Gli esperimenti condotti al volgere del secolo avevano dimostrato che il radio emetteva non solo raggi alfa, ma anche diversi altri tipi di radiazione. L maggior parte dei fenomeni radioattivi poteva esse re attribuita a questi diversi tipi di raggi: la capacita di ionizzare l’aria era in particolar modo una prerogativa dei raggi alfa, mentre quella di stimolare la fluorescenza o di impressionare le lastre fotografiche era più pronunciata con i raggi beta. Ogni elemento radioattivo aveva le sue emissioni caratteristiche: le preparazioni di radio, per esempio, emettevano sia raggi alfa sia raggi beta, mentre quelle di polonio emettevano solo raggi alfa. L’uranio impressionava le lastre fotografiche più rapidamente del torio, ma il torio era più potente quando si trattava di scaricare un elettroscopio.
Le particelle alfa emesse dal decadimento radioattivo (in seguito emerse che si trattava di nuclei di elio) erano caricate positivamente e dotate di una massa relativamente elevata - migliaia di volte superiore a quella delle particelle beta, gli elettroni - e percorrevano, senza deviazioni, traiettorie rettilinee attraversando la materia, ignorandola, senza alcun fenomeno di dispersione o deflessione (sebbene, nel processo, potessero perdere un poco della loro velocità). Perlomeno, sembrava che le cose stessero così, sebbene, nel 1906, Rutheford avesse osservato che potevano aver luogo, sporadicamente, leggere deflessioni. Altri ignorarono questo dato, ma agli occhi di Rutheford si trattava di osservazioni gravide di possibili significati. Le particelle alfa non sarebbero forse state proiettili ideali - proiettili di dimensioni atomiche - con i quali bombardare altri atomi e sondarne la struttura? Chiese allora al suo giovane assistente Hans Geiger e a uno studente, Ernest Marsden, di allestire un esperimento di scintillazione usando schermi di sottili lamine metalliche, in modo che si potesse tenere il conto di ogni singola particella alfa che le bombardasse. Diigendo le particelle alfa su una sottile lamina d’oro, all’incirca una particella su ottomila andava incontro a una deflessione importante: maggiore di 90°, a volte addirittura di 180°. In seguito, Rutheford dirà: «Era in assoluto l’evento più incredibile che mi fosse mai capitato. Incredibile come sparare un proiettile da quindici pollici contro un foglio di carta e vederselo rimbalzare contro ».
Rutheford rifletté per quasi un anno su questi curiosi risultati; poi, un giorno, Geiger scrisse: « Entrò nella mia stanza, evidentemente di ottimo umore, e mi disse che sapeva com’erano fatti gli atomi e che cosa significassero quegli strani fenomeni di dispersione ».
Rutheford aveva capito che gli atomi non potevano essere una gelatina omogenea di positività con gli elettroni infilati dentro a mo’ di uvetta (come aveva suggerito J.J. Thomson nel suo modello atomico del plum pudding); in tal caso, infatti, le particelle alfa li avrebbero sempre attraversati. Data la grande energia e la carica delle particelle alfa, si poteva presumere che, sporadicamente, esse sarebbero state deflesse da qualcosa dotato di una carica positiva superiore alla loro. E d’altra parte, ciò accadeva solo a una particella su ottomila. Le altre 7999 potevano trapassare la lamina sfrecciando come proiettili, senza subire alcuna deflessione, quasi che la maggior parte degli atomi di oro fosse costituita da spazio vuoto; una su ottomila, però, veniva bloccata, e tornava indietro come una pallina da tennis che avesse colpito una sfera di solido tungsteno. La massa dell’atomo di oro, dedusse Rutheford, doveva essere concentrata al centro, in uno spazio piccolissimo, difficile da centrare, sotto forma di un nucleo di densità quasi inconcepibile. L’atomo, egli propose, doveva consistere in larghissima misura di spazio vuoto, con un nucleo denso e positivamente carico che rendeva conto solo di un centomillesimo del suo diametro, e un numero relativamente basso di elettroni, carichi negativamente, in orbita intorno a quel nucleo: a tutti gli effetti, un sistema solare in miniatura.
Gli esperimenti di Rutheford, il suo modello nucleare dell’atomo, offrirono una base strutturale per spiegare le enormi differenze fra i processi radioattivi e quelli chimici - in termini di energie coinvolte, differenze di milioni di volte. (Per sottolineare questo fatto, Soddy, nelle sue conferenze divulgative, teneva in mano un recipiente di ossido di uranio da una libbra: lì dentro, diceva, c’era l’energia di centosessanta tonnellate di carbone).
La trasformazione chimica o la ionizzazione implicavano l’aggiunta o la sottrazione di uno o due elettroni, e questo richiedeva solo un’energia modesta, pari a due o tre elettronvolt, che poteva essere prodotta facilmente: da una reazione chimica, dal calore, dalla luce o da una semplice batteria da 3 volt. I processi radioattivi coinvolgevano i nuclei degli atomi, e poiché questi ultimi erano tenuti insieme da forze di gran lunga superiori, la loro disintegrazione liberava energie molto maggiori, nell’ordine di alcuni milioni di elettronvolt.
Soddy coniò il termine energia atomica subito dopo la fine del diciannovesimo secolo, almeno dieci anni prima della scoperta del nucleo. Nessuno sapeva - né era mai riuscito, neppur lontanamente, a formulare in proposito un’ipotesi verosimile - come facessero, il Sole e le stelle, a irradiare tanta energia e a continuare a farlo per milioni di anni. L’energia chimica sarebbe stata risibilmente inadeguata allo scopo: un Sole fatto di carbone si sarebbe estinto, bruciando, in diecimila anni. La radioattività e l’energia atomica potevano forse offrire una risposta?
«Supponendo» scriveva Soddy « che il nostro Sole ... fosse fatto di radio puro ... non vi sarebbe alcuna difficoltà a render conto della sua emissione di energia». Soddy si chiedeva se la trasmutazione che aveva luogo spontaneamente nelle sostanze radioattive non potesse venir prodotta artificialmente. Questo pensiero lo spinse a vette estatiche, profetiche, quasi mistiche:
« Il radio ci ha insegnato che non c’è limite alla quantità di energia presente nel mondo ... Una razza capace di trasmutare la materia avrebbe ben poco bisogno di guadagnarsi il pane col sudore della fronte ... Una razza di tal guisa potrebbe trasformare un continente deserto, sciogliere il gelo dei poli, e fare di tutto il mondo un Eden sorridente ... Si sono aperte prospettive interamente nuove. Il patrimonio dell’uomo è aumentato, le sue aspirazioni si sono elevate e il suo destino è stato nobilitato in una tal misura da spingersi oltre la nostra attuale capacità di previsione ... Un giorno egli conquisterà il potere di regolare ai propri fini le fonti primarie di energia che oggi la Natura conserva tanto gelosamente per il futuro ».
Lessi il libro di Soddy, The Interpretation of Radium, nell’ultimo anno di guerra, e rimasi stregato dalla sua visione di un’energia, di una luce, infinite. Le inebrianti parole di Soddy mi trasmisero un senso di esaltazione, il senso del potere e della redenzione che aveva accompagnato la scoperta del radio e della radioattività ai primi del secolo.
E d’altra parte, insieme a tutto questo, Soddy parlò anche di possibilità oscure. A ben vedere, egli le aveva avute ben presenti sin da quando, nel 1903, aveva inventato l’espressione energia atomica, parlando della terra come di « un magazzino zeppo di esplosivi inconcepibilmente più potenti di tutti quelli che conosciamo ». Questa osservazione riecheggiava spesso nel suo libro, e fu la potente visione di Soddy a ispirare H.G. Wells inducendolo a tornare allo stile fantascientifico di un tempo e a pubblicare, nel 1914, La liberazione del mondo (che Welis dedicò a The Interpretation of Radium). Qui Wells immaginava un nuovo elemento radioattivo, denominato carolino, che liberava energia in quella che pareva quasi una reazione a catena:
«Prima d’allora, in guerra, bombe e razzi erano sempre stati solo temporaneamente esplosivi, deflagravano in un istante, una volta per tutte ... Ma il carolino ... una volta che il suo processo degenerativo era innescato, continuava a irradiare furiosamente energia, e non c’era nulla che potesse arrestarlo».
Nell’agosto del 1945, quando sentimmo le notizie di Hiroshima, pensai alle profezie di Soddy e Wells. I miei sentimenti sulla bomba erano stranamente contrastanti. La nostra guerra, dopo tutto, era finita, avevamo avuto il giorno della vittoria; a differenza degli americani, non avevamo patito una Pearl Harbor, né i terribili combattimenti di Guam e Saipan; non ci eravamo scontrati direttamente con i giapponesi. Il bombardamento atomico sembrava, per certi versi, una sorta di spaventoso post-scriptum, una dimostrazione tremenda della quale, forse, non ci sarebbe stato bisogno.
Ciò nondimeno, provai anche - come molti, allora - un senso di trionfo per la conquista scientifica rappresentata dalla scissione dell’atomo, e rimasi incantato dallo Smyth Report, pubblicato nell’agosto del 1945, che dava una descrizione completa della costruzione della bomba. L’orrore mi colpì in pieno solo nell’estate successiva, quando uscì un’edizione speciale del « New Yorker » interamente dedicata a Hiroshima, di John Hersey (Einstein, dissero, ne aveva acquistato un migliaio di copie), subito dopo trasmesso dalla BBC sul Terzo Programma. Fino ad allora, la chimica e la fisica erano state per me fonte di piacere e meraviglia, e forse non ero mai stato pienamente consapevole delle loro potenzialità negative. Come tutti, fui profondamente turbato dalla bomba atomica. La fisica atomica e nucleare non avrebbe più avuto la stessa innocenza e spensieratezza di cui aveva goduto ai tempi di Rutheford e dei coniugi Curie.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 325
