Ernest Rutherford

La famiglia del padre James, artigiano, era emigrata dalla Scozia alla Nuova Zelanda nel 1843 così come la madre, Martha Thompson, un’insegnante, arrivata dall’Inghilterra nel 1855. Quarto figlio di dodici, frequentò le scuole primarie pubbliche e a 15 anni entrò al Nelson College.

Nel 1889, con una borsa di studio, entrò all’Università della Nuova Zelanda al Canterbury College di Christchurch dove conseguì il M.A. con lode nel 1893 in matematica e fisica e l’anno dopo si laureò (BSc) con una ricerca sperimentale sulla magnetizzazione del ferro da parte di correnti ad alta frequenza.

Nel 1895 vinse una borsa di studio per entrare al Trinity College di Cambridge e al Cavendish Laboratory come ricercatore sotto la guida di J.J. Thomson. Vi erano in realtà solo due candidati e il vincitore, James MacLaurin, il cui fratello diventerà Presidente del MIT, rinunciò.

A Cambridge fu il primo ricercatore che non era laureato dall’Università di Cambridge e usò il rivelatore magnetico per le correnti transitorie che aveva elaborato nelle sue ricerche in Nuova Zelanda per rivelare onde elettromagnetiche al posto del ‘coherer’ comunemente usato, ma meno sensibile, rivelando onde a distanza di alcuni metri anche dietro spessori di muro.

Incoraggiato da Robert Ball, intenzionato a risolvere il problema di segnalare i porti alle navi che non potevano vedere i fari nella nebbia, riuscì a rivelare onde elettromagnetiche a parecchie centinaia di metri, un record al tempo.

Tuttavia J.J. Thomson, che aveva notato le sue eccezionali qualità sperimentali, lo invitò ad unirsi ai suoi studi sulle scariche elettriche nei gas e così la realizzazione pratica e commerciale della telegrafia senza fili fu lasciata a Guglielmo Marconi che utilizzerà in seguito i rivelatori magnetici di Rutherford.

Sviluppò quindi tecniche per rendere conduttori i gas nei tubi di scarica, con l’uso dei raggi X appena scoperti o di sostanze radioattive. Questo lo portò ad interessarsi della radioattività che diventerà il suo privilegiato campo di ricerca.

Nel 1898 scoprì che le sostanze radioattive emettevano due tipi distinti di radiazioni, una a carica positiva e una negativa, che chiamò rispettivamente raggi α e β .

Gli fu offerta una cattedra di fisica alla Mc Gill University di Montreal e nel 1898 partì per il Canada, dove, con sua sorpresa, trovò laboratori molto ben equipaggiati.

Nel 1900 tornò in Nuova Zelanda per sposare Mary Georgina Newton, una giovane vedova con la quale era fidanzato dai tempi dell’Università, quando era in pensione a casa sua, che era stata leader del Movimento Femminista e aveva ottenuto il diritto di voto per le donne nel 1893, prima nazione al mondo.

Dal matrimonio nacque una sola figlia, Eileen.

Alla McGill scoprì il radon e il torio, gas radioattivi, e successivamente, insieme al giovane chimico Frederick Soddy, arrivato da Oxford, darà una spiegazione della radioattività, dimostrando che atomi di elementi più pesanti decadono spontaneamente trasformandosi in elementi più leggeri.

Questo gli diede la notorietà e nel 1900 fu eletto membro della Royal Society del Canada e nel 1903 di quella di Londra.

Nel 1904 pubblicò il trattato Radioactivity e nel 1908 gli fu assegnato il Premio Nobel per la Chimica ‘per le sue ricerche sulla disintegrazione degli elementi e la chimica delle sostanze radioattive’. Scherzando su questo soleva dire che la trasformazione più rapida che avesse osservato era la sua, da fisico a chimico.

Dopo aver capito che il piombo era il risultato finale delle trasformazioni dell’uranio, propose un metodo di datazione delle rocce dalla percentuale relativa dei due, noto il tempo di decadimento, e calcolò un limite inferiore per l’età dellaTerra.

Anche Otto Hahn, che più tardi realizzò la fissione nucleare, studiò con lui a Montreal nel 1905-06.

Ritornò in Inghilterra nel 1907, quando rimase vacante la cattedra lasciata da Sir Arthur Schuster, che si era ritirato dopo aver ereditato un’ingente fortuna, all’Università di Manchester. Qui dimostrò quello che aveva da sempre pensato, che una particella α era un atomo di elio senza gli elettroni. Col suo assistente, Hans Geiger, sviluppò un rivelatore di singole particelle radioattive, ora noto come contatore Geiger.

Avendo notato che una lastra di mica attenuava notevolmente un fascio di particelle α, affidò a Geiger una misura del numero delle particelle che passavano in funzione dell’angolo di diffusione e quando Geiger lo avvisò che uno studente, Ernest Marsden, era disponibile per una ricerca sperimentale per il suo dottorato, gli affidò lo studio della diffusione di particelle α da parte di metalli.

Questi gli riferì che alcune particelle venivano diffuse persino all’indietro, anche da sottili lastre di oro, e ne fu estremamente sorpreso: “come se un proiettile di cannone sparato contro un foglio di carta velina rimbalzasse indietro”.

Nel 1911 da ciò dedusse che praticamente tutta la massa dell’atomo è concentrata in un nucleo, di carica positiva, mille volte più piccolo dell’atomo stesso e che gli elettroni quindi ruotano attorno ad esso. Era nato il modello planetario dell’atomo che gli diede fama duratura, anche se non poteva essere stabile secondo le leggi della meccanica ed elettromagnetismo.

Un giovane danese Niels Bohr, avendo conosciuto Rutherford ad una cena del Cavendish Laboratory, venne a lavorare con lui nel 1912 e sistemò le cose usando un’ipotesi di quantizzazione delle energie delle orbite degli elettroni: il modello atomico di Bohr.

Rutherford fu nominato Sir nel 1914 e si recò in Australia e Nuova Zelanda, per conferenze e visite ai famigliari, dove fu sorpreso dallo scoppio della Prima Guerra mondiale.

Al ritorno in Inghilterra lavorò per l’Ammiragliato alla rilevazione di sottomarini con metodi acustici e brevettò un ‘idrofono’. Capo della delegazione che doveva trasferire le conoscenze relative ai sottomarini agli americani, alla loro entrata in guerra nel 1917, consigliò loro di utilizzare i brillanti giovani scienziati per studi bellici invece di sprecare le loro vite nelle trincee, colpito personalmente dalla morte in Turchia di uno dei suoi migliori studenti, Harry Moseley, un possibile candidato al Nobel.

Verso la fine della guerra tornò alla ricerca e bombardando atomi leggeri con particelle α osservò che uscivano protoni con energia maggiore delle particelle entranti, interpretò il fenomeno come la trasformazione di azoto in ossigeno, iniziando l’era delle trasmutazioni radioattive indotte.

Nel 1919 fu chiamato alla guida del Laboratorio Cavendish a Cambridge, successore di J.J. Thomson, e furono anni di consolidamento del suo gruppo di ricerca, che includerà numerosi futuri premiati col Nobel, come Soddy, Chadwick, Blackett, Cockcroft e Walton, G. P. Thomson, Powell, Appleton e Aston. Le idee per tutte le ricerche partivano sempre da lui che ne seguiva gli sviluppi anche se, per la sua modestia, raramente metteva il nome nelle pubblicazioni, così fece con Geiger, con l’esperimento di Marsden, con Cockcroft e Walton, con Chadwick e con altri

Visitò ancora, per l’ultima volta, la Nuova Zelanda per conferenze, accolto come una celebrità internazionale, e dichiarò pubblicamente che era fiero di essere un neozelandese, invitando il governo a preservare le bellezze naturali e ad incoraggiare la ricerca scientifica.

La figlia Eileen aveva sposato il fisico Ralph Fowler, ed ebbe quattro figli tra i quali Peter che diventerà un noto fisico dei raggi cosmici, ma a 29 anni morì di embolia nel 1930 e la tragedia colpì profondamente Rutherford.

Nel 1931 fu nominato Lord e scelse il titolo della sua terra natale, diventando Lord Rutherford di Nelson, nello stemma incluse il Kiwi e un guerriero Maori, simboli della Nuova Zelanda, Ermete Trimegisto patrono degli scienziati e degli alchimisti e la curva di decadimento radioattivo col motto “Primordia quaerere rerum” tratto da Lucrezio. Intervenne solo due volte alla Camera dei Lords in entrambe le occasioni per favorire la ricerca industriale.

Al Cavendish, sotto la sua direzione, nel 1932 Chadwick scoprì il neutrone e Cockcroft e Walton spezzarono l’atomo mediante bombardamento con protoni accelerati, dando origine all’era degli acceleratori di particelle, caldamente incoraggiata e prevista dallo stesso Rutherford.

Insieme a Mary Oliphant, per mezzo di un acceleratore a bassa energia ma con un alto flusso di particelle, bombardando deuterio con deuterio ottenne il terzo isotopo dell’idrogeno, il trizio (3H), primo esempio di fusione nucleare.

Si dedicò anche ad un’intensa attività politico-amministrativa, si batté per dare uguali opportunità alle donne all’Università di Cambridge, come consigliere della BBC favorì la libertà di espressione senza censure e diede anche regolari conferenze radiofoniche, ottenne la concessione di sussidi di ricerca per brillanti studenti delle colonie inglesi e aprì molti laboratori di ricerca tra i quali il Mond Laboratory per le basse temperature a Cambridge.

Quando si rese conto che l’energia di legame dei nuclei era milioni di volte maggiore di quella dei legami chimici, si augurò che tale energia non potesse mai essere utilizzata, almeno fino a quando l’umanità non fosse vissuta nella pace.

Alla presa del potere di Hitler nel 1933 e dopo l’inizio della politica ariana, fu a capo del Consiglio Accademico di Assistenza che si occupava della moltitudine di scienziati che cercavano aiuto in Gran Bretagna fuggendo dalla Germania nazista.

Ebbe in vita numerose onorificenze e premi oltre a quelle ricordate, le medaglie Rumford (1905), Copley (1922), Faraday (1930), il premio Bressa dall’Accademia di Torino nel 1910, lauree e dottorati ‘ad honorem’ da 21 università, fu membro delle principali società scientifiche del mondo, Presidente della Royal Society dal ’26 al ’30, Presidente dell’Institute of Physics e ricevette dalla Regina l’Ordine del Merito nel 1925.

Il suo passatempo favorito era il golf che praticava regolarmente ogni domenica.

Morì a 66 anni dopo un intervento chirurgico per ernia strozzata e fu sepolto nella Westminster Abbey, vicino a Newton e Lord Kelvin e quando nel 1940 morì il suo maestro Sir J.J. Thomson fu sepolto accanto a lui.

In suo onore l’elemento 104 fu chiamato Rutherfordium.