VETENSKAPENS GIGANTER

ERNEST RUTHERFORD - HJÄLPTE OSS FÖRSTÅ ATOMENS INNERSTA

Steget från en bondgård på Nya Zeeland till nobelpriset är långt.
Men Ernest Rutherford tog det, tack vare ihärdighet, djärvhet och ett öppet sinne.
Han blev en förgrundsfigur inom atomens och radioaktivitetens områden.

Ernest Rutherford (till vänster) och hans assistent Hans Geiger i laboratoriet. Geiger­ blev senare känd som Geigermätarens uppfinnare.

Ernest Rutherford (till vänster) och hans assistent Hans Geiger i laboratoriet. Geiger­ blev senare känd som Geigermätarens uppfinnare.

”Lika otroligt som om du fyrar av en 15-tums granat mot ett pappersblad och granaten kommer tillbaka och träffar dig.”

Så beskrev fysikern Ernest Rutherford utgången av de experiment­ han genomförde år 1910-11 tillsammans med sina assistenter­ Hans Geiger och Ernest­ Marsden. I experimenten sköt man alfapartiklar, det vill säga atomkärnor av helium, mot en tunn folie av guld och kunde till stor förvåning upptäcka att vissa av alfapartiklarna studsade tillbaka åt samma håll som de kom ifrån – därav liknelsen.

1900-talets atommodell. Rutherfords experiment tvingade honom att på allvar fundera över atomens struktur.

1900-talets atommodell. Rutherfords experiment tvingade honom att på allvar fundera över atomens struktur.

Atomens struktur

Experimentet fick Rutherford att fundera på atomens struktur. I början av 1900-talet var det visserligen känt att atomen inte är odelbar, trots att det är just vad det grekiska ordet ”atomos” betyder. Elektronen hade identifierats redan 1897 av den brittiske fysikern JJ Thomson, en upptäckt han fick nobelpriset i fysik för 1906, men man visste ännu inget om hur atomen var uppbyggd. Man antog att elektronerna var inbäddade i något större och positivt laddat, likt russin i ett formbröd, och att dessa atomer sedan byggde upp materien.

Rutherford drog till sist den drastiska slutsatsen att atomen inte är homogen. Det enda som kunde förklara det som hänt var att atomen består av ett mycket kompakt inre och i övrigt mest av ingenting. De alfapartiklar som studsade tillbaka var de som träffade kärnan; de övriga passerade rakt igenom folien. I och med att man registrerade spridningsvinklarna hos alla alfapartiklar kunde man även beräkna kärnans storlek till mindre än en tiotusendel i förhållande till hela atomens storlek.

Därmed var 1900-talets bild av atomen född, den som brukar liknas vid ett solsystem med planeter: en liten, positivt laddad kärna omgiven av negativt laddade elektroner som kretsar runt ”solen”. (Numera vet vi att det inte är riktigt så enkelt, men det är en annan historia.) Problemet var att denna modell inte kunde vara korrekt utifrån den klassiska fysikens synvinkel. Enligt dess lagar borde elektronerna dras in och krascha mot kärnan, något som uppenbarligen inte är fallet. Rutherfords modell krävde därför en helt ny typ av fysik för att kunna förklaras – kvantfysiken. Det blev den danske fysikern Niels Bohr som några år senare löste denna fysikaliska utmaning (men det är också en annan historia, se AoV nr 8-2009).

En karikatyr av Ernest Ruhterford – som ger en tydlig bild av vad han som vetenskapsman funderade över.

En karikatyr av Ernest Ruhterford – som ger en tydlig bild av vad han som vetenskapsman funderade över.

Ett av tolv syskon

Ernest Rutherford föddes som bondson på Nya Zeeland 1871, som ett av tolv syskon. Trots dessa förutsättningar lyckades han tack vare sin begåvning i ett flertal ämnen, bland annat matematik och vetenskap, med hjälp av stipendium efter stipendium ta sig ända till en masterexamen. Ännu ett stipendium gav honom 1895 chansen att studera utomlands och han valde då det berömda Cavendishlaboratoriet vid Trinity College i Cambridge, där JJ Thomson var chef. Rutherford blev institutionens första forskarstudent och undersökte bland annat växelströmmens påverkan på magnetnålar, vilket resulterade i att han utvecklade en apparat för detektering av elektromagnetiska vågor.

Medan Thomson studerade elektronen, undersökte Rutherford den radioaktiva strålningen från uran. Han fann att strålningen var av två typer, en som trängde igenom tunn folie och en blockerades eller absorberades, och kallade dessa alfa och beta för enkelhets skull. Just radioaktiviteten förblev Rutherfords huvudområde under alla år, även om han sysslade med annat också. 1919 lyckades han på konstgjord väg framkalla en kärnreaktion hos ett stabilt element genom att bombardera kväve med alfapartiklar.

Samma år efterträdde Rutherford Thomson som chef för Cavendishlaboratoriet, en post han innehade fram till sin död. Där fick han bland annat vara med om att kollegan James Chadwick upptäckte neutronen 1932, något denne fick nobelpriset i fysik för tre år senare.

1919 blev Rutherford chef för Cavendishlaboratoriet. Han hade den tjänsten fram till sin död 1937.

1919 blev Rutherford chef för Cavendishlaboratoriet. Han hade den tjänsten fram till sin död 1937.

Ihärdig och djärv

Samme Chadwick menade att Rutherford egentligen inte var speciellt duktig på att experimentera. Det hände också att han under sina föreläsningar gick vilse i sina ekvationer och fick be studenterna att slutföra uträkningarna själva. Istället var det Rutherfords ihärdighet, djärvhet, intuition och öppna sinne som låg bakom hans framgångar. Han sporrades av problem, var beredd på hårt och långtråkigt arbete och öppen för okonventionella förklaringar.

Rutherford fick nobelpriset 1908, dock inte i fysik utan i kemi, ”för sina undersökningar rörande sönderdelningen av elementen och kemin hos radioaktiva substanser”. Den man som kallats ”den störste experimentalisten sedan Michael Faraday” dog 1937 efter en kort tids sjukdom. Han ligger begravd i Westminster Abbey, inte långt från Isaac Newtons och Lord Kelvins gravar.

”All vetenskap går antingen ut på fysik eller frimärkssamlande”
Ernest Rutherford

Material från
Allt om Vetenskap nr 2 - 2010

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter