A magfizika atyja halálának 70. évfordulójára

Érdeklődésének középpontjában az elektromágneses sugárzás állt, ez volt a kor divatos kutatási területe. Ennek eredményeképpen néhány év múltán kialakul a rádiótechnika. 1894-ben szerezte meg doktorátusát, ekkor áthajózott anyaországába, hogy posztgraduális tanulmányokat folytasson. A legjobb helyre ment: Cambridge-be, John Joseph Thomsonhoz tanulni. Mindez 1895-ben történt. Az időpont amiatt fontos, mivel Thomson a következő évben fedezi fel az első elemi részecskét, az elektront, amely gyökeresen megváltoztatja az atomokról kialakult korábbi elképzeléseket.

Rutherford tanulmányozni kezdte az uránsó furcsa sugarait, s kiderítette, több alkotórészből áll. Minden logikus indoklás nélkül ezeket a sugarakat Rutherford a görög ábécé első betűivel jelölve alfa- és béta sugaraknak nevezte el. Hamarosan kiderült, van egy harmadik összetevő, a rendkívül átható gamma-sugárzás is. 1902-ben elköveti a szentségtörést: felállítja a radioaktív bomlás elméletét, amelyben kimondja, a kibocsátott sugárzás eredményeképpen a magasabb rendszámú atom alacsonyabb rendszámúvá alakul. Bevezeti a felezési idő fogalmát, amely azt jelzi, hogy egy radioaktív anyag tömegének fele mennyi idő alatt bomlik el. Nevéhez fűződik a radon felfedezése is.

A kor minden jeles tudósa foglalkozott az anyag szerkezetének feltárásával. A pozsonyi születésű Lenard Fülöp jutott el a legközelebb a megoldáshoz: megállapította, a szilárdnak hitt anyag lyukacsos szerkezetű. Felismerését a dynamida-elméletben hozta nyilvánosságra. E szerint az anyag nagyon kemény, áthatolhatatlan részekből és légüres tér rácsozatból áll. Ezzel csaknem eljutott az első használható atommodell kialakításához. Egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy Thomson mazsolás-kalácsa nem írja le megfelelően az atom viselkedését. Rutherford, aki 1907-től a manchesteri egyetem tanára, a radon által kibocsátott alfa-sugarakkal kísérletezett, ezt tették hamarosan világhírűvé vált tanítványai, Marsden és Geiger is. Ők figyeltek fel arra a jelenségre, hogy a pozitív töltésű alfa sugarak néha akadály nélkül hatolnak át az aranyfüstön (nagyon vékony arany fólián), míg máskor úgy verődnek vissza róla, mintha betonfalba ütköznének. Persze dilemmájukat megosztották tanárukkal, Rutherforddal is. A kemény magot, a lyukakat és Thomson mazsolás kalácsát összevetve egyetlen logikus magyarázat adódott: az atom ugyanolyan felépítésű, akár a Naprendszer: a középpontban foglal helyet a nagy tömegű, áthatolhatatlan, pozitív töltésű mag, körülötte bolygók módján keringenek az apró elektronok. Ezt a páratlanul elegáns magyarázatot 1911-ben adta, ez a dátum számít a modern atomelmélet megszületésének, emiatt nevezik Rutherfordot a magfizika atyjának. Modelljét két év múltán egyik tehetséges tanítványa, Niels Bohr fejlesztette tovább.

A Svéd Tudományos Akadémia korán felfigyelt a tevékenységére. A legnagyobb felismerése, az atommodell felfedezése előtt kitüntette a Nobel-díjjal: 1908-ban a kémiai kitüntetést vehette át. Az ügy pikantériája, hogy e nagyszerű tudós épp erre vágyott a legkevésbé. Már csak amiatt is, mivel széles körben ismert volt az a véleménye, amely szerint az egyetlen tudomány a fizika, a többi csak bélyeggyűjtés, vagyis egyszerű kedvtelés. Nehezen emésztette meg ezt a számára sértésszámba menő gesztust. Rutherford később mérésekkel igazolta, hogy az atommagot nemcsak protonok alkotják (amelyeket ő fedezett fel), hanem ugyanilyen számú (izotópok esetében több) semleges részecske, neutron is. Amelyet egyik tanítványa, James Chadwick talált meg, amiért 1935-ben fizikai Nobel-díjat kapott. De ezzel koránt sincs vége a Rutherford-iskola Nobel-díjasai névsorának: tanítványai közül nyolcan kapták meg a kitüntetést. Volt olyan időszak, amikor fél tucat, már kitüntetett vagy későbbi Nobel-díjas dolgozott a vezetése alatt. Közben 1919-ben neki sikerült a világon elsőként mesterséges elemátalakítást megvalósítania. Ugyanebben az évben már Cambridge-ben tanított, ahol kialakította a róla elnevezett iskolát.

Hetven évvel ezelőtt, 1937. október 19-én hunyt el Cambridge-ben. Földi maradványait a nagy elődök, Isaac Newton és Lord Kelvin mellé helyezték a westminsteri apátságban. A fizika égi világában bizonyára elnéző mosollyal nyugtázza, hogy a Nobel-díj bizottság a „bélyeggyűjtők táborába” sorolta.

Az atom

Az ókori görög tudósok elméleti úton jutottak el ahhoz a felismeréshez, hogy az anyagot darabolva (tomosz) egy határ után el kell jutni ahhoz az állapothoz, amikor már tovább nem darabolható, így alakul ki az oszthatatlan a-tomosz. Az abdérai Démokritosz által hirdetett elméletnek harmadfélezer évig nem akadt továbbfejlesztője. Sőt, a tudósok nagy része még a tizenkilencedik században is tagadta az atomok létét. Aztán szép sorjában fedezték fel a vegyi elemeket, amelyeket a görögök által megjósolt atomokkal azonosítottak. ĺgy aztán nem csoda, hogy derült égből lecsapó villámként hatott Thomson felfedezése, aki már a kezdeteknél tisztázta, hogy az elektron az atom része, ami egyben azt is előrevetítette, hogy lesz itt még más is. Annál is inkább, mivel a vegyi elemek külsőleg villamosan semleges tulajdonságokat mutatnak, viszont az elektron negatív töltésű. Ebből logikusan következett, hogy kell pozitív töltésű részének is lennie. Mivel sikerült tisztázni, hogy az elektron csak parány a többi részhez képest, Thomson úgy képzelte, hogy a nagy tömegű pozitív töltésű anyagmasszában apró golyókként csücsülnek az elektronok. A fiatal tanítvány, Ernest Rutherford kedves csipkelődéssel ezt „szilvás pudingnak” nevezte el, amely a magyar tudományos folklórban a „mazsolás kalács” nevet kapta.