Dezember 1898: Die Curies entdecken Radium
Pierre und Marie Curie kurz nach ihrer Hochzeit.
Das Elektrometer von Pierre und Jacques Curie.
Physikerinnen waren im 19.Jahrhundert eine Seltenheit, aber noch seltener waren Mann-und-frau-Kollaborationsteams. Pierre und Marie Curie haben nicht nur in dieser Hinsicht Geschichte geschrieben, sondern auch, weil ihre wissenschaftliche Teamarbeit zur Entdeckung der Radioaktivität und zweier neuer Elemente im Periodensystem führte, für die sie den Nobelpreis für Physik teilten.Marie Curie wurde als Maria Sklodowska geboren. Ihr Vater war ein Lehrer, der seine angesehene Position wegen seiner pro-polnischen Gefühle zu einer Zeit verloren hatte, als Polen unter Österreich, Preußen und dem zaristischen Russland aufgeteilt wurde.
Die Familie war arm, aber ihr Vater setzte Marie und alle ihre Geschwister den Klassikern der Literatur sowie der Wissenschaft aus.
Marie konnte sich nicht an der Universität Warschau einschreiben, Frauen wurden nicht zugelassen. Stattdessen besuchten sie, ihre Schwester Bronya und einige andere Freunde eine „schwimmende Universität“: eine illegale Nachtschule, deren Klassen sich an wechselnden Orten trafen, um sich den zaristischen Behörden zu entziehen. Sie arbeitete mehrere Jahre als Gouvernante und half dabei, Bronyas Unterricht an der medizinischen Fakultät in Paris zu bezahlen.
Endlich war sie an der Reihe. Marie machte sich im Herbst 1891 auf den Weg nach Paris, um an der renommierten Pariser Sorbonne zu studieren. Obwohl ihr Mathe- und naturwissenschaftlicher Hintergrund völlig unzureichend war, Marie arbeitete hart, um ihre Kollegen einzuholen, und beendete schließlich ihren Master-Physikkurs als erster, Im folgenden Jahr auch einen zweiten in Mathematik verdienen.Im Frühjahr 1894 führte Maries Suche nach Laborräumen zu einer schicksalhaften Einführung in Pierre Curie, einen etwa 10 Jahre älteren Wissenschaftler, der Pionierarbeit auf dem Gebiet des Magnetismus geleistet hatte.Pierre, der Sohn eines angesehenen Arztes, hatte als Kind den Vorteil von Privatunterricht und zeigte bald eine Leidenschaft und ein Geschenk für Mathematik. Im Alter von 18 Jahren erwarb er einen Master-Abschluss und entdeckte drei Jahre später mit seinem älteren Bruder Jacques den piezoelektrischen Effekt.Sie fanden heraus, dass, wenn Druck auf bestimmte Kristalle ausgeübt wird, sie elektrische Spannung erzeugen, und wenn sie in ein elektrisches Feld gebracht werden, wurden dieselben Kristalle komprimiert. Sie nutzten diesen Effekt, um ein piezoelektrisches Quarzelektrometer zu bauen, um schwache elektrische Ströme zu messen, die Marie in ihrer Forschung verwenden würde.
Pierre entdeckte später eine fundamentale Beziehung zwischen magnetischen Eigenschaften und Temperatur. Heute ist die Temperatur, bei der der Permanentmagnetismus verschwindet, als „Curie-Punkt“ bekannt.“Es war Marie, die Pierre ermutigte, diese letztere Arbeit als Doktorarbeit zu schreiben. Er erhielt seinen Doktortitel im März 1895, zusammen mit einer Beförderung auf eine Professur an der Städtischen Schule, und das Paar heiratete drei Monate später.Für ihre eigene Promotion konzentrierte sich Marie auf die mysteriösen Uranstrahlen, die Anfang 1896 von Henri Becquerel entdeckt wurden, wenige Monate nach Wilhelm Röntgens Entdeckung der Röntgenstrahlen.Marie führte zahlreiche Experimente durch, die Becquerels Beobachtungen bestätigten, dass die elektrischen Effekte von Uranstrahlen konstant sind, unabhängig davon, ob fest oder pulverisiert, rein oder in einer Verbindung, nass oder trocken oder ob sie Licht oder Hitze ausgesetzt sind. Sie bestätigte auch seine Schlussfolgerung, dass jene Mineralien mit einem höheren Anteil an Uran die intensivsten Strahlen emittierten.Und sie ging noch einen Schritt weiter und stellte die Hypothese auf, dass die Emission von Strahlen durch Uranverbindungen eine atomare Eigenschaft des Elements Uran ist — etwas, das in die Struktur seiner Atome eingebaut ist. Sie prägte den Begriff „Radioaktivität“, um diesen einzigartigen Effekt zu beschreiben, den sie auch in Thoriumverbindungen fand.
Fasziniert von den Erkenntnissen seiner Frau schloss sich Pierre ihr an. Sie hatte festgestellt, dass zwei Uranerze, Pechblende und Chalkolit, waren viel radioaktiver als reines Uran, und schloss daraus, dass ihre hochradioaktive Natur auf noch unentdeckte Elemente zurückzuführen war. Als Team arbeiteten die Curies daran, die Substanzen in diesen Erzen zu trennen, und verwendeten dann das Elektrometer, um Strahlungsmessungen durchzuführen, um die winzige Menge des unbekannten radioaktiven Elements unter den resultierenden Fraktionen zu „verfolgen“.Sie entdeckten, dass eine Fraktion stark radioaktiv war, so dass, obwohl sie sich chemisch wie Wismut verhielt, es etwas Neues sein musste. Sie nannten dieses neue Element „Polonium.Im Dezember 1898 entdeckten sie ein zweites neues Element in einer Bariumfraktion, das sie „Radium“nannten.“ Um einer skeptischen wissenschaftlichen Gemeinschaft zu beweisen, dass es sich tatsächlich um neue Elemente handelte, mussten die Curies sie isolieren. Marie brauchte über drei Jahre, um ein Zehntel Gramm reines Radiumchlorid zu isolieren, und es gelang ihr nie, Polonium wegen seiner sehr kurzen Halbwertszeit von 138 Tagen zu isolieren. Noch während sie ihre Experimente durchführte, zerfiel das Polonium in ihrem Rohmaterial schnell.Ihre kombinierte Arbeit führte fast sofort zur Verwendung radioaktiver Materialien in der Medizin, da Isotope wirksamer und sicherer sind als Operationen oder Chemikalien, um Krebs und andere Krankheiten anzugreifen.Noch heute werden radioaktive Isotope als „Tracer“ verwendet, um chemische Veränderungen und biologische Prozesse zu verfolgen.Pierre erkannte auch schnell das Potenzial für radioaktiven Zerfall für Datierungsmaterialien; Das Alter der Erde wurde dank einer Untersuchung des Uranzerfalls auf mehrere Milliarden Jahre festgelegt.
1903 nominierte die Französische Akademie der Wissenschaften Becquerel und Pierre — aber nicht Marie — als Kandidaten für den Nobelpreis für Physik. Ein schwedischer Mathematiker namens Magnus Goesta Mittag-Leffler, Mitglied des Nominierungsausschusses und Verfechterin von Wissenschaftlerinnen, intervenierte, und Marie wurde in die Nominierung aufgenommen. Die drei Wissenschaftler wurden im Dezember 1903 mit dem Nobelpreis geehrt.