核分裂の発見

1938年の暮れ、ベルリン郊外のダーレムにあるカイザー・ヴィルヘルム化学研究所で、化学者のオットー・ハーンと若い助手のフリッツ・シュトラスマンは、自分たちの実験結果に戸惑っていた。ウランに中性子を当てると、ウランよりはるかに軽い元素、バリウムができていたのである。ハーンはこの結果をどう解釈すればよいか分からず、かつての共同研究者に手紙で相談した。相手は、半年前にナチス・ドイツから逃れたばかりの物理学者、リーゼ・マイトナーだった。

話は数年前にさかのぼる。1932年、イギリスのチャドウィックが、原子核の中にある電気を帯びない粒子、中性子を見つけた。電気を帯びていない中性子は、原子核に跳ね返されずに入り込むことができる。1934年、イタリアのエンリコ・フェルミは、いろいろな元素に中性子を当てる実験を行い、ウランに当てると、ウランより重い新しい元素ができたと考えた。この「超ウラン元素」の研究に、ベルリンのハーンとマイトナーも加わった。化学者のハーンと物理学者のマイトナーは、30年近く一緒に研究を続けてきた仲だった。ドイツの化学者イダ・ノダックは、このころすでに、原子核が大きな破片に割れているのではないかと論文で指摘していたが、ほとんど相手にされなかった。

マイトナーはオーストリア生まれで、ユダヤ系の家の出だった。オーストリア国籍だったため、1933年にナチスが政権を握った後も、研究所にとどまることができた。しかし1938年3月、ドイツがオーストリアを併合すると、マイトナーはドイツの法律の下に置かれ、身の危険が迫った。7月、彼女は同僚たちの助けを借りて、オランダへひそかに国境を越え、やがてスウェーデンのストックホルムに落ち着いた。手元にはわずかな荷物しかなかった。研究はハーンとシュトラスマンがベルリンで続け、マイトナーとは手紙で連絡を取り合った。

1938年12月、ハーンとシュトラスマンは、ウランに中性子を当ててできた物質を化学的に丹念に調べた。ラジウムだと思っていたものは、どう調べても、化学的にはバリウムとしか言いようのない振る舞いをした。ラジウムの原子番号は88、バリウムは56。ウラン（92）から、核の重さの半分ほどの元素が生まれたことになる。それは、当時の物理学の常識では考えられないことだった。12月19日付の手紙で、ハーンはマイトナーにこの結果を伝え、何か説明を考えられないかと尋ねた。

その年のクリスマス休暇、マイトナーはスウェーデン西部の小さな町で、甥の物理学者オットー・ロベルト・フリッシュと過ごしていた。フリッシュはコペンハーゲンのニールス・ボーアの研究所で働いていた。ハーンの手紙を読んだ二人は、雪の積もった森を、フリッシュはスキーで、マイトナーは歩いて進みながら、この謎について話し合った。

二人が手がかりにしたのは、ボーアらが考えていた、原子核を一つの液体のしずくのように見る考え方だった。ウランのような大きな原子核は、しずくのように揺れやすい。中性子が飛び込むと、核は細長く伸び、くびれて、二つに分かれてしまうのではないか。二人は木の幹に腰を下ろし、紙切れに計算を書きつけた。核が二つに分かれると、二つの破片の質量の合計は、もとのウランの核よりわずかに軽くなる。その失われた質量を、アインシュタインの式E＝mc²でエネルギーに直すと、およそ2億電子ボルトになった。ふつうの化学反応で一つの原子が出すエネルギーの、数千万倍にあたる。破片が電気の反発で飛び散るときのエネルギーとも、ちょうど釣り合っていた。

ハーンとシュトラスマンの論文は、1939年1月にドイツの学術誌に発表された。マイトナーとフリッシュは、その解釈をまとめた短い論文を、2月にイギリスの科学誌『ネイチャー』に発表した。フリッシュは、生物学者の知人から細胞が分かれることを何と呼ぶかを聞き、この現象を「分裂（フィッション）」と名づけた。フリッシュから話を聞いたボーアは、ちょうどアメリカへ向かうところで、1939年1月、アメリカの物理学者たちにこの発見を伝えた。知らせは瞬く間に広がり、各地の研究所で数週間のうちに追試が成功した。

物理学者たちはすぐに、その先にあるものに気づいた。核が割れるとき、新しい中性子がいくつか飛び出すなら、その中性子が別の核を割り、さらに中性子を出す、という連鎖が起こりうる。一瞬のうちに莫大なエネルギーが解き放たれれば、それは恐ろしい兵器になる。ハンガリーから亡命したレオ・シラードらは、ナチス・ドイツが先に原子爆弾を作ることを恐れ、1939年8月、アインシュタインの署名を添えた手紙をアメリカのローズヴェルト大統領に送った。これがのちのマンハッタン計画につながっていく。1945年8月、ウランとプルトニウムの核分裂を使った爆弾が、広島と長崎に落とされた（広島・長崎への原爆投下）。

マイトナーは、原子爆弾を作る計画への参加を誘われたが、断った。ハーンは戦争の終わり、ドイツの他の科学者たちとともにイギリスの農場の屋敷に抑留されていたとき、広島への原爆投下の知らせを聞いた。自分の発見がこのような形で使われたことに、ハーンは深い衝撃を受けたと伝えられる。

1945年11月、スウェーデン王立科学アカデミーは、1944年度のノーベル化学賞をハーンに贈ると発表した。受賞者はハーン一人だった。マイトナーの名はなかった。のちに公開された選考の記録を調べた研究者たちは、化学と物理学の分野の壁、戦争による情報の途絶、そして選考委員の偏りのために、マイトナーの貢献が正しく評価されなかったと結論している。ハーン自身も、戦後、この発見を化学の成果として語り、マイトナーの役割を十分に認めなかったと批判されることがある。

それでも、マイトナーの名は残った。1966年、アメリカはハーン、シュトラスマン、マイトナーの3人にエンリコ・フェルミ賞を贈った。そして1997年、原子番号109の元素は、彼女にちなんでマイトネリウムと名づけられた。ノーベル賞を受けた者の名がつけられた元素は多いが、受けなかった者の名がつけられた例は珍しい。マイトナーの墓には、甥のフリッシュが選んだ「人間らしさを決して失わなかった物理学者」という言葉が刻まれている。