Door William Happer.

Julius Robert Oppenheimer is opnieuw in het nieuws dankzij de veelbesproken film ‘Oppenheimer’. Als afgestudeerde natuurkundestudent aan de Princeton University in het begin van de jaren zestig had ik af en toe contact met Oppenheimer, die toen directeur was van het Institute for Advanced Study. Hij was in deze fase van zijn carrière niet erg vriendelijk tegen studenten. Maar omdat hij meer dan proportioneel had geleden onder persoonlijke tegenslag, bleef hij voor de meeste studenten toch een sympathieke figuur.

Robert Oppenheimer.

Hoewel Oppenheimer een zeer goede theoretisch natuurkundige was, is het niet gemakkelijk om uitmuntend te zijn als je collega’s zijn zoals Enrico Fermi, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Hans Bethe en Edward Teller. Oppenheimer staat vooral bekend om zijn wetenschappelijk leiderschap in Los Alamos tijdens de Tweede Wereldoorlog.

De oorspronkelijke wetenschappelijk directeur van het Manhattan Project, Gregory Breit, had problemen met interpersoonlijke relaties. Dus toen Oppenheimer in 1943 het roer overnam, kon hij gemakkelijk de zaken weer op het goede spoor zetten. De meeste wetenschappers die hij selecteerde voor leidinggevende posities waren zeer succesvol, met name Hans Bethe als hoofd van de theoretische afdeling.

Doorbraken worden niet bepaald door commissies, zelfs niet door Nobelcomités, door de consensus van deskundigen, of door wetgeving van het Congres.

Maar het Manhattan Project was niet het resultaat van een briljante theorie. Wat kernwapens mogelijk maakte was niet de beroemde formule van Einstein, E = mc², maar een snelle reeks van toevallige experimentele ontdekkingen in de jaren dertig, waaronder een geroemde fout.

Ernest Rutherford en zijn team demonstreerden de eerste door de mens veroorzaakte kernreactie rond het jaar 1919. Door stikstofkernen te bombarderen met energetische alfadeeltjes (de kernen van gewone heliumatomen die vrijkomen tijdens het radioactieve verval van zware elementen zoals uranium of radium), kon Rutherford’s team zuurstofisotopen en snelle protonen produceren, de kern van een waterstofatoom.

Ernest Rutherford.

Maar positief geladen projectielen, zoals die werden gebruikt door Rutherford en zijn collega’s, hebben moeite om het oppervlak van een doelkern te beïnvloeden. De positieve lading van de kern stoot het projectiel af voordat het dichtbij genoeg kan komen om het oppervlak ‘aan te aanraken’ en te reageren. Dat is de reden waarom James Chadwicks verrassende ontdekking, in het jaar 1932, van een elektrisch neutraal projectiel, het neutron, zo belangrijk was. Neutronen zouden het oppervlak van zelfs de hoogst geladen kern, uranium, kunnen bereiken zonder hinder van de nucleaire lading.

Chadwick liet zien dat neutronen worden geproduceerd als je alfa-emitterende zware elementen zoals radium mengt met lichte elementen zoals lithium of beryllium. Een van de eersten die gebruik maakte van de nieuw ontdekte neutronen was de Italiaanse natuurkundige Enrico Fermi. Met zijn onderzoeksgroep in Rome bestraalde Fermi veel verschillende atomen met neutronen en ontdekte dat de neutronen gemakkelijk werden geabsorbeerd, vooral als de aanvankelijk snelle neutronen werden afgeremd door meerdere botsingen met kernen van lichte elementen zoals waterstof of koolstof. Langzame neutronen hadden meer tijd om door een doelkern te worden geabsorbeerd.

Voor dit werk ontving Fermi in 1938 de Nobelprijs voor de natuurkunde. Maar zowel het Nobelcomité als Fermi vergisten zich ernstig in de aard van zijn werk.

De meeste wetenschappelijke doorbraken zijn het gevolg van toevalligheden die intelligente mensen als belangrijk beschouwen.

In zijn presentatietoespraak in Stockholm zei professor H. Pleizel:

‘Dit algemene patroon, dat volgens Fermi de regel is wanneer zware stoffen worden onderworpen aan bestraling met neutronen, kreeg bijzondere belangstelling toen het door hem werd toegepast op het laatste element in de reeks elementen, namelijk. uranium, dat rangnummer 92 heeft. Na dit proces zou het eerste product van desintegratie een element moeten zijn met 93 positieve elektrische ladingen en zou er dus een nieuw element gevonden zijn, dat buiten de oude reeks ligt. Fermi’s onderzoek naar uranium maakte het zeer waarschijnlijk dat er een reeks nieuwe elementen kon worden gevonden, die verder gingen dan het element dat tot nu toe als het zwaarste werd beschouwd, namelijk uranium met rangnummer 92. Fermi slaagde er zelfs in twee nieuwe elementen te produceren, 93 en 94 in rangnummer. Deze nieuwe elementen noemde hij Ausenium en Hesperium.’

Fermi verdiende het zeker om geëerd te worden voor dit en ander briljant werk, maar hij werd geëerd vanwege een fout. Een paar maanden na de Nobelprijs ontdekten de Duitse scheikundigen Otto Hahn en Fritz Strassman dat ‘ausenium’ en ‘hesperium’ helemaal geen transurane elementen waren, maar sterke stralingsfragmenten van uraniumkernen, met name de neutronenrijke isotopen van barium.

Otto Frisch / Lise Meitner.

Een paar maanden later toonden Otto Frisch en Lise Meitner aan dat de splijting van uraniumkernen het barium produceerde na absorptie van neutronen. Het werd al snel duidelijk dat bij de uraniumsplijting ook een aantal extra neutronen vrijkwamen en dat een kettingreactie van kernsplijting mogelijk zou kunnen zijn. Bij deze reactie zou miljoenen keren meer energie vrijkomen dan bij de gewone chemische reacties van explosieven. Het was deze toevallige ontdekking die leidde tot het Manhattan Project.

De meeste wetenschappelijke doorbraken zijn het gevolg van ongelukken die intelligente mensen als belangrijk beschouwen. Doorbraken worden niet bepaald door commissies, zelfs niet door Nobelcomités, door de consensus van deskundigen, of door wetgeving van het Congres.

***

William Happer.

​

William Happer is Senior Fellow bij het Independent Institute en Cyrus Fogg Brackett emeritus hoogleraar bij de afdeling natuurkunde van de Princeton University. Hij is een specialist in moderne optica, optische en radiofrequentiespectroscopie van atomen en moleculen, stralingsvoortplanting in de atmosfeer en spin-gepolariseerde atomen en kernen. Hij staat ook bekend om zijn werk op het gebied van klimaatgerelateerde natuurkunde.

***

Bron hier.

***

Gerelateerd: