Echilibrul şi stabilitatea caracterizează atomii şi, atât pentru Democrit în Grecia antică, cât şi pentru fizicienii din secolul al XIX-lea, atomii erau solizi şi indivizibili. Această viziune a fost serios zdruncinată pe la 1900, după ce descoperirea elementelor radioactive instabile a deschis larg ferestrele spre structura atomică.

Astfel, „naşterea" atomului modern poate fi pusă pe seama misterioaselor radiaţii X descoperite de către Wilhelm Rontgen în 1895 şi a descoperirii radioactivităţii de către Pierre şi Marie Curie.

Dar prima explicaţie de anvergură a structurii atomului o datorăm fizicianului neozeelandez Ernest Rutherford. Acesta a elaborat un model atomic în care nucleul compact, de mici dimensiuni, este înconjurat de electroni aflaţi pe orbite.

Prin crearea acestui model, el a întemeiat fizica nucleară, a explicat dezintegrarea radioactivă şi a adus corecţii tabelului periodic al elementelor. Este frecvent situat alături de Michael Faraday printre marii experimentatori din istoria ştiinţei. La moartea sa a fost elogiat ca „Newton al fizicii atomice".

Ernest Rutherford s-a născut la 30 august 1871 în Spring Grove, Noua Zeelandă, fiind al patrulea dintre cei doisprezece copii (dintre care nouă au ajuns la maturitate) ai soţilor James şi Martha Rutherford. James Rutherford a avut mai multe ocupaţii - cultivator de in, rotar, morar - , astfel că nu-şi petrecea prea mult timp acasă. Rutherford a fost mai apropiat de mama lui, care era învăţătoare. A citit prima carte de fizică la zece ani.

S-a remarcat ca un student excelent la Nelson College, unde a beneficiat de o bursă începând din 1887. Şi-a continuat studiile la Canterbury College, Christchurch, din Universitatea Noii Zeelande, luîndu-şi bacalaureatul în 1892 cu note maxime la matematică şi fizică. Şi-a luat apoi masteratul în 1893 şi licenţa în ştiinţe în 1894. În 1895, vestea despre primirea unei burse de studii în Anglia i-a parvenit în timp ce lucra la ferma familiei. In acel moment a lăsat jos cazmaua şi i-a spus mamei sale: „Ăsta a fost ultimul cartof pe care l-am scos în viaţa mea".

Sosirea lui Rutherford la Cambridge a coincis cu descoperirile norocoase ale razelor X de către Wilhelm Rontgen în 1895 şi a misterioasei emisii a uraniului de către Henri Becquerel. Proprietăţile neobişnuite ale acestora au stârnit un entuziasm uriaş în lumea ştiinţifică. Curând Rutherford a început să le studieze împreună cu Joseph J. Thomson, director al laboratorului Cavendish. Thomson demonstrase că razele X pot determina apariţia conductivităţii electrice la gaze.

Cu toate acestea, conductivitatea era distrusă dacă gazul trecea printr-un strat de vată de sticlă sau printre două plăci încărcate electric. Aceasta sugera ideea că razele X constau din particule, iar Rutherford era sigur de existenţa lor fizică, „ca nişte spiriduşi veseli atât de reali, încît aproape că-i vedeam!" O ionizare similară cu cea despre care se ştia de peste şaizeci de ani că există în apă se demonstra acum că apare şi la gaze (Ionul a ajuns să fie înţeles ca un atom încărcat electric: cationii, având electroni lipsă, erau încărcaţi pozitiv, iar antonii, cu un surplus de electroni, erau încărcaţi negativ. Michael Faraday a inventat termenii în contextul electrochimiei în deceniul al patrulea al secolului al XVIII-lea. In 1887, Svante August Arrhenius a avansat ideea că ionii sunt atomi încărcaţi electric. Acest concept nu a fost acceptat decât după descoperirea de către Thomson a electronului şi cercetările privind radioactivitatea.). Această descoperire realizată în comun cu Thomson i-a consolidat în 1896 reputaţia lui Rutherford.

La sfârşitul vieţii sale, Rutherford a spus că cea mai importantă decizie a carierei sale, luată în 1897, a constituit-o studierea fenomenelor radioactive. În 1898 el a distins două forme de emanaţii radioactive ale uraniului, pe care le-a denumit radiaţii alfa şi radiaţii beta. Radiaţia alfa (despre care ulterior s-a descoperit că este constituită din nuclee de heliu) era puternic ionizantă, dar avea o putere de penetrare mică şi era absorbită de aer.

Radiaţiile beta (alcătuite din electroni de energie înaltă, după cum s-a descoperit ulterior) nu aveau o capacitate de ionizare prea mare, dar erau capabile să penetreze prin straturi groase de metal. Deşi natura lor continua să rămână misterioasă, radiaţiile alfa şi beta au devenit pentru Rutherford dovezi experimentale de o importanţă excepţională pentru descoperirea naturii atomului.

În 1898 Rutherford a acceptat un post la Universitatea McGill din Montreal, unde a beneficiat de un laborator bine utilat şi de o rezervă de bromură de radiu, un material rar şi scump. Tot aici 1-a cunoscut pe chimistul Frederick Soddy, care timp de câţiva ani i-a fost principalul colaborator. Împreună, Rutherford şi Soddy au efectuat experimente importante care „au stabilit principiile fundamentale ale radioactivităţii", după cum scria A.S. Eve cu câţiva ani în urmă.

În speţă, ei au arătat că elementul radioactiv toriu se dezintegrează cu o viteză constantă de-a lungul timpului şi formează un şir de alte elemente, stabilizându-se în cele din urmă ca o formă de plumb. Aceasta a condus la conceptul de „timp de înjumătăţire". Încă din 1904 Rutherford a întrevăzut posibilitatea folosirii radioactivităţii pentru datarea pământului. Din perspectiva percepţiei larg răspândite la începutul secolului XX conform căreia atomii erau indestructibili, acest gen de transmutaţie a elementelor a reprezentat o erezie pentru mulţi oameni de ştiinţă. Când Rutherford şi Soddy şi-au publicat teoria în 1905, ei au stârnit uimire şi, totodată, critici vehemente.

Generalizarea şi mai mare care avea să reiasă din studiul radioactivităţii se referea la însăşi structura atomului. Revenind în Anglia în 1907, Rutherford a acceptat conducerea catedrei de fizică de la Universitatea din Manchester, printre studenţii săi numărându-se Hans Geiger şi Ernest Marsden. Într-un experiment realizat sub imperiul unei intuiţii de moment, Rutherford şi colaboratorii săi au bombardat o folie subţire de aur, înconjurată de ecrane din sulfură de zinc, cu particule alfa emise de radon.

Majoritatea particulelor alfa treceau prin folie, după cum era de aşteptat. Dar din când în când câte o particulă ricoşa şi provoca o scânteie vizibilă atunci când lovea sulfura de zinc. Rutherford avea să spună mai târziu: „Era ca şi cum ai trage cu un proiectil de 15 ţoli printr-o foiţă şi proiectilul ar ricoşa şi te-ar lovi".

Rutherford a descoperit astfel că atomul nu era un „tip dur şi simpatic" cum fusese considerat încă de pe vremea lui John Dalton. Atomul era mai degrabă un punct de concentrare a sarcinii electrice „înconjurat de o distribuţie sferică uniformă a unei sarcini egale şi de semn opus". Astfel, în vreme ce majoritatea particulelor alfa posedau masa şi viteza necesare pentru a trece printre atomii foliei de aur, din când în când câte una trecea prin apropierea unui nucleu şi era deviată. Rutherford a reuşit să calculeze dimensiunea particulei centrale ca fiind de zeci de mii de ori mai mică decât circumferinţa întregului atom. El şi-a anunţat public descoperirea la o întrunire a Societăţii Literare şi Filozofice din Manchester în ziua de 7 martie 1911.

Rutherford a dezvoltat astfel modelul unui atom conceput ca un sistem solar miniatural alcătuit dintr-un nucleu mic dar dens, înconjurat de orbitele unor electroni mult mai mici. În 1914, Rutherford a presupus că nucleul însuşi este compus din electroni încărcaţi negativ şi din „electroni pozitivi" pe care ulterior i-a numit „protoni". Atomul lui Rutherford (denumit şi atomul Rutherford-Bohr) avea defecte importante şi a suferit în continuare mari modificări o dată cu apariţia mecanicii cuantice. Cu toate acestea, reprezintă un moment de referinţă în istoria fizicii moderne.

El a constituit totodată baza teoretică pentru o corecţie necesară a tabelului periodic al elementelor (In tabelul periodic, fiecărui element îi sunt asociate două numere. Greutatea atomică reprezintă masa relativă, în timp ce numărul atomic exprimă numărul de protoni din nucleul respectivului element. De exemplu, hafniul are o greutate atomică de 178,49; numărul său atomic raportat la alte elemente este 72. Ordonarea elementelor după numerele atomice preîntâmpină anomaliile care survin atunci când sunt aranjate în ordinea greutăţii.).

Ultimele mari realizări ale lui Rutherford datează din perioada primului război mondial, când a iniţiat un ciclu de experimente ce ar fi constituit visul oricărui alchimist. Demonstrase deja că atomii nu sunt indivizibili şi că elementele radioactive se descompun în alte elemente. Acum se gândea la posibilitatea transmutaţiei unui tip de atom în altul în condiţiile eliberării uneia sau mai multor particule din nucleul acestuia. Astfel, el a bombardat azotul atmosferic cu particule alfa, ceea ce a condus la emisia unor nuclee de hidrogen.

Deoarece câteva dintre experimente se desfăşurau în timpul primului război mondial, Rutherford şi-a cerut scuze faţă de oficialităţile britanice pentru neparticiparea la efortul general defensiv, menţionând în scrisoarea sa: „Dacă, după cum am motive să cred, voi reuşi dezintegrarea nucleelor atomice, acest lucru va avea o importanţă mai mare decât războiul". Aşa cum s-a constatat ulterior, în urma acestui experiment s-a produs prima fisiune atomică intenţionată.

Deşi a continuat să lucreze şi în următorii şaptesprezece ani, Rutherford realizase deja ultima sa operă de mare importanţă. S-a mutat de la Manchester la Universitatea Cambridge, succedându-i lui J.J. Thomson la conducerea Laboratorului Cavendish în 1919. Rutherford a murit la 19 octombrie 1937 din cauza complicaţiilor survenite în urma unei hernii ombilicale. Este înmormântat la Westminster Abbey.
Ernest Rutherford a fost copleşit cu onoruri în timpul vieţii. A primit Premiul Nobel în 1908 - în mod ciudat, pentru chimie, ceea ce a stârnit glume despre fizicianul care a ajuns chimist în urma unei „transmutaţii instantanee". A fost înnobilat în 1914, între anii 1925 şi 1930 a deţinut funcţia de preşedinte al Societăţii Regale, iar în 1931 a devenit pair.

Fiind una dintre marile personalităţi ale ştiinţei, Rutherford a fost obiectul unei mari adulaţii. Fire prietenoasă şi deschisă, el s-a căsătorit cu Mary Georgina Newton, o femeie inteligentă, cultivată şi cu picioarele pe pământ. A menţinut o relaţie caldă, deşi de la mare distanţă, cu mama sa, care a rămas în Noua Zeelandă. Când a fost făcut pair, Rutherford i-a scris: „Acum Lord Rutherford; o onoare care ţi se cuvine mai mult ţie decât mie". Moartea ei în 1935 1-a afectat foarte mult. Rutherford avea vederi politice liberale, fără să fie un om credincios.

A fost un excelent autor de texte ştiinţifice, dar biograful său David Wilson a remarcat faptul că „atunci când trebuia să scrie despre el însuşi devenea insuportabil de plicticos". O personalitate puternică, după cum scria E.N. da C. Andrade, „el era întotdeauna cuprins de un entuziasm molipsitor atunci când vorbea despre activitatea căreia i se dedicase cu trup şi suflet şi mereu generos în recunoaşterea meritelor altora".

RECENT

Aspecte epidemilogice ale izbucnirilor cu boli diareice acute în Republica Moldova (Nadejda Gafin, Aliona Nastas, Ion Bîrcă, Adrian Cotelea, Vasile Sofronie)
02.01.2020

În articol sunt prezentate unele aspecte epidemiologice ale izbucnirilor cu boli diareice acute (BDA) în Republica Moldova în anii 2014-2 [ ... ]

Impactul asupra sănătății și cel socioeconomic al morbidității prin varicelă în Republica Moldova (Silvia Negară, Vasile Sofronie)
02.01.2020

A fost studiată și analizată epidemilogic morbiditatea prin varicelă în Republica Moldova în perioada 1985-2017. Studiul dat este unul [ ... ]

2018 Sănătatea - Publicaţie de sănătate şi divertisment