EPÓNIMOS

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Walter Meissner
Información personal
Nombre en alemán	Walther Meißner
Nacimiento	16 de diciembre de 1882 Berlín (Imperio alemán)
Fallecimiento	16 de noviembre de 1974 (91 años) Múnich (Alemania Occidental)
Residencia	Alemania
Nacionalidad	Alemana
Familia
Padre	Waldemar Meissner
Educación
Educado en	Universidad Técnica de Múnich Universidad Humboldt de Berlín Universidad Técnica de Berlín
Supervisor doctoral	Max Planck
Alumno de	Max Planck
Información profesional
Ocupación	Físico, ingeniero y profesor universitario
Área	Física
Empleador	Universidad Técnica de Múnich Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Miembro de	Academia de Ciencias de Baviera Academia de Ciencias de Gotinga
Distinciones	Cruz de Comendador de la Orden del Mérito de la República Federal Alemana Orden al Mérito de Baviera Simon Memorial Prize (1970)
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Fritz Walter Meißner (Berlín, 16 de diciembre de 1882^[1] - Múnich, 16 de noviembre de 1974)^[2] fue un físico alemán.^[3]

Biografía

Walther Meißner estudió ingeniería mecánica en la Universidad Técnica de Charlottenburg de 1901 a 1904 y luego matemáticas y física en la Universidad Friedrich Wilhelm de Berlín. Como uno de los pocos estudiantes de doctorado de Max Planck, se doctoró en 1907 sobre el tema de la teoría de la presión de radiación.

En 1908, Meißner se unió al Physikalisch-Technische Reichsanstalt y fue nombrado consejero de gobierno en 1915 y consejero superior de gobierno en 1927. En el laboratorio de pirometría inicialmente se encargó de los trabajos de prueba e investigación en el campo de la termometría y en 1913 se trasladó al laboratorio de investigaciones eléctricas. Presumiblemente, debido a su experiencia en ingeniería mecánica, se suponía que debía construir una planta de licuefacción de hidrógeno para la investigación en el campo de la física de bajas temperaturas. Fue ampliada después del final de la guerra (Meißner participó en la guerra como voluntario de 1915 a 1918). De 1922 a 1925, Meissner construyó una planta de licuefacción de helio , que fue la tercera del mundo (después de Leiden y Toronto ). Meißner dirigió el laboratorio de frío más grande y el laboratorio de investigación atómica eléctrica creado en 1927.

Desde 1922 a 1925 construyó el tercer licuefactor más grande de helio del mundo. En 1933 descubrió el efecto Meissner,^[4][5] la desaparición de todo campo magnético en el interior de un superconductor.^[6] Un año más tarde fue nombrado director del departamento de física técnica en la Technische Universität de Múnich.^[1] Tras la Segunda Guerra Mundial fue elegido el primer presidente de la Academia de Ciencias Bávara.^[7] En 1946 se convirtió en el director de la primera división de la comisión de investigación de la Academia en física de bajas temperaturas. Los laboratorios en los que trabajaba se encontraban en la ciudad de Herrsching am Ammersee hasta 1965, fecha en la que fueron desplazados a Garching.^[1]

Walter Meissner, murió en Múnich, República Federal de Alemania, RFA, el 16 de noviembre de 1974.^[1]

Superconductividad

La superconductividad es un fenómeno en el que ciertos materiales, cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica, experimentan resistencia eléctrica cero y expulsión de campos magnéticos. Heike Kamerlingh Onnes (Países Bajos) descubrió la falta de resistencia eléctrica en el helio líquido en 1911. En 1933, Fritz Walther Meissner y Robert Ochsenfeld (Alemania) descubrieron que las sustancias que experimentaban superconductividad expulsaban sus campos magnéticos, lo que se conoció como el Efecto Meissner.^[5] En 1935, Fritz y Heinz London (Alemania) desarrollaron una explicación matemática para la superconductividad. Lev Landau y Vitaly Ginzburg (URSS) propusieron una teoría fenomenológica de la superconductividad en 1950. John Bardeen, Leon Cooper y John Scheiffer (EE. UU.) desarrollaron una teoría microscópica completa de la superconductividad (la teoría BCS) en 1957. Los modelos Landau-Ginzburg y BCS se conciliaron a través del trabajo de NN Bogolyubov (URSS) en 1958 y Lev Gor'kov (URSS) en 1959.

EPÓNIMO :

Imán levitando sobre un material superconductor. Para experimentar los efectos de la superconductividad es necesario enfriar el superconductor a muy bajas temperaturas

Duración: 22 segundos.0:22

Demostración del efecto Meissner

El efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. Fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en 1933 midiendo la distribución de flujo en el exterior de muestras de plomo y estaño enfriados por debajo de su temperatura crítica en presencia de un campo magnético.

Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagnético perfecto. El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y su descubrimiento sirvió para deducir que la aparición de la superconductividad es una transición de fase a un estado diferente.

La expulsión del campo magnético del material superconductor posibilita la formación de efectos curiosos, como la levitación de un imán sobre un material superconductor a baja temperatura que se muestra en la figura.

La ecuación de London

Expulsión del campo magnético por debajo de la temperatura crítica.

La primera teoría fenomenológica que explica el efecto Meissner se basa en la ecuación de Beaner:

(1)${\displaystyle {\mathrm{\nabla }}^2\overrightarrow{B}=\frac{1}{{\lambda }_L^2}\overrightarrow{B}}$

donde ${\displaystyle {\lambda }_L}$ depende de la cantidad n_s de electrones (por unidad de volumen, es decir, densidad) que se encuentran en estado superconductor:

${\displaystyle {\lambda }_L=\sqrt{\frac{m}{{\mu }_0{n}_s{q}^2}}}$

La ecuación, desarrollada por los hermanos Fritz y Heinz London en 1935,^[1] explica la forma que ha de tener un campo magnético para que se cumplan las condiciones fundamentales que se dan en el efecto Meissner, que son:

1. que el campo magnético sea nulo en el interior del superconductor,
2. que las corrientes eléctricas estén limitadas a la superficie del superconductor, en una capa de un espesor del orden de lo que se conoce como la longitud de penetración ${\displaystyle {\lambda }_L}$, siendo nulas en el interior.

Los hermanos London desarrollaron su teoría pensando que los portadores de carga eran electrones, lo cual se vio que era erróneo varias décadas después. Sin embargo, a pesar de este desacierto inicial, los resultados experimentales no se vieron muy afectados debido a que la longitud de penetración es esencialmente la misma en ambos casos:

Cuantización del campo magnético en un anillo superconductor.^[2]

magnitud	idea inicial de los hermanos London	idea posterior con pares de Cooper
carga q	-e (carga de un electrón)	-2e
masa m	me (masa de un electrón)	2me
densidad de partículas en estado superconductor	ns	ns/2
longitud de penetración ${\displaystyle {\lambda }_L}$	${\displaystyle \sqrt{\frac{m_e}{{\mu }_0{n}_s{e}^2}}}$	${\displaystyle \sqrt{\frac{2m_e}{{\mu }_0(n_s/2)(2e{)}^2}}=\sqrt{\frac{m_e}{{\mu }_0{n}_s{e}^2}}}$

El primero en darse cuenta del error fue Lars Onsager en 1953 investigando la cuantización del flujo magnético que pasa por un anillo superconductor: el valor mínimo del flujo le salía exactamente la mitad de lo que debía ser, lo cual está acorde con una carga 2e. Basándose en esta idea Cooper expondría la idea de que los portadores de carga no son en realidad electrones, sino parejas de electrones^[3] (conocidas como pares de Cooper), como se explicó con todo detalle en la teoría BCS más tarde.

La ecuación de Pippard

La ecuación de London (1) tiene diversas limitaciones. La principal de ellas es que no respeta el principio fundamental de la física según el cual dos sucesos lo suficientemente alejados uno de otro no pueden interferir entre sí. Dicho de otra forma, se trata de una teoría no local. Esto se debe a que los dos electrones que forman el par de Cooper están relativamente alejados uno de otro. No obstante, en su momento los hermanos London no podían saber esto, ya que ni siquiera sabían que se trataba de dos electrones juntos en lugar de uno.

Para resolver esto Brian Pippard presentó en 1953 la ecuación de Pippard, que es más general que la de los hermanos London, y fue corroborada poco más tarde por la teoría BCS.

El efecto Meissner cerca de la temperatura crítica

Debido a la dependencia de la longitud de penetración con la densidad de electrones en el estado superconductor, es fácil ver que cuanto más se acerque la temperatura de la muestra a la temperatura crítica, menos electrones habrá en estado superconductor y por lo tanto el campo magnético penetrará cada vez más en el superconductor. Cuando el superconductor alcanza la temperatura crítica la longitud de penetración tiende a infinito, lo que significa que el campo magnético puede penetrar en la muestra sin oposición alguna, es decir, el efecto Meissner desaparece.

Históricamente fue difícil comprender por qué la longitud de penetración aumentaba con la temperatura, ya que no se supo hasta más tarde que los electrones en estado superconductor (es decir, aquellos que están de dos en dos formando pares de Cooper) conviven con los electrones en estado normal (es decir, desapareados), y que la densidad de electrones en un estado u otro depende de la temperatura.

Valores típicos de la longitud de penetración

Teniendo en cuenta la definición dada más arriba, tomando los valores correspondientes a las constantes y dando a la densidad de electrones en estado superconductor n_s un valor típico de unos 10²³ electrones por cm³ (que será menor a medida que la temperatura se acerque a la crítica) se obtiene una longitud de penetración ${\displaystyle {\lambda }_L}$ ~ 1700 Å, lo que corresponde a una penetración entre los centenares y los millares de capas atómicas, lo cual corresponde bastante bien con los valores experimentales.

Teoría

Deducción de la ecuación de London

La ecuación (1) se puede deducir mediante un tratamiento completamente clásico, y, aparte de las dos condiciones planteadas, nos bastan las ecuaciones de Maxwell y la segunda ley de Newton:

${\displaystyle \overrightarrow{F}=m\overrightarrow{a}.}$

La segunda ley de Newton se puede expresar en este caso como:

${\displaystyle q\overrightarrow{E}=m\frac{d\overrightarrow{v}}{dt}}$

Tomando la densidad de corriente ${\displaystyle \overrightarrow{J}}$ en lugar de la velocidad y pasando la carga q al otro lado obtenemos:

${\displaystyle \overrightarrow{E}=\frac{m}{n_s{q}^2}\frac{d\overrightarrow{J}}{dt}}$

si bien no es más que la segunda ley de Newton expresada en términos de la densidad de corriente y campo eléctrico.

Si se considera que la velocidad de los electrones es pequeña, se puede tomar derivadas parciales en lugar de derivadas totales, y se obtiene la que en algunos textos se conoce como la primera ecuación de London (siendo la segunda la ecuación de London propiamente dicha),

${\displaystyle \overrightarrow{E}=\frac{m}{n_s{q}^2}\frac{\mathrm{\partial }\overrightarrow{J}}{\mathrm{\partial }t}}$

Si ahora se hace el rotacional a ambos lados de la ecuación, entra en juego las ecuaciones de Maxwell, en concreto la ley de Faraday:

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{E}=-\frac{\mathrm{\partial }\overrightarrow{B}}{\mathrm{\partial }t}.}$

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{E}=\frac{m}{n_s{q}^2}\mathrm{\nabla }\times \frac{\mathrm{\partial }\overrightarrow{J}}{\mathrm{\partial }t}=-\frac{\mathrm{\partial }\overrightarrow{B}}{\mathrm{\partial }t}}$

lo cual se puede expresar como:

${\displaystyle \frac{\mathrm{\partial }}{\mathrm{\partial }t}\left(\frac{m}{n_s{q}^2}\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}+\overrightarrow{B}\right)=0}$

${\displaystyle \to \frac{m}{n_s{q}^2}\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}+\overrightarrow{B}=constante}$

Pero si se tiene en cuenta la primera condición (que el campo magnético y la densidad de corriente sean nulas en el interior del superconductor) se ve que esta constante ha de ser igual a cero y queda:

(2)${\displaystyle \frac{m}{n_s{q}^2}\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}+\overrightarrow{B}=0}$

Ahora bien, lo que interesa es tener todo en función del campo magnético, así que hay que deshacerse de la densidad de corriente. Esto se puede hacer empleando otra ecuación de Maxwell, la ley de Ampère:

${\displaystyle \overrightarrow{J}=\frac{1}{{\mu }_0}\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{B}}$

${\displaystyle \to \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}=\frac{1}{{\mu }_0}\mathrm{\nabla }\times \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{B}}$

para deshacerse del rotacional de un rotacional, que es más bien incómodo, se puede aplicar la conocida identidad según la cual para cualquier campo ${\displaystyle \overrightarrow{F}}$ se tiene que:

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\times \left(\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{F}\right)=\mathrm{\nabla }\left(\mathrm{\nabla }\cdot \overrightarrow{F}\right)-{\mathrm{\nabla }}^2\overrightarrow{F},}$

Haciendo un último uso de las ecuaciones de Maxwell se considera que para un campo magnético ${\displaystyle \mathrm{\nabla }\cdot \overrightarrow{B}=0}$, por lo que el primer término de la parte de la derecha se anula y desaparece el rotacional de la densidad de corriente:

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}=-\frac{1}{{\mu }_0}{\mathrm{\nabla }}^2\overrightarrow{B}}$

Que no es más que la ley de Ampère expresada de otra manera. Si ahora se reemplaza en la ecuación con la que se estaba trabajando, queda que:

${\displaystyle -\frac{m}{{\mu }_0{n}_s{q}^2}{\mathrm{\nabla }}^2\overrightarrow{B}+\overrightarrow{B}=0}$

con lo que ya solamente se tiene que agrupar las constantes en ${\displaystyle {\lambda }_L^2}$ y pasar uno de los términos al otro lado del igual para obtener la ecuación de London (1), que era el objetivo.

Ecuación de London respecto al potencial vectorial

Es posible expresar la ecuación de London (1) también como:

(3)${\displaystyle \overrightarrow{J}=-\frac{n_s{q}^2}{m}\overrightarrow{A}}$

donde ${\displaystyle \overrightarrow{A}}$ es el potencial vector. Para llegar a esta expresión basta con tomar del desarrollo anterior la ecuación intermedia (2); teniendo en cuenta que, por definición:

${\displaystyle \overrightarrow{A}=\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{B},}$

se llega:

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{J}=-\frac{n_s{q}^2}{m}\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{A}}$

y quitando los rotacionales se tendrá la ecuación buscada.

Nota: no hay que olvidar que no se pueden quitar los rotacionales a la ligera, ya que aparece que, con el mismo resultado, se puedes añadir al potencial vectorial una función ${\displaystyle \varphi (\overrightarrow{r})}$ tal que:

${\displaystyle \overrightarrow{A}(\overrightarrow{r})\to \overrightarrow{A(\overrightarrow{r})}+\mathrm{\nabla }\varphi (\overrightarrow{r})}$

sin embargo, en el problema que se está tratando se puede aplicar el gauge de London,

${\displaystyle \mathrm{\nabla }\cdot \overrightarrow{A}=0}$

${\displaystyle {\overrightarrow{A}}_{\perp }=0}$

con lo que, si el superconductor es un sólido simplemente conexo, se tendrá que ${\displaystyle \varphi (\overrightarrow{r})}$ es en realidad constante y no influye en el problema.

Lise Meitner
Información personal
Nombre de nacimiento	Elise Meitner
Nacimiento	Noviembre de 1878 Viena (Imperio austrohúngaro)
Fallecimiento	27 de octubre de 1968 (89 años) Cambridge (Reino Unido)
Sepultura	St James Churchyard
Nacionalidad	Austríaca (1918-1938) y sueca (desde 1949)
Religión	Judaísmo y Evangelische Kirche Augsburgischen Bekenntnisses in Österreich
Familia
Padres	Philipp Meitner Hedwig Meitner
Educación
Educación	doctor en filosofía
Educada en	Universidad de Viena (Doc. en Física; 1901-1906) Akademisches Gymnasium (hasta 1901)
Supervisor doctoral	Franz S. Exner y Ludwig Boltzmann
Información profesional
Ocupación	Física nuclear, profesora de universidad, química y física
Área	Física
Cargos ocupados	Profesor de Universidad Humboldt de Berlín (1926-1938)
Empleador	Universidad Federico Guillermo Universidad Humboldt de Berlín Universidad de Viena Universidad Católica de América Real Universidad Politécnica Real Universidad Politécnica (hasta 1953)
Estudiantes	Nikolaus Riehl
Obras notables	descubrimiento
Miembro de	Academia de Ciencias de la RDA Real Academia de las Ciencias de Suecia Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias Academia Austríaca de Ciencias Academia Alemana de las Ciencias Naturales Leopoldina Academia de Ciencias de Gotinga Real Sociedad de Londres (desde 1955)
Firma
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Lise Meitner (nacida como Elise Meitner; el 7 o el 17 de noviembre de 1878 en Viena, Imperio austrohúngaro-27 de octubre de 1968 en Cambridge, Reino Unido) fue una física nuclear y pionera de la radioquímica austríaca. Meitner es considerada una de las personalidades científicas más importantes del siglo XX.^[1] En 1906 obtuvo su doctorado en la Universidad de Viena, siendo la segunda mujer en lograrlo en la rama principal de física. En 1907 comenzó en Berlín una colaboración de décadas con el químico Otto Hahn. A partir de 1912, Meitner y Hahn trabajaron en el recién fundado Instituto Kaiser Wilhelm de Química en Berlín-Dahlem. Investigaron la radiactividad y descubrieron isótopos radiactivos. En 1926, Meitner se convirtió en la primera profesora titular de física en Alemania.

Perdió estos puestos en la década de 1930 debido a las leyes raciales de Núremberg introducidas en la Alemania nazi. En 1938 huyó a Suecia, donde vivió durante muchos años, convirtiéndose finalmente en ciudadana sueca.

En una carta que escribió en 1945, Lise Meitner se lamentaba:^[2]

«Resulta trágico que, incluso personas como Laue y Otto, no comprendieran a qué suerte abandonaba su pasividad a su propio país.»

A mediados de 1938, Meitner con los químicos Otto Hahn y Fritz Strassmann del Instituto Kaiser Wilhelm descubrió que bombardear el torio con neutrones producía diferentes isótopos. Hahn y Strassmann más adelante en el año demostraron que los isótopos de bario podrían formarse por bombardeo de uranio. A finales de diciembre, Meitner y Frisch resolvieron el fenómeno de tal proceso de escisión. En su informe de la edición de febrero de Nature de 1939, le dieron el nombre de "fisión". Este principio condujo al desarrollo de la primera bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial y, posteriormente, a otras armas nucleares y reactores nucleares.

Meitner recibió muchos premios y honores al final de su vida, pero no compartió el Premio Nobel de Química de 1944 por la fisión nuclear, que fue otorgado exclusivamente a Otto Hahn, colaborador suyo desde hacía mucho tiempo. Varios científicos y periodistas han calificado su exclusión de "injusta". Según el archivo del Premio Nobel, fue nominada 19 veces al Premio Nobel de Química entre 1924 y 1948, y 30 veces al Premio Nobel de Física entre 1937 y 1967.^[3] A pesar de no haber sido galardonada con el Premio Nobel, Meitner fue invitada a asistir a la Lindau Nobel Laureate Meeting en 1962.

Meitner recibió muchos otros honores, entre ellos el dar al elemento químico 109 el nombre de meitnerio, en 1997. Albert Einstein la elogió como la «Marie Curie alemana».^[4]

Biografía

Primeros años

Lise Meitner con unas estudiantes (1959).

Nació en Viena el 7 de noviembre de 1878 en el seno de una familia de clase media alta judía, en la calle Kaiser Josefstraße en el distrito Leopoldstadt de Viena, la tercera de los ocho hijos del matrimonio de Hedwig y Philipp Meitner.

En el registro de nacimientos de la Comunidad Judía de Viena consta que nació el 17 de noviembre de 1878, pero en otros documentos figura que su fecha de nacimiento es el 7 de noviembre, la cual es la que usó como verdadera.^[5] Su padre fue uno de los primeros abogados judíos en ser aceptados en Austria.^[4] Lise tenía dos hermanos mayores, Gisela y Auguste (Gusti) y cuatro hermanos menores: Moriz (Fritz), Carola (Lola), Frida y Walter; todos ellos tomaron el camino de los estudios académicos avanzados.^[5]

Su padre era un pensador libre y Lise fue criada con estos valores.^[4] Aunque sus padres eran nominalmente judíos, recibió una educación cristiana protestante. Se convirtió al cristianismo, siguiendo el Luteranismo, donde se bautizó por la iglesia luterana en 1908.^[6] Además, se acortará el nombre a Lise;^[7][8] sus hermanas Gisela y Lola se convertirían al Catolicismo el mismo año.^[5]

Educación

Una de las primeras investigaciones de Meitner empezaron a la edad de ocho años. Las escribía en una libreta que guardaba debajo de la almohada. Desde niña se interesó por las matemáticas y la física. En aquella época los Gymnasium (institutos de enseñanza secundaria superior) solamente admitían a chicos, y ella tuvo que estudiar en una Bürgerschule (escuela municipal de menor rango) para luego examinarse por libre de la Matura (equivalente a la Abitur alemana, que da acceso a la universidad). En 1899, Meitner empezó a recibir clases particulares con otras dos jóvenes mujeres, concentrando los ocho años de educación secundaria en solo dos. En julio de 1901 se presentaron para el examen externo en el Akademisches Gymnasium. Solo aprobaron cuatro de las catorce mujeres que se presentaron para el examen, entre ellas Meitner y Henriette Boltzmann (la hija del físico Ludwig Boltzmann).

Ese mismo año se matriculó en la Universidad de Viena en matemáticas y física.^[9] Se entusiasmó con el laboratorio del Instituto de Física situado en el noveno distrito de la ciudad; este contribuyó a que Lise Meitner se decantara por la física como materia principal. Al año siguiente ya empezaron unas clases de mayor nivel de exigencia: Mecánica Analítica, Electricidad y Magnetismo, Elasticidad e Hidrodinámica, Acústica, Óptica, Termodinámica, Teoría Cinética de Gases, así como Física Matemática y un curso de Filosofía de la Ciencia. Este plan de estudios tenía una particularidad: todas las clases las impartía una sola persona, el físico teórico Ludwig Boltzmann. Meitner las calificó, años después, como "lo más hermoso y estimulante que ella había oído". Hacía tan solo cuatro años que las facultades de Austria habían abierto las puertas a las estudiantes femeninas, pero Boltzmann las aceptaba con naturalidad. Lise Meitner se encontraba muy a gusto, encantada con el ambiente que reinaba en la universidad. Desde el principio se interesó por las incógnitas que planteaba la radiactividad. Su tesis titulada Prüfung einer Formel Maxwells ("Examen de la Fórmula de Maxwell") fue presentada el 28 de noviembre de 1905, fue aprobada por Exner y Boltzmann ese mismo día. En 1906 se convirtió en la segunda mujer que obtenía el título de Doctora en Física en la Universidad de Viena, con una tesis sobre la conducción del calor en cuerpos no homogéneos.^[10]

Paul Ehrenfest le pidió a Meitner que investigase sobre un artículo de óptica de Rayleigh. En el artículo Rayleigh explicaba fenómenos que no sabía demostrar experimentalmente. Meitner fue más allá, llegó a unas conclusiones basadas en las explicaciones de Rayleigh y las demostró experimentalmente, de esta manera demostró su habilidad para llevar a cabo investigaciones independientes.

Presentó una solicitud para trabajar con Marie Curie en París, pero sin éxito. Durante el primer año tras la obtención del doctorado trabajó, por las tardes, en el Instituto de Física Teórica en Viena. Por la mañana daba clases como profesora en prácticas en una escuela de chicas para tener una mínima independencia económica. En junio de 1907 publicó un artículo sobre las partículas alfa en la Physikalische Zeitschrift. Ella había realizado uno de los primeros experimentos que conducirían al átomo nuclear de Rutherford. Sin embargo, la joven investigadora no veía un futuro para ella en Viena, aparte de la enseñanza, que no le interesaba. Se armó de valor y les pidió a sus padres que siguieran manteniéndola para irse por dos años a Berlín, y éstos accedieron.^[11]

Traslado a Berlín

Instituto Kaiser Wilhelm de Química, hoy edificio Hahn-Meitner de la Universidad Libre de Berlín

En 1907 se trasladó a Berlín para seguir en la Universidad Humboldt las clases del físico Max Planck, de quien había oído hablar, aunque no sabía nada más de él; ni siquiera conocía su teoría cuántica. Tampoco sabía que a las mujeres se les negaba el acceso a las universidades de Prusia.^[12] Por fortuna, Max Planck le permitió que asistiera a sus clases, gesto de gran rareza pues se oponía a la admisión de mujeres en la universidad.

Lise Meitner se dirigió al director del Instituto de Física Experimental, Heinrich Rubens, para trabajar allí por las tardes. Este la aceptó de buen grado y además le comunicó que Otto Hahn había mostrado interés en colaborar con ella. Los dos se llegaron a hacer muy amigos en las tres décadas en las que se dedicaron a desvelar los misterios del átomo y la radiactividad (amistad sujeta siempre a los rígidos códigos sociales de la época). De momento, el único problema era que, dado el veto a las mujeres que prevalecía en la universidad, Lise tenía que entrar a escondidas, por una puerta trasera, en el sótano del Instituto de Química, que en su día fue un taller de carpintería y que Otto había acondicionado como laboratorio. Si quería ir al baño, tenía que usar el del restaurante de al lado. Esa situación se prolongó durante un año. Lise no tenía más dinero que la modesta cantidad que le enviaban sus padres, y llevaba por tanto una vida muy frugal, alquilada en una habitación de estudiantes y tomando nota de cada céntimo que gastaba. Pero no se sentía desgraciada por ello, pues al margen de su afición por la física, que tanto la llenaba, no le faltaba vida social. Hacía caminatas con una estudiante de Botánica; acudía a las veladas de música en casa de su admirado Max Planck (a las que unos años más tarde se sumaría Einstein como violinista),^[13] e hizo amistad con sus hijas; otras parejas de compañeros la invitaban a la ópera o a excursiones en coche. Varias veces al año viajaba a Viena a visitar a su familia. Sentía nostalgia por su ciudad, pero no se arrepentía de haberse instalado en Berlín.

Durante su primer año, Meitner y Hahn publicaron tres ponencias en 1908 y otros seis más en 1909 como coautores. También descubrieron y desarrollaron el método de separación física conocido como retroceso radioactivo, en el que un núcleo hijo es expulsado con fuerza de su matriz a medida que retrocede en el momento de la descomposición. Meitner observó que ese retroceso radioactivo podría ser una nueva forma para detectar substancias radioactivas.

Meitner le interesaba en particular la radiación beta. Para esta época, se conocían como electrones. Las partículas Alpha fueron emitidas con una energía específica y dedujo que esto podría suceder también en las partículas beta. Midieron la absorción de las partículas beta con aluminio, pero los resultados fueron difíciles de entender. En 1914, James Chadwick descubrió que los electrones expulsados por el núcleo atómico formaban un espectro continuo, pero Meitner creía en esta teoría, debido a que contradecía la mecánica cuántica.

Instituto Kaiser Wilhelm de química

En 1912, Meitner y Hahn se trasladaron al recién fundado Instituto Kaiser Wilhelm de química. Hahn aceptó una oferta de Fischer para convertirse en asistente júnior a cargo de su sección de radioquímica, el primer laboratorio de este tipo en Alemania. También le ofrecieron el título de "maestro" y un sueldo de 5000 marcos por año. Meitner trabajó como invitada sin recibir ningún sueldo. Años más tarde, a pesar de las dificultades económicas y el miedo que sufría Meitner por tener que volver a Viena, debido a la muerte de su padre en 1910, Planck la contrató como su asistente en el Instituto de Física teórica en la universidad Friedrich Wilhelm. Este fue su primer sueldo como asistente, el rango más bajo en la jerarquía académica, convirtiéndose así en la primera mujer asistente científica en Prusia.

Meitner conoció al Kaiser Guillermo II de Alemania en la inauguración oficial del KWI de química el 23 de octubre de 1912. En los años siguientes la ascendieron de rango a Mitglied (Miembro) de la institución, el mismo puesto que Hahn pero con menos sueldo. El laboratorio pasó a llamarse Hahn-Meitner. En la investigación del Mesotorio (Radio-228), creado para fines médicos, Hahn recibió 66 000 marcos, de los cuales Meitner recibió un diez por ciento. En 1914, Meitner recibió una oferta de trabajo en Praga. Como Fischer no quería que Meitner se fuese, le duplicó el salario a 3000 marcos.

El descubrimiento de un isótopo estable del protactinio

En julio de 1914, poco antes del inicio de la guerra mundial en agosto, Hahn fue reclutado por el ejército para formar parte de un regimiento Landwehr. Al mismo tiempo, Meitner emprendió en la práctica de nuevas técnicas de rayos X y a su vez realizaba un curso de anatomía en el hospital central de Lichterfelde. Mientras tanto terminó ambos trabajos del espectro de rayos beta que empezó junto a Hahn y Baeyer antes de la guerra. También terminó su estudio independiente sobre la cadena de desintegración del uranio. En julio de 1915 regresó a Viena, donde se unió a la armada austriaca como técnico-enfermera de rayos X en el Departamento de Radiología de un hospital austriaco. Su unidad se desplegó por el Frente oriental en Polonia y el Frente italiano. Fue dada de baja en 1916.^[14]

Meitner regresó al KWI de química y siguió con sus investigaciones pendientes debido a la guerra. En enero de 1917, fue ascendida a directora de su propio departamento de física. El laboratorio Hahn-Meitner se dividió en dos para cada uno y su sueldo en la asociación aumentó a 4000 marcos. Con el retorno de Hahn, discutieron la continuación del trabajo que tenían en desarrollo antes de la guerra: la investigación del isotopo madre del actinio. Según las Leyes de Soddy-Fajans, este elemento debería ser un isótopo desconocido del elemento 91 de la tabla periódica, justo entre el torio y el uranio. Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring descubrieron este elemento en 1913 y lo nombraron "Brevium" debido a su corta vida media. Sin embargo, ese isótopo encontrado fue un emisor beta, por consiguiente no puede ser el isótopo madre del actinio. Tenía que ser otro isótopo del mismo elemento.^[15]

En 1914 Hahn y Meitner desarrollaron una nueva técnica para separar el grupo del tantalio de la uraninita. Debido a la falta de apoyo, tanto por parte de Hahn y por parte de los demás ayudantes del laboratorio, Meitner tuvo que hacerlo por su cuenta. En febrero, Meitner extrajo 2 gramos de óxido de silicio (SiO2) de 21 gramos de uraninita. De esos 2 gramos, a 0.5 le añadió fluoruro de tántalo(V) (TaF5), se disolvió en fluoruro de hidrógeno (HF). La hirvió en una concentración de ácido sulfúrico (H2SO4) y precipitó lo que se creía que era el elemento 91. Verificó que era un emisor Alpha. Con la llegada de Hahn en abril, ambos idearon una serie de indicadores para descartar los otros emisores Alpha conocidos hasta la fecha. Solo conocían unos con un comportamiento químico similar: isótopos de plomo (que se desintegraba en emisores Alpha, polonio-210) y el torio-230.

Aunque Fajans y Göhring habían sido los primeros en descubrir el elemento, se requería que el elemento tuviese una vida más larga y mayor abundancia de isótopos y el brevium no era este caso. Meitner llamó al elemento "Protactinio".

EPÓNIMO :

Hasio ← Meitnerio → Darmstatio
109 Mt
Tabla completa • Tabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número	Meitnerio, Mt, 109
Serie química	Metales de transición
Grupo, período, bloque	9, 7, d
Masa atómica	268 u
Configuración electrónica	[Rn] 5f14 6d7 7s2 (predicción)[1][2]
Electrones por nivel	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (predicción) (imagen)
Apariencia	Desconocida, probablemente es un metal gris oscuro
Propiedades atómicas
Radio covalente	129 (estimado)[3] pm
Estado(s) de oxidación	3, 4, 6[4] (suposición basada en el iridio)
Propiedades físicas
Estado ordinario	Probablemente sólido
Varios
Estructura cristalina	Cúbica centrada en las caras
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del meitnerio
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 278Mt Sintético 7,6 s α 9,6 274Bh 276Mt Sintético 0,72 s α 9,71 272Bh 274Mt Sintético 0,44 s α 9,76 270Bh 270mMt Sintético 1,1 s α - 266Bh
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.
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El meitnerio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Mt y su número atómico es 109. Es un elemento sintético cuyo isótopo más estable es el ²⁷⁸Mt, cuya vida media es de 7,6 s.^[5]

En la tabla periódica, el meitnerio es un elemento transactínido serie d. Pertenece al 7.º período y se sitúa en el grupo 9 de elementos, aunque aún no se han realizado experimentos químicos que confirmen que se comporta como el homólogo más pesado del iridio en el grupo 9 como séptimo miembro de la serie 6d de metales de transición. Se calcula que el meitnerio tiene propiedades similares a las de sus homólogos más ligeros, el cobalto, el rodio y el iridio.

Historia

El meitnerio fue sintetizado por primera vez en 1982 por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Instituto de Investigación de iones Pesados (Gesellschaft für Schwerionenforschung) en Darmstadt.^[6]

El equipo lo consiguió bombardeando bismuto-209 con núcleos acelerados de hierro-58. La creación de este elemento demostró que las técnicas de fusión nuclear podían ser usadas para crear nuevos núcleos pesados.

El nombre de meitnerio fue sugerido en honor a la matemática y física, de origen austríaco y sueco, Lise Meitner,^[7] pero había una controversia acerca de los nombres de los elementos comprendidos entre 101 y 109; así pues, la IUPAC adoptó el nombre de unnilennio (símbolo Une) de manera temporal, como nombre sistemático del elemento. En 1997, se resolvió la disputa y se asignó el nombre actual.

Nombre

Utilizando Nomenclatura de Mendeleev para elementos sin nombre y sin descubrir, el meitnerio debería conocerse como eka-iridio. En 1979, durante las Guerras de Transfermio (pero antes de la síntesis del meitnerio), la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse unnilenio (con el símbolo correspondiente de Une),^[8] una denominación sistemática de elementos como placeholder, hasta que se descubriera el elemento (y se confirmara el descubrimiento) y se decidiera un nombre permanente. Aunque fue ampliamente utilizado en la comunidad química a todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron mayoritariamente ignoradas entre los científicos del sector, que lo llamaron «elemento 109», con el símbolo de E109, (109) o incluso simplemente 109, o utilizaron el nombre propuesto «meitnerio».

La denominación de meitnerio se discutió en la polémica sobre la denominación de los elementos relativa a los nombres de los elementos 104 a 109, pero meitnerio fue la única propuesta y, por lo tanto, nunca se disputó.^[9][10] El nombre meitnerio (Mt) fue sugerido por el equipo del GSI en septiembre de 1992 en honor de la física austriaca Lise Meitner, codescubridora del protactinio (con Otto Hahn),^{[11] [12][13][14][15]} y uno de los descubridores de la fisión nuclear.^[16] En 1994 el nombre fue recomendado por la IUPAC,^[9] y fue adoptado oficialmente en 1997. Es, por tanto, el único elemento que lleva el nombre específico de una mujer no mitológica (curium recibe el nombre tanto de Pierre como de Marie Curie).^[17]

Isótopos

El meitnerio no tiene isótopos estables ni naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea por fusión de dos átomos o mediante la observación de la desintegración de elementos más pesados. Se han descrito ocho isótopos diferentes de meitnerio con los números de masa 266, 268, 270 y 274-278, dos de los cuales, meitnerio-268 y meitnerio-270, tienen estados metaestables no confirmados. Un noveno isótopo con número másico 282 no está confirmado. La mayoría de ellos se desintegran predominantemente por desintegración alfa, aunque algunos sufren fisión espontánea.^[18]

Estabilidad y semividas

Lista de isótopos de meitnerio Isótopo Vida media[j] Desintegración modo Descubrimiento Año Descubrimiento reacción Valor ref 266Mt 1,2 ms^[19] α, SF 1982 209Bi(58Fe,n) 268Mt 27 ms^[19] α 1994 272Rg(-,α) 270Mt 6,3 ms^[19] α 2004 278Nh(-,2α) 274Mt 640 ms [58] α 2006 282Nh(-,2α) 275Mt 20 ms [58] α 2003 287Mc(-,3α) 276Mt 620 ms [58] α 2003 288Mc(-,3α) 277Mt 5 ms [59] SF 2012 293Ts(-,4α) 278Mt 4,5 s [59] α 2010 294Ts(-,4α) 282Mt[k] 1,1 min [14] α 1998 290Fl(e-,νe2α)

Todos los isótopos de meitnerio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados son más estables que los más ligeros. El isótopo de meitnerio más estable conocido, el ²⁷⁸Mt, es también el más pesado conocido; tiene una vida media de 4,5 segundos. El no confirmado ²⁸²Mt es aún más pesado y parece tener una vida media más larga, de 67 segundos. Los isótopos ²⁷⁶Mt y ²⁷⁴Mt tienen vidas medias de 0,62 y 0,64 segundos respectivamente.^[20] Los cinco isótopos restantes tienen vidas medias de entre 1 y 20 milisegundos.^[21]

Se observó que el isótopo ²⁷⁷Mt, creado como producto de desintegración final del 293Ts por primera vez en 2012, sufría una fisión espontánea con una semivida de 5 milisegundos. El análisis preliminar de los datos consideró la posibilidad de que este suceso de fisión procediera del ²⁷⁷Hs, ya que también tiene una semivida de unos pocos milisegundos, y podría estar poblado tras una captura de electrones no detectada en algún punto de la cadena de desintegración.^[22][23] Esta posibilidad se consideró más tarde muy improbable basándose en las energías de desintegración observadas de ²⁸¹Ds y ²⁸¹Rg y en la corta vida media de ²⁷⁷Mt, aunque todavía existe cierta incertidumbre sobre la asignación.^[23] En cualquier caso, la rápida fisión de ²⁷⁷Mt y ²⁷⁷Hs sugiere fuertemente la existencia de una región de inestabilidad para los núcleos superpesados con N = 168-170. La existencia de esta región, caracterizada por la rápida fisión de ²⁷⁷Mt y ²⁷⁷Hs, es un indicio de la existencia de una región de inestabilidad para los núcleos superpesados con N = 168-170. La existencia de esta región, caracterizada por una disminución de la altura de la barrera de fisión entre el cierre deformado de la envoltura en N = 162 y el cierre esférico de la envoltura en N = 184, es coherente con los modelos teóricos.^[22]

Propiedades previstas

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del meitnerio ni de sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa^[25] y el hecho de que el meitnerio y sus progenitores se descomponen muy rápidamente. Las propiedades del meitnerio metálico siguen siendo desconocidas y sólo se dispone de predicciones.

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