هارولد يوري
الديوتيريوم

في عشرينيات القرن العشرين، اكتشف ويليام جيوك وهيريك إل جونستون نظائر الأكسجين المستقرة. لم تكن النظائر مفهومة جيدًا في ذلك الوقت، إذ إن جيمس تشادويك لم يكتشف النيوترون حتى عام 1932. استخدِم نظامين لتصنيفها على أساس الخواص الكيميائية والفيزيائية. حُددت الخواص باستخدام مطياف الكتلة. نظرًا لأنه كان معروفًا أن الوزن الذري للأكسجين كان تقريبًا 16 ضعف ثقل الهيدروجين، افترض رايموند بيرغ ودونالد منزل أن للهيدروجين أكثر من نظير واحد. بناءً على الاختلاف بين نتائج الطريقتين، افترضا أن كل ذرة هيدروجين من بين 4,500 ذرة هي من النظائر الثقيلة.
في عام 1931 شرع يوري بالبحث عنه. حسّب يوري وجورج مورفي من سلسلة بالمر أن النظير الثقيل يجب أن يحتوي على انزياح نحو الأزرق (بالمقابل انزياح نحو الأحمر للنظير الخفيف) بمقدار 1.1 إلى 1.8 أنغستروم (1.1×10 إلى 1.8×10×10 متر). تمكن يوري من الوصول إلى مطياف محزز الحيود يبلغ طوله 21 قدمًا (6.4 مترًا)، وهو جهاز حساس رُكب مؤخرًا في كولومبيا وكان قادرًا على حل سلسلة بالمر. بدقة 1 أنغستروم لكل ملليمتر، كان من المفترض أن تنتج الآلة فرقًا يبلغ نحو 1 ملليمتر. ومع ذلك، نظرًا لأن ذرة واحدة فقط من كل 4,500 كانت ثقيلة، فإن الخط الموجود على المطياف كان خافتًا جدًا. لذلك قرر يوري تأجيل نشر نتائجهم حتى يكون لديه دليل قاطع على أنه هيدروجين ثقيل.
حسّب يوري ومورفي من نموذج ديبي أن للنظير الثقيل نقطة غليان أعلى قليلًا من النظير الخفيف. عن طريق تسخين الهيدروجين السائل بعناية، يمكن تقطير 5 لترات من الهيدروجين السائل إلى 1 ملليمتر، والتي تُخصب بالنظير الثقيل بمقدار 100 إلى 200 مرة. للحصول على خمسة لترات من الهيدروجين السائل، سافروا إلى مختبر التبريد العميق في المكتب الوطني للمعايير في واشنطن العاصمة، وهناك حصلوا على مساعدة من فرديناند بركويد، الذي كان يوري يعرفه في جامعة جونز هوبكنز.
تبخرت العينة الأولى التي أرسلها بركويد عند 20 كلفن (253.2 درجة مئوية، -423.7 درجة فهرنهايت) عند ضغط جو قياسي واحد (100 كيلو باسكال). لدهشتهم، لم يُظهر هذا أي دليل على التخصيب. ثم أعد بركويد عينة ثانية تبخرت عند 14 كلفن (259.1 درجة مئوية، −434.5 درجة فهرنهايت) عند ضغط 53 ملليمترًا زئبقيًا (7.1 كيلو باسكال). في هذه العينة، كانت خطوط بالمر للهيدروجين الثقيل أكثف بسبع مرات. نُشرت الورقة التي أعلنت عن اكتشاف الهيدروجين الثقيل، والذي سمي فيما بعد بالديوتيريوم، بالاشتراك مع يوري ومورفي وبركويد في عام 1932. مُنح يوري جائزة نوبل في الكيمياء عام 1934 «لاكتشافه الهيدروجين الثقيل». امتنع عن حضور الحفل في ستوكهولم، حتى يتمكن من حضور ولادة ابنته ماري أليس.
من خلال العمل مع إدوارد دبليو واشبورن من مكتب المعايير، اكتشف يوري فيما بعد سبب العينة الشاذة. فُصل هيدروجين بركويد عن الماء عن طريق التحليل الكهربائي، ما أدى إلى عينة منضبة. علاوة على ذلك، أفاد فرانسيس وليم أستون أن القيمة المحسوبة للوزن الذري للهيدروجين كانت خاطئة، مما يبطل منطق بيرغ ومنزل الأصلي. لكن اكتشاف الديوتيريوم ظل قائمًا.
حاول يوري وواشبورن استخدام التحليل الكهربائي لإنتاج ماء ثقيل نقي. كانت تقنيتهم سليمة، لكن لويس هزمهم في عام 1933، فقد كانت موارد جامعة كاليفورنيا تحت تصرفه. باستخدام تقريب بورن-أوبنهايمر، حسّب يوري وديفيد ريتنبرغ خصائص الغازات المحتوية على الهيدروجين والديوتيريوم. وسعوا ذلك ليشمل تخصيب مركبات الكربون والنيتروجين والأكسجين. يمكن استخدام هذه المواد كمتتبعات في الكيمياء الحيوية، مما يؤدي إلى طريقة جديدة تمامًا لفحص التفاعلات الكيميائية. أسس مجلة كميكال فيزكس عام 1932، وكان أول محرر لها، وعمل فيها حتى عام 1940.
في كولومبيا، ترأس يوري الاتحاد الجامعي للديمقراطية والحرية الفكرية. أيد اقتراح الأطلسي كلارنس ستريت لاتحاد فيدرالي للديمقراطيات الكبرى في العالم، والجبهة الجمهورية خلال الحرب الأهلية الإسبانية. كان من أوائل المعارضين للنازية الألمانية وساعد العلماء اللاجئين، من بينهم إنريكو فيرمي، في العثور على عمل في الولايات المتحدة، والتكيف مع الحياة في البلد الجديد.