В 1908 г., когда Лизе было тридцать лет, исследования привели ее в Берлинский университет — тогда один из величайших мировых центров атомной физики. Здесь она изучала теоретическую физику с Максом Планком, открывателем квантовой теории — одной из самых революционных концепций в истории, за которую Планк получил Нобелевскую премию в области физики в 1918 г. И в это же время она начала свою экспериментальную работу с Отто Ганом, который учился под руководством Резерфорда. Это сотрудничество продолжалось тридцать лет.
Группа Гана и Лизы Мейтнер получила всемирное признание за их вклад в исследования радиоактивности, впервые проливший свет на образование продуктов распада радия, актиния и тория и на естественное превращение этих элементов с помощью алхимии природы. В 1917 г. они открыли редкий элемент протактиний, который занял 91-е место в периодической системе и заполнил пустое место между торием (порядковый номер 90) и ураном (номер 92). Они назвали его протактинием, так как их исследования показали, что он превращается в актиний, 89-й элемент.
Необычные радиоактивные элементы, полученные Ферми в 1934 г. бомбардировкой урана нейтронами, вызвали сенсацию в научном мире. Во всех ведущих лабораториях применялись хитроумнейшие приемы современной науки для определения природы этих странных элементов. Сейчас мы знаем, что они были новыми радиоактивными видами элементов с массой, почти вдвое меньшей массы атома урана, т. е. осколками расщепленных атомов урана. Но, согласно принятым в то время концепциям, расщепление атома считалось невозможным. Поэтому ученые продолжали ошибочно искать элементы тяжелее урана там, где их не было.
Среди самых опытных и хорошо известных исследователей в этой области были, конечно, Отто Ган и Лиза Мейтнер в Берлине и Ирен Жолио-Кюри вместе со своими сотрудниками в Париже. А в 1937 г. группа Гана — Мейтнер с помощью другого выдающегося радиохимика, Фрица Штрассмана, начала проводить опыты, которые могли проложить новые пути в научной пустыне. В 1938 г. они были заняты этими экспериментами, когда нацистские расовые законы прервали научную деятельность Лизы Мейтнер в Германии.
Хотя Лиза Мейтнер жила и работала в Берлине в течение тридцати лет, она сохранила свое австрийское подданство. После прихода Гитлера к власти в 1933 г. ей позволили продолжать работать в Институте кайзера Вильгельма, хотя она была еврейкой. Однако, когда немцы в марте 1938 г. оккупировали ее родину, на Лизу Мейтнер распространились нацистские расовые законы. Ее уволили, несмотря на вмешательство Гана и личное обращение Планка к Гитлеру. Узнав, что нацисты не позволят Лизе эмигрировать, голландские коллеги добыли ей разрешение на въезд в Голландию без паспорта. Приехав в Копенгаген, она посетила известный Институт теоретической физики, возглавляемый Нильсом Бором, где ее племянник Отто Р. Фриш, также бежавший из Германии, занимал ведущее положение. Оттуда она направилась в Стокгольм, где ее ожидало почетное место в штате сотрудников Физического института.
Изгнание Лизы Мейтнер положило конец ее тридцатилетнему плодотворному сотрудничеству с «петушком» (ган по-немецки петух), но не прервало их дружбы. Имена Гана и Мейтнер были настолько тесно связаны как в Германии, так и за ее пределами, что упоминание одного неизбежно вызывало в уме имя другого. Ган рассказывал о забавном эпизоде: когда однажды на научном конгрессе к Лизе Мейтнер обратился ее коллега, она рассеянно ответила: «Мне кажется, вы меня спутали с профессором Ганом».
Непосредственно перед изгнанием Мейтнер совместно с Ганом и Штрассманом завершила сложную серию опытов, которые, казалось, наконец навели порядок среди элементов. После отъезда Лизы Мейтнер Ган продолжал вместе со Штрассманом свои исследования того, что он считал трансурановыми элементами. При этом он поддерживал личную связь с Мейтнер, информировал ее о своих успехах, просил вносить предложения и высказывать критические замечания. Казалось, что все последующие эксперименты подтверждали результаты, достигнутые ими до отъезда Лизы. Они не сомневались в том, что бомбардировка урана нейтронами привела к созданию четырех новых элементов, находящихся за ураном (92-й элемент), т. е. 93, 94, 95 и 96-го элементов, а также нескольких более тяжелых видов (изотопов) самого урана.
Но Ирен Жолио-Кюри нарушила этот стройный порядок. Работая вместе с Павлом Савичем — талантливым югославским радиохимиком, она обнаружила новый элемент. Химические свойства этого элемента напоминали свойства актиния (89-й элемент), и для него с большим трудом можно было найти место в рамках схемы Гана — Мейтнер — Штрассмана. Но Ирен Жолио- Кюри, используя методику, впервые разработанную ее матерью, представила доказательства того, что радиоактивный элемент X не мог быть актинием. Действительно, элемент X вел себя во всех отношениях как редкоземельный металл — лантан, 57-й элемент, атомный вес которого на 100 единиц меньше атомного веса урана. Если это лантан, рассуждала она, то, значит, атом урана оказался расколотым на две почти равные части. Но Ирен Жолио-Кюри, используя очень остроумные химические способы исследования, сочла — увы, ошибочно,— что это вещество не лантан, а новый трансурановый элемент, во всех отношениях отличающийся от элементов в стройной схеме Гана и его коллег.
Велико же было удивление Гана, когда летом 1938 г. он ознакомился с докладом Кюри — Савича. По словам очевидца, канадского радиохимика Л. Дж. Кука, который в это время находился в Берлине, Ган сказал, что этого не может быть и что Кюри и Савич «очень сильно запутались».
Беда была в том, что Кюри и Савич действительно «очень запутались», но совсем не так, как думал Ган. Вскоре сам Ган обнаружил, что таинственный элемент X, открытый Ирен Жолио-Кюри, был в действительности не чем иным, как лантаном с атомным весом, равным половине атомного веса урана. Кюри открыла урановый распад, но не смогла понять этого.
Второй раз за шесть лет Ирен Жолио-Кюри упустила возможность сделать открытие, за которое другой, а именно Отто Ган, получил Нобелевскую премию. Если бы ей немного повезло, она стала бы единственным ученым как среди мужчин, так и среди женщин, получившим три Нобелевские премии, и таким образом, превзошла бы свою мать.
Второе разочарование Ирен Жолио-Кюри явилось результатом злополучной ошибки. Еще в ранних экспериментах она наблюдала, что когда обычный лантан вводился в раствор, содержавший элемент X, то этот элемент осаждался вместе с лантаном. Это означало, что химические свойства элемента X были сходными со свойствами лантана, но отсюда, конечно, не следовало, что оба элемента тождественны.
Чтобы установить, идентичны два элемента или нет, применяют химические методы, с помощью которых определяют возможность их разделения. Идентичные элементы, конечно, нельзя разделить, потому что они совершенно одинаково реагируют на химическое воздействие. Поэтому, когда имеется смесь двух элементов, где один известен, а другой нет, невозможность разделения их каким-либо химическим путем является прямым доказательством идентичности этих двух элементов. С другой стороны, если установлено, что они могут быть разделены,— это явное доказательство их неидентичности.
Это как раз и хотела сделать Ирен Жолио-Кюри, стараясь определить, является ли элемент X радиоактивным видом (изотопом) лантана или нет, но по странному стечению обстоятельств пришла к неправильному выводу. Она считала, и об этом сообщала, что ей удалось отделить радиоэлемент X от лантана. Однако через несколько месяцев Ган доказал, что эти два элемента идентичны, и поэтому их никак нельзя разделить. Таким образом, она действительно «очень запуталась», придя в конце концов к заключению, что элемент X не является лантаном.
Ее неудача объяснялась главным образом присутствием в исследуемом ею растворе примеси с химическими свойствами, сходными со свойствами лантана. Именно эта примесь и была отделена от элемента X и лантана, в то время как лантан остался прочно связанным с элементом X. Но, к сожалению, Ирен Жолио-Кюри приняла примесь за лантан. Итак, то, что она не прочитала доклад Резерфорда, стоило ей потери Нобелевской премии в области физики, а ее неспособность обнаружить наличие примеси лишила ее третьей Нобелевской премии, которую ей присудили бы за открытие уранового распада.
