Dacă aţi fi un zeu atotputernic şi aţi crea un Univers de la zero, cum aţi proceda? Dacă aţi căuta într-o „carte cosmică de bucate” pentru reţeta şi ingredientele Universului, ce aţi găsi? Această serie de articole își propune să răspundă exact la întrebările de mai sus.
În primele două articole am văzut împreună cum în Grecia Antică apa, aerul, pământul și focul erau considerate ingredientele Universului şi cum despre reţeta după care se combinau ele nu se bănuia absolut nimic. Am văzut apoi cum ştiinţa modernă a arătat, în jur de anul 1770, că elementele acestea nu erau cu adevărat fundamentale, ci erau formate la rândul lor din elemente chimice. Am văzut și cum în jur de 1810 s-a descoperit că fiecărui element chimic îi corespunde câte un tip de atom. Am aflat cum zeci de tipuri de atomi erau de fapt ingredientele Universului, iar reţeta după care aceştia se combinau în molecule era forţa electrică, căci atomii erau formaţi din electroni negativi răspândiţi într-o materie continuă pozitivă, precum stafidele sunt răspândite într-un cozonac. Pierzând sau captând electroni, atomii – de obicei neutri din punct de vedere electric – deveneau ioni încărcaţi electric, iar ionii pozitivi şi cei negativi se atrăgeau, creând o puzderie de tipuri de molecule, fără de care întregul Univers aşa cum îl ştim noi nu ar fi putut exista. Știinţa a oferit însă noi surprize şi s-a descoperit că nici atomii nu erau de fapt ingredientele fundamentale ale Universului, ci erau, la rândul lor, formați din alte componente mai mici. În acest articol vom explora împreună fascinanta poveste a descoperirii nucleului atomic.
S-a întâmplat în 1909 în cel mai bine dotat laborator din lume – la Universitatea Cambridge, Marea Britanie – sub comanda celui mai bun experimentator din lume: Ernest Rutherford. Rutherford dorea să testeze dacă modelul stafidelor din cozonac descria cu acurateţe atomul. Şi cum luase premiul Nobel cu doar un an înainte pentru studiul detaliat al unor radiaţii pe care le emiteau unii atomi, s-a folosit de acestea pentru a testa experimental modelul teoretic al atomului. Mai precis, a luat o foiţă de atomi de aur şi a bombardat-o cu aceste radiaţii. Modelul stafidelor din cozonac sugera că radiaţiile vor trece nedeviate prin foiţa de atomi de aur, sau că vor fi deviate foarte puţin. De notat că aceste radiaţii purtau numele de particule alfa şi Rutherford le înţelesese misterul pe vremea când era cercetător chiar în Montreal, la Universitatea McGill, cu câţiva ani mai înainte.
Tot aşa cum ai trage cu un glonţ printr-un zid de hârtie şi te-ai aştepta ca acesta să treacă nedeviat prin zid, Rutherford se aştepta ca particulele alfa să fie doar puţin deviate prin foiţa de atomi de aur. Nu mică i-a fost mirarea când a observat că de fapt cam una din opt mii de particule alfa revedea înapoi aproape complet. Era ca şi cum glonţul s-ar fi lovit de o zonă metalică ascunsă în zidul de hârtie! Şi atunci a înţeles: de fapt, atomul nu era plin, continuu, ca în modelul stafidelor din cozonac. Nu! Atomul era gol, cu un nucleu concentrat în centru, în jurul căruia electronii se roteau. Nucleul era foarte, foarte mic, iar atomul era mai ales gol. Aceasta era sugerat de faptul că doar una din opt mii de radiaţii alfa lovea un nucleu şi era deviată înapoi. Rutherford a măsurat precis raza nucleului: cam de o sută de mii de ori mai mică decât raza atomului. Imaginaţi-vă un stadion cu boabe de orez în partea superioară a tribunei, rotindu-se în jurul unui măr din centrul terenului şi veţi avea o imagine a atomului aproape la scară.
Rutherford a creat un nou model matematic al atomului în 1911 şi l-a denumit modelul planetar. Analogia între atom şi sistemul solar era evidentă. Aşa cum planetele se învârtesc în jurul Soarelui, tot astfel şi electronii orbitează la diferite distanţe în jurul nucleului; așa cum Soarele conţine mai mult de 99% din masa întregului sistem solar, la fel şi nucleul conţine practic masa întregului atom; mai mult, precum există mult spaţiu gol în sistemul solar, tot aşa și în atom există mult spațiu gol.
Iată cum forţa electrică rămânea reţeta Universului, dar ingredientele sale fundamentale nu mai erau considerate zeci de tipuri de atomi, ci electroni şi zeci de tipuri de nuclee atomice. Despre cum a evoluat imaginea noastră despre cartea de bucate a Universului vom continua în articolul următor.
Universul: rețetă și ingrediente IV
