Έρνεστ Ράδερφορντ: Στον πλανήτη άτομο

Ξεκίνησε από ένα αγροτόσπιτο στη Νέα Ζηλανδία και αναρριχήθηκε στον Όλυμπο της επιστημονικής κοινότητας. Σε όλη αυτή τη διαδρομή ο Έρνεστ Ράδερφορντ παρέμεινε ένας ακάματος εργάτης της έρευνας.

Ήταν στις 30 Αυγούστου του  1871 ήρθε στη ζωή ένα μικρό αγοράκι, οι αγρότες γονείς του μάλλον δε φαντάζονταν ότι ο γιος τους θα απολάμβα­νε πλήθος τιμών από το βασιλιά της Αγγλίας και θα χριζόταν ο 1ος βαρό­νος Ράδερφορντ του Νέλσον, μέλος του Τάγματος της Αξίας. Οι ίδιοι, αν και Αγγλοι στην καταγωγή, είχαν αφή­σει την πατρίδα τους μεταναστεύο­ντας κυριολεκτικά στην άλλη άκρη του κόσμου, στο Σπρινγ Γκρόουβ της Νέας Ζηλανδίας, προκειμένου να βελ­τιώσουν τη ζωή τους. Επειδή όμως όπως είναι γνωστό «η ζωή είναι αυ­τό που συμβαίνει ενώ εμείς κάνουμε σχέδια», στην περίπτωση του’Ερνεστ η ζωή του επεφύλασσε πολύ διαφορε­τικά πράγματα από τη σπορά και τη συγκομιδή της ετήσιας σοδειάς στη Νέα Ζηλανδία.

Μελετώντας το άτομο

Αφού απο­φοίτησε από το Κολέγιο του Καντέρμπουρι στη Νέα Ζηλανδία το 1893, ο Ράδερφορντ διαπίστωσε ως νεαρός ερευνητής ότι ήταν δυνατή η ανίχνευ­ση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ακόμα και αν στην πορεία τους παρεμ­βάλλονταν σχετικά μεγάλα εμπόδια. Χάρη σε αυτή την εργασία εξασφάλι­σε μια υποτροφία για την Αγγλία. Το 1895 βρέθηκε στο Κέμπριτζ, όπου άρ­χισε να εργάζεται υπό την καθοδήγη­ση του καθηγητή Πειραματικής Φυ­σικής Τζόζεφ Τόμσον. Το 1897 ο Τζόζεφ Τόμσον διατύπωσε το λεγόμενο «μοντέλο του σταφιδόψωμου», για να περιγράφει την αρχιτεκτονική του ατόμου. Σύμφωνα με αυτό το μοντέ­λο, το θετικό και το αρνητικό φορτίο συνυπάρχουν στο άτομο και κινούνται ελεύθερα μέσα σε αυτό. Αν παρομοιαστεί το άτομο με ένα σταφιδόψωμο, οι σταφίδες αποτελούν το αρνητικό φορ­τίο, το οποίο κινείται ανεξέλεγκτα μέ­σα στο σταφιδόψωμο, και το ψωμί εί­ναι το θετικό φορτίο. Ο Τόμσον τιμή­θηκε το 1906 με το Βραβείο Νόμπελ για τις εργασίες του στις οποίες είχε σημαντική συνεισφορά και ο Ράδερ­φορντ, ο οποίος λίγα χρόνια αργότε­ρα θα κατέρριπτε το ατομικό μοντέλο του δασκάλου του.

Η… ραδιενεργή περίοδος

Το 1898 ο Ράδερφορντ ανέλαβε την έδρα Φυ­σικής στο Πανεπιστήμιο Μακ Γκιλ στο Μόντρεαλ του Καναδά και εγκατέλειψε την Ευρώπη για τη Νέα Γη. Ήταν μια ιδιαίτερα γόνιμη περίοδος και μέ­σα σε μόλις τρία χρόνια ο Ράδερφορντ θεμελίωσε ένα εντελώς νέο επιστη­μονικό πεδίο, εκείνο της Πυρηνικης Φυσικής. Εστιασε τις έρευνές του σε τρία ραδιενεργά στοιχεία, το ράδιο, το θόριο και το ακτίνιο, και διαπίστωσε πως η ραδιενέργεια ήταν προϊόν αυ­θόρμητης διάσπασης του ατόμου. Πα­ρατήρησε επίσης ότι η αυθόρμητη δι­άσπαση των ραδιενεργών στοιχείων ακολουθεί έναν εκθετικό κανόνα και εξήγαγε τη σχέση για το χρόνο ημιζωής ραδιενεργού στοιχείου. Αν και αυτά τα συμπεράσματα δε βρήκαν σύμφωνους τους περισσότερους χη­μικούς εκείνης της

εποχής, ο Ράδερ­φορντ επέμεινε και το 1904 εξέδωσε το βιβλίο Radio-activity (Ραδιενέργεια), στο οποίο συνόψιζε τα αποτελέσμα­τα των ερευνών του ως εξής: η ραδι­ενέργεια δεν επηρεάζεται από εξωτε­ρικές συνθήκες όπως τη θερμοκρασία και τις χημικές μεταβολές η εκπομπή της συνοδεύεται από έκλυση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας και παράγονται νέα προϊόντα με εντελώς διαφο­ρετικές χημικές ιδιότητες από εκείνες των αρχικών στοιχείων.

Προς ένα νέο μοντέλο

Το 1907 επέ­στρεψε στην Αγγλία, για να αναλάβει καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. Εκεί πραγματοποίησε το περίφημο πείραμα με το βομβαρδισμό ενός λεπτού φύλλου χρυσού με σω­ματίδια άλφα. Πίσω από το μεταλλι­κό φύλλο υπήρχε φθορίζουσα πλάκα ώστε να αποτυπωθεί η σκέδαση των σωματιδίων. Το αποτέλεσμα του πει­ράματος εξέπληξε τον Ράδερφορντ. Η εκτροπή της δέσμης των σωματιδίων άλφα, αφού χτυπούσαν το στόχο, ήταν προς όλες τις κατευθύνσεις, ακόμα και στις 180 μοίρες. Όταν ο Χανς Γκάιγκερ, βοηθός του Ράδερφορντ, του ανέφε­ρε τα αποτελέσματα, ο Αγγλος φυσι­κός έμεινε άναυδος, καθώς φαινόταν ότι άνοιγε μια νέα σελίδα στο βιβλίο «ατομικό μοντέλο». Το πείραμα έθε­τε σε αχρηστία το μοντέλο του σταφιδόψωμου του Τόμσον. Μετά από με­ρικούς υπολογισμούς, ο Ράδερφορντ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι, για να επιτευχθεί τέτοιου είδους εκτροπή, θα πρέπει το σύνολο της μάζας και του θετικού φορτίου να είναι συγκεντρω­μένα σε ένα μικρό πυκνό πυρήνα δια­μέτρου 10.000 φορές μικρότερης από τη συνολική διάμετρο του ατόμου. Έτσι, ο Ράδερφορντ υπέθεσε ότι το άτομο μοιάζει αρκετά με το ηλιακό σύστημα. Υπάρχει ένα θετικά φορτι­σμένο κέντρο, ο πυρήνας, ενώ τα αρ­νητικά σωματίδια, τα ηλεκτρόνια του Τόμσον, περιφέρονται γύρω από αυ­τό. Την επόμενη χρονιά βραβεύτηκε με το Νόμπελ Χημείας.

Στον κύκλο των ιπποτών

Το 1914 ο βασιλιάς της Αγγλίας τίμησε τον Ράδερφορντ με τον τίτλο του ιππότη για τη συνεισφορά του στην πρόοδο της επιστήμης. Ο ίδιος ο Ράδερφορντ δεν επαναπαύτηκε στις επιστημονι­κές και κοινωνικές δάφνες του και συνέχισε το ερευνητικό έργο του τα επόμενα χρόνια εστιάζοντας στη δι­άσπαση του ατόμου. Όταν τελικά το 1934 ο Ιταλός φυσικός Ενρίκο Φέρμι πέτυχε τη διάσπαση πολλών διαφορε­τικών ατόμων, ο Ράδερφορντ τον συνεχάρη, γιατί «ξέφυγε από το πλαίσιο της θεωρητικής φυσικής». Ο Ράδερ­φορντ ήταν επίσης ο πρώτος επιστή­μονας που μεταστοιχείωσε ένα χημικό στοιχείο σε ένα άλλο, καθώς μετέτρε­ψε άζωτο σε οξυγόνο βομβαρδίζοντας το άζωτο με ακτίνες άλφα. Επίσης εί­χε προβλέψει την ύπαρξη νετρονίων στα άτομα, κάτι που επαληθεύτηκε το 1932 με την ανακάλυψη του νε­τρονίου από τον Τζέιμς Τσάντγουικ. Πέθανε το 1937 κατά τη διάρκεια μιας εγχείρησης. Η εγχείρηση καθυ­στέρησε γιατί, σύμφωνα με το αγγλι­κό πρωτόκολλο, ως ανώτατος καθη­γητής θα έπρεπε να εγχειριστεί από έναν ομότιμο του γιατρό.