter krigens slutt, var Meitner blitt utnevnt til leder av en ny avdeling for radioaktiv fysikk, mens Hahn ledet den tilsvarende avdelingen for radioaktiv kjemi. Begge hadde nå sine egne forskningsgrupper slik at det direkte samarbeidet ble mindre. Dessuten fikk Hahn interesser i mer anvendt retning og ble i større grad administrativt engasjert. Sommeren 1919 besøkte Meitner for første gang Sverige og bodde fire uker hos venninnen Eva von Bahr i Brunsvik i Dalarna. Meitner var svært fornøyd med oppholdet, og skrev entusiastisk til familie og venner om hvor mye hun la på seg.
Sommeren 1921 besøkte Meitner Niels Bohr og hans nye institutt i København. Hun hadde møtt Bohr året før, under hans besøk i Berlin. Meitner ble en god venn av både Bohr og hans familie. Hun besøkte også Manne Siegbahn og hans gruppe ved Universitetet i Lund. Disse skandinaviske kontaktene skulle bli viktige for henne senere i livet.

Habilitasjon og professorat

I 1922 gjennomførte Meitner sin habilitasjon, slik at hun kunne forelese ved et universitet, og dermed hadde professorkompetanse. I den forbindelsen presenterte hun en avhandling om betastråling fra radioaktive stoffer. Det året hadde hun oppdaget Augereffekten, som tre år senere også ble påvist av den franske fysikeren Pierre Auger og som fikk sitt navn knyttet til han. Den har samme opprinnelse som karakteristisk røntgenstråling, bare med den forskjell at et elektron blir produsert i stedet for et foton. I de påfølgende årene skulle beta- og gammastråling fra radioaktive substanser bli et viktig forskningsområde for henne. Fra 1923 foreleste hun regelmessig ved Universitet i Berlin, og hun ble i 1926 utnevnt til professor der. Hun var den dermed den første kvinne som fikk en slik stilling i Tyskland.
Et stort problem for forskerne ble etter hvert forståelsen av energifordeling til elektronene i betastråling. Det ble forventet at denne skulle være diskret på samme måte som for alfa- og gammastråling. I stedet viste målinger som Meitner gjorde, at den var kontinuerlig. I et brev til henne og andre forskere i slutten av 1930 foreslo Wolfgang Pauli at dette kunne forklares ved at en ny partikkel, nøytrinoet, opptrådte sammen med elektronet. Brevet ble gjort kjent ved et møte som ble avholdt i Tübingen og Paulis antagelse viste seg å være riktig.

Gammastråling og positroner

Ved spredning av  høyenergetisk gammastråling var Compton-effekten blitt påvist i 1923. Absorpsjon av slik stråling i  materie var gitt ved Klein-Nishina-tverrsnittet, som ble beregnet i 1928 basert på Diracs relativistiske kvantemekanikk for spredning av fotoner på elektronene i atomene. Året etter gikk Meitner i gang med å verifisere denne teorien eksperimentelt. For spredning på lette atomer, viste målingene god overensstemmelse med hva som var forventet, mens for tyngre atomer ga teorien et for lavt resultat. Dette var lenge et problem. Men i 1932 oppdaget Carl Anderson  positronet,  og det ble klart at uoverensstemmelsen skyldes pardannelse nær atomkjernen av elektroner og denne antipartikkelen. Uoverensstemmelsen var en direkte konsekvens av Diracs nye teori, som Meitner i utgangspunktet skulle verifisere med sine målinger. Grunnen til at hun gikk glipp av denne oppdagelsen, var at det i hennes målinger ikke ble gjort forsøk på å registrere andre partikler som måtte oppstå.

Max Delbrück

For å hjelpe til med teoretiske beregninger og følge med i hva som skjedde ved andre laboratorier, ble Max Delbrück i 1932 ansatt i hennes gruppe som husteoretiker, omtrent samtidig med at nøytronet ble oppdaget av James Chadwick. Da det i eksperimentene med gammastråling ble sett spredning uten energiforandring, foreslo han i 1933 at dette kunne skyldes spredning på virtuelle elektron-positron-par i nærheten av atomkjernen. Dette ble først verifisert flere tiår senere og kalles nå for Delbrückspredning. To år senere publiserte Delbrück og Meitner en av de aller første bøker om den nye kjernefysikken. Delbrück fattet etter hvert mer interesse for genetikk, og reiste i 1937 til USA hvor han fortsatte innen dette feltet.

Etter nazistisk maktovertagelse

Adolf Hitler kom til makten i Tyskland i 1933. Som jøder flest, fikk Meitner med en gang problemer, og hun var nødt til å fylle ut et formular hvor hun oppga til myndighetene at hennes foreldre var «ikke-ariske». Hun mistet samme året stillingen ved universitetet, og fikk heller ikke lov til å oppholde seg der, hverken ved forelesninger eller kollokvier. Men som østerriksk statsborger følte hun seg foreløpig noenlunde trygg og fortsatte arbeidet ved Kaiser Wilhelm-instituttet. Hun var flere ganger sammen med Hahn foreslått til Nobelprisen i fysikk, blant annet av Max Planck og Niels Bohr. Sommeren 1933 ble Meitner invitert på sommerferie til Danmark av Bohr. Hun traff også igjen Eva von Bahr, og reiste med henne til  Sverige for noen ukers ferie der.
Den italienske fysiker Enrico Fermi begynte i 1934 å bestråle uran med nøytroner. Dette resulterte i oppdagelsen av et stort antall nye, radioaktive element som Fermi mente måtte være transuraner, det vil si ha høyere atomnummer enn 92. Delbrück var blitt klar over dette, og Meitner ville starte opp en tilsvarende serie av eksperimenter. Hun ville at Hahn skulle delta i prosjektet, ettersom han hadde den nødvendige radiokjemiske bakgrunnen. Den nyansatte Fritz Strassmann hadde også denne kompetansen og gikk inn i prosjektet.
I de følgende årene fortsatte disse eksperimentene uten at man kunne forklare hva slags element som ble produsert. Meitner og Hahn fant ut at de var i konkurranse med en tilsvarende gruppe i Paris, hvor lignende eksperimenter ble gjort under ledelse av Irène Curie og hennes mann Frédéric Joliot-Curie.

Flukt til Sverige

Våren 1938 annekterte Hitler Østerrike og dermed ble Meitner plutselig statsløs. Som jøde fikk hun heller ikke tysk statsborgerskap etter å ha mistet sitt østerrikske. Hun visste at hennes liv var blitt usikkert, og allerede sommeren samme år planla hun å flykte. Dette skjedde i all hemmelighet, med hjelp fra Hahn og Paul Rosbaud. Videre hjalp den nederlandske fysiker Dirk Coster og Niels Bohr henne under dramatiske omstendigheter (Coster bløffet de tyske grensevaktene til å tro at hun hadde utreisetillatelse) å reise via Nederland til København.
Meitner håpet på en stilling ved et engelsk universitet, helst ved Cavendish Laboratory, University of Cambridge, men det var ingen plass for henne der. Etter kort tid i Sverige, ble det klart at kolleger der kunne hjelpe henne over en lengre periode. Den 1. august 1938 kom hun til sin venninne Eva von Bahr i Kungälv, hvor hun hvilte ut etter flukten.
En måned senere var hun i Stockholm, hvor hun hadde fått plass ved Manne Siegbahns nye institutt for eksperimentell fysikk. Etter kort tid ble det klart for henne at oppholdet der ville bli ganske annerledes enn forventet. I stedet for å bli mottatt med begeistring som en ny ressurs, fant hun seg plutselig i en fremmed kultur hvor hun ikke følte seg velkommen. Selv om hun var berømt verden over og ledende i sitt felt, ble hun i begynnelsen lønnet som en vanlig assistent, uten de arbeidsforhold og utstyr som hun trengte for å fortsette sitt vitenskapelige arbeid. Hun hadde det også økonomisk vanskelig, ettersom hun hadde etterlatt omtrent alt hun eide i Berlin.
Eksperimentene som Meitner hadde satt i gang i Berlin, ble i mellomtiden videreført av Hahn og Strassmann. Via brev var hun i fast kontakt med Hahn om hva som kom ut av målingene og hva de kunne bety. Niels Bohr kom på besøk i oktober samme år, og hans støtte betydde mye. Måneden etter fylte Meitner seksti år, og feiret dagen sammen med fysikeren Oskar Klein og hans familie i Stockholm. Samme måned var hun en uke i København, hvor hennes nevø Otto Frisch, som også var fysiker, arbeidet ved instituttet til Bohr, etter å ha flyktet fra en stilling ved Universitetet i Hamburg. Hennes reise til Danmark krevde stor innsats fra hennes venner, da hun som statsløs var uten pass og i prinsipp var «fange» i Sverige. Under dette besøket hadde Meitner også et kort, hemmelig møte med Hahn, som kom fra Berlin.
Den 10. desember ble Enrico Fermi overrakt Nobelprisen i fysikk  i Stockholm for sine eksperimenter med produksjon av nye, radioaktive elementer ved nøytronbestråling. I sitt foredrag snakket han om hvordan nye transuraner kunne bli produsert. Han møtte Meitner og lot henne få vite at han og hustruen, som hadde jødisk bakgrunn, skulle reise direkte til USA etter prisutdelingen. De ville ikke vende tilbake til Italia, hvor Mussolini hadde tatt makten.

Uranspalting

Målingene i Berlin kunne tyde på at ved bestrålingen av uran med nøytroner, ble det også dannet isotoper av radium sammen med mulige transuraner. For å identifisere dette produktet, benyttet Hahn og Strassmann den vanlige metoden med å separere det kjemisk ut med barium som ligger i den samme gruppen i periodesystemet. I løpet av desember viste det seg mer og mer vanskelig å se noe skille mellom disse to grunnstoffene. Radium-isotopene oppførte seg som barium, som om barium virkelig var produsert. Hahn skrev til Meitner at han ville skrive en kort artikkel om dette før han tok juleferie. Det var implisitt forstått at Meitners navn ikke kunne bli tatt med som medforfatter, ettersom hun var jøde.
Dette brevet hadde Meitner med til Kungälv, der hun ankom hos Eva von Bahr lille julaften for å feire jul. Nevøen Otto Frisch kom også for å feire julen med sin tante. Neste formiddag, julaften 1938, diskuterte de innholdet i brevet, og det ble klart at eksperimentene viste at uranatomet var blitt splittet i to deler, hvor den ene halvdelen var barium. Etter noen bekreftende beregninger, kalte de spaltningen for fisjon av atomkjernen og skrev sammen sine resultater i en kort artikkel som ble publisert i tidsskriftet Nature. En uke senere var Frisch tilbake ved instituttet i København, der han eksperimentelt påviste i et ionisasjonskammer de to fragmentene som urankjernen ble splittet opp i som med stor energi ble skutt ut. Fra da av var spalting  av atomkjernen ikke lenger primært en del av kjernekjemien, men hovedsakelig en kjernefysisk prosess. Kort tid etter reiste Niels Bohr med nyheten til New York, og arbeidene til Hahn og Strassmann, Frisch og Meitner ble kjent verden rundt.
Våren 1939 kunne hun tilbringe fem uker ved Bohrs institutt, hvor hun fortsatte arbeidet sammen med Frisch. Kontakten med Hahn i Berlin var ikke lenger så god; derimot var det nå spesielt Max von Laue som holdt henne informert om hva som skjedde der. Ved hjelp av sine svenske venner lyktes hun i å få sin søster Gusti og hennes mann Jutz Frisch ut av Østerrike, og de bosatte seg sammen i en leilighet i Bragevägen 12. Sommeren 1939 var hun på besøk i England etter innbydelse fra William L. Bragg og John Cockcroft. De mente at hun burde flytte dit for å arbeide ved Cavendish Laboratory i Cambridge. Meitner syntes ikke hun kunne akseptere tilbudet. Den 1. september 1939 gikk tyske tropper inn i Polen og innledet andre verdenskrig. Frisch var da på et besøk ved University of Birmingham og ble værende i England.
Det var nå klart at ved spaltningen av uran ble det frigjort flere nøytroner slik at man kunne sette i gang en kjedereaksjon som kunne få militære anvendelser. Etter initiativ fra Leó Szilárd og Albert Einstein i USA ble det der satt i gang et større og mer organisert forskningsarbeid på spaltning av uran. Høsten 1939 var James Chadwick i Stockholm og prøvde å overtale Meitner til å flytte til England, sannsynligvis for å videreføre arbeidet med uranfisjon.

Siste år

I 1960 flyttet hun til Cambridge i England for å være nærmere sin nevø Otto Frisch og andre slektninger som hadde kommet dit. Båndene til Wien var fremdeles sterke, og i 1963 ble hun invitert dit på et offisielt besøk. Som mange ganger tidligere understreket hun her nødvendigheten av å hjelpe unge kvinner med utdannelse og deltagelse i det vitenskapelige liv. Hennes siste, lange reise gikk til USA i 1964. To år senere ble hun tildelt Enrico Fermi-prisen sammen med Hahn og Strassman, den høyeste utmerkelse i USA for vitenskapelig virke. Lise Meitner var den første kvinne som mottok den. Hun døde i Cambridge høsten 1968, et par måneder etter sin kollega Otto Hahn, og hun ble begravet i Bramley i Hampshire.
Grunnstoff nr. 109 meitnerium ble i 1997 oppkalt etter henne. På samme måte har krater på Venus og Månen fått hennes navn.
Sommeren 2014 ble det avdekket en statue av Lise Meitner i forgården til Humboldt-universitetet i Berlin, hvor det fra før finnes statuer av Hermann von Helmholtz og Max Planck.

Forskningen som banet vei til en annens Nobelpris

De mange hederstegn som Meitner mottok har lenge blitt overskygget av at hun ikke ble tildelt Nobelprisen for spalting av atomkjernen sammen med Otto Hahn.
Den 15. november 1945 kunngjorde Kungliga Vetenskapsakademien at Hahn hadde mottatt Nobelprisen i kjemi for 1944 «for sin oppdagelse av spaltingen av den tunge atomkjernen». I ettertid har mange kritisert at Meitner ble ignorert, ettersom Hahns arbeid var et produkt av samarbeidet med Meitner.
På den tiden skrev Meitner følgende i et brev: «Hahn fortjener selvfølgelig nobelprisen i kjemi. Det er virkelig ingen tvil om det. Men jeg tror at Otto Robert Frisch og jeg ga et ikke ubetydelig bidrag for å klargjøre prosessen om uranfisjon – hvordan det oppstår ,og at det produserer så mye energi, og det var noe svært fjernt for Hahn». Carl Friedrich von Weizsäcker, Lise Meitners forhenværende assistent skrev likeledes senere at Hahn «selvfølgelig fortjente denne nobelprisen. Han ville ha fortjent den selv om han ikke hadde gjort denne oppdagelsen. Men alle anerkjente at delingen av atomkjernen fortjente en nobelpris». Otto Robert Frisch som samarbeidet med Meitner, skrev tilsvarende i et brev i 1955.
Tildelingen av nobelprisen til Hahn var lenge forventet. Både han og Meitner hadde blitt nominert både for nobelprisen i kjemi og fysikk gjentatte ganger, også før oppdagelsen av kjernefysisk spalting. Lise Meitner ble første gang nominert til prisen i 1924, da i fysikk, for oppdagelsen av protaktinium. Forslaget var at hun og Otto Hahn skulle dele den. Gjennom årene ble hun i alt nominert 15 ganger uten å nå frem; blant de fremste som nominerte henne var nobelprisvinnerne Niels Bohr, Max Planck, Max von Laue, Werner Heisenberg, James Franck og Albert Einstein.
I 1990-årene ble arkivene til det svenske vitenskapsakademiet åpnet, og i sin biografi om Meitner benyttet Ruth Lewin Sime arkivmaterialet for å vurdere Meitners manglende nobelpris for 1944. I en artikkel i 1997 i tidsskriftet Physics Today skrev Sime og hennes kolleger Elisabeth Crawford og Mark Walker følgende: «Det synes som Lise Meitner ikke delte prisen for 1944 fordi nobelkomiteens struktur var lite egnet til å vurdere tverrfaglig arbeid; fordi medlemmene av kjemikomiteen var ute av stand til eller uvillige til å rettferdig vurdere hennes bidrag; og fordi under krigen var de svenske vitenskapsmennene overlatt til sin egen begrensede ekspertise. Meitners utelukkelse fra kjemiprisen kan sammenfattes som en blanding av partiskhet overfor fagfelt, politisk treghet, uvitenhet og hastverk.».
Max Perutz, som mottok nobelprisen i kjemi for 1962, kom til samme konklusjon: «Etter å ha vært låst ned i nobelkomiteens arkiv i femti år, viser dokumentene som førte til denne urettferdige prisen, at Nobelkomiteens langvarige vurderinger var hemmet av en manglende anerkjennelse både av den felles innsats som gikk forut for oppdagelsen, og av Meitners skriftlige og muntlige bidrag etter hennes flukt fra Berlin.»