20. stoljeće - Atomska i nuklearna fizika

Tridesetih se godina 20. st. intenzivira razumijevanje i razvoj nuklearne fisije. Godine 1932. Rutherfordovi su suradnici Sir John Cockcroft (1897. – 1967.) i Ernest Walton (1903. – 1995.) prvi izveli „cijepanje” atoma litija nuklearnom reakcijom koristeći ubrzane čestice, odnosno protone. Prvom se nuklearnom fisijom ipak smatra bombardiranje urana neutronima koje je 1934. godine izveo talijanski fizičar Enrico Fermi (1901. – 1954.) i objavio u radu Radioaktivnost dobivena bombardiranjem neutronima. Za to je otkriće 1938. primio Nobelovu nagradu, a u Chicagu je 1942. godine, upravo pod njegovim vodstvom, izgrađen prvi nuklearni reaktor.

Mađarski je fizičar Leó Szilárd (1898. – 1964.) 1933. godine došao do spoznaje o mogućnosti nastanka nuklearne lančane reakcije ako neki proces oslobađa više neutrona nego što ih je trebalo za pokretanje procesa. Lančane su reakcije bile poznate iz kemije, gdje najčešće izazivaju nekontrolirano oslobađanje energije, odnosno eksploziju. Szilárd, međutim, u fizici predviđa takve reakcije kod lakih atoma. U eksperimentima nakon otkrića fisije urana Szilárd otkriva da je fisijom oslobođeno više neutrona nego ih je upotrijebljeno i prepoznaje predviđenu nuklearnu lančanu reakciju. Bojeći se uporabe ovoga otkrića u izradi oružja od strane nacističke Njemačke on taji ovo veliko otkriće. No, 1934. godine grupa znanstvenika predvođena Irène (1897. – 1957.) i Frédéricom Joliot-Curijem (1900. – 1958.) objavljuje da bombardiranje alfa-česticama inducira umjetnu radioaktivnost kod stabilnih elemenata. Iste je godine svoje otkriće objavio i Fermi.

Njemački fizičari Otto Hahn (1879. – 1968.) i Fritz Strassmann (1902. – 1980.) 1938. godine objavljuju rezultate pokusa bombardiranja urana neutronima u kojima dobivaju izotop barija. Njihova suradnica Lise Meitner (1878. – 1968.), austrijska fizičarka židovskoga porijekla koja je zbog Anschlussa izbjegla u Švedsku, i Otto Robert Frisch (1904. – 1979.) interpretiraju te rezultate kao nuklearnu fisiju, tj. cijepanje uranove jezgre nakon apsorpcije neutrona. Reakcija oslobađa veliku energiju i dodatne neutrone.

Budući da se ova otkrića zbivaju u vrijeme jačanja nacizma u Njemačkoj i dolaska Hitlera na vlast, mnogi su znanstvenici upozoravali na posljedice koje bi mogla imati uporaba nuklearnoga oružja, pogotovo ako bi do oružja prva došla nacistička Njemačka. Albert Einstein u nekoliko pisama 1939. godine upozorava američkoga predsjednika Franklina Roosevelta na tu opasnost i savjetuje razvijanje američkih, odnosno savezničkih nuklearnih kapaciteta. Ta su pisma u Drugom svjetskom ratu doprinijela pokretanju projekta izrade atomske bombe, poznatoga pod nazivom projekt Manhattan, koji je započeo je 1941. godine i bio među najvećim tajnim projektima američke vlade ikada. Tako su u američkom gradu Los Alamosu okupljeni vrsni fizičari i inženjeri, koji su pod vodstvom Roberta Oppenheimera (1904. – 1967.) izradili i 16. srpnja 1945. godine uspješno testirali prvu atomsku bombu. Ona je već 6. kolovoza iste godine upotrijebljena u bombardiranju japanskih gradova Hirošime i, 3 dana kasnije, Nagasakija. Tim je bombardiranjima oduzeto 400 000 ljudskih života, a ostavljene su i trajne posljedice radioaktivnoga zračenja.