Έρνεστ Ράδερφορντ
gigatos | 19 Μαρτίου, 2022
Σύνοψη
Ο Ernest Rutherford, First Baron of Nelson Rutherford, OM, PC, FRS, PRS (30 Αυγούστου 1871 Spring Grove, Νέα Ζηλανδία – 19 Οκτωβρίου 1937 Cambridge, Αγγλία, Ηνωμένο Βασίλειο) ήταν Βρετανός φυσικός που γεννήθηκε στη Νέα Ζηλανδία.
Ο Ράδερφορντ είχε την ευκαιρία να μορφωθεί από την παιδική του ηλικία και την αξιοποίησε για να πετύχει στις σπουδές του. Έκανε τη δική του έρευνα ενώ ήταν ακόμα φοιτητής και έγινε δεκτός στην πρώτη του ερευνητική ομάδα ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ της Αγγλίας. Αυτή ήταν η αρχή της έρευνας του φυσικού για τη ραδιενέργεια. Αυτά συνεχίστηκαν καθ” όλη τη διάρκεια της ζωής του σε διάφορα πανεπιστήμια ανά τον κόσμο, με σημαντικά επιτεύγματα.
Μεταξύ των μεγάλων ανακαλύψεων στη φυσική, του αποδίδεται η ανακάλυψη του ατομικού πυρήνα σε ένα πείραμα που είναι σήμερα γνωστό ως πείραμα Ράδερφορντ. Μελέτησε τη ραδιενέργεια και ήταν ο πρώτος που εισήγαγε τους όρους ακτινοβολία άλφα, βήτα και γάμμα. Ο Ράδερφορντ ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε ότι το μισό ραδιενεργό υλικό διασπάται σε σταθερό χρόνο (χρόνος ημιζωής). Ο Ράδερφορντ ανακάλυψε επίσης το πρωτόνιο και υπέθεσε την ύπαρξη μη φορτισμένων σωματιδίων, των νετρονίων, στο άτομο. Ο Ράδερφορντ τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1908 για την έρευνά του στη χημεία των ραδιενεργών στοιχείων.
Ο Ernest γεννήθηκε στο Spring Grove της Νέας Ζηλανδίας στις 30 Αυγούστου 1871. Ο πατέρας του Ernest, James Rutherford, και η μητέρα του, Martha Thompson, είχαν μεταναστεύσει και οι δύο με τους γονείς τους στη Νέα Ζηλανδία στα μέσα του 19ου αιώνα, ο πατέρας James από τη Σκωτία σε ηλικία 4 ετών και η μητέρα Martha από την Αγγλία σε ηλικία 13 ετών. Ο Ernest γεννήθηκε σε μια μεσοαστική οικογένεια. Σύμφωνα με διάφορες πηγές, ο πατέρας του εργαζόταν ως αγρότης και λινάρι κατά τη διάρκεια της ζωής του και είχε επίσης το δικό του πριονιστήριο, όπου ο νεαρός Ernest εργάστηκε επίσης εκτενώς. Ο Ernest περιβαλλόταν από ανθρώπους που εργάζονταν σκληρά και είχαν καλές τεχνικές δεξιότητες. Ο πατέρας του επισκεύαζε και συντηρούσε επίσης μηχανήματα και εξαρτήματα για διάφορους μύλους. Η μητέρα του ήταν δασκάλα και δίδασκε όλα τα παιδιά της να διαβάζουν και να γράφουν. Στην οικογένεια Rutherford γεννήθηκαν 12 παιδιά, πέντε κορίτσια και επτά αγόρια. Ο Ernest ήταν το τέταρτο παιδί και ο δεύτερος μεγαλύτερος γιος. Τρία από τα αδέλφια του Ernest πέθαναν σε βρεφική ηλικία, ένα κατά τη γέννησή του και δύο δυστυχώς πνίγηκαν σε ένα οικογενειακό ταξίδι. Αυτό οδήγησε στην κατάθλιψη της μητέρας του Ernest, από την οποία δεν συνήλθε ποτέ κατά τη διάρκεια της ζωής της.
Όλα τα παιδιά του Rutherford έλαβαν καλή εκπαίδευση επειδή οι γονείς τους εκτιμούσαν την εκπαίδευση. Η εκτίμηση των γονέων οφείλεται στο γεγονός ότι ο πατέρας Τζέιμς δεν είχε ποτέ την ευκαιρία και η μητέρα Μάρθα την είχε. Η μητέρα του πίστευε ότι “κάθε γνώση είναι δύναμη”. Ο Ernest πέρασε τα σχολικά του χρόνια στα επαρχιακά σχολεία του τόπου όπου ζούσε μέχρι το 1886 (Foxhill Primary School 1876-81, Havelock Primary School 1882-86). Έλαβε το πρώτο του βιβλίο φυσικών επιστημών από το σχολείο σε ηλικία 10 ετών. Την ίδια χρονιά, ο Ράδερφορντ κατασκεύασε τη δική του μινιατούρα κανονιού, η οποία ευτυχώς εξερράγη χωρίς να προκαλέσει ζημιές.
Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Τομ Πέτι
Έτη σπουδών
Το 1887, στη δεύτερη προσπάθειά του, ο 15χρονος Ernest έλαβε υποτροφία από το Συμβούλιο Εκπαίδευσης του Marlborough για το Nelson College, ένα ιδιωτικό σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Μετακόμισε μακριά από το σπίτι του και σπούδασε με επιτυχία σε όλα τα μαθήματα, ιδίως στα μαθηματικά και τις φυσικές επιστήμες. Κατά τη διάρκεια των σπουδών του, ήταν ενθουσιώδης παίκτης του ράγκμπι. Μετά την αποφοίτησή του από το σχολείο το 1890, και πάλι με τη δεύτερη προσπάθειά του, ο Ernest κατάφερε να κερδίσει υποτροφία για το Canterbury College στο Christchurch, ένα από τα τέσσερα πανεπιστήμια της Νέας Ζηλανδίας. Στο Canterbury, ο Rutherford είχε την τύχη να διδάσκεται από λαμπρούς καθηγητές που τον έκαναν να ενδιαφερθεί πραγματικά για την επιστημονική έρευνα. Κατά τη διάρκεια των τριετών σπουδών του, σπούδασε λατινικά, γαλλικά και μαθηματικά. Το 1892 αποφοίτησε (Bachelor of Arts) στα μαθηματικά, τα εφαρμοσμένα μαθηματικά, τα λατινικά, τα αγγλικά, τα γαλλικά και τη φυσική. Χάρη στους άριστους βαθμούς του, του απονεμήθηκε υποτροφία για ένα έτος μεταπτυχιακών σπουδών (“Honours” year). Κατά τη διάρκεια αυτού του πρόσθετου έτους, ο κ. Rutherford ολοκλήρωσε το πτυχίο Bachelor of Science στη Γεωλογία και τη Χημεία. Σπούδασε επίσης περαιτέρω μαθηματικά και φυσική, ενώ παράλληλα διεξήγαγε ανεξάρτητη έρευνα, εστιάζοντας κυρίως στη θεωρία του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Η κύρια έρευνά του εκείνη την εποχή αφορούσε τη μαγνητική επαγωγή υψηλών συχνοτήτων και το μαγνητικό ιξώδες του σιδήρου και του χάλυβα, για τα οποία δημοσίευσε και τις πρώτες του εργασίες. Κατά τη διάρκεια της έρευνάς του ανέπτυξε επίσης ορισμένες νέες φυσικές συσκευές, συμπεριλαμβανομένου ενός ανιχνευτή για παλμούς γρήγορου ρεύματος. Εκείνη την εποχή γνώρισε και ερωτεύτηκε τη Mary Newton, την κόρη του ιδιοκτήτη του διαμερίσματος όπου σπούδαζε.
Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Άλτζερνον Τσαρλς Σουίνμπερν
Ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο πανεπιστήμιο
Μετά τις πανεπιστημιακές του σπουδές, η φιλοδοξία του Ράδερφορντ ήταν να γίνει ερευνητής στο εργαστήριο Cavendish του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ στην Αγγλία. Η επιθυμία του εκπληρώθηκε ευτυχώς όταν ο James Maclaurin, ένας από τους άλλους υποψήφιους, απέρριψε τη θέση επειδή δεν συμφωνούσε με τους όρους της υποτροφίας. Έτσι, ο Ράδερφορντ έφυγε από τη Νέα Ζηλανδία για την Αγγλία και έγινε ο πρώτος μεταπτυχιακός φοιτητής που αποφοίτησε εκτός Κέιμπριτζ (1895-98). Έτσι, ο Ράδερφορντ ξεκίνησε την ερευνητική του εργασία με την ερευνητική ομάδα του καθηγητή J.J. Thompson στο εργαστήριο Cavendish του Πανεπιστημίου του Cambridge. Ως φιλόδοξος μεταπτυχιακός φοιτητής, ήταν ο πρώτος που εξέπεμψε και έλαβε με επιτυχία ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Στο πλαίσιο της έρευνάς του, κατάφερε να μεταδώσει ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε απόσταση μισού μιλίου, ένα παγκόσμιο ρεκόρ για την εποχή εκείνη. Εκτός από το ότι έδειξε ότι μια ταλαντευόμενη εκκένωση μαγνήτιζε τον σίδηρο, ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι μια μαγνητισμένη βελόνα έχανε τον μαγνητισμό της σε μαγνητικό πεδίο που δημιουργούσε εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτό κατέστησε τη βελόνα ανιχνευτή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, γεγονός που είχε επίσης ανακαλυφθεί την ίδια εποχή από τον Γερμανό φυσικό Heinrich Hertz στο εργαστήριό του. Τα αποτελέσματα του Rutherford ήταν απλούστερα και είχαν περισσότερες εμπορικές δυνατότητες. Όταν ο Ράδερφορντ έμαθε για την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από τον Γερμανό Βίλχελμ Ρένγκεν, με χαρά προχώρησε, κατόπιν αιτήματος του J.J. Τόμσον, στη μελέτη της επίδρασης των ακτίνων Χ στην αγωγή του ηλεκτρισμού στα αέρια. Οι μελέτες των Thompson και Rutherford οδήγησαν στην παρατήρηση του ιονισμού, της διάσπασης των ατόμων και των μορίων σε θετικά και αρνητικά μέρη (ιόντα) και της έλξης αυτών των φορτισμένων σωματιδίων σε αντίθετα ηλεκτρόδια. Η έρευνα του Ράδερφορντ επικεντρώθηκε επίσης στην ακτινοβολία που παράγει ιόντα, στην υπεριώδη ακτινοβολία και στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από το ουράνιο. Ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το ουράνιο ήταν πολύ πιο πολύπλοκη από ό,τι νομίζαμε προηγουμένως. Σύντομα άρχισε να κατανοεί την έννοια της ραδιενέργειας, η οποία αποτέλεσε το κύριο ενδιαφέρον του και ως εκ τούτου το έργο της ζωής του. Το 1898 ανακάλυψε ότι τα ραδιενεργά άτομα, στην έρευνά του τα άτομα ουρανίου, εκπέμπουν δύο τύπους ακτινοβολίας. Τις ονόμασε ακτινοβολία άλφα (α) και βήτα (β). Πολύ σύντομα, η ακτινοβολία βήτα αποδείχθηκε ότι ήταν γρήγορα ηλεκτρόνια. Για αρκετά χρόνια μετά, οι επιστήμονες εστίασαν την προσοχή τους στη μελέτη της ακτινοβολίας άλφα και βήτα. Εκτός από το ερευνητικό του έργο, ο ίδιος και ο J.J. Thompson είχαν τη δυνατότητα να συμμετέχουν σε συνεδριάσεις της Royal Society και της British Association. Αυτό του έδωσε την ευκαιρία να μοιραστεί τα αποτελέσματα της έρευνάς του και να αποδείξει το ταλέντο του, ενώ άφησε ανεξίτηλο σημάδι στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.
Διαβάστε επίσης, ιστορία – Σουαβική Ένωση
Έρευνα και επιτεύγματα στα πανεπιστήμια
Πανεπιστήμιο McGill, Μόντρεαλ, Καναδάς (1898-1907)
Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, Αγγλία (1907-19)
Πανεπιστήμιο του Cambridge, Cavendish Laboratory, Αγγλία (1919-1937)
Το 1898, ο Ράδερφορντ δέχτηκε μια θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά (1898-1907). Το πανεπιστήμιο διέθετε καλά εξοπλισμένα εργαστήρια, οπότε ο Ράδερφορντ μετακόμισε στην άλλη πλευρά του ωκεανού. Προσέλαβε έναν νεαρό χημικό, τον Frederick Soddy, για να τον βοηθήσει στην έρευνά του, και μια μεταπτυχιακή φοιτήτρια, την Harriet Brooks, ως βοηθό του. Με τη βοήθειά τους, απέδειξε το μυστήριο της ραδιενεργού διάσπασης: άτομα ορισμένων στοιχείων διασπώνται αυθόρμητα σε άτομα ελαφρύτερων στοιχείων. Αυτό ήταν ένα από τα σημαντικότερα γεγονότα της καριέρας του. Αφού ανακάλυψε ότι το τελικό προϊόν διάσπασης του ουρανίου είναι ο μόλυβδος, ο Ράδερφορντ συνειδητοποίησε ότι μετρώντας τις σχετικές αναλογίες ουρανίου και μολύβδου στα ορυκτά και τον ρυθμό διάσπασης των ατόμων ουρανίου, θα μπορούσε να προσδιοριστεί η ηλικία των ορυκτών. Η ραδιενεργός χρονολόγηση δειγμάτων εδάφους αποτελεί ακόμη και σήμερα σημαντικό μέρος της γεωλογικής έρευνας. Ως αποτέλεσμα των μελετών για τη διάσπαση των βαρέων στοιχείων, αναπτύχθηκε η έννοια του χρόνου ημιζωής, δηλαδή του χρόνου που χρειάζεται για να διασπαστούν οι μισοί ατομικοί πυρήνες μιας ραδιενεργού ουσίας σε άλλους ατομικούς πυρήνες.
Μεταξύ 1902 και 1903, ο Ράδερφορντ και ο Σόντι ανέπτυξαν τη θεωρία της διάσπασης ως εξήγηση της ραδιενέργειας, η οποία θεωρείται το μεγαλύτερο επίτευγμα του Ράδερφορντ στο Πανεπιστήμιο McGill. Στην αλχημεία και στη θεωρία των μεταβατικών στοιχείων, τα άτομα θεωρούνταν σταθερά, αλλά οι Ράδερφορντ και Σόντι υποστήριξαν ότι η ραδιενεργός ενέργεια προερχόταν από το εσωτερικό του ατόμου και ότι η αυθόρμητη εκπομπή σωματιδίων άλφα και βήτα σηματοδοτούσε τη χημική μετατροπή των ατόμων από το ένα στοιχείο στο άλλο. Τα συντριπτικά στοιχεία από πειραματικές μελέτες κατέπνιξαν τους αμφισβητίες. Ο Ράδερφορντ πίστευε ότι το σωματίδιο άλφα ήταν ο κύριος συντελεστής αυτής της χημικής αλλαγής λόγω της συγκεκριμένης μάζας του σωματιδίου άλφα. Εντόπισε ένα θετικό φορτίο στο σωματίδιο άλφα, αλλά δεν μπορούσε ακόμη να προσδιορίσει αν επρόκειτο για ιόν υδρογόνου ή ηλίου.
Κατά τη διάρκεια της θητείας του στο Πανεπιστήμιο McGill, ο Rutherford ανέλαβε όλο και περισσότερους ερευνητές, συμπεριλαμβανομένων των γυναικών, από τις οποίες υπήρχαν λίγες στο πανεπιστήμιο εκείνη την εποχή. Ήταν περιζήτητη ομιλήτρια και δημοσιογράφος. Εξελέγη μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Καναδά το 1900 και της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου το 1903. Έγραψε επίσης τα σημαντικότερα εγχειρίδια για τη ραδιενέργεια κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Το πρώτο του βιβλίο “Ραδιενέργεια” δημοσιεύτηκε το 1904. Του απονεμήθηκαν υποτροφίες, μετάλλια και πολλές προσφορές εργασίας. Αργότερα, το 1908, του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Χημείας για την έρευνά του σχετικά με τη διάσπαση των στοιχείων και τα χημικά του αποτελέσματα σχετικά με τις ραδιενεργές ουσίες. Ο σαστισμένος Ράδερφορντ έλεγε συχνά στους φίλους του ότι η ταχύτερη αλλαγή που γνώριζε ήταν η μετάβασή του από φυσικό σε χημικό.
Το 1900, ο Ράδερφορντ επέστρεψε για λίγο στη Νέα Ζηλανδία για να παντρευτεί την αγαπημένη του Μαίρη Νιούτον. Το μοναδικό τους παιδί, η Eileen, γεννήθηκε το 1901. Το ζευγάρι επισκέφθηκε τη Νέα Ζηλανδία το 1905 για να ανανεώσει τους δεσμούς με τις οικογένειές του.
Ο Rutherford δεν ήθελε ποτέ να μείνει ακίνητος για πολύ και συχνά είχε νέες εναλλακτικές δυνατότητες στο μυαλό του. Η Βόρεια Αμερική είχε μια καλή επιστημονική κοινότητα, αλλά το κέντρο της γήινης φυσικής βρισκόταν στην Ευρώπη. Η Αγγλία τον προσέλκυσε ξανά. Η Αγγλία ήταν πιο κοντά στα κύρια επιστημονικά κέντρα και είχε περισσότερους και καλύτερους μεταπτυχιακούς φοιτητές. Το 1907, όταν προσφέρθηκε στον Ράδερφορντ η θέση του επικεφαλής του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, δέχτηκε.
Στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ο Ράδερφορντ εστίασε την έρευνά του στην ακτινοβολία άλφα, βήτα και γάμμα και στο πώς αυτοί οι τύποι ακτινοβολίας θα μπορούσαν να προσφέρουν νέες γνώσεις για τη φύση των ατόμων. Άφησε τη ραδιοχημεία σε άλλους επιστήμονες και επέστρεψε στη φυσική. Ο Ράδερφορντ κατάφερε να αποδείξει στις φυσικές του μελέτες αυτό που υποψιαζόταν από καιρό. Το σωματίδιο άλφα ήταν ένα άτομο ηλίου χωρίς τα ηλεκτρόνιά του. Ωστόσο, ήθελε καλύτερα στοιχεία για να στηρίξει τα ευρήματά του και πραγματοποίησε διάφορα νέα πειράματα με την ερευνητική του ομάδα. Μαζί με τον Χανς Γκάιγκερ, ο Ράδερφορντ ανέπτυξε έναν ηλεκτρικό ανιχνευτή, το “ηλεκτρόμετρο”, για την ανίχνευση ιονισμένων σωματιδίων. Με το όργανο αυτό μπόρεσε να προσδιορίσει πειραματικά σημαντικές φυσικές σταθερές, συμπεριλαμβανομένης της σταθεράς Avogadro. Αργότερα, ο Geiger ολοκλήρωσε με τον Walther Mϋller ένα όργανο μέτρησης της ραδιενέργειας, τον σωλήνα Geiger (Mϋller), ο οποίος εξακολουθεί να είναι ένα παγκόσμιο όργανο μέτρησης της ραδιενέργειας μέχρι σήμερα. Υπό την καθοδήγηση του Geiger, ο Rutherford ανέθεσε στον νεαρό μαθητή του Ernest Madsen να μετρήσει τον σχετικό αριθμό των σωματιδίων άλφα σε σχέση με τη γωνία σκέδασης και να καθορίσει αν οποιαδήποτε ακτινοβολία άλφα θα ανακλασθεί πίσω από τα μέταλλα (σήμερα γνωστό ως πείραμα Rutherford). Ο Madsen διαπίστωσε ότι ένα μέρος της ακτινοβολίας άλφα ανακλάται από τα μέταλλα, ακόμη και απευθείας από το λεπτό φιλμ χρυσού. Το αποτέλεσμα αυτό εξέπληξε λίγο ακόμη και τον Ράδερφορντ. Από τα αποτελέσματα αυτά, κατέληξε το 1911 στο συμπέρασμα ότι σχεδόν όλη η μάζα ενός ατόμου συγκεντρώνεται στον μικροσκοπικό πυρήνα του, ο οποίος είναι 1.000 φορές μικρότερος από το ίδιο το άτομο, και έτσι το μεγαλύτερο μέρος του ατόμου θα ήταν κενός χώρος. Είχε ανακαλυφθεί ο πυρήνας του ατόμου. Αυτή η δεύτερη μεγάλη ανακάλυψη του Ράδερφορντ του χάρισε διαρκή φήμη. Το 1912, ο Δανός φυσικός Niels Bohr επισκέφθηκε το εργαστήριο του Rutherford και ένα χρόνο αργότερα απέδειξε τη σημασία των ευρημάτων του Rutherford. Ο Bohr απέδειξε ότι η ραδιενέργεια προέρχεται από τον πυρήνα του ατόμου και οι χημικές ιδιότητες από τα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα. Χρησιμοποίησε την κβαντική ιδέα του Ράδερφορντ για να δημιουργήσει ένα τροχιακό μοντέλο των ηλεκτρονίων του ατόμου. Έτσι δημιουργήθηκε ένα νέο ατομικό μοντέλο. Τα ατομικά μοντέλα του Ράδερφορντ και του Μπορ εξακολουθούν να περιλαμβάνονται στα σημερινά εγχειρίδια χημείας και φυσικής. Επιπλέον, η σκέδαση Rutherford εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για να βοηθήσει τις συσκευές μικροηλεκτρονικής που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση πυρηνικών σωματιδίων και ατομικών τροχιακών.
Τη χρονιά που ξέσπασε ο Πρώτος Παγκόσμιος Πόλεμος (1914-1918), ο Ράδερφορντ χρίστηκε ιππότης. Κατά τη διάρκεια του πολέμου, διεξήγαγε έρευνα για την κυβέρνηση, αναπτύσσοντας ακουστικές μεθόδους για τον εντοπισμό υποβρυχίων. Οι πληροφορίες αυτές μοιράστηκαν στη συνέχεια με τους Αμερικανούς. Ταυτόχρονα προσπάθησε ανεπιτυχώς να πείσει τους νέους επιστήμονες ότι θα ήταν προτιμότερο να τους χρησιμοποιήσει για την ανάπτυξη και την έρευνα των προκλήσεων του πολέμου παρά να καταστραφεί η ζωή και το επιστημονικό τους ταλέντο στα χαρακώματα. Προς το τέλος του πολέμου, το 1917, ο Ράδερφορντ επέστρεψε στην πρακτική της ατομικής επιστήμης. Καθώς βομβάρδιζε ελαφριά άτομα με ακτινοβολία άλφα, ο Ράδερφορντ παρατήρησε ότι τα σωματίδια που εκτοξεύονταν είχαν υψηλότερη ενέργεια από την ακτινοβολία άλφα και υπέθεσε ότι τα σωματίδια ήταν πυρήνες υδρογόνου (πρωτόνια Η+). Με βάση αυτή την παρατήρηση, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο βομβαρδισμός είχε μετατρέψει ταυτόχρονα άτομα αζώτου σε άτομα οξυγόνου. Κατάφερε λοιπόν να χρησιμοποιήσει σωματίδια άλφα (He2+) για να μετατρέψει ένα στοιχείο σε ένα άλλο στοιχείο ως αποτέλεσμα μιας πυρηνικής αντίδρασης. Ο Ράδερφορντ έγινε έτσι ο πρώτος επιτυχημένος αλχημιστής στον κόσμο και ο πρώτος που διέσπασε τον πυρήνα, με αποτέλεσμα να αποκτήσει μια διαρκή επιστημονική φήμη. Τα ευρήματα αυτά δημοσιεύτηκαν μετά τον πόλεμο το 1919.
Μετά τον πόλεμο, το 1919, επέστρεψε στις πανεπιστημιακές ερευνητικές του ρίζες και είχε την τιμή να καταλάβει τη θέση του καθηγητή Πειραματικής Φυσικής στο Κέιμπριτζ και τη θέση του διευθυντή του εργαστηρίου Cavendish, διαδεχόμενος τον διάσημο Sir J.J. Thomson. Ο χρόνος του αναλώθηκε πλέον και σε διοικητικά καθήκοντα, οπότε δεν είχε πλέον τόσο χρόνο να επικεντρωθεί στην έρευνα όσο πριν.
Ο Ράδερφορντ κάλεσε τον Τζέιμς Τσάντγουικ, έναν μεταπτυχιακό φοιτητή από το Μάντσεστερ, να τον ακολουθήσει στο Κάβεντις για να συνεχίσουν την κοινή τους έρευνα. Σε εργαστηριακά πειράματα βομβάρδισαν ελαφριά άτομα με ακτινοβολία άλφα, προκαλώντας αλλαγές στη δομή τους, αλλά απέτυχαν να διαπεράσουν τους πυρήνες βαρύτερων στοιχείων με ακτινοβολία άλφα. Τα αμοιβαία φορτία μεταξύ της ακτινοβολίας άλφα και των πυρήνων των βαρύτερων ατόμων φαινόταν να απωθούνται. Επιπλέον, δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν αν το σωματίδιο άλφα αντανακλάται πίσω ή αν συγχωνεύεται με τον πυρήνα για να βομβαρδιστεί ούτως ή άλλως. Τελικά, στα τέλη της δεκαετίας του 1920, η πρόοδος της οικοτεχνολογίας κατέστησε δυνατή την επίλυση αυτών των ερωτημάτων. Εν τω μεταξύ, κατά την πρώτη δεκαετία της θητείας του ως καθηγητής πανεπιστημίου και διευθυντής εργαστηρίου, ο Ράδερφορντ επικεντρώθηκε κυρίως στη δημιουργία ερευνητικών ομάδων πρώτης κατηγορίας. Αποδείχθηκε ανθρώπινος και υποστηρικτικός ηγέτης, ο οποίος φρόντιζε να παίρνουν οι φοιτητές τα εύσημα για την έρευνα που καθοδηγούσε. Διεξήγαγε εκστρατεία στο πανεπιστήμιο για να έχουν οι γυναίκες τα ίδια δικαιώματα με τους άνδρες.
Το 1925, ο Ράδερφορντ ταξίδεψε για τελευταία φορά στην Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία. Κατά τη διάρκεια της επίσκεψής του στη Νέα Ζηλανδία, διάρκειας έξι εβδομάδων, έδωσε αρκετές δημόσιες διαλέξεις. Όπου έδωσε διάλεξη, έτυχε σεβαστής υποδοχής. Οι αίθουσες ήταν γεμάτες από ανθρώπους που ήθελαν να τον ακούσουν να μιλάει για τη δομή του ατόμου. Ο Rutherford δήλωσε ότι ήταν πάντα περήφανος που ήταν Νεοζηλανδός. Εξέφρασε την υποστήριξή του στην εκπαίδευση και την έρευνα και συνέστησε να γίνουν επιστημονικές έρευνες προς όφελος των αγροτών. Ως αποτέλεσμα της υποστήριξής του, το 1926 ιδρύθηκε στη Νέα Ζηλανδία ένα Ινστιτούτο Επιστημονικής και Βιομηχανικής Έρευνας. Κατά τη διάρκεια της επίσκεψής του στη Νέα Ζηλανδία, πέρασε επίσης χρόνο για την υποστήριξη των ασθενών γονέων του.
Η μοναδική κόρη των Rutherfords, η Eileen, ήταν παντρεμένη με τον Ralph Fowler, μαθηματικό φυσικό στο Cavendish Laboratory. Απέκτησαν τέσσερα παιδιά, τα οποία ήταν όλα πολύ μορφωμένα. Η θλίψη έπληξε την οικογένεια Rutherford όταν η Eileen πέθανε από θρόμβο αίματος το 1930, σε ηλικία μόλις 29 ετών, εννέα ημέρες μετά τη γέννηση του μικρότερου παιδιού της και μόλις δύο ημέρες πριν από τα Χριστούγεννα του 1930. Την Πρωτοχρονιά του ίδιου έτους, η Rutherford ανακηρύχθηκε βαρονέτος, βαρόνος Rutherford of Nelson, αλλά η τιμή αυτή επισκιάστηκε από τη θλίψη του θανάτου της κόρης της.
Καθώς η τεχνολογία αναπτυσσόταν, η δεκαετία του 1930 ήταν η χρυσή εποχή των ερευνητικών ομάδων του Ράδερφορντ. Το 1932, ο Τζέιμς Τσάντγουικ ανακάλυψε το νετρόνιο, αποδεικνύοντας ότι ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Ο Ράδερφορντ είχε προβλέψει την ύπαρξη του νετρονίου μια δεκαετία νωρίτερα και καθοδήγησε τον Τσάντγουικ στην έρευνά του λέγοντάς του ποιες ιδιότητες θα έπρεπε να έχει το νετρόνιο. Την ίδια χρονιά, ο John Cockcroft και ο Ernest Walton κατάφεραν να διασπάσουν το άτομο του λιθίου βομβαρδίζοντάς το με πρωτόνια, τους πυρήνες του ατόμου του υδρογόνου, που επιταχύνθηκαν σε πολύ υψηλές ταχύτητες από έναν επιταχυντή υψηλής τάσης. Το άτομο λιθίου διασπάται σε δύο σωματίδια άλφα. Αργότερα, το ζεύγος τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το έργο τους το 1951.
Μετά την εφεύρεση του θαλάμου νεφών (από τον Άγγλο φυσικό Charles Wilson, βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1927), αποκτήθηκαν οπτικές αποδείξεις για το τι πραγματικά συνέβαινε στις συγκρούσεις. Ο Άγγλος φυσικός Patrick Blackett χρησιμοποίησε τον θάλαμο νέφωσης για να μελετήσει 400 000 συγκρούσεις σωματιδίων άλφα και διαπίστωσε ότι οι περισσότερες από αυτές ήταν συνηθισμένες ελαστικές συγκρούσεις. Ωστόσο, ορισμένες από τις συγκρούσεις οδήγησαν σε διάσπαση. Σε αυτές, η ακτινοβολία άλφα διείσδυσε στον πυρήνα του ιόντος-στόχου, οπότε ο πυρήνας διασπάστηκε στα δύο. Αυτό ήταν ένα πολύ σημαντικό βήμα για την κατανόηση των πυρηνικών αντιδράσεων και ο Blackett τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1948 για τα αποτελέσματά του. Μια μεγάλη επιστημονική εποχή είχε αρχίσει υπό την καθοδήγηση του Ράδερφορντ. Χρόνια νωρίτερα, ο Ράδερφορντ είχε υποθέσει ότι για να διαπεράσει τον πυρήνα ενός ατόμου θα απαιτούνταν σωματίδια επιταχυνόμενα με μερικά εκατομμύρια βολτ, ώστε να αντιστοιχούν στην ενέργεια των σωματιδίων που απομακρύνονται από το ραδιενεργό άτομο. Για το σκοπό αυτό, επί χρόνια πίεζε τη βιομηχανία της χώρας του να αναπτύξει πηγές υψηλής τάσης. Ωστόσο, ο George Gamow και ο Norman Feather, στο πλαίσιο της δικής τους έρευνας, έκαναν μια ανακάλυψη που έδειξε ότι τα σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας ήταν πιο αποτελεσματικά στο να διεισδύσουν στον πυρήνα του ατόμου. Ο Ράδερφορντ ανέθεσε τη λειτουργία ενός επιταχυντή σωματιδίων χαμηλής τάσης με πολύ καλύτερη ροή σωματιδίων. Ως αποτέλεσμα, ο Gilbert Lewis μπόρεσε να πειραματιστεί με βαρύτερο υδρογόνο, δευτέριο και τρίτιο, και ελαφρύ ήλιο (He-3). Ως αποτέλεσμα, το 1932 ο Ράδερφορντ, ο Αυστραλός φυσικός Μαρκ Όλιφαντ και ο Γερμανός χημικός Πολ Χάρτεκ συνεργάστηκαν για να επιτύχουν την πρώτη αντίδραση σύντηξης. Βομβάρδισαν το δευτέριο (2H) με δευτερόνια (2H+) για να παράγουν τρίτιο (3H). Ο Ράδερφορντ ήλπιζε ότι η πυρηνική σχάση, η οποία θα μπορούσε να απελευθερώσει αποτελεσματικά ενέργεια από το ουράνιο, δεν θα ανακαλυπτόταν έως ότου οι άνθρωποι θα μπορούσαν να ζήσουν σε αρμονία με τους γείτονές τους. Ωστόσο, αυτό επετεύχθη μόλις λίγα χρόνια μετά το θάνατό του.
Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Σιγισμούνδος Α΄ της Πολωνίας
Επίλογος
Ο Ράδερφορντ είχε μερικά ενδιαφέροντα εκτός από την επιστήμη, κυρίως το γκολφ και την αυτοκίνηση. Ήταν φιλελεύθερος, αλλά όχι πολιτικά ενεργός, αν και ήταν μέλος της Συμβουλευτικής Επιτροπής του Κυβερνητικού Ινστιτούτου Επιστημονικής και Βιομηχανικής Έρευνας και πρόεδρος του Ακαδημαϊκού Βοηθητικού Συμβουλίου.
Κατά τη διάρκεια της ζωής του, ο Ράδερφορντ έλαβε πολλά επιστημονικά βραβεία και τιμητικούς διδακτορικούς τίτλους σε πολλές χώρες, καθώς και υποτροφίες από πολλές εταιρείες και οργανισμούς. Αρκετά κτίρια έχουν πάρει το όνομά του και έχει εμφανιστεί σε γραμματόσημα σε τέσσερις διαφορετικές χώρες και σε χαρτονομίσματα της Νέας Ζηλανδίας. Το στοιχείο rutherfordium ονομάστηκε προς τιμήν του.
Ο Ράδερφορντ πέθανε στο Κέιμπριτζ σε ηλικία 66 ετών στις 19 Οκτωβρίου 1937 από επιπλοκές μιας χειρουργικής επέμβασης κήλης και ετάφη στο Αβαείο του Ουέστμινστερ στο Λονδίνο. Η Lady Rutherford αποσύρθηκε για τα γεράματά της στην πατρίδα της, τη Νέα Ζηλανδία, στο Christchurch, όπου πέθανε το 1954.
“Ήταν σχεδόν τόσο απίστευτο όσο το να βομβαρδίζεις χαρτί υγείας με βλήματα 15 ιντσών που θα αναπηδούσαν και θα με χτυπούσαν”. (Ο Ράδερφορντ είπε ότι το πείραμά του ήταν το αποτέλεσμα της έρευνας που οδήγησε στην ανακάλυψη του ατομικού πυρήνα.)
Διαβάστε επίσης, σημαντικά-γεγονότα – Μικρή Εποχή των Παγετώνων
Δημοσιεύσεις
Πηγές
