Tại sao khám phá phân hạch hạt nhân nguyên tử lại đạt giải Nobel hóa học?

Mặt trước và sau của Huân Chương Nobel Vật lý và Hóa học. Trong khung màu vàng sẽ khắc tên người đạt giải và năm đạt giải. (Ảnh: Internet.)

Phản ứng phân hạch hạt nhân mô tả một quá trình trong đó hạt nhân của nguyên tử nặng tách thành các phần nhỏ hơn. Quá trình này giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ và là cơ chế vật lý cơ bản thúc đẩy sự bùng nổ việc phát triển vũ khí hạt nhân cũng như sử dụng năng lượng giải phóng có kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân. Nhưng bằng chứng cho sự khám phá hiện tượng vật lý này lại đạt được bằng phương thức hóa học thuần túy.

Ngày 6 tháng 1 năm 1939 bài báo của nhà hóa học người Đức Otto Hahn đã được công bố, liên quan đến kết quả thí nghiệm hóa học tiến hành cùng với Fritz Strassmann tại Viện Hóa học Kaiser Wilhelm ở Berlin vào tháng 12 năm 1938, đã xác nhận nguyên tố bari là sản phẩm phân hạch của hạt nhân urani (bài báo được gửi đăng vào ngày 22 tháng 12 năm 1938). Chỉ vài tuần sau, vào ngày 11 tháng 2 năm 1939, bài báo của hai nhà vật lý Lise Meitner và Otto Frisch đã công bố lý giải vật lý đầu tiên về hiện tượng phân hạch hạt nhân urani. (Bài báo gửi ngày 16 tháng 1 năm 1939). Ngày 13 tháng 1 năm 1939 Frish đã tiến hành thí nghiệm cung cấp bằng chứng vật lý cho hiện tượng phân hạch hạt nhân urani. (Bài báo gửi ngày 17 tháng 1 và được xuất bản vào ngày 18 thăng 2 năm 1939.)

Ảnh tác giả và tòa nhà mang tên Hahn-Meitner, trước đây là Viện Hóa học Kaiser Wilhelm, ở Dahlem, Berlin. Viện được khánh thành năm 1912, sau đó đổi tên là tòa nhà mang tên Otto Hahn, rồi được đổi tên Hahn-Meitner từ ngày 27 tháng 10 năm 2010. Hiện nay là một phần của Viện Hóa học và Sinh Hóa của đại học Berlin.

Hahn là một nhà hóa học tài năng đã là ứng cử viên cho giải Nobel trong nhiều năm do các thành tựu nghiên cứu xuất sắc. Sau khám phá sản phẩm phân hạch hạt nhân, Hahn ngay lập tức là ứng cử viên sáng giá cho giải Nobel cho phát hiện này. Hahn còn thường được coi là 'cha đỡ đầu của phân hạch hạt nhân'. Mùa xuân năm 1944, Ủy ban giải Nobel hóa học đã đề nghị trao giải thưởng Nobel năm 1944 cho một mình Hahn. Do Hahn không thể nhận giải thưởng bởi tình hình chính trị lúc đó, Ủy ban Nobel đề nghị bảo lưu giải thưởng năm 1944 cho Hahn. Ngày 15 tháng 11 năm 1945, viện Khoa Học Hoàng Gia Thụy Điển đã tuyên bố trao giải Nobel hóa học bảo lưu của năm 1944 cho Hahn về „phát hiện ra sự phân hạch hạt nhân nặng”. Ủy Ban Nobel không thể gửi lời chúc mừng trực tiếp đến Hahn sau khi công bố giải Nobel, vì khi đó Hahn cùng với một số các nhà khoa học Đức nổi tiếng đang bị giam (bị bắt tại Berlin từ 4.1945, chuyển tới bị giam tại Anh từ 7.1945 đến 1.1946) do bị tình nghi là liên quan tới chương trình vũ khí hạt nhân của Đức quốc xã trong chiến tranh thế giới thứ 2. Hahn biết tin mình được trao giải Nobel khi đọc tờ báo Tin tức hàng ngày. Mãi tới tháng 12 năm 1946 Hahn mới đến Stockholm để nhận giải thưởng.

Thực tế là Hahn đã không trực tiếp phát hiện ra sự phân hạch hạt nhân. Từ ‘phân hạch’ cũng không xuất hiện trong bài báo của Hahn, mà nó xuất hiện lần đầu tiên trong bài báo của Meitner và Frish. Nhưng Hahn đã đưa ra bằng chứng khẳng định là nguyên tố bari (là nguyên tố chỉ nhẹ bằng khoảng một nửa nguyên tố urani) là sản phẩm từ bắn phá hạt nhân nguyên tử urani bằng nơtron. (Urani có số nguyên tử là 92, còn số nguyên tử của bari là 56). Không những ông đã thành công xuất xắc trong việc sử dụng phương pháp hóa học để chứng minh một quá trình vật lý, mà điều đặc biệt quan trọng là ông đã tin tưởng tuyệt đối vào kết quả của mình. Nhờ vậy ông đã đưa ra lời khẳng định chắc chắn, ngay cả khi ông biết rõ là nó đi ngược lại hoàn toàn niềm tin gần như là tuyệt đối của các nhà vật lý hạt nhân nổi tiếng thời bấy giờ. Hahn khẳng định về việc hạt nhân urani bị phân tách thành các nguyên tố nhẹ, trong khi các nhà vật lý lại chỉ nghĩ đến khả năng là phản ứng đó dẫn đến việc tạo ra các nguyên tố nặng hơn urani. Minh chứng hóa học của Hahn đã làm các nhà vật lý phải chấp nhận một thực tế là hạt nhân urani tưởng chừng như rất bền vững lại có thể bị phân tách.

Tuy nhiên Hahn chỉ đưa ra bằng chứng về nguyên tố bari là sản phẩm phân hạch. Còn lý giải vật lý về quá trình phân hạch là do Meitner và Firsh. Tại sao chỉ có một mình Hahn đạt giải Nobel về phân hạch hạt nhân?

Meitner và Hahn cùng làm việc tại Viện Hóa học Kaiser Wilhelm ở Berlin trong suốt hơn 30 năm (từ 1907 đến tháng 7 năm 1938 (trước khi Meitner phải rời Berlin tránh sự truy nã của phát xít Đức). Cả hai đã có nhiều khám phá quan trọng và nhiều lần được đề cử cùng chia giải Nobel. Tháng 3 năm 1939 Theodor Svedberg đã đề cử Hahn và Meitner cho giải Nobel hóa học về thành tựu nghiên cứu về phóng xạ và phát hiện phân hạch. (Svedberg là nhà hóa học người Thụy điển đạt giải Nobel hóa học năm 1926 và là chủ tịch hội đồng Nobel hóa học lúc đó.) Tuy nhiên, những năm sau đó ông chỉ nhấn mạnh tầm quan trọng khám phá của Hahn trên cơ sở là các nghiên cứu của Hahn được thực hiện sau khi sự hợp tác giữa Hahn và Meitner đã kết thúc. Arthur Compton tiến cử Hahn và Meitner cùng chia giải Nobel vật lý năm 1940. (Compton là nhà vậy lý người Mỹ đạt giải Nobel vật lý năm 1927.) James Franck đề cử Hahn và Meitner cho giải Nobel vật lý năm 1941 và cả cho năm 1943. (James Frank là nhà vật lý người Đức đạt giải Nobel vật lý năm 1925.) Năm 1946 Niels Bohr đề xuất Meitner và Frisch cùng chia giải Nobel vật lý. Bohr nhắc lại đề cử cho Meitner và Frish cho giải Nobel hóa học vào năm 1947 và 1948. (Niels Bohr là nhà vật lý người Đan mạch đạt giải Nobel vật lý năm 1922.) Hahn cũng đề cử Meitner và Frish cho giải Nobel Vật lý vào năm 1948. Nhưng cả Ủy Ban Nobel vật lý và hóa học đều đã bỏ qua hoàn toàn những đóng góp của Meitner.

Ủy ban tuyển chọn giải thưởng Nobel vật lý đã không muốn đưa khám phá phân hạch hạt nhân vào danh sách để xét duyệt. Còn ủy ban tuyển chọn giải thưởng Nobel hóa học thì phán quyết rằng đó là một khám phá thuần túy trong hóa học.

Tài liệu tham khảo:

Otto Hahn, https://www.atomicheritage.org/profile/otto-hahn

Trang Nobelhttps://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1944/summary/

Nhu-Tarnawska Hoa Kim-Ngan, Imre Pázsit, “The Discovery of Nuclear Fission. Women Scientists In Highlight”, Chalmers Reproservice, Göteborg Sweden. ISBN 978-91-633-1047-8.

Tài liệu lưu trữ của giải Nobel https://www.nobelprize.org/nomination/

Otto Hahn được đề cử 39 lần cho giải Nobel (23 lần cho giải Nobel hóa học trong thời gian 1914-1946 và 16 lần cho giải Nobel vật lý trong thời gian 1937-1947). Lise Meitner được đề cử 48 lần cho giải Nobel (19 lần cho giải Nobel hóa học trong thời gian 1924-1948, và 29 lần cho giải Nobel vậy lý trong thời gian 1937-1965). Hahn và Meitner được đề cử cùng chia giải Nobel 23 lần, trong đó có 14 lần cho giải Nobel hóa học và 9 lần cho giải Nobel vật lý.