Henri Becquerel ha cambiato la fisica per caso. Nel 1896 stava studiando la fosforescenza nei sali di uranio. Ha avvolto le lastre fotografiche in carta nera. Ci mise sopra l’uranio. Li teneva in un cassetto buio. Si aspettava che la luce del sole innescasse l’effetto. A Parigi ha piovuto per giorni. Niente sole.
Ha comunque sviluppato le lastre. Le immagini erano crude. L’uranio aveva emesso radiazioni senza energia esterna. Questa non era fosforescenza. Era qualcosa di nuovo. Lo chiamava “raggi uranici”. Ora la chiamiamo radioattività.
Questa scoperta ha riscritto le regole della materia. Gli atomi non erano solidi e stabili. Potrebbero decadere. Potrebbero rilasciare energia. Questa intuizione gli valse una parte del Premio Nobel per la fisica nel 1903. Ha diviso l’onore con Pierre e Marie Curie.
Una dinastia di scienziati
Becquerel non era un caso anomalo. Veniva da una stirpe di fisici. Quattro generazioni hanno contribuito alla scienza.
Suo nonno, Antoine-César Becquerel, studiò elettrochimica. Ha lavorato su come l’elettricità influenza le reazioni chimiche. Suo padre, Alexandre-Edmond Becquerel, ha ampliato questo lavoro. Ha scoperto l’effetto fotovoltaico. Ecco come oggi le celle solari convertono la luce in elettricità.
Henri ha seguito questa strada. Ha studiato all’École Polytechnique e all’École des Ponts et Chaussées. Raggiunse suo padre al Musée d’Histoire Naturelle di Parigi. Divenne professore al Conservatorio Nazionale delle Arti e dei Mestieri. Insegnò anche alla Sorbona.
Suo figlio, Jean Becquerel, ha continuato la tradizione di famiglia. Jean ha studiato l’assorbimento dei raggi X da parte dei gas. Ha condiviso con suo padre il Premio Nobel per la fisica nel 1908. I Becquerel dominarono la fisica francese per oltre mezzo secolo.
Il percorso verso la scoperta
Come ha scoperto Becquerel la radioattività? Il processo è stato iterativo. Iniziò con la scoperta dei raggi X da parte di Wilhelm Röntgen nel 1895. Röntgen notò che questi raggi attraversavano la materia. Si chiese se altri materiali facessero lo stesso.
Becquerel testò i sali di uranio. Pensò che prima avessero bisogno della luce del sole. Questa era una falsa supposizione. La pioggia lo ha costretto a saltare la fase di esposizione al sole. I piatti sono ancora appannati. L’uranio emetteva raggi continuamente.
Ciò ha portato ad una distinzione fondamentale. I raggi X provengono dall’esterno dell’atomo. La radioattività viene dall’interno. L’atomo stesso è instabile. Si rompe nel tempo.
Perché è importante? La radioattività spiega il calore nel nucleo della Terra. Alimenta le stelle. Ci permette di datare manufatti antichi. Tratta il cancro. Crea anche scorie nucleari. La scoperta è stata un’arma a doppio taglio.
Eredità e impatto
Becquerel morì nel 1908. Aveva 55 anni. Il campo da lui aperto esplose in dimensioni. Marie Curie ha coniato il termine “radioattività”. Ha isolato il polonio e il radio. Ernest Rutherford ha mappato il nucleo atomico.
La linea della famiglia Becquerel terminò con Jean. Ma la scienza continua a vivere. Ogni volta che utilizziamo un rilevatore di fumo o datamo un fossile, utilizziamo la scoperta di Becquerel.
La storia della sua scoperta viene spesso raccontata come fortuna. È stato un incidente di preparazione all’incontro. Aveva il
L’ingegnere che trovò accidentalmente la radioattività
Henri Becquerel non era esattamente destinato a imbattersi in una forza fondamentale della natura. Era un uomo strutturato. Dopo gli studi al Lycée Louis-le-Grand, andò all’École Polytechnique (1872–74) e poi all’École des Ponts et Chaussées (1874–77). Questa è ingegneria. Trascorse decenni come ingegnere presso il Dipartimento dei ponti e delle autostrade, diventando infine ingegnere capo nel 1894.
Il suo lato accademico è arrivato dopo. Nel 1876 iniziò come assistente insegnante all’École Polytechnique. Nel 1895 ricoprì la cattedra di fisica. Lavorò anche come assistente naturalista di suo padre al museo, assumendo la cattedra di fisica quando suo padre morì. Era una vita di costante e prevedibile rigore scientifico.
Perché la fosforescenza era una falsa pista
La fine del XIX secolo era ossessionata dall’elettricità, dal magnetismo e dalla luce. I primi lavori di Becquerel si adattavano perfettamente. Studiò come i campi magnetici ruotavano la luce polarizzata in piano: un argomento aperto da Michael Faraday e a cui aveva contribuito suo padre. Ha osservato la radiazione infrarossa e il modo in cui i cristalli fosforescenti agivano sotto la stimolazione infrarossa.
La sua grande mossa fu estendere il lavoro di suo padre sui composti dell’uranio. Voleva comprendere il legame tra l’assorbimento della luce e l’emissione di fosforescenza. Era bravo in questo. Rispettabile, addirittura. Membro dell’Académie des Sciences dal 1889. Ma il vero premio non risiedeva nel suo lavoro passato. Era nella sua familiarità con i sali di uranio e nella sua abilità con le lastre fotografiche.
La scoperta accidentale
Wilhelm Röntgen scoprì i raggi X alla fine del 1895. Ciò cambiò tutto. Röntgen aveva scoperto che i raggi X provenivano da un tubo a vuoto di vetro dove colpivano i raggi catodici. Becquerel si chiedeva: esisteva una connessione fondamentale tra la radiazione invisibile e la luce visibile? Potrebbero tutti i materiali luminescenti emettere raggi X se stimolati correttamente?
Lo ha testato. Configurazione semplice. Cristalli fosforescenti su lastra fotografica. Il piatto era avvolto in carta opaca. Solo le radiazioni penetranti potevano passare. Ha esposto l’impianto alla luce del sole per ore. Questo ha eccitato i cristalli.
Quando ha sviluppato la pellicola, c’erano delle sagome. Sono comparsi i campioni di minerali. A volte metteva una moneta o un ritaglio di metallo tra il cristallo e la carta. È comparso anche il metallo.
Lo riferì all’Académie des Sciences il 24 febbraio 1896. Notò che i sali di uranio erano particolarmente attivi.
Ecco la svolta. Credeva di aver dimostrato che le sostanze luminescenti emettevano qualcosa di simile ai raggi X. Ma la settimana successiva le cose divennero strane.
Ha lasciato i sali di uranio e le lastre fotografiche in un cassetto. Nessuna luce solare. Nessuna stimolazione ultravioletta. Nessuna fosforescenza.
Quando in seguito sviluppò le lastre, le immagini erano ancora lì. Più forte del previsto. I sali di uranio emettevano radiazioni penetranti senza essere eccitati dalla luce solare.
Becquerel era confuso. Ha postulato una “forma di lunga durata di fosforescenza invisibile”. Più tardi, quando ricostruì l’attività dell’uranio metallico, la chiamò “fosforescenza metallica”. Non lo vedeva per quello che era. Vide una versione strana di qualcosa che già capiva.
Gli anni tranquilli (1896–1898)
Becquerel pubblicò sette articoli su questo argomento nel 1896. Due nel 1897. Nessuno nel 1898.
Questo calo non è dovuto al fatto che ha smesso di lavorare. È stato perché il mondo scientifico ha perso interesse. Gli anni Novanta dell’Ottocento furono pieni di studi sulle radiazioni. Raggi catodici. Raggi X. Raggi del canale. Onde radio. Luce delle lucciole.
I raggi X erano la stella. Hanno realizzato foto più nitide. Erano più veloci. I “raggi” di Becquerel sembravano meno significativi al confronto. Tornò alla sua ingegneria. Tornò alla fosforescenza.
Ci è voluto qualcun altro per svegliarlo.
Nel 1898, Gerhard Carl Schmidt e Marie Curie scoprirono indipendentemente che anche il torio era radioattivo. Poi Pierre e Marie Curie, insieme a Gustave Bémont, scoprirono il polonio e il radio. All’improvviso, il mondo si rese conto che questo non era uno strano effetto collaterale della fosforescenza. Era una proprietà di alcuni elementi.
Becquerel si svegliò. Il significato della sua scoperta finalmente colpì nel segno.
Definire il fenomeno
Becquerel è tornato sul campo che aveva creato accidentalmente. Ha dato tre contributi chiave che hanno definito cosa effettivamente era la radioattività.
1. La particella Beta
Nel 1899 e nel 1900 misurò la deflessione delle particelle beta nei campi elettrici e magnetici. Calcolò il rapporto carica/massa. Corrispondeva all’elettrone recentemente identificato da Joseph John Thomson. Becquerel dimostrò che le particelle beta erano elettroni. Ciò collegava la struttura atomica alla radiazione esterna.
2. Decadimento e trasmutazione radioattivi
Ha scoperto “l’uranio X”, una sostanza attiva all’interno dell’uranio. Ha perso la sua capacità radiante nel tempo. L’uranio stesso, inattivo quando era fresco, alla fine riacquistò la radioattività.
Ernest Rutherford e Frederick Soddy osservarono un comportamento simile nel torio. Hanno sviluppato la teoria della trasformazione della radioattività. Un elemento si trasmuta spontaneamente in un altro. Cambiamento chimico subatomico. Le osservazioni di Becquerel gettarono le basi per questa idea rivoluzionaria.
3. Effetti fisiologici
Notò che le radiazioni colpivano i tessuti viventi. Nel 1901 riportò un’ustione procuratasi portando un campione del radio dei Curie nel taschino del gilet. Non era solo una curiosità scientifica. Era un pericolo. Era anche un potenziale strumento. I medici hanno iniziato a indagare su queste ustioni. Ciò ha portato all’uso medico delle radiazioni: radioterapia.
Eredità dell’incidente
Becquerel condivise con i Curie il Premio Nobel per la fisica nel 1903. Ha ricevuto altre medaglie. Le società straniere lo hanno eletto tra i loro ranghi. L’Accademia francese delle Scienze lo nominò presidente e segretario permanente.
Non aveva intenzione di cambiare la fisica. Ha deciso di testare un’ipotesi sulla luce e sulla fosforescenza. Aveva torto sul meccanismo. Pensava che fosse una forma di luce. Non lo era. Era il decadimento nucleare.
Ma la sua abilità pratica con i composti dell’uranio e le lastre fotografiche lo ha messo nel posto giusto al momento giusto. Il resto del mondo scientifico guardava i raggi X. Stava guardando il suo cassetto.
Il mondo non capì cosa avesse scoperto finché i Curie non ampliarono il campo di applicazione. Fino ad allora era solo una curiosità. Una strana, persistente fosforescenza.
Ha dimostrato che la materia può emettere energia senza una fonte esterna. È stata una rivoluzione silenziosa. Iniziata con una giornata nuvolosa a Parigi e una lastra fotografica avvolta.
