リーゼ・マイトナー
マイトナーはこのうちのβ線は原子のL殻、M殻、N殻にある電子による2次的なもので、γ線は(原子核からではなく)K殻から発生すると考えた。実験の結果もそれを裏付けるもので、γ線のエネルギーはK殻から発生するKα線のエネルギーに一致し、他のエネルギーのγ線は観測されなかった。つまり、マイトナーが考えるこの原子の反応は、以下の通りである。まず、β崩壊により原子核から電子が放出される。その電子は軌道電子のK殻にある電子を外に放出させる。K殻に空きができるので、外側のL殻からK殻に電子が移動する。電子は外側の軌道(L殻)より内側の軌道(K殻)のほうがエネルギー準位が低いから、K殻に移動したことで余ったエネルギーをKα線として放出する。このKα線が、さらに外側の軌道にあるL殻、M殻、N殻にある電子を放出させる。
この、電子がK殻に移動することによって発生するエネルギーによって他の電子が2次的に放出されるという現象を発見したのは、マイトナーが初であった。しかしこの実験について書かれたマイトナーの論文の主題は 2 34 T h {\displaystyle {\rm {{}^{2}{}^{34}Th}}} の崩壊に関してであったため、この現象の発見は目立たなかった。2年後にピエール・オージェが似た現象を発見し、現在ではオージェ効果と呼ばれている。
1933年、アドルフ・ヒトラーが政権をとると、研究所は大きな影響を受けた。ユダヤ人であった所長のフリッツ・ハーバーは辞職し、マイトナーも9月に教授職を解かれた。マイトナーは亡命も考えたが、この時はドイツに残ることにした。プランクらからドイツに残るようすすめられたし、自身も、これまでドイツで築き上げた実績を捨てて、55歳にしてまた一から新たな生活を始めることには躊躇していた。また、マイトナーはオーストリア人であったため、ナチスの支配下にはないことも大きな理由であった。
1934年、マイトナーは、ウランに中性子をぶつけることでウランより原子量の大きい原子(超ウラン原子)を生み出せるという、エンリコ・フェルミの論文を読み、非常に興味を持った。これを確かめるには物理だけでなく化学からのアプローチが必要だと考えたマイトナーは、ハーンに再び共同研究を持ちかけた。数週間後、ハーンは了解し、マイトナー、ハーン、そして研究所の助手であったフリッツ・シュトラスマンの3人による共同研究が始まった。
この研究途中の1938年、オーストリアはドイツに併合された。そのためマイトナーはドイツ人となり、ナチスによる影響を直接受けることとなった。ナチス党員のクルト・ヘスは、「ユダヤ人の女が研究所を危うくする」とマイトナーを糾弾した。
そして1907年9月28日、マイトナーは初めてハーンと出会った。ハーンはマイトナーと同年代で(マイトナーが4か月年上)、気さくな性格であったため、マイトナーは、この人になら何でも恥ずかしがらず話すことができると感じた。
しかし、ハーンの上司であるエミール・フィッシャーは、女性が研究所に入ることを許さなかった。そのためフィッシャーは、マイトナーは地下の木工作業所のみで実験を行い、研究所内には姿を見せないという条件で、二人の共同研究を認めた。
マイトナーはこの木工作業所で1912年まで、ハーンと共に研究を行った。マイトナーの物理的知識とハーンの化学的知識とが補完しあって放射線の研究に成果をあげた。2人の研究が成果を上げるようになると、フィッシャーもマイトナーが研究所内に入るのを認め、2人の研究に援助を行うようになった。
研究所では多くの同僚と交流を深めた。研究所外でも、1909年にエリザベート・シーマンと出合い、生涯にわたる友人となった。また1908年、プロテスタントの洗礼を受けた。
マイトナーの業績は認められ、1918年、カイザー・ヴィルヘルム研究所の核物理部を任された。これによりマイトナーはようやく研究者として十分な給与を得ることができるようになった。
第一次大戦後の1920年、ハーンとの共同研究は終了し、マイトナーは独立で研究を行うようになった。同じ年、プロイセンでは女性の大学教授資格が認められ、マイトナーは1922年にベルリン大学の教授となった。すでに何本もの論文を発表しているため、通常必要とされる論文審査は免除された。10月に行った就任記念講義の内容は「宇宙生成における放射能の意味」。当時女性の物理学者は非常に珍しかったため、「コスミッシュ(宇宙の)」とすべきところを「コスメティッシュ(化粧の)」と記載してしまった記事もあった。
研究所では助手や学生とともに夜遅くまで研究をおこなった。他の科学者との交流も引き続き盛んだった。共同研究は行わないものの、ハーンとは同じ実験室を使用し、研究室同士での交流は続いていた。エリーザベト・シーマンとも手紙などで交流を続けていた。また、マックス・フォン・ラウエやジェイムス・フランクとも親交を深めた。さらに1927年には、甥のオットー・ロベルト・フリッシュがベルリンに滞在し、2人でピアノを弾いたりコンサートに出かけたりした。
マイトナーはストックホルムのマンネ・シーグバーンのもとで原子物理の研究を続けた。
ストックホルムでは、住まいが決まるまでの間、ホテルで暮らしていた。生活は厳しいものであった。財産のほとんどを持たずに亡命してきたマイトナーは、始めのうちは生活にも苦労した。ドイツに残してきた私物は後にハーンらにより届けられることとなったが、煩雑な手続きのため到着が遅れ、マイトナーの元に着いたのは1939年4月のことだった。1939年5月からは、ストックホルムに住んでいた姉夫婦(フリッシュの両親)のもとで生活した。
ドイツ時代に行っていた実験はハーン、シュトラスマンの手により続けられ、マイトナーとは手紙で実験の進み具合や今後の方向性などをやり取りしていた。1938年、マイトナーはハーンから「ウランの原子核に中性子を照射しても核が大きくならず、しかもウランより小さい原子であるバリウムの存在が確認された。何が起きているのか意見を聞きたい」という手紙を受け取った。