Cuando Marie iba a comenzar la investigación para su tesis doctoral se casó con el profesor Pierre Curie, en el verano de 1895, y empezaron a trabajar juntos sobre el tema de la radiactividad natural, recién descubierta por Henri Becquerel, director de la tesis. Buscaban al causante de las radiaciones. Partieron de una cantidad de ocho toneladas de pechblenda, mineral del que se extraía el uranio. Carecían de recursos y la Universidad no podía ayudarles demasiado. Maríe describió así las condiciones del laboratorio: 

Su tejado de vidrio no protegía totalmente de la lluvia; el calor era sofocante en verano y la estufa de hierro apenas aplacaba el frío glacial del invierno, salvo poniéndose junto a ella. 

Y cuando describió el tipo de trabajo lo hizo así: 

A veces tenía que estar todo un día mezclando una masa en ebullición con una pesada barra de hierro tan grande como yo. Al final del día estaba muerta de cansancio.

Todo este esfuerzo sirvió para que llegaran a aislar dos nuevos elementos radiactivos, el polonio y el radio. Y para obtener un año más tarde el Premio Nobel de Física.

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