Ernest Rutherford ; 1st Baron Rutherford of Nelson ( Ing. Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson ; 30 de agosto de 1871 , Spring Grove, Nueva Zelanda - 19 de octubre de 1937 , Cambridge ) - Físico británico de origen neozelandés . Conocido como el padre de la física nuclear . Ganador del Premio Nobel de Química en 1908.
En 1911, con su famoso experimento sobre la dispersión de partículas alfa, demostró la existencia de un núcleo cargado positivamente en los átomos y de electrones cargados negativamente a su alrededor [7] . Basado en los resultados del experimento, creó un modelo planetario del átomo .
Miembro (1903) y presidente (1925-1930) de la Royal Society of London [8] , miembro extranjero de la Academia de Ciencias de París (1927; corresponsal desde 1921) [9] , miembro correspondiente extranjero (1922) y miembro de honor ( 1925) de la Academia Rusa de Ciencias [10] .
Ernest Rutherford nació el 30 de agosto de 1871 en Nueva Zelanda en el pequeño pueblo de Spring Grove ( ing. Spring Grove ), ubicado en el norte de la Isla Sur cerca de la ciudad de Nelson , en la familia de un granjero de lino. Padre - James Rutherford, inmigró de Perth (Escocia). Madre - Martha Thompson, originaria de Hornchurch (Essex, Inglaterra). En ese momento, otros escoceses emigraron a Quebec (Canadá), pero la familia Rutherford no tuvo suerte y el gobierno proporcionó un boleto de barco de vapor gratis a Nueva Zelanda, y no a Canadá.
Ernest era el cuarto hijo de una familia de doce hijos. Tenía una memoria increíble, buena salud y fuerza. Se graduó con honores de la escuela primaria con una puntuación de 580 sobre 600 y un bono de £50 para continuar sus estudios en Nelson College. Otra beca le permitió continuar sus estudios en Canterbury College en Christchurch [11] . En ese momento era una universidad pequeña con 150 estudiantes y solo 7 profesores [12] . Rutherford se interesó por la ciencia y desde el primer día inició trabajos de investigación [12] .
Su tesis de maestría, escrita en 1892, se llamó "Magnetización del hierro durante descargas de alta frecuencia". El trabajo se refería a la detección de ondas de radio de alta frecuencia, cuya existencia fue probada en 1888 por el físico alemán Heinrich Hertz . Rutherford inventó y fabricó un dispositivo: un detector magnético, uno de los primeros receptores de ondas electromagnéticas.
Después de graduarse de la universidad en 1894, Rutherford trabajó durante un año como profesor de secundaria [12] . Los jóvenes súbditos más talentosos de la corona británica, que vivían en las colonias, una vez cada dos años recibieron una beca especial que lleva el nombre de la Exposición Mundial de 1851 : 150 libras por año, lo que hizo posible ir a Inglaterra para avanzar más en Ciencias. En 1895, Rutherford obtuvo esta beca, ya que el primero que la recibió - Maclaurin, la rechazó [13] . En el otoño del mismo año, después de haber pedido dinero prestado para un billete al Reino Unido, Rutherford llegó a Inglaterra al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge y se convirtió en el primer estudiante de doctorado de su director, Joseph John Thomson . 1895 fue el primer año (por iniciativa de J. J. Thomson) en que los estudiantes graduados de otras universidades pudieron continuar el trabajo científico en los laboratorios de Cambridge. Junto con Rutherford, John McLennan , John Townsend y Paul Langevin aprovecharon esta oportunidad inscribiéndose en el Laboratorio Cavendish . Con Langevin, Rutherford trabajaba en la misma habitación y se hizo amigo de él, esta amistad continuó hasta el final de sus vidas [12] .
En el mismo año, 1895, se concluyó un compromiso con Mary Georgina Newton (1876-1945), la hija de la anfitriona de la pensión en la que vivía Rutherford. La boda tuvo lugar en 1900 en la Iglesia Anglicana de Christchurch [14] [15] [16] , y el 30 de marzo de 1901 la pareja tuvo una hija, Eileen Mary (1901-1930), quien más tarde se convertiría en la esposa del astrofísico Ralph cazador de aves
Rutherford planeó estudiar ondas de radio u ondas hertzianas, aprobar exámenes de física y obtener una maestría. Pero al año siguiente resultó que la Oficina de Correos del Reino Unido había asignado el dinero de Marconi para el mismo trabajo y se negó a financiarlo en el Laboratorio Cavendish . Dado que la beca ni siquiera alcanzaba para la comida, Rutherford se vio obligado a comenzar a trabajar como tutor y asistente de J. J. Thomson en el tema del estudio del proceso de ionización de gases bajo la acción de los rayos X. Junto con Thomson, Rutherford descubrió el fenómeno de la saturación de corriente durante la ionización de gases [12] .
En 1898, Rutherford descubrió los rayos alfa y beta . Un año después, Paul Villard descubrió la radiación gamma (el nombre de este tipo de radiación ionizante, como las dos primeras, fue propuesto por Rutherford).
En el verano de 1898, el científico comenzó a estudiar el fenómeno recién descubierto de la radiactividad del uranio y el torio. En otoño, Rutherford, por sugerencia de Thomson, superando la competencia de 5 personas, asumió el cargo de profesor en la Universidad McGill de Montreal (Canadá) con un salario de 500 libras esterlinas o 2.500 dólares canadienses al año. En esta universidad, Rutherford colaboró fructíferamente con Frederick Soddy , entonces asistente de laboratorio junior en el Departamento de Química, más tarde (como Rutherford) premio Nobel de química (1921). En 1903, Rutherford y Soddy propusieron y demostraron la idea revolucionaria de la transformación de elementos en el proceso de desintegración radiactiva. En septiembre de 1905, Otto Hahn , el futuro premio Nobel de química de Alemania, vino al laboratorio de Rutherford en Montreal durante un año para estudiar .
Ampliamente conocido por su trabajo en el campo de la radiactividad, Rutherford se convirtió en un científico solicitado y recibió muchas ofertas de trabajo en centros de investigación de todo el mundo. En la primavera de 1907, abandonó Canadá y comenzó una cátedra en la Universidad Victoria de Manchester (Inglaterra), donde su salario aumentó unas 2,5 veces.
En 1908, Rutherford recibió el Premio Nobel de Química "por su investigación sobre la descomposición de los elementos en la química de las sustancias radiactivas".
Un acontecimiento importante y alegre en su vida fue la elección de un científico miembro de la Royal Society de Londres en 1903, y de 1925 a 1930 se desempeñó como presidente de la sociedad. De 1931 a 1933, Rutherford fue presidente del Instituto de Física .
En 1914, Rutherford recibió el título de nobleza. El 12 de febrero, en el Palacio de Buckingham , el rey lo nombró caballero: estaba vestido con uniforme de corte y ceñido con una espada.
El par de Inglaterra, el barón Rutherford Nelson, coronó su escudo heráldico, aprobado en 1931, con un pájaro kiwi, símbolo de Nueva Zelanda. El dibujo del escudo de armas es la imagen del exponente, una curva que caracteriza el monótono proceso de disminución del número de átomos radiactivos a lo largo del tiempo.
En 1931, Rutherford obtuvo 15.000 libras esterlinas para construir y equipar un edificio de laboratorio especial para Peter Kapitza , a quien contrató en el Laboratorio Cavendish en 1921 [17] . Kapitza apodó a Rutherford "El Cocodrilo ". “Este animal nunca retrocede y, por lo tanto, puede simbolizar la perspicacia de Rutherford y su rápido avance”, explicó más tarde Kapitsa [17] . F. Kedrov en el libro “Kapitsa: vida y descubrimientos” da otra versión [18] : “El hecho es que Rutherford tenía una voz fuerte y no sabía cómo manejarla. La poderosa voz del maestro, que se encontró con alguien en el pasillo, advirtió a los que estaban en los laboratorios de su acercamiento, y los empleados tuvieron tiempo de "ordenar sus pensamientos". Esto le dio a Kapitsa una razón para llamar a Rutherford el Cocodrilo. Esto se explica por la asociación con el héroe del popular libro infantil Cocodrilo, que se tragó el despertador. Su tictac advirtió a los niños del acercamiento de una bestia terrible. En febrero de 1933 se inauguró el laboratorio en Cambridge. En la pared del fondo de un edificio de 2 pisos, un enorme cocodrilo fue tallado en piedra, cubriendo toda la pared. Fue encargado por Kapitsa para que lo hiciera el entonces famoso escultor Eric Gill . El mismo Rutherford explicó que era él. La puerta principal se abrió con una llave dorada en forma de cocodrilo [19] [17] .
Ernest Rutherford murió el 19 de octubre de 1937, cuatro días después de una operación de emergencia por una enfermedad inesperada, una hernia estrangulada, a la edad de 66 años [12] . Fue enterrado en la Abadía de Westminster , junto a las tumbas de Newton, Darwin y Faraday [20] [21] [22] .
Según las memorias de P. L. Kapitza , Rutherford fue un destacado representante de la escuela experimental inglesa de física, que se caracteriza por el deseo de comprender la esencia de un fenómeno físico y comprobar si puede ser explicado por las teorías existentes (en contraste con el escuela alemana de experimentadores, que parte de las teorías existentes y busca probarlas mediante la experiencia). Hizo poco uso de fórmulas y recurrió poco a las matemáticas, pero fue un experimentador brillante, que recuerda a Faraday en este aspecto [12] . Una cualidad importante de Rutherford como experimentador señalada por Kapitsa fue su observación. En particular, gracias a ella, descubrió la emanación de torio, notando diferencias en las lecturas de un electroscopio que medía la ionización, con la puerta abierta y cerrada en el aparato, bloqueando el flujo de aire [12] . Otro ejemplo es el descubrimiento de Rutherford de la transmutación artificial de elementos, cuando la irradiación de núcleos de nitrógeno en el aire con partículas alfa iba acompañada de la aparición de partículas de alta energía (protones) que tenían un mayor alcance, pero eran muy raras [12]. ] .
Rutherford escribió y publicó tres volúmenes de obras. Todos ellos son experimentales.
1904 - "Radiactividad".
1905 - "Transformaciones radiactivas".
1930 - "Emisiones de sustancias radiactivas" (en coautoría con J. Chadwick y C. Ellis ).
Rutherford no estaba interesado en los temas aplicados de la energía nuclear y sus perspectivas, y creía que si la humanidad usa la energía atómica, entonces no habrá nada sorprendente en esto [23] [24] .
12 estudiantes de Rutherford se convirtieron en ganadores del Premio Nobel de física y química. Uno de los estudiantes más talentosos , Henry Moseley , quien mostró experimentalmente el significado físico de la Ley Periódica , fue reclutado por el ejército británico para la Primera Guerra Mundial como oficial de comunicaciones y murió en 1915 a la edad de 27 años durante la operación de los Dardanelos . En Montreal , Rutherford trabajó con Frederick Soddy , Otto Hahn ; en Manchester , con Hans Geiger (en particular, lo ayudó a desarrollar un contador para contar automáticamente el número de partículas ionizantes ), en Cambridge , con Niels Bohr , Peter Kapitsa y muchos otros científicos famosos en el futuro.
Tras el descubrimiento de los elementos radiactivos , se inició un estudio activo de la naturaleza física de su radiación. Rutherford logró descubrir la compleja composición de la radiación radiactiva .
La experiencia fue la siguiente. La preparación radiactiva se colocó en el fondo de un canal estrecho de un cilindro de plomo y una placa fotográfica se colocó enfrente. El campo magnético actuó sobre la radiación que salía del canal. En este caso, toda la instalación estaba en el vacío.
En un campo magnético, el haz se divide en tres partes. Los dos componentes de la radiación primaria se desviaron en direcciones opuestas, lo que indicaba que tenían cargas de signos opuestos. El tercer componente mantuvo la propagación directa. La radiación con carga positiva se denomina rayos alfa, rayos beta negativos y rayos gamma neutros .
Estudiando la naturaleza de la radiación alfa , Rutherford realizó el siguiente experimento. En el camino de las partículas alfa, colocó un contador Geiger , que medía la cantidad de partículas emitidas en un tiempo determinado. Después de eso, usando un electrómetro , midió la carga de las partículas emitidas durante el mismo tiempo. Conociendo la carga total de las partículas alfa y su número, Rutherford calculó la carga de una de esas partículas. Resultó ser igual a dos elementales .
Mediante la desviación de partículas en un campo magnético, determinó la relación entre su carga y su masa. Resultó que hay dos unidades de masa atómica para una carga elemental .
Así, se encontró que con una carga igual a dos elementales, una partícula alfa tiene cuatro unidades de masa atómica . De ello se deduce que la radiación alfa es una corriente de núcleos de helio .
En 1920, Rutherford sugirió que debería haber una partícula con una masa igual a la masa de un protón, pero sin carga eléctrica: un neutrón . Sin embargo, no pudo detectar tal partícula. Su existencia fue probada experimentalmente por James Chadwick en 1932.
Además, Rutherford especificó en un 30% la relación entre la carga del electrón y su masa.
Transformaciones radiactivasBasándose en las propiedades del torio radiactivo, Rutherford descubrió y explicó la transformación radiactiva de los elementos químicos. El científico descubrió que la actividad del torio en una ampolla cerrada permanece sin cambios, pero si la droga se sopla incluso con un flujo de aire muy débil, su actividad se reduce significativamente. Se ha sugerido que, al mismo tiempo que las partículas alfa, el torio emite un gas radiactivo.
Los resultados del trabajo conjunto de Rutherford y su colega Frederick Soddy se publicaron en 1902-1903 en una serie de artículos en la Philosophical Magazine . En estos artículos, tras analizar los resultados obtenidos, los autores llegan a la conclusión de que es posible transformar unos elementos químicos en otros.
Como resultado de la transformación atómica, se forma un tipo de sustancia completamente nuevo, completamente diferente en sus propiedades físicas y químicas de la sustancia original.
—E. Rutherford , F. SoddyEn ese momento, dominaba la idea de la inmutabilidad e indivisibilidad del átomo, otros científicos prominentes, al observar fenómenos similares, los explicaron por la presencia de nuevos elementos en la sustancia original desde el principio. Sin embargo, el tiempo ha demostrado la falacia de tales ideas. Trabajos posteriores de físicos y químicos mostraron en qué casos unos elementos pueden transformarse en otros y qué leyes de la naturaleza gobiernan estas transformaciones [25] .
Ley de la desintegración radiactivaExtrayendo aire de un recipiente con torio, Rutherford aisló la emanación de torio (el gas ahora conocido como torón o radón-220, uno de los isótopos del radón ) e investigó su capacidad ionizante. Se encontró que la actividad de este gas disminuye a la mitad cada minuto.
Al estudiar la dependencia de la actividad de las sustancias radiactivas con el tiempo, el científico descubrió la ley de la descomposición radiactiva .
Dado que los núcleos de los átomos de los elementos químicos son bastante estables, Rutherford sugirió que se necesita una gran cantidad de energía para transformarlos o destruirlos. El primer núcleo sometido a transformación artificial es el núcleo del átomo de nitrógeno . Al bombardear nitrógeno con partículas alfa de alta energía , Rutherford descubrió la aparición de protones, los núcleos del átomo de hidrógeno .
El experimento de Geiger-Marsden con lámina de oroRutherford es uno de los pocos ganadores del Premio Nobel que ha realizado su trabajo más famoso desde que lo recibió. Junto con Hans Geiger y Ernst Marsden en 1909, realizó un experimento que demostró la existencia de un núcleo en un átomo. Rutherford pidió a Geiger y Marsden en este experimento que buscaran partículas alfa con ángulos de desviación muy grandes, lo que no se esperaba del modelo del átomo de Thomson en ese momento. Se encontraron tales desviaciones, aunque raras, y la probabilidad de desviación resultó ser una función uniforme, aunque decreciente rápidamente, del ángulo de desviación.
Más tarde, Rutherford admitió que cuando sugirió a sus alumnos que realizaran un experimento sobre la dispersión de partículas alfa en ángulos grandes, él mismo no creía en un resultado positivo.
Fue casi tan increíble como si dispararas un proyectil de 15 pulgadas a un trozo de papel delgado y el proyectil volviera hacia ti y te golpeara.
—Ernest Rutherford [26]Rutherford pudo interpretar los datos obtenidos del experimento, lo que lo llevó a desarrollar un modelo planetario del átomo en 1911. De acuerdo con este modelo, un átomo consta de un núcleo muy pequeño con carga positiva que contiene la mayor parte de la masa del átomo y electrones ligeros que giran a su alrededor.
Rutherford es uno de los científicos más respetados del mundo [27] . En 1914 Jorge V nombró caballero a Rutherford, [28] como Caballero Soltero . En 1925, lo hizo [29] miembro de la Orden del Mérito , y en 1931 otorgó a Rutherford [30] el título de barón, por lo que recibió el derecho a ser llamado Lord Rutherford.
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