Dicembre 1898: I Curie scoprono il radio
Pierre e Marie Curie poco dopo il loro matrimonio.
Elettrometro di Pierre e Jacques Curie.
I fisici delle donne erano una rarità nel 19 ° secolo, ma ancora più rari erano i team collaborativi di marito e moglie. Pierre e Marie Curie hanno fatto la storia non solo in questo senso, ma anche perché il loro lavoro di squadra scientifica ha portato alla scoperta della radioattività e di due nuovi elementi nella tavola periodica, per i quali hanno condiviso il premio Nobel per la fisica.
Nata in Polonia, Marie Curie è nata Maria Sklodowska. Suo padre era un insegnante che aveva perso la sua prestigiosa posizione a causa dei suoi sentimenti filo-polacchi in un momento in cui la Polonia era divisa tra Austria, Prussia e Russia zarista.
La famiglia era povera, ma suo padre espose Marie e tutti i suoi fratelli ai classici della letteratura, così come alla scienza.
Marie non poteva iscriversi all’Università di Varsavia; le donne non erano ammesse. Invece, lei, sua sorella Bronya e molti altri amici frequentavano una “università galleggiante”: una scuola notturna illegale le cui classi si incontravano in luoghi diversi per eludere le autorità zariste. Ha lavorato come governante per diversi anni, aiutando a pagare le tasse scolastiche di Bronya alla scuola di medicina a Parigi.
Infine, era il suo turno. Marie partì per Parigi, nell’autunno del 1891 per proseguire gli studi presso la prestigiosa Sorbona dell’Università di Parigi. Anche se il suo background di matematica e scienze era tristemente inadeguata, Marie ha lavorato duramente per raggiungere con i suoi coetanei, e alla fine ha finito prima nel suo corso di laurea in fisica, guadagnando anche un secondo in matematica l’anno successivo.
Nella primavera del 1894, la ricerca di Marie per lo spazio di laboratorio ha portato ad una fatidica introduzione a Pierre Curie, uno scienziato di circa 10 anni più di lei che aveva fatto un lavoro pionieristico sul magnetismo.
Il figlio di un medico rispettato, Pierre ha avuto il beneficio di tutoraggio privato come un bambino, presto dimostrando una passione e dono per la matematica. Ha conseguito un master all’età di 18 anni e tre anni dopo ha scoperto l’effetto piezoelettrico con suo fratello maggiore, Jacques.
Hanno scoperto che quando la pressione viene applicata a determinati cristalli, generano tensione elettrica, e quando sono collocati in un campo elettrico, quegli stessi cristalli sono stati compressi. Hanno usato questo effetto per costruire un elettrometro al quarzo piezoelettrico per misurare deboli correnti elettriche, che Marie avrebbe usato nella sua ricerca.
Pierre scoprì in seguito una relazione fondamentale tra proprietà magnetiche e temperatura. Oggi, la temperatura alla quale scompare magnetismo permanente è noto come il “punto di Curie.”
Fu Marie che incoraggiò Pierre a scrivere quest’ultimo lavoro come tesi di dottorato. Ha ricevuto il suo dottorato di ricerca nel marzo 1895, insieme a una promozione a una cattedra presso la Scuola comunale, e la coppia si sposò tre mesi dopo.
Per il suo dottorato, Marie scelse di concentrarsi sui misteriosi raggi di uranio scoperti all’inizio del 1896 da Henri Becquerel, pochi mesi dopo la scoperta dei raggi X da parte di Wilhelm Roentgen.
Marie ha condotto numerosi esperimenti confermando le osservazioni di Becquerel che gli effetti elettrici dei raggi di uranio sono costanti, indipendentemente dal fatto che siano solidi o polverizzati, puri o in un composto, bagnati o asciutti, o se esposti alla luce o al calore. Ha anche convalidato la sua conclusione che quei minerali con una percentuale più elevata di uranio emesso i raggi più intensi.
E ha preso quelle scoperte un ulteriore passo avanti, formando l’ipotesi che l’emissione di raggi da parte dei composti dell’uranio fosse una proprietà atomica dell’elemento uranio—qualcosa incorporato nella struttura stessa dei suoi atomi. Ha coniato il termine “radioattività” per descrivere questo effetto unico, che ha anche trovato nei composti del torio.
Incuriosito dalle scoperte di sua moglie, Pierre ha unito le forze con lei. Aveva scoperto che due minerali di uranio, pitchblende e calcolite, erano molto più radioattivi dell’uranio puro, e concluse che la loro natura altamente radioattiva era dovuta a elementi non ancora scoperti. Come squadra, i Curies hanno lavorato per separare le sostanze in questi minerali e poi hanno usato l’elettrometro per effettuare misurazioni di radiazioni per “tracciare” la quantità minima di elemento radioattivo sconosciuto tra le frazioni che ne sono risultate.
Hanno scoperto che una frazione era fortemente radioattiva, quindi anche se si comportava chimicamente come il bismuto, doveva essere qualcosa di nuovo. Hanno chiamato questo nuovo elemento ” polonio.
Nel dicembre 1898, scoprirono un secondo nuovo elemento in una frazione di bario, che chiamarono “radium.”Per dimostrare a una comunità scientifica scettica che questi erano davvero nuovi elementi, i Curie dovevano isolarli. Marie ha impiegato più di tre anni per isolare un decimo di grammo di cloruro di radio puro, e non è mai riuscita a isolare il polonio a causa della sua emivita molto breve: 138 giorni. Anche mentre stava eseguendo i suoi esperimenti il polonio nella sua materia prima stava rapidamente decadendo.
Il loro lavoro combinato ha portato quasi immediatamente all’uso di materiali radioattivi in medicina, poiché gli isotopi sono più efficaci e più sicuri della chirurgia o delle sostanze chimiche per attaccare i tumori e altre malattie.
Ancora oggi, gli isotopi radioattivi sono usati come “traccianti” per tracciare i cambiamenti chimici e i processi biologici.
Pierre si rese conto rapidamente del potenziale di decadimento radioattivo per i materiali di datazione; l’età della terra fu determinata per essere diversi miliardi di anni, grazie a uno studio sul decadimento dell’uranio.
Nel 1903 l’Accademia francese delle Scienze nominò Becquerel e Pierre—ma non Marie—candidati al Premio Nobel per la fisica. Un matematico svedese di nome Magnus Goesta Mittag-Leffler, un membro del comitato di nomina e un avvocato di donne scienziate,—intervenne, e Marie è stato incluso nella nomina. I tre scienziati furono onorati con il premio Nobel nel dicembre 1903.