Toda la ciencia es física o coleccionismo de sellos.
Ernest Rutherford fue un físico británico nacido en Nueva Zelanda que llegó a ser conocido como el padre de la física nuclear. La Encyclopædia Britannica lo considera el más grande experimentalista desde Michael Faraday.
En sus primeros trabajos, Rutherford descubrió el concepto de vida media radiactiva, el elemento radiactivo radón, y diferenció y nombró la radiación alfa y beta. Este trabajo fue realizado en la Universidad McGill en Montreal, Quebec, Canadá. Es la base del Premio Nobel de Química que le fue otorgado en 1908 "por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas", por el que fue el primer ganador del Premio Nobel de Canadá y Oceanía.
Rutherford se trasladó en 1907 a la Victoria University of Manchester, hoy Universidad de Manchester en el Reino Unido, donde él y Thomas Royds probaron que la radiación alfa son núcleos de helio. Rutherford realizó su trabajo más famoso después de que se convirtiera en ganador del Premio Nobel. En 1911, aunque no pudo probar que fuera positiva o negativa, teorizó que los átomos tienen su carga concentrada en un núcleo muy pequeño, e inauguró así el modelo de Rutherford del átomo, a través de su descubrimiento e interpretación de la dispersión de Rutherford por el experimento de la lámina de oro de Hans Geiger y Ernest Marsden. Realizó la primera reacción nuclear inducida artificialmente en 1917 en experimentos donde los núcleos de nitrógeno fueron bombardeados con partículas alfa. Como resultado, descubrió la emisión de una partícula subatómica que, en 1919, llamó el "átomo de hidrógeno" pero, en 1920, nombró más precisamente el protón.
Rutherford se convirtió en Director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en 1919. Bajo su liderazgo el neutrón fue descubierto por James Chadwick en 1932 y en el mismo año el primer experimento para dividir el núcleo de una manera completamente controlada fue realizado por estudiantes trabajando bajo su dirección, John Cockcroft y Ernest Walton. Después de su muerte en 1937, fue enterrado en la Abadía de Westminster cerca de Sir Isaac Newton. El elemento químico rutherfordio elemento 104 fue nombrado en su honor en 1997.
Biografía
Primeros años y educación
Ernest Rutherford fue el hijo de James Rutherford, un granjero, y su esposa Martha Thompson, originaria de Hornchurch, Essex, Inglaterra. James había emigrado a Nueva Zelanda desde Perth, Escocia, "para cultivar un poco de lino y muchos hijos". Ernest nació en Brightwater, cerca de Nelson, Nueva Zelanda. Su primer nombre fue escrito erróneamente como 'Earnest' cuando nació. La madre de Rutherford, Martha Thompson, era maestra de escuela.
Estudió en la Escuela Havelock y luego en Nelson College y ganó una beca para estudiar en Canterbury College, Universidad de Nueva Zelanda, donde participó en la sociedad de debates y jugó rugby. Después de obtener su BA, MA y BSc, y hacer dos años de investigación durante los cuales inventó una nueva forma de receptor de radio, en 1895 Rutherford recibió una Beca de Investigación de 1851 de la Comisión Real para la Exposición de 1851, para viajar a Inglaterra para realizar estudios de posgrado en el Laboratorio Cavendish, Universidad de Cambridge. Estuvo entre los primeros de los "extranjeros" aquellos sin un título de Cambridge permitidos hacer investigación en la universidad, bajo el liderazgo de J. J. Thomson, lo que despertó celos de los miembros más conservadores de la fraternidad Cavendish. Con el aliento de Thomson, logró detectar ondas de radio a media milla y brevemente tuvo el récord mundial por la distancia a la que se podían detectar ondas electromagnéticas, aunque cuando presentó sus resultados en la reunión de la Asociación Británica en 1896, descubrió que había sido superado por Guglielmo Marconi, quien también estaba dando una conferencia.
En 1898, Thomson recomendó a Rutherford para un puesto en la Universidad McGill en Montreal, Canadá. Debía reemplazar a Hugh Longbourne Callendar quien ocupaba la cátedra de Profesor Macdonald de física y venía a Cambridge. Rutherford fue aceptado, lo que significaba que en 1900 podía casarse con Mary Georgina Newton 1876–1954 con quien se había comprometido antes de dejar Nueva Zelanda; se casaron en la Iglesia Anglicana de St Paul, Papanui en Christchurch, tuvieron una hija, Eileen Mary 1901–1930, que se casó con el físico Ralph Fowler. En 1901, Rutherford obtuvo un DSc de la Universidad de Nueva Zelanda. En 1907, regresó a Gran Bretaña para ocupar la cátedra de física en la Victoria University of Manchester.
Años posteriores y honores
Rutherford fue nombrado caballero en 1914. Durante la Primera Guerra Mundial, trabajó en un proyecto de alto secreto para resolver los problemas prácticos de la detección de submarinos por sonar. En 1916, recibió la Medalla Conmemorativa Hector. En 1919, regresó a Cavendish sucediendo a J. J. Thomson como profesor Cavendish y Director. Bajo su dirección, se otorgaron Premios Nobel a James Chadwick por descubrir el neutrón en 1932, John Cockcroft y Ernest Walton por un experimento que sería conocido como la división del átomo usando un acelerador de partículas, y Edward Appleton por demostrar la existencia de la ionosfera. En 1925, Rutherford impulsó llamadas al Gobierno de Nueva Zelanda para apoyar la educación e investigación, lo que llevó a la formación del Departamento de Investigación Científica e Industrial DSIR al año siguiente. Entre 1925 y 1930, sirvió como Presidente de la Royal Society, y luego como presidente del Consejo de Asistencia Académica que ayudó a casi 1.000 refugiados universitarios de Alemania. Fue designado a la Orden del Mérito en los Honores de Año Nuevo de 1925 y elevado a la par como Barón Rutherford de Nelson, de Cambridge en el Condado de Cambridge en 1931, un título que se extinguió con su muerte inesperada en 1937. En 1933, Rutherford fue uno de los dos receptores inaugurales de la Medalla T. K. Sidey, establecida por la Royal Society de Nueva Zelanda como un premio para la investigación científica destacada.
Durante algún tiempo antes de su muerte, Rutherford tenía una pequeña hernia, que había descuidado reparar, y se estrangulo, causándole una enfermedad violenta. A pesar de una operación de emergencia en Londres, murió cuatro días después de lo que los médicos llamaron "parálisis intestinal", en Cambridge. Después de la cremación en el Crematorio Golders Green, se le dio el gran honor de ser enterrado en la Abadía de Westminster, cerca de Isaac Newton y otros ilustres científicos británicos.
Investigación científica
En Cambridge, Rutherford comenzó a trabajar con J. J. Thomson en los efectos conductivos de los rayos X en los gases, trabajo que llevó al descubrimiento del electrón que Thomson presentó al mundo en 1897. Habiendo oído de la experiencia de Becquerel con uranio, Rutherford comenzó a explorar su radiactividad, descubriendo dos tipos que diferían de los rayos X en su poder penetrante. Continuando su investigación en Canadá, acuñó los términos rayo alfa y rayo beta en 1899 para describir los dos tipos distintos de radiación. Luego descubrió que el torio emitía un gas que producía una emanación que era en sí misma radiactiva y se depositaría en otras sustancias. Descubrió que una muestra de este material radiactivo de cualquier tamaño invariablemente tomaba la misma cantidad de tiempo para que la mitad de la muestra se desintegrara – su "vida media" 11½ minutos en este caso.
De 1900 a 1903, fue acompañado en McGill por el joven químico Frederick Soddy Premio Nobel de Química, 1921 para quien estableció el problema de identificar las emanaciones de torio. Una vez que eliminó todas las reacciones químicas normales, Soddy sugirió que debía ser uno de los gases inertes, que nombraron torón posteriormente se encontró que es un isótopo del radón. También encontraron otro tipo de torio que llamaron Torio X, y continuaron encontrando trazas de helio. También trabajaron con muestras de "Uranio X" de William Crookes y radio de Marie Curie.
En 1903, publicaron su "Ley del Cambio Radiactivo", para explicar todos sus experimentos. Hasta entonces, se asumía que los átomos eran la base indestructible de toda la materia y aunque Curie había sugerido que la radiactividad era un fenómeno atómico, la idea de que los átomos de sustancias radiactivas se rompieran era una idea radicalmente nueva. Rutherford y Soddy demostraron que la radiactividad implicaba la desintegración espontánea de átomos en otras materias aún no identificadas. El Premio Nobel de Química 1908 fue otorgado a Ernest Rutherford "por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas".
En 1903, Rutherford consideró un tipo de radiación descubierto pero no nombrado por el químico francés Paul Villard en 1900, como una emisión del radio, y se dio cuenta de que esta observación debe representar algo diferente de sus propios rayos alfa y beta, debido a su poder penetrante mucho mayor. Rutherford por lo tanto dio a este tercer tipo de radiación el nombre de rayo gamma. Los tres términos de Rutherford están en uso estándar hoy – se han descubierto otros tipos de desintegración radiactiva desde entonces, pero los tres tipos de Rutherford están entre los más comunes.
En 1904, Rutherford sugirió que la radiactividad proporciona una fuente de energía suficiente para explicar la existencia del Sol durante los muchos millones de años requeridos para la lenta evolución biológica en la Tierra propuesta por biólogos como Charles Darwin. El físico Lord Kelvin había argumentado antes por una Tierra mucho más joven ver también William Thomson, 1er Barón Kelvin#Edad de la Tierra: geología basada en la insuficiencia de fuentes de energía conocidas, pero Rutherford señaló en una conferencia a la que asistió Kelvin que la radiactividad podría resolver este problema.
En Manchester, continuó trabajando con radiación alfa. Junto con Hans Geiger, desarrolló pantallas de centelleo de sulfuro de zinc y cámaras de ionización para contar alfas. Al dividir la carga total que produjeron por el número contado, Rutherford decidió que la carga en el alfa era dos. A finales de 1907, Ernest Rutherford y Thomas Royds permitieron que los alfas penetraran una ventana muy fina en un tubo evacuado. Cuando hicieron que el tubo descargara, el espectro obtenido de él cambió, a medida que los alfas se acumulaban en el tubo. Finalmente, el espectro claro del gas helio apareció, probando que los alfas eran al menos átomos de helio ionizados, y probablemente núcleos de helio.
Un mito de larga data existía, al menos desde 1948, hasta 2017, que Rutherford fue el primer científico en observar e informar una transmutación artificial de un elemento estable en otro elemento: nitrógeno en oxígeno. Muchas personas creían que era uno de los mayores logros de Rutherford. El gobierno de Nueva Zelanda incluso emitió un sello conmemorativo en la creencia de que el descubrimiento de nitrógeno a oxígeno pertenecía a Rutherford. Comenzando en 2017, muchas instituciones científicas corrigieron sus versiones de esta historia para indicar que el crédito del descubrimiento de la reacción pertenece a Patrick Blackett. Rutherford detectó el protón expulsado en 1919 e lo interpretó como evidencia de la desintegración del núcleo de nitrógeno en núcleos más ligeros. En 1925, Blackett demostró que el producto real es oxígeno e identificó la verdadera reacción como 14N + α → 17O + p. Rutherford por lo tanto reconoció "que el núcleo puede aumentar en lugar de disminuir en masa como resultado de colisiones en las que se expulsa el protón".
Experimento de la lámina de oro
Rutherford realizó su trabajo más famoso después de recibir el Premio Nobel en 1908. Junto con Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909, realizó el experimento Geiger-Marsden, que demostró la naturaleza nuclear de los átomos al desviando partículas alfa que pasaban a través de una lámina de oro fina. Rutherford fue inspirado a pedir a Geiger y Marsden en este experimento que buscaran partículas alfa con ángulos de desviación muy altos, de un tipo no esperado de ninguna teoría de la materia en ese momento. Tales desviaciones, aunque raras, fueron encontradas, y resultaron ser una función suave pero de alto orden del ángulo de desviación. Fue la interpretación de Rutherford de estos datos la que lo llevó a formular el modelo de Rutherford del átomo en 1911 – que un núcleo cargado muy pequeño, que contiene mucha de la masa del átomo, era orbitado por electrones de baja masa.
En 1919–1920, Rutherford encontró que el nitrógeno y otros elementos ligeros expulsaban un protón, que llamó un "átomo de hidrógeno", cuando fue golpeado con partículas α alfa. Este resultado mostró a Rutherford que los núcleos de hidrógeno eran parte de los núcleos de nitrógeno y por inferencia, probablemente de otros núcleos también. Tal construcción había sido sospechada durante muchos años sobre la base de pesos atómicos que eran números enteros del hidrógeno; ver hipótesis de Prout. Se sabía que el hidrógeno era el elemento más ligero, y sus núcleos presumiblemente los núcleos más ligeros. Ahora, debido a todas estas consideraciones, Rutherford decidió que un núcleo de hidrógeno era posiblemente un componente fundamental de todos los núcleos, y también posiblemente una nueva partícula fundamental también, ya que no se sabía nada del núcleo que fuera más ligero. Por lo tanto, confirmando y extendiendo el trabajo de Wilhelm Wien que en 1898 descubrió el
