Rutherford Ernest (anni di vita: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Fisico inglese, ideatore del modello planetario dell'atomo, fondatore della fisica nucleare. Fu membro della Royal Society di Londra, e dal 1925 al 1930 - e il suo presidente. Quest'uomo è il vincitore del Premio Nobel per la Chimica, che ha ricevuto nel 1908.
Il futuro scienziato è nato nella famiglia di James Rutherford, un carraio, e Martha Thompson, un'insegnante. Oltre a lui, la famiglia aveva 5 figlie e 6 figli.
Formazione e primi premi
Prima che la famiglia si trasferisse dall'Isola del Sud della Nuova Zelanda all'Isola del Nord nel 1889, Rutherford Ernest studiò a Christchurch, al Canterbury College. Già in questo momento sono state rivelate le brillanti capacità del futuro scienziato. Dopo essersi diplomato al 4° anno, Ernest è stato premiato per il miglior lavoro nel campo della matematica e ha anche ottenuto il 1° posto agli esami del master in fisica e matematica.
Invenzione del rivelatore magnetico
Diventato un maestro delle arti, Rutherford non lo fecelasciato il college. Si è immerso in un lavoro scientifico indipendente sulla magnetizzazione del ferro. Ha sviluppato e prodotto un dispositivo speciale: un rilevatore magnetico, che è diventato uno dei primi ricevitori di onde elettromagnetiche al mondo, nonché il "biglietto d'ingresso" di Rutherford per la grande scienza. Presto avvenne un cambiamento importante nella sua vita.
Rutherford va in Inghilterra
I giovani sudditi più dotati della corona inglese della Nuova Zelanda ricevevano una borsa di studio ogni due anni. L'Esposizione Mondiale del 1851, che permise di recarsi in Inghilterra per studiare le scienze. Nel 1895 fu deciso che due neozelandesi erano degni di un tale onore: il fisico Rutherford e il chimico Maclaurin. Tuttavia, c'era solo un posto e le speranze di Ernest furono deluse. Fortunatamente, Maclaurin fu costretto ad abbandonare questo viaggio per motivi familiari e Rutherford Ernest arrivò in Inghilterra nell'autunno del 1895. Qui iniziò a lavorare all'Università di Cambridge (nel Cavendish Laboratory) e divenne il primo dottorando di J. Thomson, il suo direttore (nella foto sotto).
Studio dei raggi di Becquerel
Thomson a quel tempo era già un noto scienziato, uno dei membri della Royal Society di Londra, rispettato da tutti. Apprezzò rapidamente le capacità di Rutherford e lo attirò a lavorare sullo studio della ionizzazione dei gas sotto l'influenza dei raggi X, che svolse. Tuttavia, già nel 1898, in estate, Ernest muove i primi passi in un altro ambito di ricerca. Era interessato ai "raggi becquerel". Emissione di sale di uranio, apertoBecquerel, un fisico francese, divenne in seguito noto come radioattivo. Lo scienziato francese, così come i Curie, furono attivamente impegnati nella sua ricerca. Nel 1898 Rutherford Ernest si unì al lavoro. Questo scienziato ha scoperto che questi fasci includono flussi di nuclei di elio, carichi positivamente (particelle alfa), nonché flussi di elettroni (particelle beta).
Ulteriori studi sui raggi di uranio
L'opera dei Curie fu presentata all'Accademia delle scienze di Parigi il 18 luglio 1898, cosa che suscitò grande interesse in Rutherford. In esso, gli autori hanno sottolineato che oltre all'uranio, ci sono altri elementi radioattivi (questo termine fu usato per la prima volta proprio allora). Rutherford in seguito introdusse il concetto di emivita, una delle principali caratteristiche distintive di questi elementi.
Ernest nel dicembre 1897 ha esteso la borsa di studio della mostra. Lo scienziato ha avuto l'opportunità di studiare ulteriormente i raggi dell'uranio. Tuttavia, nell'aprile 1898, una cattedra presso la locale McGill University divenne vacante a Montreal ed Ernest decise di andare in Canada. Il tempo per l'apprendistato è passato. Era chiaro a tutti che Rutherford era pronto a lavorare da solo.
Trasferirsi in Canada e nuovo lavoro
Nell'autunno del 1898 si trasferì in Canada. All'inizio, l'insegnamento di Rutherford non ebbe molto successo: agli studenti non piacevano le lezioni, che il giovane professore, che non aveva ancora imparato a sentire appieno il pubblico, sovrasaturava di dettagli. Ci sono state anche alcune difficoltà nel lavoro scientifico dovute al fatto che l'arrivo dei preparati radioattivi ordinati da Rutherford è stato ritardato. Tuttavia, tuttola ruvidità si è presto attenuata ed Ernest ha iniziato una serie di fortuna e successo. Tuttavia, non è appropriato parlare di successo: tutto è stato ottenuto con un duro lavoro, che ha coinvolto i suoi nuovi amici e persone che la pensano allo stesso modo.
Scoperta della legge delle trasformazioni radioattive
Intorno a Rutherford si creava già allora un'atmosfera di entusiasmo creativo e passione. Il lavoro è stato gioioso e intenso, ha portato a un grande successo. Rutherford scoprì l'emanazione del torio nel 1899. Insieme a Soddy nel 1902-1903, giunse già a una legge generale applicabile a tutte le trasformazioni radioattive. Va detto qualcosa in più su questo importante evento scientifico.
Gli scienziati di tutto il mondo impararono fermamente in quel momento che era impossibile trasformare un elemento chimico in un altro, quindi i sogni degli alchimisti di estrarre l'oro dal piombo dovrebbero essere sepolti per sempre. E poi è apparso un lavoro in cui si sosteneva che durante i decadimenti radioattivi, le trasformazioni degli elementi non solo si verificano, ma non possono né essere rallentate né arrestate. Inoltre, furono formulate le leggi di queste trasformazioni. Oggi capiamo che è la carica del nucleo che determina le proprietà chimiche dell'elemento e la sua posizione nel sistema periodico di Mendeleev. Quando la carica del nucleo diminuisce di due unità, che si verifica durante il decadimento alfa, si "sposta" verso l' alto di 2 celle nella tavola periodica. Sposta una cellula verso il basso nel decadimento beta elettronico e una cellula verso l' alto nel decadimento del positrone. Nonostante l'ovvietà di questa legge e la sua apparente semplicità, questa scoperta fu uno degli eventi più importanti della scienza all'inizio del 20secolo.
Matrimonio con Mary Georgina Newton, nascita di una figlia
Allo stesso tempo, si verificò un evento importante nella vita personale di Ernest. 5 anni dopo il fidanzamento con Mary Georgina Newton, lo scienziato Ernest Rutherford la sposò, la cui biografia a quel tempo era già stata segnata da risultati significativi. Questa ragazza era la figlia della padrona di casa della pensione a Christchurch dove un tempo viveva. Nel 1901, il 30 marzo, nacque l'unica figlia della famiglia Rutherford. Questo evento ha quasi coinciso nel tempo con la nascita di un nuovo capitolo della scienza fisica: la fisica nucleare. E dopo 2 anni, Rutherford divenne membro della Royal Society of London.
Libri di Rutherford, esperimenti su lamina traslucida con particelle alfa
Ernest ha creato 2 libri in cui ha riassunto i risultati delle sue ricerche scientifiche e dei suoi risultati. Il primo fu pubblicato con il titolo "Radioattività" nel 1904. "Trasformazioni radioattive" apparve un anno dopo. L'autore di questi libri ha iniziato una nuova ricerca in questo momento. Si rese conto che era dagli atomi che emanava la radiazione radioattiva, ma il luogo in cui si verificava rimaneva assolutamente poco chiaro. È stato necessario studiare il dispositivo del kernel. E poi Ernest si è rivolto alla tecnica della transilluminazione con particelle alfa, con la quale ha iniziato il suo lavoro con Thomson. Gli esperimenti hanno studiato come il flusso di queste particelle passa attraverso sottili fogli di lamina.
Il primo modello dell'atomo di Thomson
Il primo modello dell'atomo è stato proposto quando si è saputo che gli elettroni hanno una carica negativa. Tuttavia, entrano negli atomi,sono generalmente elettricamente neutri. Quindi ci deve essere qualcosa nella sua composizione che porta una carica positiva. Per risolvere questo problema, Thomson ha proposto il seguente modello: un atomo è qualcosa come una goccia, carica positivamente, con un raggio di centomilionesimo di centimetro. Al suo interno ci sono piccoli elettroni con una carica negativa. Sotto l'influenza delle forze di Coulomb, tendono a prendere posizione proprio al centro dell'atomo, ma se qualcosa le sbilancia, oscillano, accompagnate dalla radiazione. Questo modello spiegava l'esistenza di spettri di emissione, un fatto noto all'epoca. È già diventato chiaro dagli esperimenti che nei solidi le distanze tra gli atomi sono approssimativamente uguali alle loro dimensioni. Sembrava quindi ovvio che le particelle alfa non potessero volare attraverso una lamina, proprio come una pietra non poteva volare attraverso una foresta dove gli alberi crescevano quasi vicini l'uno all' altro. Tuttavia, i primissimi esperimenti fatti da Rutherford convinsero che non fosse così. La maggior parte delle particelle alfa, quasi senza deflessione, è penetrata nella lamina e solo poche hanno mostrato una deflessione, a volte significativa. Ernest Rutherford era molto interessato a questo. Fatti interessanti hanno richiesto ulteriori studi.
Modello planetario Rutherford
E poi sono apparse di nuovo l'intuizione di Rutherford e la capacità di questo scienziato di comprendere il linguaggio della natura. Ernest rifiutò risolutamente il modello dell'atomo di Thomson. Gli esperimenti di Rutherford portarono al fatto che avanzò il suo, chiamato planetario. Secondo lei, al centrodi un atomo è il nucleo, in cui è concentrata l'intera massa di un dato atomo, nonostante le sue dimensioni piuttosto piccole. E attorno al nucleo, come i pianeti che ruotano attorno al sole, gli elettroni si muovono. Le loro masse sono sostanzialmente inferiori a quelle delle particelle alfa, ed è per questo che queste ultime praticamente non deviano quando penetrano nelle nuvole di elettroni. E solo quando una particella alfa vola vicino a un nucleo caricato positivamente, la forza repulsiva di Coulomb può piegare bruscamente la traiettoria del suo movimento. Questa è la teoria di Rutherford. È stata sicuramente una grande scoperta.
Le leggi dell'elettrodinamica e il modello planetario
L'esperienza di Rutherford è stata sufficiente per convincere molti scienziati dell'esistenza di un modello planetario. Tuttavia, si è scoperto che non è così inequivocabile. La formula di Rutherford, che derivò sulla base di questo modello, era coerente con i dati ottenuti durante l'esperimento. Tuttavia, ha smentito le leggi dell'elettrodinamica!
Queste leggi, stabilite principalmente dai lavori di Maxwell e Faraday, affermano che una carica che si muove a una velocità accelerata irradia onde elettromagnetiche e per questo perde energia. Nell'atomo di Rutherford, l'elettrone si muove nel campo di Coulomb del nucleo ad una velocità accelerata e, secondo la teoria di Maxwell, deve perdere tutta la sua energia in un decimilionesimo di secondo, per poi cadere nel nucleo. Comunque, questo non è successo. Di conseguenza, la formula di Rutherford confutava la teoria di Maxwell. Ernest lo sapeva quando venne il momento di tornare in Inghilterra nel 1907.
Trasferiti a Manchester e ricevi il Premio Nobel
Il lavoro di Ernest in McGillL'università ha contribuito al fatto che è diventato molto famoso. Rutherford iniziò a gareggiare con inviti a centri scientifici in diversi paesi. Lo scienziato nella primavera del 1907 decise di lasciare il Canada e arrivò a Manchester, presso l'Università di Victoria, dove continuò le sue ricerche. Insieme a H. Geiger, creò nel 1908 un contatore di particelle alfa, un nuovo dispositivo che svolse un ruolo importante nello scoprire che le particelle alfa sono atomi di elio, doppiamente ionizzati. Rutherford Ernest, le cui scoperte furono di grande importanza, ricevette il Premio Nobel nel 1908 (in chimica, non in fisica!).
Cooperazione con Niels Bohr
Nel frattempo, lo schema planetario occupava sempre di più la sua mente. E nel marzo 1912, Rutherford iniziò a collaborare e ad essere amico di Niels Bohr. Il più grande merito di Bohr (la sua foto è presentata di seguito) è stato di aver introdotto funzionalità fondamentalmente nuove nel modello planetario: l'idea dei quanti.
Ha avanzato dei "postulati" che a prima vista sembravano internamente contraddittori. Secondo lui, l'atomo ha orbite. Un elettrone, che si muove lungo di essi, non irradia, contrariamente alle leggi dell'elettrodinamica, sebbene abbia accelerazione. Questo scienziato ha indicato una regola in base alla quale è possibile trovare queste orbite. Scoprì che i quanti di radiazione compaiono solo quando un elettrone si sposta da un'orbita all' altra. Il modello dell'atomo di Rutherford-Bohr ha risolto molti problemi ed è diventato anche una svolta nel mondo delle nuove idee. La sua scoperta ha portato a una revisione radicale delle idee sulla materia, sul suo movimento.
Altre attività estensive
Nel 1919Rutherford divenne professore all'Università di Cambridge e direttore del Cavendish Laboratory. Decine di scienziati lo consideravano giustamente il loro insegnante, compresi quelli che in seguito vinsero i premi Nobel. Questi sono J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, PL Kapitsa, G. Gamov e altri Il flusso di riconoscimenti e premi è diventato sempre più abbondante. Nel 1914 Rutherford ricevette la nobiltà. Divenne presidente della British Association nel 1923 e dal 1925 al 1930 fu presidente della Royal Society. Ernest riceve il titolo di barone nel 1931 e diventa un signore. Tuttavia, nonostante carichi di lavoro sempre più elevati, e non solo scientifici, continua ad aggredire i misteri del nucleo e dell'atomo.
Ti offriamo un fatto interessante relativo alle attività scientifiche di Rutherford. È noto che Ernest Rutherford ha utilizzato il seguente criterio nella scelta dei suoi dipendenti: ha dato un compito alla persona che è venuta da lui per la prima volta e se un nuovo dipendente ha chiesto cosa fare dopo, è stato immediatamente licenziato.
Lo scienziato ha già iniziato gli esperimenti, che si sono conclusi con la scoperta della fissione artificiale dei nuclei atomici e la trasformazione artificiale degli elementi chimici. Nel 1920, Rutherford predisse l'esistenza del deuterone e del neutrone e nel 1933 divenne l'iniziatore e il partecipante a un esperimento per testare la relazione tra energia e massa nei processi nucleari. Nel 1932, in aprile, sostenne l'idea di utilizzare acceleratori di protoni nello studio delle reazioni nucleari.
Morte di Rutherford
Le opere di Ernest Rutherford e il lavoro dei suoi studenti, appartenenti a diverse generazioni, hanno avuto un enorme impatto sulla scienza e la tecnologia, sulla vita di milioni di persone. Il grande scienziato, ovviamente, non poteva fare a meno di pensare se questa influenza sarebbe stata positiva. Tuttavia, era un ottimista, credeva sacramente nella scienza e nelle persone. Ernest Rutherford, di cui abbiamo descritto la breve biografia, morì nel 1937, il 19 ottobre. Fu sepolto nell'Abbazia di Westminster.
