Σαν σήμερα ... 100 χρόνια από την πρώτη τεχνητή διάσπαση ατόμου.

Σχηματική αναπαράσταση της πρώτης
τεχνητής πυρηνικής διάσπασης.

Σαν σήμερα, στις 3 Ιανουαρίου 1919, ο Ernest Rutherford (Έρνεστ Ράδερφορντ), καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Manchester τότε και λίγο πριν φύγει για το Πανεπιστήμιο του Cambridge, κατάφερε για πρώτη φορά τεχνητά να μετατρέψει άτομα ενός στοιχείου σε άτομα άλλου στοιχείου. Πιο συγκεκριμένα, βομβαρδίζοντας άτομα αζώτου με σωματίδια άλφα, κατάφερε να παράξει άτομα οξυγόνου με ταυτόχρονη εκπομπή πρωτονίων. Η πυρηνική αντίδραση που συνέβη μπορεί να γραφεί με το παρακάτω σχήμα:      

(Το 1925 θα παρατηρούσαν αυτή την αντίδραση να συμβαίνει κατευθείαν σ' ένα θάλαμο φυσαλίδων). 

Το εργαστήριο στο Μάντσεστερ, όπου ο Ράδερφορντ
έκανε τα πειράματα για την τεχνητή μεταστοιχείωση. 

Βέβαια, το πρωτόνιο δεν ήταν γνωστό τότε. Ο Ράδερφορντ διαπίστωσε την ύπαρξη πυρήνα υδρογόνου στα προϊόντα της αντίδρασης, επειδή σε προηγούμενα πειράματα που είχε κάνει βομβαρδίζοντας αέριο υδρογόνο με σωματίδια άλφα, για να απομονώσει τον πυρήνα από το άτομο του υδρογόνου, είχε παρατηρήσει παρόμοια προϊόντα. Αυτό το αποτέλεσμα έδειξε στον Ράδερφορντ, ότι οι πυρήνες υδρογόνου ήταν μέρος των πυρήνων του αζώτου και πιθανώς μέρος πυρήνων άλλων ατόμων. Μια τέτοια δομή για τους πυρήνες των στοιχείων ο Ράδερφορντ υποπτευόταν από παλιότερα ότι μπορεί να υπάρχει, με βάση τις μετρήσεις των ατομικών βαρών που ήταν ακέραια πολλαπλάσια του ατομικού βάρους του υδρογόνου (υπόθεση Prout). 

Ο Frederick Soddy περίπου το 1902.
(Emilio Segrè Visual Archives - AIP)

Μετά από αυτές τις παρατηρήσεις ο Ράδερφορντ έφτασε στο συμπέρασμα ότι ένας πυρήνας υδρογόνου ήταν πιθανώς ένα θεμελιώδες δομικό στοιχείο όλων των πυρήνων και ενδεχομένως, ένα νέο θεμελιώδες σωματίδιο, καθώς κανένας άλλος από τους μέχρι τότε γνωστούς πυρήνες δεν ήταν ελαφρύτερος από τον πυρήνα του υδρογόνου. Έτσι, ο Ράδερφορντ αξιωματικά δέχτηκε ότι ο πυρήνας υδρογόνου πρέπει να είναι ένα νέο σωματίδιο, το οποίο ονόμασε proton (πρωτόνιο).

Βέβαια, το φαινόμενο της φυσικής μεταστοιχείωσης είχε ήδη παρατηρηθεί από το 1901, όταν ο Frederick Soddy με τον Ράδερφορντ ανακάλυψαν ότι το ραδιενεργό στοιχείο  θόριο μετατρεπόταν από μόνο του σε ράδιο. Λέγεται, ότι τη στιγμή αυτής της διαπίστωσης ο Soddy φώναξε: "Ράδερφορντ, αυτή είναι μια μεταστοιχείωση (transmutation)!"

Τότε ο Ράδερφορντ γύρισε και του είπε: "Για όνομα του Θεού Soddy, μη το λες  μεταστοιχείωση. Θα μας πάρουν τα κεφάλια σαν αλχημιστές."

Πειραματική συσκευή που χρησιμοποίησαν το 1902
ο Ράδερφορντ και ο Soddy για να μετρήσουν τον ρυθμό
της εκπομπής ακτινοβολίας από το φθόριο.

Ο καθηγητής Πυρηνικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ Sean Freeman αναφερόμενος στην ανακάλυψη του Ράδερφορντ, είπε: «"Η διάσπαση του ατόμου" δεν είναι ιδιαίτερα καλή περιγραφή αυτής της εργασίας, δεδομένης της λεπτομερούς εικόνας της αντίδρασης που αποκαλύφθηκε αργότερα από τον Blackett. Ουσιαστικά, αυτή η ανακάλυψη δημιούργησε το σύγχρονο πεδίο της πυρηνικής φυσικής εδώ στο Μάντσεστερ.  Ακόμη υπήρξε και η ανακάλυψη του πρωτονίου και ο Rutherford έδειξε ότι ο «πυρήνας του υδρογόνου» υπήρχε στον πυρήνα άλλων ατόμων και έτσι εμφανίστηκε ως βασικό δομικό συστατικό. Η πρώτη πυρηνική αντίδραση που ξεκίνησε ένας άνθρωπος και η ανακάλυψη του πρωτονίου είναι μεγάλα βήματα από μόνα τους, αλλά από αυτές τις αντιδράσεις μπορείτε ακόμη να συμπεράνετε για τα μεγέθη των πυρήνων. Επίσης, αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη των επιταχυντών - έτσι ώστε να μπορούμε να προκαλούμε διάφορες πυρηνικές αντιδράσεις. Αυτή η ανακάλυψη και η προηγούμενη δουλειά του Rutherford που καθιέρωσε την ύπαρξη αυτού του ίδιου του ατομικού πυρήνα, καθιέρωσαν ουσιαστικά το πεδίο της πυρηνικής φυσικής εδώ στο Μάντσεστερ.»

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ (μέσον) με τους John Cockcroft (αρ.)
και Ernest Walton (δεξ.) το 1932, λίγο μετά την τεχνητή
μεταστοιχείωση που αυτοί πραγματοποίησαν. (NZ Herald Archive) 

Τελικά, το 1932, μια πλήρως τεχνητή πυρηνική αντίδραση και μεταστοιχείωση επιτεύχθηκε από τους συναδέλφους του Ράδερφορντ, John Cockcroft και Ernest Walton. Αυτοί βομβάρδισαν πυρήνες λιθίου με επιταχυνόμενα πρωτόνια καταφέρνοντας την παραγωγή δύο σωματιδίων άλφα, σύμφωνα με την αντίδραση

Ο άθλος έγινε γνωστός ως "διάσπαση του ατόμου", αν και δεν ήταν η σύγχρονη αντίδραση πυρηνικής σχάσης που ανακαλύφθηκε το 1938 από τον Otto Hahn, την Lise Meitner και τον βοηθό τους Fritz Strassmann σε βαριά στοιχεία.

Το Εργαστήριο Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, το 1908.

Για να σηματοδοτήσει την εκατονταετηρίδα της σημαντικής ανακάλυψης του Ράδερφορντ, το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, για πρώτη φορά στην ιστορία του πανεπιστημίου, ανοίγει στο κοινό το ιδιωτικό ερευνητικό εργαστήριο του Ράδερφορντ. Αυτό γίνεται στο πλαίσιο μιας ειδικής έκθεσης που ονομάζεται "Rutherford's Manchester: the birthplace of nuclear physics" ("Το Μάντσεστερ του Ράδερφορντ: η γενέτειρα της πυρηνικής φυσικής").

• Ένα σύντομο κείμενο "Splitting the Atom" με λεπτομέρειες για το γεγονός της πρώτης τεχνητής μεταστοιχείωσης, από το βιβλίο του E. Larsen  "From Atomic Energy - A Layman's Guide to the Nuclear Age".
• Rutherford's Nuclear World (Ο Πυρηνικός Κόσμος του Ράδερφορντ) - Ένα αφιέρωμα στον Έρνεστ Ράδερφορντ από την American Institute of Physics (AIP).

Πηγή: Today in Science History