Martin Kamen aveva lavorato per tre giorni e tre notti senza dormire. Il chimico statunitense stava finendo un progetto in cui lui e un collega, Sam Ruben, avevano bombardato un pezzo di grafite con particelle subatomiche. Lo scopo del loro lavoro era quello di creare nuove forme di carbonio, quelle che potrebbero avere usi pratici.,

Esausto, Kamen barcollò fuori dal suo laboratorio a Berkeley in California, dopo aver terminato il progetto nelle prime ore del 27 febbraio 1940. Aveva disperatamente bisogno di una pausa. Arruffato, occhi rossi e con una crescita di tre giorni di barba, sembrava un disastro.

E questo è stato sfortunato. La polizia di Berkeley stava quindi cercando un evaso che aveva appena commesso diversi omicidi. Così quando hanno visto il Kamen trasandato lo hanno prontamente raccolto, lo hanno impacchettato nel retro della loro auto di pattuglia e lo hanno interrogato come sospetto assassino.,

Così uno dei pezzi più rivoluzionari della ricerca intrapresa nel secolo scorso è stato quasi terminato alla nascita, quando uno dei suoi scienziati di piombo è stato accusato di omicidio. Fu solo quando i testimoni chiarirono che Kamen non era l’uomo che la polizia era dopo che fu rilasciato e gli fu permesso di tornare al Laboratorio di radiazioni dell’Università della California per guardare il grumo di grafite che lui e Ruben avevano irradiato.,

La coppia non ha impiegato molto tempo per rendersi conto di aver prodotto una sostanza dalle proprietà notevoli, che da allora ha trasformato una miriade di campi scientifici diversi e continua ad aiutare gli scienziati a fare scoperte importanti. Irradiando grafite, avevano creato carbonio-14.

Martin Kamen nel 1939., Fotografia: US National Archives di Dominio Pubblico Archivio

“Che cupa notte e la mattina del 27 febbraio 1940, ha iniziato una rivoluzione in fisiologia, la biochimica, l’archeologia, la geologia, la biomedicina, l’oceanografia, la palaeoclimatologia e antropologia nonché di chimica nucleare”, afferma ambiente ricercatore Giovanni Marra, autore della recente pubblicazione Caldo di Carbonio: il Carbonio-14 e una Rivoluzione nella Scienza. “Il carbonio-14, forse l’isotopo più importante per la vita sulla Terra, è nato.”

Il carbonio-14 ha sei protoni e otto neutroni nel suo nucleo., Al contrario, la maggior parte del carbonio nei nostri corpi e nel mondo esterno, noto come carbonio-12, ha sei protoni e sei neutroni. Fondamentalmente, questi due neutroni extra rendono il nucleo di un atomo di carbonio-14 instabile in modo che decada radioattivamente in un atomo di azoto. Ancora più importante, questi decadimenti sono relativamente rari in modo che sia possibile misurare i cambiamenti in un campione di carbonio per decine di migliaia di anni. (Vedi riquadro qui sotto.)

“Il carbonio è ciò di cui siamo fatti”, dice Marra, che è professore di scienze della terra e ambientali al Brooklyn College di New York. “Il carbonio è vita., È fondamentale anche per come viviamo, come la Terra è abitabile-praticamente tutto. E dalla scoperta di un radioisotopo longevo di carbonio, abbiamo uno strumento straordinario per approfondire quasi ogni aspetto dell’esistenza sulla Terra – e forse l’universo.”

Come Marra rivela in questa straordinaria storia del carbonio-14, gli scienziati hanno rapidamente capito che l’isotopo deve influenzare gli esseri viventi oggi. I raggi cosmici battono l’atmosfera superiore e inviano cascate di neutroni attraverso l’aria, hanno calcolato., Questi neutroni colpiscono gli atomi di azoto, il componente principale dell’atmosfera terrestre, e ne trasformano alcuni in atomi di carbonio-14. A loro volta, questi atomi si combinano con l’ossigeno per creare anidride carbonica radioattiva che viene assorbita dalle piante, che vengono poi mangiate dagli animali. ” Ogni essere vivente sulla Terra diventa così radioattivo, anche se leggermente”, dice Marra.

E si rese conto Willard Libby della Chicago University che la radioattività generata dal carbonio-14 potrebbe essere sfruttata a enorme vantaggio., Un chimico che aveva lavorato al progetto Manhattan per costruire la prima bomba atomica, Libby si rese conto che quando un organismo muore, smetterà di assorbire carbonio, incluso il carbonio-14, e il suo deposito esistente di quest’ultimo decaderà lentamente. Quindi, misurando la radioattività di un campione prelevato dall’organismo, il suo contenuto di carbonio-14 potrebbe essere stimato e la data del suo tempo di morte potrebbe essere misurata. Le scienze dell’archeologia e della paleontologia stavano per essere rivoluzionate.

Un problema importante doveva essere superato, tuttavia., Il carbonio-14 esiste solo in livelli molto bassi nel tessuto di animali e piante recentemente deceduti: circa uno su un trilione dei loro atomi di carbonio è carbonio-14. Al contrario, la radiazione di fondo naturale-dal torio e dall’uranio nelle rocce e in altre fonti – è molto, molto più alta. Come potrebbero i ricercatori separare il segnale debole del carbonio-14 da questo travolgente rumore di fondo?

Libby ha risolto il problema schermando attentamente i suoi rivelatori e sviluppando modi per sintonizzare qualsiasi radiazione che arrivasse fino alle pareti del suo dispositivo., Poi si rivolse al gas metano, che contiene carbonio, per fornire la validazione finale della sua tecnica, confrontando campioni provenienti da due fonti molto diverse. Un campione è stato estratto dal gas naturale, un combustibile fossile il cui carbonio-14 avrebbe dovuto decadere molto tempo fa. Il secondo è venuto dal sistema fognario della città di Baltimora ed è stato estratto da escrementi umani. Dovrebbe essere ricco di carbonio-14, essendo stato appena prodotto dagli esseri umani, ragionò Libby.

E questo è esattamente ciò che ha trovato. Il metano antico non aveva carbonio-14., Al contrario, il metano appena escreto dagli esseri umani era relativamente ricco di isotopi. Come dice Marra: “I rifiuti umani delle fognature hanno mandato avanti la scienza.”

Libby ha poi fornito la prova finale della sua tecnologia di datazione misurando la radioattività – e, per inferenza, l’età – di una serie di campioni organici di antichità conosciute: legno della nave funebre egiziana di Sesostris III, lino che aveva avvolto un rotolo del Mar Morto e un rotolo di pane che era stato” cotto ” nell’eruzione vulcanica che seppellì Pompei. I suoi risultati corrispondevano perfettamente alle date conosciute degli oggetti che aveva scansionato.,

Fu un’impresa brillante per la quale Libby ricevette il premio Nobel per la chimica nel 1960, anche se fu fortunato in un certo senso. Libby presumeva che il tasso di produzione di carbonio-14 nell’atmosfera fosse stato costante negli ultimi decine di migliaia di anni. In effetti, è variato abbastanza ampiamente, grazie ai cambiamenti nell’attività delle macchie solari, ai test atmosferici delle bombe nucleari e all’aumento delle emissioni di anidride carbonica dai combustibili fossili. Questi devono essere presi con attenzione in considerazione al momento di stimare le età, gli scienziati ora si rendono conto, anche se la base di base del radiocarbonio incontri rimane suono.,

Willard Libby riceve il premio Nobel per la chimica, dicembre 1960. Fotografia: Bettmann Archive

Più recentemente, la datazione al radiocarbonio è cambiata dalla semplice misurazione della radioattività emessa dai nuclei di carbonio-14 al conteggio diretto dei numeri di atomi dell’isotopo in un campione. Questo viene fatto utilizzando una tecnica chiamata accelerator mass spectrometry (AMS), che ha permesso agli scienziati di datare ossa, artefatti e altri oggetti a base di carbonio dal campione più piccolo. ” Questo è stato un enorme progresso”, dice Marra., “Invece di grammi di materiale da analizzare, AMS richiede solo milligrammi.”

In questo modo, gli sviluppatori di AMS hanno innescato una rivoluzione degli appuntamenti iniziata negli anni ‘60 e da allora” ha inaugurato una’ nuova rivoluzione archeologica’”, afferma Marra. Un esempio riguardante l’uso del carbonio-14 ha portato al ribaltamento dell’idea che le culture dell’Europa occidentale del passato dipendessero da pratiche e idee iniziate in Medio Oriente e lentamente diffuse verso ovest con la diffusione dell’agricoltura., La datazione al radiocarbonio ha rivelato un quadro molto diverso e ha dimostrato che le culture neolitiche della Gran Bretagna, della Francia e dell’Europa centrale devono essersi evolute in modo indipendente.

Successivamente, la tecnica è stata utilizzata da laboratori in Gran Bretagna, Svizzera e Stati Uniti fino ad oggi il lino utilizzato per tessere la sindone di Torino. Questo panno, segnato con l’immagine negativa di un uomo barbuto, è stato creduto da alcuni per essere la sindone di sepoltura in cui Gesù è stato avvolto dopo la crocifissione. Usando solo pochi frammenti di stoffa, gli scienziati lo datarono al 1260-1390AD.,

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Nel corso degli anni, gli usi del carbonio-14 si sono diffusi ben oltre la datazione di antichi manufatti. I farmaci possono essere etichettati con carbonio-14 e seguiti mentre passano attraverso il corpo al fine di testare la loro sicurezza ed efficacia. Altri ricercatori hanno usato l’isotopo per tracciare il modo in cui le piante convertono l’anidride carbonica in zucchero, rivelando gli intricati processi alla base della fotosintesi.,

Inoltre, il carbonio-14 è stato sfruttato per studiare il plancton e altre forme di vita marina, rivelando come le acque degli oceani circolino in una grande rete interconnessa di correnti che spazzano il pianeta. ” Il contenuto di carbonio di un pesce registrerà ciò che ha mangiato, il che a sua volta rifletterà la chimica dell’acqua circostante, che sarà influenzata dal modo in cui l’oceano si è mescolato”, afferma Marra., Per buona misura, il carbonio-14 sta ora giocando un ruolo importante nello scoprire come i climi sono cambiati sulla Terra nel corso di decine di migliaia di anni, un lavoro di immensa importanza come gli scienziati lottano per capire come l’aumento delle emissioni di carbonio sono ora innescando pericoloso riscaldamento globale.

“Abbiamo acquisito una comprensione sostanziale del mondo naturale negli ultimi 60-70 anni, in non piccola parte a causa del carbonio-14”, afferma Marra. Certo, è difficile esagerare l’impatto che ha avuto sulla scienza. Eppure i suoi scopritori, Kamen e Ruben, sono entrambi andati male sulla scia della loro scoperta.,

Kamen, che proveniva da una famiglia di emigrati lituani e bielorussi, suscitò il sospetto delle forze di sicurezza statunitensi dopo l’entrata degli Stati Uniti nella seconda guerra mondiale e fu osservato cenare con funzionari consolari sovietici. E ‘ stato sommariamente licenziato dal suo laboratorio e il suo passaporto è stato sequestrato. Kamen è stato poi portato davanti alla Camera Un-American Activities Committee nel 1948, accusato di passare segreti ai sovietici. Non fu fino alla fine del secolo che la sua reputazione fu riabilitata.

Ruben ha avuto ancora peggio fortuna., Dopo Pearl Harbor, ha iniziato la ricerca sugli effetti fisiologici del gas fosgene, un’arma chimica. Durante un test, una fiala di gas si ruppe e fu spruzzato con fosgene. Morì poche ore dopo.

Se la storia del carbonio-14 è uno dei notevoli esempi di progresso scientifico nel 20 ° secolo, il triste destino di due dei suoi principali attori è un segno dei tempi turbolenti in cui vivevano.

• Hot Carbon: Carbon-14 and a Revolution in Science di John Marra è pubblicato dalla Columbia University Press (£27). Per ordinare una copia vai a guardianbookshop.com., Free UK p&p on all online orders over £15

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