Anul 2015 a marcat 103 ani de la nașterea fizicii nucleare, atunci când în urma experimentelor desfăşurate la University of Manchester, Ernest Rutherford, Hans Geiger și Ernest Marsden au ajuns la concluzia că atomii sunt formaţi din mici nuclee încărcate electric pozitiv în jurul cărora orbitează electroni încărcați electric negativ.

De asemenea, anul 2015 a marcat 70 de ani de la lansarea primei bombe nucleare asupra oraşului Hiroshima. Chiar dacă energia nucleară a fost utilizată ca armă de distrugere în masă, nu trebuie uitat faptul că experimentele ştiinţifice ale lui Rutherford, Geiger și Marsden au avut scopul de a înțelege natura. În acest sens, ei au reușit să ne ofere o nouă concepție asupra lumii pe baza căreia au rezultat aplicaţii care au schimbat în bine viața oamenilor.

Fizica nucleară, o fereastră spre lume

Ştiinţa și tehnologia au progresat pe baza modelului nuclear al atomului. Acesta l-a inspirat pe fizicianul danez Niels Bohr să dezvolte teoria cuantică, abia apărută la acea vreme, într-o disciplină de sine stătătoare, mecanica cuantică, care putea descrie modul în care se comportă atomii. Aceasta, la rândul ei, a deschis calea tehnologiei moderne bazată pe utilizarea cipurilor de siliciu și pe informatizare.

Experimentele lui Rutherford au constat în ciocnirea nucleelor atomilor de heliu cu alte nuclee atomice, în urma procesului de dezintegrare radioactivă rezultând particule alfa care ies din nucleul atomic.

Acceleratoarele de particule au fost dezvoltate cu scopul de a ciocni componentele de bază ale materiei, cum ar fi particule alfa, protoni sau electroni de alte obiecte. Astfel s-au pus bazele unui domeniu aparte al cercetării ştiinţifice cunoscut în prezent ca fizica particulelor. Acceleratoarele moderne de particule, cum ar fi LHC (Large Hadron Collider) al CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire), acolo unde a fost descoperit bosonul Higgs, ne ajută să înţelegem mai bine Universul.

Accelerator de particuleAccelerator de particule. Credit: Tighef, CC BY-SA

Aplicaţiile fizicii nucleare în viaţa noastră

Un secol reprezintă o lungă perioadă de timp în știință, astfel încât nu este de mirare că aceasta a avansat rapid. Nu cu mult timp în urmă, cu toţii am avut propriile acceleratoare de particule în casele noastre, adică tuburile catodice din televizoare. Acestea au fost înlocuite ulterior de LCD-uri, LED-uri sau de ecranele cu plasmă, care se bazează pe utilizarea unor tehnologii cuantice. Probabil că în prezent cea mai răspândită aplicație a acceleratoarelor de particule este în spitale, sub forma unor dispozitive utilizate în radioterapie pentru tratamentul cancerului.

Televizorul cu tub catodicTelevizorul cu tub catodic. Credit: Sergio Stakhnyk/shutterstock.com

În plus, fizica nucleară stă la baza metodelor imagistice de diagnostic, cum ar fi de exemplu cele cu raze X, a imagisticii prin rezonanţă magnetică şi a altor tehnici non-invazive care ne permit să privim în interiorul corpului fără a recurge la cuțit.

Imagistica medicală

Imagistica medicală. Credit: T-Photo/shutterstock.com

Nu trebuie să uităm că datorăm toate aceste realizări multor oameni de ştiinţă şi nu în ultimul rând pionierilor fizicii nucleare care s-au întrebat „ce este acest lucru?” şi „ce-ar fi dacă…?”.

De la centralele nucleare la datarea cu carbon

Bombele nucleare, cele mai infame utilizări ale fizicii nucleare, aruncate asupra oraşelor Hiroshima și Nagasaki au șocat lumea acum 70 de ani. Procesele nucleare sunt extrem de energice și pot fi manipulate pentru a genera o energie explozivă devastatoare. Cu toate acestea, bombele atomice din al doilea război mondial pălesc în comparație cu forța distructivă a armelor termonucleare moderne, cele care imită reacțiile nucleare care au loc în stele.

Centrala nuclearăCentrala nucleară. Credit: Dave Croker, CC BY

Mai puţin cunoscute sunt aplicațiile fizicii nucleare în științele Pământului sau în geoștiințe. Tot fizica nucleară ne-a ajutat să deducem temperaturile din istoria Pământului prin analiza raportului izotopilor de oxigen din mostrele de gheață din Groenlanda și Antarctica. De asemenea, prin urmărirea izotopilor putem înțelege curenții oceanici, natura straturilor acvifere din unele regiuni ale Pământului unde apa este deficitară, migrația unor populații umane dispărute, evoluția geologică a Pământului, precum și ce se întâmplă în stele.

Fizica nucleară este atât de strâns legată de știință și tehnologie încât ea se regăseşte în tot ceea ce știm și utilizăm, astfel încât ar trebui să-i fim recunoscători şi nu să ne temem de ea.

Traducere şi adaptare după What has nuclear physics ever given us?