Ernest Rutherford získal v roku 1908 Nobelovu cenu za chémiu za výskum rozkladu prvkov a chémie rádioaktívnych látok.
Ernest Rutherford v laboratóriu McGillovej univerzity v Montreale v roku 1905. Zdroj: Wikimedia Commons
Sir Ernest Rutherford patrí medzi najvýznamnejších experimentálnych fyzikov v dejinách. Na základe výskumu rozptylu lúčov alfa a povahy vnútornej štruktúry atómu, ktorá tento rozptyl spôsobovala, sformuloval koncepciu atómového jadra, čo predstavuje jeho najväčší prínos pre fyziku. Jeho práca viedla k etablovaniu odboru jadrovej fyziky, býva preto označovaný aj ako otec jadrovej fyziky. Pomenoval a charakterizoval časticu alfa, časticu beta a protón.
V roku 1908 mu bola udelená Nobelova cena za chémiu „za jeho výskum rozkladu prvkov a chémie rádioaktívnych látok“.
Kto bol Ernest Rutherford?
Ernest Rutherford sa narodil 30. augusta 1871 v meste Nelson na Novom Zélande. Pochádzal z veľkej rodiny 12 detí. Jeho otec James Rutherford, škótsky kolár, emigroval na Nový Zéland spolu s Ernestovým starým otcom a so zvyškom rodiny v roku 1842. Jeho matka Martha, rodená Thompsonová, bola anglická učiteľka, ktorá sa na Nový Zéland prisťahovala spolu so svojou ovdovenou matkou v roku 1855.
Vzdelanie na Novom Zélande
Základné vzdelanie absolvoval Ernest Rutherford na štátnych školách a vo veku 16 rokov nastúpil na Nelson Collegiate School. V roku 1889 mu univerzitné štipendium umožnilo pokračovať v štúdiu na Novozélandskej univerzite vo Wellingtone, kde nastúpil na Canterbury College. V roku 1893 ukončil školu s vyznamenaním v matematike a vo fyzikálnych vedách. Po ukončení štúdia ešte krátky čas realizoval výskum na univerzite, kým sa nevydal do sveta.
Odchod na Cambridgei a pôsobenie v Cavendishovom laboratóriu
Udelenie vedeckého štipendia v roku 1894 umožnilo Rutherfordovi cestu do Anglicka. Na Trinity College v Cambridgei pôsobil ako vedecký pracovník v Cavendishovom laboratóriu pod vedením fyzika J. J. Thomsona, ktorý veľmi rýchlo rozpoznal jeho talent.
Počas pôsobenia v Cavendishovom laboratóriu zostrojil Rutherford detektor elektromagnetických vĺn s dômyselnou magnetizačnou cievkou. S Thomsonom skúmal ióny v plynoch ožiarených röntgenovým žiarením, ich pohyblivosť v elektrickom poli a súvisiace javy, napríklad fotoelektrický jav. V roku 1898 opísal existenciu alfa a beta žiarenia v uránovom žiarení a ich vlastnosti.
Pôsobenie v Kanade
Rutherfordovo vedecké smerovanie do veľkej miery ovplyvnila správa o objavení rádioaktivity Henrim Becquerelom v roku 1896. Ako profesor na Macdonaldovej katedre fyziky na McGillovej univerzite v kanadskom Montreale, kam odišiel v roku 1898, pokračoval vo výskume rádioaktivity, najmä emisie lúčov alfa. Spolu s R. B. Owensom skúmal emanáciu tória a objavil nový vzácny plyn, neskôr známy ako torón (izotop radónu).
S anglickým fyzikom Frederickom Soddym sformuloval teóriu rádioaktívneho rozpadu, podľa ktorej rádioaktivita súvisí s nestabilitou atómov a ich premenou na iné atómy. Podľa Rutherforda a Soddyho vznikala rádioaktivita rozpadom atómov, ktoré sa môžu samovoľne premieňať na iné atómy. Išlo o revolučnú myšlienku, pretože dovtedy sa atómy prvkov považovali za stabilné a nemenné.
Za tento objav bola Ernestovi Rutherfordovi v roku 1908 udelená Nobelova cena za chémiu. Neskôr ju získal ju aj Frederick Soddy. Nobelova cena za chémiu mu bola udelená v roku 1921 za prácu na rádioaktívnom rozpade chemických prvkov.
Zľava Hans Geiger a Ernest Rutherford v laboratóriu McGillovej univerzity v Montreale v roku 1905. Zdroj: Wikimedia Commons
Formuloval koncepciu o jadre atómu
Po návrate do Anglicka pokračoval Rutherford v Manchestri vo výskume rádia a častíc alfa. Spolu s H. Geigerom vyvinul metódu na detekciu a počítanie jednotlivých častíc alfa.
V roku 1910 zhotovil na tento účel experiment, pri ktorom bombardoval tenkú zlatú fóliu časticami alfa, jadrami atómov hélia. Fólia bola taká tenká, že ňou mali častice v podstate preletieť ako strely, nanajvýš sa mali mierne odkloniť. Rutherfordov spolupracovník však pozoroval, že niektoré častice alfa sa od fólie odrazili a leteli späť.
Spočiatku tomu Rutherford nechcel veriť, nakoniec však prišiel s vysvetlením, prečo sa tak deje. „Z jeho výpočtov vyplynulo, že v atóme musí existovať veľmi malé, ale veľmi ťažké jadro, ktoré v sebe sústreďuje takmer celú hmotnosť atómu, a že zvyšok hmoty je v podstate prázdny. Bolo to šokujúce a zároveň prelomové,“ uviedol Karsten Büsser, fyzik vo výskumnom centre DESY v Hamburgu, pre portál Deutschlandfunk.
V roku 1910 na základe výskumov dospel k formulovaniu koncepcie jadra atómu, čo bol jeho najväčší prínos pre fyziku. Rutherford sa na základe experimentov dopracoval k predstave atómu s malým hustým jadrom, v ktorom sa sústreďuje takmer celý kladný náboj a hmotnosť atómu. V roku 1912 sa k nemu pripojil Niels Bohr, ktorý Rutherfordov model rozvinul pomocou kvantovej teórie.
Premena dusíka na kyslík
O jadre atómu sa chcel Rutherford dozvedieť viac, pokračoval preto vo svojich výskumoch a experimentoch. Počas svojho posledného roku v Manchestri v roku 1919 objavil, že jadrá určitých ľahkých prvkov, ako je dusík, sa dajú „rozložiť“ nárazom energetických častíc alfa pochádzajúcich z rádioaktívneho zdroja a že počas tohto procesu sa uvoľňujú rýchle protóny. „Tieto záblesky spôsobovali nabité atómy vodíka – protóny. Výskyt protónov bolo možné vysvetliť iba predpokladom, že vznikli premenou niektorých jadier dusíka v dôsledku bombardovania časticami alfa. Bol to prvý ukazovateľ toho, že atóm možno premeniť pomocou umelo vyvolaných procesov.“
Neskôr fyzik Patrick Blackett, Rutherfordov žiak a spolupracovník v Cavendishovom laboratóriu v Cambridgei, pomocou hmlovej komory experimentálne zachytil priebeh tejto reakcie a dokázal, že dusík sa pri bombardovaní časticami alfa skutočne premieňa na izotop kyslíka.
Hmlová komora (angl. cloud chamber) je vo fyzike častíc experimentálne zariadenie, ktoré umožňuje vidieť dráhy nabitých častíc. Vyvinul ju C. T. R. Wilson (odtiaľ aj označenie Wilsonova komora) v roku 1911 a za svoj vynález získal Nobelovu cenu. Princíp spočíva vo vizuálnom efekte, ktorý vyvolá elektricky nabitá častica preletom cez oblasť presýtenú vodnou parou. Ionizujúci účinok častice počas preletu vytvára viditeľnú čiaru z jemných parných bubliniek. Tým je možné dokázať, že pri danom experimente sa uvoľnila častica.
Výskum zamestnával Ernesta Rutherforda do konca života. Zomrel 19. októbra 1937. Jeho popol uložili v hlavnej lodi Westminsterského opátstva. V jeho blízkosti odpočívajú ďalší velikáni vedy, a to sir Isaac Newton a lord Kelvin.
Pocty a ocenenia
Za svoje zásluhy bol Rutherford v roku 1914 povýšený do rytierskeho stavu a v roku 1925 bol menovaný za člena Rádu za zásluhy. V roku 1931 bol povýšený na prvého baróna Rutherforda z Nelsonu, Nového Zélandu a Cambridgea.
V roku 1903 bol zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti a v rokoch 1925 až 1930 bol jej predsedom. V roku 1919 sa stal riaditeľom Cavendishovho laboratória v Cambridgei (1919).
Medzi jeho mnohé vyznamenania a ocenenie patria okrem Nobelovej ceny napríklad Copleyho medaila (1922), ktorú mu udelila Kráľovská spoločnosť v Londýne za vynikajúce výsledky v oblasti výskumu rádioaktivity a atómovej štruktúry, Bressova cena (1910) Turínskej akadémie vied, Albertova medaila (1928) Kráľovskej spoločnosti umení či Faradayova medaila (1930) Inštitútu elektrotechnických inžinierov.
Zdroj: nobelprize.org, Wikipedia, Michigan State University, deutschlandfunk.de, tyzden.sk, VND
(zh)
