ליזה מייטנר

ליזה מייטנר

אליז "ליזה" מייטנר (Lise Meitner; ‏7 בנובמבר 1878 – 27 באוקטובר 1968) הייתה פיזיקאית גרעינית אוסטרית-שוודית אשר מילאה תפקיד מפתח בגילוי הביקוע הגרעיני.

לאחר השלמת מחקר הדוקטורט שלה ב-1906, הפכה מייטנר לאישה השנייה שקיבלה תואר דוקטור בפיזיקה מאוניברסיטת וינה. את רוב הקריירה המדעית שלה בילתה בברלין, שם שימשה כפרופסור לפיזיקה וכראש מחלקה במכון הקיסר וילהלם לכימיה. היא הייתה האישה הראשונה שמונתה לפרופסור מן המניין לפיזיקה בגרמניה. היא איבדה את תפקידיה ב-1935 בשל חוקי נירנברג האנטי-יהודיים של גרמניה הנאצית, וכן את אזרחותה לאחר סיפוח אוסטריה לגרמניה ב-1938. ב-13–14 ביולי 1938 נמלטה להולנד בסיועו של דירק קוסטר (Dirk Coster). היא חיה בסטוקהולם שנים רבות, ולבסוף קיבלה אזרחות שוודית ב-1949, תוך התעקשות לשמור על אזרחותה האוסטרית, אך עברה לבריטניה בשנות ה-50 כדי להיות עם בני משפחתה.

באמצע שנת 1938 הוכיחו הכימאים אוטו האן (Otto Hahn) ופריץ שטרסמן (Fritz Strassmann) במכון הקיסר וילהלם לכימיה שניתן ליצור איזוטופים של בריום על ידי הפגזת אורניום בנייטרונים. מייטנר עודכנה על ידי האן בממצאים אלו, ובסוף דצמבר, יחד עם אחיינה, הפיזיקאי אוטו רוברט פריש (Otto Robert Frisch), היא פענחה את הפיזיקה של תהליך זה על ידי פירוש נכון של הנתונים הניסיוניים של האן ושטרסמן. ב-13 בינואר 1939 שחזר פריש את התהליך שהאן ושטרסמן צפו בו. בדיווח של מייטנר ופריש בגיליון פברואר 1939 של כתב העת Nature, הם העניקו לתהליך את השם "ביקוע" (fission). גילוי הביקוע הגרעיני הוביל לפיתוח כורים גרעיניים ופצצות אטומיות במהלך מלחמת העולם השנייה.

מייטנר לא חלקה בפרס נובל לכימיה לשנת 1944 על הביקוע הגרעיני, שהוענק לשותפה הוותיק אוטו האן. מדענים ועיתונאים רבים כינו את הדרתה "לא צודקת". על פי ארכיון פרס נובל, היא הייתה מועמדת 19 פעמים לפרס נובל לכימיה בין השנים 1924 ל-1948, ו-30 פעמים לפרס נובל לפיזיקה בין השנים 1937 ל-1967. למרות שלא זכתה בפרס נובל, הוזמנה מייטנר להשתתף בכינוס חתני פרס נובל בלינדאו ב-1962. היא זכתה באותות כבוד רבים אחרים, כולל הנצחת שמה לאחר מותה ביסוד 109, מייטנריום, בשנת 1997.

שנים מוקדמות

אליז מייטנר נולדה בנובמבר 1878 למשפחה יהודית ממעמד הביניים הגבוה בבית המשפחה ברחוב קייזר יוזף 27 ברובע לאופולדשטאדט בווינה. היא הייתה השלישית מבין שמונת ילדיהם של אמן השחמט פיליפ מייטנר ואשתו הדוויג. פנקס הלידות של הקהילה היהודית בווינה מציין את ה-17 בנובמבר 1878 כתאריך לידתה, אך כל המסמכים האחרים מציינים את ה-7 בנובמבר, ובו השתמשה.

אביה היה אחד מעורכי הדין היהודים הראשונים שהורשו לעסוק במקצוע באוסטריה. היו לה שתי אחיות גדולות, גיזלה ואוגוסטה (גוסטה), וארבעה צעירים ממנה: מוריץ (פריץ), קרולה (לולה), פרידה וולטר; כולם רכשו בסופו של דבר השכלה גבוהה. אביה היה הוגה חופשי, והיא חונכה ברוח זו.

כבוגרת, היא התנצרה והפכה ללותרנית, ונטבלה בשנת 1908; אחיותיה גיזלה ולולה התנצרו לקתוליות באותה שנה. היא גם אימצה את השם המקוצר "ליזה".

השכלה

עניינה של מייטנר במדע החל בגיל שמונה, כשהחזיקה מחברת של מחקריה המדעיים מתחת לכרית. היא נמשכה למתמטיקה ולמדעים, וחקרה את צבעי כתמי שמן, סרטים דקים ואור מוחזר. הקריירה היחידה שהייתה זמינה לנשים הייתה הוראה, ולכן למדה בתיכון לבנות שם הוכשרה כמורה לצרפתית. בנוסף לצרפתית, השכלתה כללה הנהלת חשבונות, חשבון, היסטוריה, גאוגרפיה, מדעים והתעמלות. היא סיימה את התיכון ב-1892.

נשים לא הורשו ללמוד במוסדות השכלה גבוהה ציבוריים בווינה עד 1897, אך כאשר הוסרה הגבלה זו, ווטרה הדרישה לחינוך בגימנסיה ונשים נדרשו רק לעבור את מבחן המאטורה (בחינת הבגרות), ההסמכה הנדרשת לכניסה לאוניברסיטה. אחותה גיזלה עברה את המאטורה ונכנסה לבית הספר לרפואה ב-1900. מייטנר החלה לקחת שיעורים פרטיים עם שתי נשים צעירות אחרות ב-1899, כשהיא דוחסת את השנים החסרות בחינוך התיכוני לשנתיים. הפיזיקה נלמדה על ידי ארתור זרוואזי.

ביולי 1901 הן ניגשו לבחינת מאטורה חיצונית באקדמישס גימנזיום (Akademisches Gymnasium). ארבע מתוך ארבע עשרה נשים עברו, ביניהן מייטנר והנרייטה בולצמן, בתו של הפיזיקאי לודוויג בולצמן.

מחקר, עבודה ואקדמיה

### אוניברסיטת וינה

מייטנר נכנסה לאוניברסיטת וינה באוקטובר 1901. היא קיבלה השראה מיוחדת מלודוויג בולצמן (Ludwig Boltzmann) ולעיתים קרובות דיברה בהתלהבות על הרצאותיו. עבודת הדוקטורט שלה הונחתה על ידי פרנץ אקסנר (Franz Exner) ועוזרו הנס בנדורף (Hans Benndorf). התזה שלה הוגשה ב-20 בנובמבר 1905 ואושרה ב-28 בנובמבר. היא עברה בחינה בעל פה אצל אקסנר ובולצמן ב-19 בדצמבר, וקיבלה את הדוקטורט שלה ב-1 בפברואר 1906. היא הפכה לאישה השנייה שקיבלה תואר דוקטור בפיזיקה מאוניברסיטת וינה, לאחר אולגה שטיינדלר שקיבלה את התואר ב-1903; השלישית הייתה סלמה פרויד, שעבדה באותה מעבדה כמו מייטנר וקיבלה את שלה ב-1906. התזה של מייטנר פורסמה תחת הכותרת "הולכת חום בגופים לא הומוגניים" (Wärmeleitung in inhomogenen Körpern) ב-22 בפברואר 1906.

פאול ארנפסט (Paul Ehrenfest) ביקש ממנה לחקור מאמר על אופטיקה מאת לורד ריילי (Lord Rayleigh) שפירט ניסוי שהניב תוצאות שריילי לא הצליח להסביר. היא הצליחה להסביר את התוצאות, ואף הציגה תחזיות המבוססות על הסברה, שאותן אימתה ניסיונית, ובכך הוכיחה את יכולתה לבצע מחקר עצמאי וללא פיקוח. היא פרסמה את התוצאות בדוח שלה על "כמה מסקנות הנובעות מנוסחת ההחזרה של פרנל". ב-1906, בזמן שעסקה במחקר זה, הוצגה מייטנר על ידי שטפן מאייר (Stefan Meyer) לתחום הרדיואקטיביות, שהיה אז תחום מחקר חדש מאוד. היא החלה לעבוד עם חלקיקי אלפא. בניסוייה עם קולימטורים ורדיד מתכת, גילתה שהפיזור באלומת חלקיקי אלפא גדל עם המסה של אטומי המתכת. היא הגישה את ממצאיה ל-Physikalische Zeitschrift ב-29 ביוני 1907. זה היה אחד הניסויים שהובילו את ארנסט רתרפורד (Ernest Rutherford) לשער את קיום האטום הגרעיני.

### אוניברסיטת פרידריך וילהלם

בעידוד ובתמיכה כלכלית מאביה, נכנסה מייטנר לאוניברסיטת פרידריך וילהלם בברלין, שם לימד הפיזיקאי הנודע מקס פלאנק (Max Planck). פלאנק הזמין אותה לביתו ואפשר לה להשתתף בהרצאותיו. זו הייתה מחווה יוצאת דופן מצד פלאנק, שתועד כמתנגד לקבלת נשים לאוניברסיטאות באופן כללי, אך ככל הנראה זיהה את מייטנר כיוצאת דופן. היא התיידדה עם בנותיו התאומות של פלאנק, אמה וגרטה, שנולדו ב-1889, ושותפו למייטנר את אהבתה למוזיקה.

השתתפות בהרצאות של פלאנק לא מילאה את כל זמנה, ומייטנר פנתה להיינריך רובנס (Heinrich Rubens), ראש המכון לפיזיקה ניסיונית, בבקשה לבצע מחקר. רובנס אמר שישמח אם תעבוד במעבדתו. הוא גם הוסיף שאוטו האן במכון לכימיה מחפש פיזיקאי לשיתוף פעולה. כמה דקות לאחר מכן הוצגה בפני האן. הוא למד חומרים רדיואקטיביים אצל ויליאם רמזי (William Ramsay) וארנסט רתרפורד, וכבר היה מוכר בזכות גילוי מה שנחשב אז לכמה יסודות רדיואקטיביים חדשים. האן היה בן גילה של מייטנר, והיא ציינה את אופיו הבלתי פורמלי והנגיש. במונטריאול התרגל האן לשיתוף פעולה עם פיזיקאים – כולל לפחות אישה אחת, הארייט ברוקס (Harriet Brooks).

ראש המכון לכימיה, אמיל פישר (Emil Fischer), העמיד לרשותו של האן נגרייה לשעבר במרתף שתשמש כמעבדה. האן צייד אותה באלקטרוסקופים כדי למדוד חלקיקי אלפא ובטא וקרינת גמא. לא היה ניתן לבצע מחקר בנגרייה, אך אלפרד שטוק (Alfred Stock), ראש המחלקה לכימיה אנאורגנית, אפשר להאן להשתמש בחלל באחת משתי המעבדות הפרטיות שלו. כמו מייטנר, האן לא קיבל שכר וחיה מקצבה מאביו, אם כי גדולה במעט מזו שלה. הוא השלים את ההביליטציה שלו בתחילת 1907 והפך ל-Privatdozent (מרצה). רוב הכימאים האורגניים במכון לכימיה לא ראו בעבודתו של האן – זיהוי עקבות זעירים של איזוטופים קטנים מכדי לראות, לשקול או להריח דרך רדיואקטיביות שלהם – כימיה אמיתית. אחד מראשי המחלקות העיר ש"זה מדהים מה נהיה Privatdozent בימים אלה!" ליזה מייטנר עזרה לגלות את היסוד הרדיואקטיבי פרוטקטיניום.

הסידור היה קשה למייטנר בהתחלה. נשים טרם התקבלו לאוניברסיטאות במדינת פרוסיה הגרמנית, שכללה את ברלין. מייטנר הורשתה לעבוד בנגרייה, שהייתה לה כניסה חיצונית משלה, אך לא יכלה להיכנס לשאר המכון, כולל חלל המעבדה של האן בקומה למעלה. אם רצתה ללכת לשירותים, נאלצה להשתמש באלה שבמסעדה במורד הרחוב. בשנה שלאחר מכן התקבלו נשים לאוניברסיטאות פרוסיות, פישר הסיר את ההגבלות ודאג להתקנת שירותי נשים בבניין. לא כל הכימאים היו מרוצים מכך. המכון לפיזיקה היה מקבל יותר, והיא התיידדה עם הפיזיקאים שם, כולל אוטו פון באייר (Otto von Baeyer), ג'יימס פרנק (James Franck), גוסטב הרץ (Gustav Hertz), רוברט פול (Robert Pohl), מקס פלאנק, פטר פרינגסהיים (Peter Pringsheim) ווילהלם וסטפאל (Wilhelm Westphal).

במהלך השנים הראשונות עבדה מייטנר עם האן, והם כתבו יחד תשעה מאמרים: שלושה ב-1908 ושישה ב-1909. יחד עם האן, היא גילתה ופיתחה שיטת הפרדה פיזיקלית הידועה כנסיגה רדיואקטיבית (radioactive recoil), שבה גרעין בת נפלט בעוצמה כשהוא נסוג ברגע הדעיכה. בעוד שהאן היה מודאג יותר מגילוי יסודות חדשים (הידועים כיום כאיזוטופים), מייטנר התעניינה יותר בהבנת הקרינה שלהם. היא צפתה שנסיגה רדיואקטיבית, שהתגלתה על ידי הארייט ברוקס ב-1904, יכולה להיות דרך חדשה לזיהוי חומרים רדיואקטיביים. עד מהרה גילו עוד שני איזוטופים חדשים, ביסמוט-211 ותליום-207. מייטנר התעניינה במיוחד בחלקיקי בטא. עד אז היה ידוע שהם אלקטרונים. חלקיקי אלפא נפלטו באנרגיה אופיינית, והיא ציפתה שזה יהיה נכון גם לגבי חלקיקי בטא. האן ומייטנר מדדו בקפידה את ספיגת חלקיקי בטא על ידי אלומיניום, אך התוצאות היו תמוהות. ב-1914 גילה ג'יימס צ'דוויק (James Chadwick) שאלקטרונים הנפלטים מהגרעין יוצרים ספקטרום רציף, אך מייטנר התקשתה להאמין בכך, שכן נראה היה שזה סותר את הפיזיקה הקוונטית, שקבעה שאלקטרונים באטום יכולים לתפוס רק מצבי אנרגיה בדידים (קוונטים).

### מכון הקיסר וילהלם לכימיה

ב-1912 עברו האן ומייטנר למכון הקיסר וילהלם (KWI) לכימיה שנוסד זה עתה בברלין. האן קיבל הצעה מפישר להיות עוזר זוטר האחראי על מדור הרדיוכימיה שלו, המעבדה הראשונה מסוגה בגרמניה. המשרה הגיעה עם התואר "פרופסור" ושכר של 5,000 מארק לשנה (שווה ערך ל-29,000 אירו ב-2021). בניגוד לאוניברסיטאות, ל-KWI הממומן באופן פרטי לא היו מדיניות שהדירה נשים, אך מייטנר עבדה ללא שכר כ"אורחת" במדור של האן. ייתכן שנתקלה בקשיים כלכליים לאחר מות אביה ב-1910. מחשש שתחזור לווינה, מינה אותה פלאנק לעוזרתו במכון לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת פרידריך וילהלם. ככזו, היא תיקנה את עבודות הסטודנטים שלו. זו הייתה משרתה בשכר הראשונה. עוזרת הייתה הדרגה הנמוכה ביותר בסולם האקדמי, ומייטנר הייתה העוזרת המדעית הראשונה בפרוסיה.

פקידים גאים הציגו את מייטנר בפני הקיסר וילהלם השני בפתיחה הרשמית של ה-KWI לכימיה ב-23 באוקטובר 1912. בשנה שלאחר מכן הפכה ל-Mitglied ('עמיתה') כמו האן (אם כי שכרה עדיין היה נמוך יותר), ומדור הרדיואקטיביות הפך למעבדת האן-מייטנר. מייטנר חגגה במסיבת ארוחת ערב במלון אדלון. השכר של האן ומייטנר יואפל בקרוב על ידי תמלוגים ממזותוריום ("תוריום אמצעי", רדיום-228, שנקרא גם "רדיום גרמני") שיוצר למטרות רפואיות, שעבורו קיבל האן 66,000 מארק ב-1914 (שווה ערך ל-369,000 אירו ב-2021). הוא נתן עשרה אחוזים למייטנר. ב-1914 הוצעה למייטנר משרה אקדמית בפראג, שהייתה אז חלק מארצה אוסטריה-הונגריה. פלאנק הבהיר לפישר שהוא לא רוצה שמייטנר תעזוב, ופישר דאג להכפלת שכרה ל-3,000 מארק (שווה ערך ל-17,000 אירו ב-2021).

המעבר למשכן חדש היה בר מזל, שכן הנגרייה זוהמה לחלוטין על ידי נוזלים רדיואקטיביים שנשפכו, וגזים רדיואקטיביים שנפלטו ודעכו ואז שקעו כאבק רדיואקטיבי, מה שהפך מדידות רגישות לבלתי אפשריות. כדי להבטיח שהמעבדות החדשות והנקיות שלהם יישארו כאלה, קבעו האן ומייטנר נהלים קפדניים. מדידות כימיות ופיזיקליות בוצעו בחדרים נפרדים, אנשים שטיפלו בחומרים רדיואקטיביים נדרשו לעקוב אחר פרוטוקולים שכללו אי-לחיצת ידיים, וגלילי נייר טואלט נתלו ליד כל טלפון וידית דלת. חומרים רדיואקטיביים חזקים אוחסנו בנגרייה הישנה, ומאוחר יותר בבית רדיום שנבנה למטרה זו בשטח המכון.

מלחמת העולם הראשונה וגילוי הפרוטקטיניום

ביולי 1914—זמן קצר לפני פרוץ מלחמת העולם הראשונה—נקרא האן לשירות פעיל בצבא בגדוד לנדווהר. מייטנר עברה הכשרה כטכנאית רנטגן, וקורס באנטומיה בבית החולים העירוני בליכטרפלדה. בינתיים, היא השלימה הן את העבודה על ספקטרום קרני בטא שהחלה לפני המלחמה עם האן ובאייר, והן את מחקרה העצמאי על שרשרת דעיכת האורניום. ביולי 1915 חזרה לווינה, שם הצטרפה לצבא האוסטרי כאחות-טכנאית רנטגן. יחידתה נפרסה בחזית המזרחית בפולין, והיא שירתה גם בחזית האיטלקית לפני ששוחררה בספטמבר 1916.

מייטנר חזרה ל-KWI לכימיה ולמחקריה באוקטובר. בינואר 1917 מונתה לראש מדור הפיזיקה שלה. מעבדת האן-מייטנר פוצלה למעבדות האן ומייטנר נפרדות, ושכרה הועלה ל-4,000 מארק (שווה ערך ל-10,000 אירו ב-2021). האן חזר לברלין בחופשה, והם דנו בקצה חוט נוסף מעבודתם שלפני המלחמה: החיפוש אחר איזוטופ האם של אקטיניום (יסוד 89). על פי חוק ההעתקה הרדיואקטיבי של פאיינס (Fajans) וסודי (Soddy), זה חייב להיות איזוטופ של היסוד 91 שלא התגלה בטבלה המחזורית השוכן בין תוריום (יסוד 90) לאורניום (יסוד 92). קזימיר פאיינס ואוסוולד הלמוט גרינג (Oswald Helmuth Göhring) גילו את היסוד החסר ב-1913, וקראו לו ברוביום על שם זמן מחצית החיים הקצר שלו. עם זאת, האיזוטופ שמצאו היה פולט בטא, ולכן לא יכול היה להיות איזוטופ האם של אקטיניום. זה חייב להיות איזוטופ אחר של אותו יסוד.

ב-1914 פיתחו האן ומייטנר טכניקה חדשה להפרדת קבוצת הטנטלום מפיצ'בלנדה (עפרת אורניום), שקיוו שתאיץ את בידוד האיזוטופ החדש. כאשר חידשה מייטנר את עבודתה זו ב-1917, האן ורוב הסטודנטים, עוזרי המעבדה והטכנאים נקראו לשרת בכוחות המזוינים, ולכן מייטנר נאלצה לעשות הכל בעצמה. בפברואר היא הפיקה 2 גרם של דו-תחמוצת הסיליקון (SiO2) מ-21 גרם פיצ'בלנדה. היא הניחה 1.5 גרם בצד והוסיפה נשא של טנטלום פנטפלואוריד (TaF5) ל-0.5 גרם הנותרים, אותם המיסה במימן פלואורי (HF). לאחר מכן הרתיחה את התערובת בחומצה גופרתית מרוכזת (H2SO4), שיקעה את מה שנחשב ליסוד 91, ואימתה שזהו פולט אלפא. האן הגיע הביתה לחופשה באפריל, ויחד הם הגו סדרה של בדיקות כדי לחסל מקורות אחרים של חלקיקי אלפא. היחידים הידועים עם התנהגות כימית דומה היו עופרת-210 (הדועכת לפולוניום-210 פולט אלפא דרך ביסמוט-210) ותוריום-230.

חקירה נוספת דרשה יותר פיצ'בלנדה. מייטנר נסעה לווינה, שם נפגשה עם שטפן מאייר. ייצוא אורניום מאוסטריה נאסר בשל מגבלות המלחמה, אך מאייר הצליח להציע לה קילוגרם של שאריות אורניום, פיצ'בלנדה שממנה הוסר האורניום, שלמעשה הייתה טובה יותר למטרתה. הבדיקות הראו שפעילות האלפא לא נבעה מחומרים אלו. כל מה שנותר כעת היה למצוא עדות לאקטיניום. לכך נדרש עוד יותר פיצ'בלנדה, אך הפעם מאייר לא היה יכול לסייע, מכיוון שהייצוא נאסר כעת. מייטנר הצליחה להשיג 100 גרם של "שארית כפולה"—פיצ'בלנדה ללא אורניום או רדיום—מפרידריך אוסקר גיזל (Friedrich Oskar Giesel) והחלה בדיקות עם 43 גרם ממנה, אך הרכבה היה שונה, ובתחילה הבדיקות שלה לא עבדו. בעזרתו של גיזל, היא הצליחה לייצר מוצר טהור שהיה רדיואקטיבי מאוד. בדצמבר 1917 היא הצליחה לבודד הן את איזוטופ האם והן את בת האקטיניום שלו. היא הגישה את ממצאיה לפרסום במרץ 1918.

אף שפאיינס וגרינג היו הראשונים לגלות את היסוד, הנוהג דרש שיסוד ייוצג על ידי האיזוטופ ארוך החיים והנפוץ ביותר שלו, וברוביום לא נראה מתאים. פאיינס הסכים שמייטנר תקרא ליסוד "פרוטואקטיניום" (שקוצר מאוחר יותר לפרוטקטיניום), ותקצה לו את הסמל הכימי Pa. ביוני 1918 הודיעו סודי וג'ון קרנסטון (John Cranston) שהם הפיקו באופן עצמאי דגימה של האיזוטופ, אך בניגוד למייטנר הם לא יכלו לתאר את מאפייניו. הם הכירו בעדיפותה של מייטנר, והסכימו לשם. הקשר לאורניום נותר בגדר תעלומה, שכן אף אחד משני האיזוטופים הידועים של אורניום (אורניום-234 ואורניום-238) לא דעך לפרוטקטיניום. העניין נותר לא פתור עד שאורניום-235 התגלה על ידי ארתור ג'פרי דמפסטר (Arthur Jeffrey Dempster) ב-1935.

קרינת בטא

בשנת 1921 קיבלה מייטנר הזמנה ממנה סיגבאן (Manne Siegbahn) להגיע לשוודיה ולהעביר סדרת הרצאות על רדיואקטיביות כפרופסור אורח באוניברסיטת לונד. היא גילתה שבוצע מעט מאוד מחקר על רדיואקטיביות בשוודיה, אך היא הייתה להוטה ללמוד על ספקטרוסקופיית רנטגן, שהייתה המומחיות של סיגבאן. במעבדתו פגשה מועמד לדוקטורט הולנדי, דירק קוסטר, שלמד ספקטרוסקופיית רנטגן, ואשתו מיפ, שעבדה על הדוקטורט שלה בשפה ותרבות אינדונזית. חמושה בידיעותיה החדשות על ספקטרוסקופיית רנטגן, מייטנר בחנה מחדש את ספקטרומי קרני הבטא כשחזרה לברלין. היה ידוע שחלק מפליטת הבטא היא ראשונית, כאשר אלקטרונים נפלטים ישירות מהגרעין, וחלק משנית, שבה חלקיקי אלפא מהגרעין מעיפים אלקטרונים מהמסלול. מייטנר הייתה סקפטית לגבי טענתו של צ'דוויק שקווי הספקטרום נבעו כולם מאלקטרונים משניים, בעוד הראשוניים יצרו ספקטרום רציף. באמצעות טכניקות שפותחו על ידי ז'אן דאניש (Jean Danysz), היא בחנה את הספקטרומים של עופרת-210, רדיום-226 ותוריום-238. מייטנר גילתה את הסיבה לפליטת אלקטרונים ממשטחי אטומים עם אנרגיות "חתימה", הידועה כיום כאפקט אוז'ה-מייטנר (Auger-Meitner effect), בשנת 1922. האפקט קרוי במשותף על שם פייר ויקטור אוז'ה (Pierre Victor Auger), שגילה אותו באופן עצמאי ב-1923.

נשים קיבלו את הזכות להביליטציה בפרוסיה ב-1920, וב-1922 קיבלה מייטנר את ההביליטציה שלה והפכה ל-Privatdozentin (מרצה). היא הייתה האישה הראשונה שקיבלה את ההביליטציה שלה בפיזיקה בפרוסיה, ורק השנייה בגרמניה אחרי הדוויג קון (Hedwig Kohn). מכיוון שמייטנר כבר פרסמה מעל 40 מאמרים, היא לא נדרשה להגיש תזה, אך מקס פון לאואה (Max von Laue) המליץ שלא לוותר על הדרישה להרצאת חנוכה, שכן התעניין במה שיש לה לומר. לכן היא נתנה הרצאת חנוכה על "בעיות בפיזיקה קוסמית". מ-1923 עד 1933, היא לימדה קולוקוויום או מדריך באוניברסיטת פרידריך וילהלם בכל סמסטר, והנחתה סטודנטים לדוקטורט ב-KWI לכימיה. ב-1926 היא הפכה ל-außerordentlicher Professor ('פרופסור שלא מן המניין'), האישה הראשונה באוניברסיטה שהייתה פרופסור לפיזיקה בגרמניה. מדור הפיזיקה שלה הפך לגדול יותר, והיא רכשה עוזר קבוע. מדענים מגרמניה ומרחבי העולם הגיעו ל-KWI לכימיה כדי לבצע מחקר תחת הנחייתה. בשנת 1930 לימדה מייטנר סמינר על "שאלות בפיזיקה אטומית וכימיה אטומית" עם לאו סילארד (Leó Szilárd).

מייטנר בנתה תא ערפילי של וילסון (Wilson cloud chamber) ב-KWI לכימיה, הראשון בברלין, ועם הסטודנט שלה קורט פרייטאג חקרה את המסלולים של חלקיקי אלפא שלא התנגשו עם גרעין. עם העוזר שלה קורט פיליפ היא השתמשה בו מאוחר יותר כדי לצלם את התמונות הראשונות של עקבות פוזיטרונים מקרינת גמא. היא הוכיחה את טענתו של צ'דוויק שקווי הספקטרום הבדידים היו כולם תוצאה של אלקטרונים משניים, ולכן הספקטרומים הרציפים נגרמו אכן לחלוטין על ידי הראשוניים. בשנת 1927 מדדו צ'ארלס דראמונד אליס (Charles Drummond Ellis) וויליאם אלפרד ווסטר (William Alfred Wooster) את האנרגיה של הספקטרום הרציף שנוצר על ידי דעיכת בטא של ביסמוט-210 ב-0.34 MeV כאשר האנרגיה של כל התפרקות הייתה 0.35 MeV. לפיכך, הספקטרום הסביר כמעט את כל האנרגיה, אך לא את כולה. מייטנר מצאה את התוצאה הזו מטרידה כל כך שהיא חזרה על הניסוי עם וילהלם אורטמן (Wilhelm Orthmann) באמצעות שיטה משופרת, ואימתה את תוצאותיהם של אליס ווסטר.

נראה היה שחוק שימור האנרגיה לא מתקיים בדעיכת בטא, דבר שמייטנר ראתה כבלתי קביל. בשנת 1930 כתב וולפגנג פאולי (Wolfgang Pauli) מכתב גלוי למייטנר ולהנס גייגר (Hans Geiger) בו הציע שהספקטרום הרציף נגרם על ידי פליטת חלקיק שני במהלך דעיכת בטא, כזה שלא היה לו מטען חשמלי ומסה במנוחה קטנה או אפסית. הרעיון אומץ על ידי אנריקו פרמי (Enrico Fermi) בתורת דעיכת הבטא שלו מ-1934, והוא העניק את השם "נייטרינו" לחלקיק הנייטרלי ההיפותטי. בזמנו היה סיכוי קלוש לזיהוי נייטרינים, אך ב-1956 קלייד קוואן (Clyde Cowan) ופרדריק ריינס (Frederick Reines) עשו בדיוק זאת.

גרמניה הנאצית

אדולף היטלר הושבע לקנצלר גרמניה ב-30 בינואר 1933, שכן מפלגתו הנאצית (NSDAP) הייתה כעת המפלגה הגדולה ביותר ברייכסטאג. החוק לשיקום שירות המדינה המקצועי מ-7 באפריל 1933 הדיח יהודים משירות המדינה, שכלל את האקדמיה. מייטנר מעולם לא ניסתה להסתיר את מוצאה היהודי, אך בתחילה הייתה פטורה מהשפעתו מסיבות רבות: היא הועסקה לפני 1914, שירתה בצבא במהלך מלחמת העולם, הייתה אזרחית אוסטרית ולא גרמנית, ומכון הקיסר וילהלם היה שותפות של ממשלה ותעשייה. עם זאת, היא פוטרה ממשרת הפרופסור המצורפת שלה ב-6 בספטמבר בטענה ששירותה במלחמת העולם הראשונה לא היה בחזית, ושהיא לא השלימה את ההביליטציה שלה עד 1922. לא הייתה לכך השפעה על שכרה או עבודתה ב-KWI לכימיה. קרל בוש (Carl Bosch), מנהל IG Farben, נותן חסות מרכזי של ה-KWI לכימיה, הבטיח למייטנר שמשרתה שם בטוחה. למרות שהאן ומייטנר נותרו האחראים, העוזרים שלהם, אוטו ארבאכר (Otto Erbacher) וקורט פיליפ בהתאמה, שהיו שניהם חברי NSDAP, קיבלו השפעה גוברת על הניהול היומיומי של המכון.

אחרים לא היו כה ברי מזל; אחיינה אוטו רוברט פריש פוטר מתפקידו במכון לכימיה פיזיקלית באוניברסיטת המבורג, וכך גם אוטו שטרן (Otto Stern), מנהל המכון. שטרן מצא לפריש משרה אצל פטריק בלקט (Patrick Blackett) בבירקבק קולג' באנגליה, ומאוחר יותר הוא עבד במכון נילס בוהר בקופנהגן מ-1934 עד 1939. פריץ שטרסמן הגיע למכון הקיסר וילהלם לכימיה כדי ללמוד אצל האן ולשפר את סיכויי התעסוקה שלו. הוא דחה הצעה משתלמת לעבודה כי היא דרשה הכשרה פוליטית וחברות במפלגה הנאצית, והתפטר מאגודת הכימאים הגרמנים כשהפכה לחלק מחזית העבודה הגרמנית הנאצית במקום להיות חבר בארגון בשליטה נאצית. כתוצאה מכך, הוא לא יכול היה לעבוד בתעשייה הכימית ולא לקבל את ההביליטציה שלו. מייטנר שכנעה את האן להעסיק אותו כעוזר. עד מהרה הוא יזכה להכרה כשותף שלישי למאמרים שהפיקו, ולעיתים אף יופיע ראשון. בין 1933 ל-1935 פרסמה מייטנר אך ורק בכתב העת Naturwissenschaften, שכן עורכו ארנולד ברלינר (Arnold Berliner) היה יהודי, והוא המשיך לקבל מאמרים ממדענים יהודים. זה יצר חרם על הפרסום, ובאוגוסט 1935 פיטר המוציא לאור, שפרינגר-ורלאג, את ברלינר.

טרנסמוטציה

לאחר שצ'דוויק גילה את הנייטרון ב-1932, אירן קירי (Irène Curie) ופרדריק ז'וליו (Frédéric Joliot) הקרינו רדיד אלומיניום בחלקיקי אלפא, ומצאו שזה גורם לאיזוטופ רדיואקטיבי קצר חיים של זרחן. הם ציינו שפליטת פוזיטרונים נמשכה לאחר שההקרנה פסקה. לא זו בלבד שהם גילו צורה חדשה של דעיכה רדיואקטיבית, הם עשו טרנסמוטציה ליסוד לאיזוטופ רדיואקטיבי לא ידוע עד אז של אחר, ובכך השרו רדיואקטיביות היכן שלא הייתה לפני כן. רדיוכימיה כבר לא הוגבלה ליסודות כבדים מסוימים, אלא התרחבה לכל הטבלה המחזורית. צ'דוויק ציין שכיותנם נייטרליים מבחינה חשמלית, נייטרונים יכולים לחדור לגרעין בקלות רבה יותר מאשר פרוטונים או חלקיקי אלפא. אנריקו פרמי ועמיתיו ברומא תפסו את הרעיון הזה, והחלו להקרין יסודות בנייטרונים.

חוק ההעתקה הרדיואקטיבי של פאיינס וסודי אמר שדעיכת בטא גורמת לאיזוטופים לעלות יסוד אחד בטבלה המחזורית, ודעיכת אלפא גורמת להם לרדת שניים. כאשר קבוצתו של פרמי הפגיזה אטומי אורניום בנייטרונים, הם מצאו תערובת מורכבת של זמני מחצית חיים. לכן הגיע פרמי למסקנה שנוצרו יסודות חדשים עם מספרים אטומיים גדולים מ-92 (הידועים כיסודות טרנס-אורניים). מייטנר והאן לא שיתפו פעולה שנים רבות, אך מייטנר הייתה להוטה לחקור את תוצאותיו של פרמי. האן, בתחילה, לא היה כזה, אך הוא שינה את דעתו כשאריסטד פון גרוסה (Aristid von Grosse) הציע שמה שפרמי מצא היה איזוטופ של פרוטקטיניום. "השאלה היחידה", כתב האן מאוחר יותר, "נראתה כהאם פרמי מצא איזוטופים של יסודות טרנס-אורניים, או איזוטופים של היסוד הבא בתור, פרוטקטיניום. באותו זמן ליזה מייטנר ואני החלטנו לחזור על הניסויים של פרמי כדי לגלות האם האיזוטופ של 13 הדקות היה איזוטופ של פרוטקטיניום או לא. זו הייתה החלטה הגיונית, בהיותנו המגלים של פרוטקטיניום."

בין 1934 ל-1938, האן, מייטנר ושטרסמן מצאו מספר רב של תוצרי טרנסמוטציה רדיואקטיביים, שאת כולם ראו כטרנס-אורניים. באותו זמן, קיומם של אקטינידים טרם הוכח, והאורניום נחשב בטעות ליסוד מקבוצה 6 הדומה לטונגסטן. מכאן נבע שהיסודות הטרנס-אורניים הראשונים יהיו דומים ליסודות מקבוצות 7 עד 10, רניום ופלטינואידים. הם ביססו את נוכחותם של מספר איזוטופים של לפחות ארבעה יסודות כאלה, ו(בטעות) זיהו אותם כיסודות עם מספרים אטומיים 93 עד 96. הם היו המדענים הראשונים למדוד את זמן מחצית החיים של 23 דקות של הרדיו-איזוטופ הסינתטי אורניום-239 ולבסס כימית שזהו איזוטופ של אורניום, אך עם מקורות הנייטרונים החלשים שלהם הם לא יכלו להמשיך עבודה זו למסקנתה הלוגית ולזהות את היסוד 93 האמיתי. הם זיהו עשרה זמני מחצית חיים שונים, בדרגות ודאות משתנות. כדי להסביר אותם, מייטנר הייתה צריכה להציב השערה על סוג חדש של תגובה ועל דעיכת אלפא של אורניום, שאף אחת מהן לא דווחה מעולם, ושעבורה חסרה עדות פיזיקלית. האן ושטרסמן שיכללו את נהליהם הכימיים, בעוד מייטנר הגתה ניסויים חדשים לבחינת תהליכי התגובה.

במאי 1937 פרסמו האן ומייטנר דוחות מקבילים, אחד ב-Zeitschrift für Physik עם מייטנר כמחברת ראשונה, ואחד ב-Chemische Berichte עם האן כמחבר ראשון. האן סיכם את שלו בכך שהצהיר נחרצות: Vor allem steht ihre chemische Verschiedenheit von allen bisher bekannten Elementen außerhalb jeder Diskussion ('מעל הכל, השונות הכימית שלהם מכל היסודות הידועים עד כה אינה זקוקה לדיון נוסף'). מייטנר הייתה יותר ויותר לא בטוחה. היא שקלה את האפשרות שהתגובות היו מאיזוטופים שונים של אורניום; שלושה היו ידועים: אורניום-238, אורניום-235 ואורניום-234. עם זאת, כאשר חישבה את חתך הפעולה של הנייטרון, הוא היה גדול מכדי להיות משהו אחר מאשר האיזוטופ הנפוץ ביותר, אורניום-238, והגיעה למסקנה שזה חייב להיות מקרה נוסף של איזומריה גרעינית, תופעה שהאן גילה בפרוטקטיניום שנים קודם לכן. לכן היא סיימה את הדוח שלה בנימה שונה מאוד מהאן, מדווחת ש: "התהליך חייב להיות לכידת נייטרון על ידי אורניום-238, המובילה לשלושה גרעינים איזומריים של אורניום-239. תוצאה זו קשה מאוד ליישוב עם המושגים הנוכחיים של הגרעין."

בריחה מגרמניה

האנשלוס, סיפוח אוסטריה לגרמניה ב-12 במרץ 1938, הפך את מייטנר לאדם חסר אזרחות, שכן אזרחות גרמנית נמנעה ממנה בגלל חוקי האנטי-יהודים הגרמניים שחלו כעת. נילס בוהר הציע לה להרצות בקופנהגן, ופאול שרר (Paul Scherrer) הזמין אותה להשתתף בקונגרס בשווייץ, כשכל ההוצאות משולמות. קרל בוש עדיין אמר שהיא יכולה להישאר ב-KWI לכימיה, אך עד מאי היא הייתה מודעת לכך שמשרד המדע, החינוך והתרבות של הרייך בודק את המקרה שלה. ב-9 במאי החליטה לקבל את הזמנתו של בוהר לנסוע לקופנהגן, שם עבד פריש, אך כשפנתה לקונסוליה הדנית כדי לקבל אשרת נסיעה, נאמר לה שדנמרק כבר לא מכירה בדרכון האוסטרי שלה כתקף. היא לא יכלה לנסוע לדנמרק, שווייץ או כל מדינה אחרת.

בוהר הגיע לברלין ביוני, והיה מודאג מאוד. כשחזר לקופנהגן, החל לחפש משרה למייטנר בסקנדינביה. הוא גם ביקש מהאנס קרמרס (Hans Kramers) לראות אם משהו זמין בהולנד. קרמרס יצר קשר עם קוסטר, שבתורו הודיע לאדריאן פוקר (Adriaan Fokker). קוסטר ופוקר ניסו להבטיח משרה למייטנר באוניברסיטת חרונינגן. הם גילו שקרן רוקפלר לא תתמוך במדענים פליטים, ושהפדרציה הבינלאומית של נשים אוניברסיטאיות הוצפה בבקשות לתמיכה מאוסטריה. ב-27 ביוני קיבלה מייטנר הצעה למשרה של שנה במעבדה החדשה של מנה סיגבאן בסטוקהולם, שהייתה אז בבנייה, אשר תוקדש לפיזיקה גרעינית, והיא החליטה לקבל אותה. אך ב-4 ביולי נודע לה שאקדמאים לא יקבלו עוד היתר לנסוע לחו"ל.

באמצעות בוהר בקופנהגן, פטר דביי (Peter Debye) תקשר עם קוסטר ופוקר, והם פנו למשרד החינוך ההולנדי בבקשה לאפשר למייטנר להגיע להולנד. מכיוון שזרים לא הורשו לעבוד תמורת שכר, נדרש מינוי כ-privaat-docente ללא שכר. ואנדר יוהנס דה האס (Wander Johannes de Haas) ואנטון אדוארד ואן ארקל (Anton Eduard van Arkel) ארגנו אחד כזה באוניברסיטת ליידן. קוסטר גם דיבר עם ראש משמר הגבול, שהבטיח לו שמייטנר תתקבל. חבר של קוסטר, א. ה. אבּלס (E. H. Ebels), היה פוליטיקאי מקומי מאזור הגבול, והוא דיבר ישירות עם השומרים על הגבול.

ב-11 ביולי הגיע קוסטר לברלין, שם שהה אצל דביי. למחרת בבוקר הגיעה מייטנר מוקדם ל-KWI לכימיה, והאן עדכן אותה על התוכנית. כדי להימנע מכל חשד, היא שמרה על שגרתה הרגילה, נשארה במכון עד 20:00 בתיקון מאמר של עמית לפרסום. האן ופאול רוזבאוד (Paul Rosbaud) עזרו לה לארוז שתי מזוודות קטנות, כשהיא נושאת רק בגדי קיץ. האן נתן לה טבעת יהלום שירש מאמו למקרה חירום; היא לקחה רק 10 מארק בארנקה (שווה ערך ל-40 אירו ב-2021). לאחר מכן בילתה את הלילה בביתו של האן. למחרת בבוקר פגשה מייטנר את קוסטר בתחנת הרכבת, שם העמידו פנים שנפגשו במקרה. הם נסעו בקו לא בשימוש רב לתחנת הרכבת באד ניווסכאנס (Bad Nieuweschans) על הגבול, שאותה חצו ללא תקריות; משמר הגבול הגרמני אולי חשב שמייטנר היא אשתו של פרופסור. מברק מפאולי הודיע לקוסטר שהוא כעת "מפורסם בגלל חטיפת ליזה מייטנר כמו בגלל גילוי ההפניום".

מייטנר נודעה ב-26 ביולי ששוודיה העניקה לה אישור כניסה בדרכון האוסטרי שלה, וכעבור יומיים טסה לקופנהגן, שם התקבלה על ידי פריש, ושהתה עם נילס ומרגרטה בוהר בבית הנופש שלהם בטיסווילדה (Tisvilde). ב-1 באוגוסט היא נסעה ברכבת ובספינת קיטור לתחנת גטבורג בשוודיה, שם פגשה אותה אווה פון באהר (Eva von Bahr). הן לקחו רכבת, ואז ספינת קיטור, לביתה של פון באהר בקונגאלב (Kungälv), שם שהתה עד ספטמבר. האן אמר לכולם ב-KWI לכימיה שמייטנר נסעה לווינה לבקר את קרוביה, וכעבור כמה ימים נסגר המכון לקיץ. ב-23 באוגוסט כתבה לבוש בבקשה לפרישה. הוא ניסה לשלוח את חפציה לשוודיה, אך משרד החינוך של הרייך התעקש שהם יישארו בגרמניה.

מייטנר דאגה למשפחתה באוסטריה. אחת מפעולותיה הראשונות בשוודיה הייתה הגשת בקשה להיתר הגירה שוודי עבור גוסטה ובעלה יוסטיניאן (יוץ) פריש. האן בחר ביוזף מאוטו (Josef Mattauch) להחליף אותה כראש מדור הפיזיקה, ונסע לווינה כדי להציע לו את העבודה. בזמן שהיה שם סעד עם אחיותיה של מייטנר גוסטה וגיזלה ובעליהן יוץ פריש וקרל ליון ב-9 בנובמבר. למחרת הודיעה לו גוסטה שפריש נעצר. באותו יום הגיעה מייטנר לקופנהגן; סידור אשרת נסיעה היה קשה עם הדרכון האוסטרי הלא תקף שלה. האן הצטרף אליה לקופנהגן ב-13 בנובמבר, וקיים דיונים על מחקר האורניום עם מייטנר, בוהר ואוטו רוברט פריש.