I have been engaged in experiments which suggest that the atom can be artificially disintegrated. If it is true, it is of far greater importance than a war.

Ernest Rutherford

Ultra-kort videnskabshistorisk baggrund.

Ligesom med de fleste andre dele af videnskaben, så har atomfysikken filosofiske rødder helt tilbage til antikken og de gamle grækere. Det var selvfølgelig ikke sådan, at Demokrit havde nogen anelse om det vi i dag forbinder med atomfysik, men han resonerede sig frem til, at hvis man bliver ved med at dele noget stof, så når man slutteligt frem til en størrelse der ikke kan deles yderligere. Denne grundlæggende del af universet kaldte han Atomos, hvilket betyder noget i stil med udeleligt.

Det græske atom var faktisk mere en beslutning end en videnskabelig teori. Antikkens naturfilosoffer anså nemlig eksperimentalfysik som noget ganske afskyeligt og hvis man ikke udelukkende kunne tænke sig frem til en sammenhæng i verden, så ville de hellere stå på et gadehjørne og kaste trekanter efter forbipasserende. Der skulle derfor gå en anseelig tid, inden atomfysikken blev noget vi kan genkende.

Den italienske kunstner Caravaggio syntes Demokrit skulle have en fin hat på

Først i 1800tallet begyndte der at ske noget indenfor atomfysikken. I løbet af lidt over 100 år voksede denne gren af fysikken fra en banebrydende afhandling om gasser og tryk af englænderen John Dalton, til newzealænderen Ernest Rutherfords atomteori, der beskriver atomet som en kerne af positivt ladede protoner omgivet af negativt ladede elektroner.

Vores hjemlige Niels Bohr tilføjede, at elektronerne måtte bevæger sig i nøje fastlagte baner omkring kernen, da de ellers ifølge de klassiske love konstant ville bevæge sig indad og slutteligt ramme kernen. Skiftet mellem disse fastlagte baner blev til kvantefysikken – en beskrivelse af stof egenskaber på subatomart niveau.

Efter nogle bajere med Heisenberg syntes Bohr, at atomet skulle være mere fladt på toppen

Den var egentlig ikke Rutherfords oprindelige beskrivelse af atomet der grundlagde atomenergien, men hans senere tilføjelse af en neutralt ladet partikel: Neutronen. Der skulle dog en anden fysiker til, før videnskaben virkelig fik øjnene op for atomenergi. I 1934 arbejdede den italienske fysiker Enrico Fermi med at bombarderer uran med neutroner og til hans forbløffelse endte han med et helt andet stof.

Sådan rent praktisk foregik magien på følgende måde: Uran 235 absorberer en neutron fra bombardementet og bliver til Uran 236, hvorefter det spaltes til elementerne Krypton og Barium. Disse to elementer har sammenlagt mindre masse end det originale Uran 236: der er altså forsvundet noget – om end det er langt mere kompliceret end beskrevet her, så er resultatet, at masse fra det oprindelige atom omdannes til fri energi.

Fermi opdagede ikke selv den epokegørende transformation. Faktisk troede han, at det var tale om et helt nyt element og navngav den tiloversblevne substans Hesperium, men som en ægte videnskabsmand udgav han sine data, hvorefter andre atomfysikere kunne komme med indvendinger. Det var en af de sidste hent åbne opdagelser indenfor atomfysikken – få år senere var det alt sammen militære hemmeligheder.

Det var to tyskere kemikere og en østrigsk fysiker (Otto Hahn, Fritz Strassmann og Lise Meitner), der i 1938 endelig fik brikkerne til at passe. Hanh og Strassmann havde kemisk udskilt Barium fra det såkaldte Hesperium og dermed bevist, at der på ingen måde var tale om et nyt element. Fysikeren Meitner kunne derefter forholdsvist nemt gennemskue processen: Uran atomet var vitterligt spaltet. Hendes nevø Otto Robert Frisch, der senere skulle blive en ledende fysiker under Manhattan projektet, læste med over skulderen og navngav processen fission.

Lise Meitner og Otto Hahn på laboratoriet i Kaiser Wilhelm Instituttet for Kemi i Berlin

Processen med at spalte atomer i lettere stoffer var ikke nok til en bombe. Den sidste brik i puslespillet kom fra den ungarske fysiker Leó Szilárd, der allerede i 1933 havde lavet teoretisk arbejde indenfor atomare kædereaktioner. I 1939 skete der to ting som satte skub i Szilárds teoretiske ide. Primært bekræftede Frisch eksperimentalt den postulerede fission i Uran. Sekundært beregnede en fransk forskergruppe under Frédéric Joliot-Curie, at fission i Uran 235 frigiver 2,6 neutroner: altså en grundlæggende mulighed for at starte en kædereaktion.

Herefter stod det lysende klart, at energi fra atomer teoretisk kunne bruges til kraftige eksplosive våben – om det så også var praktisk muligt var en helt anden side af sagen.

Frédéric Joliot-Curie med konen Irène – datter af den berømte Marie Skłodowska Curie

Sidst i 30erne bestod atomfysikken af en relativt lille gruppe videnskabsfolk, der ikke bare arbejdede med den samme gren af fysikken, men også kendte hinanden personligt. Når én lavede en opdagelse, som i tilfældet med kædereaktionen, så spredtes gennembruddet til resten af gruppen i løbet af ganske få dage. Med europa tæt på krig, bragte Joliot-Curies afhandling derfor stor bekymring blandt verdens atomfysikere.

Alene på baggrund af den teoretiske mulighed for en kædereaktion, besluttede Albert Einstein og Leó Szilárd sig i august 1939, for at kontakte den amerikanske præsident Franklin Roosevelt, med information om den atomare våbenteknologi og en advarsel om Tyskernes mulige forskning i den retning. Hverken Einstein og Szilárd var skråsikre på den reelle mulighed for rent praktisk at fremstille et atomvåben, men hvis det var muligt, så ønskede de ikke et tysk monopol på dem.

Einstein og Szilárd hygger sig med at skrive breve til præsidenten

På baggrund af det såkaldte Einstein–Szilárd brev besluttede Roosevelt, at USA burde kigge nærmere på disse muligheder. 1 september 1939 nedsatte han en Advisory Committee on Uranium, der med et budget på sølle $6000 skulle hjælpe Fermi (der imellemtiden flygtet fra Mussolinis Italien til University of Chicago), med neutroneksperimenter: det første reelle skridt mod atomvåben var taget.