Junto a Otto Hahn descubrió un elemento nuevo: el Protactinio y tras las investigaciones de Enrico Fermi bombardeando Uranio con neutrones lentos y los trabajos de Otto Hahn y Fritz Strassmann que detectaron la presencia de bario después del bombardeo, Meitner junto a su sobrino Otto Robert Frisch investigaron el proceso dándole el nombre de fisión nuclear y explicando lo que sucedía: el Uranio235, al recibir el impacto de un neutrón, de dividía en dos átomos: Bario y Kriptón con emisión de otros 2 o 3 neutrones que a su vez podrían desintegrar a otro átomo de Uranio y así provocar una reacción en cadena.
En el año 1966 Lise Meitner recibió el Premio Enrico Fermi junto a Otto Hahn y Fritz Strassmann por sus investigaciones sobre fisión nuclear. Pero a Lise no se le concedió el Premio Nobel que si recibió Hahn, no por que no lo mereciera igual que él, seguramente influyeron otras razones: era mujer y judía.
En el fenómeno de la fisión nuclear, interpretado brillantemente por Lise Meitner y su sobrino, se basa el funcionamiento de las Centrales nucleares y la fabricación de la Bomba atómica.
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