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lunedì 7 novembre 2011

Ritratti: Marie Curie

Il 2011 coincide con il 100.mo anniversario del Premio Nobel assegnato a Madame Marie Curie, una opportunità per celebrare il contributo delle donne alla scienza.
E' così che il sito ufficiale dell'Anno Internazionale della Chimica elegge Marie Curie come uno dei simboli stessi del 2011 scientifico. E non poteva esserci simbolo migliore, poiché la scienziata polacca naturalizzata francese non solo è stata una delle prime donne a vincere il Premio o la prima a vincerlo per ben due volte, ma soprattutto ha ottenuto il riconoscimento in due ambiti differenti, la fisica nel 1903 e la chimica nel 1911, stabilendo di fatto, qualora ce ne fosse bisogno, lo stretto legame tra le due discipline.
Marie Skłodowska Curie nacque il 7 novembre del 1867 a Varsavia, quando ancora la Polonia faceva parte della Russia, in una famiglia di insegnanti: sia il nonno paterno Józef, sia il padre Władysław e la madre Bronisława erano infatti insegnanti nelle scuole della regione. In particolare fu il padre a indirizzarla verso la matematica e la fisica, mentre il suo agnosticismo sembra sia generato soprattutto dalla morte della sorella maggiore, Sofia, e della madre a causa del tifo, una scelta a metà strada tra l'ateismo del padre e il cattolicesimo della madre.
Ad ogni modo iniziò ad andare a scuola all'età di dieci anni nella stessa scuola dove insegnava la madre, dalla quale si diplomò il 12 giugno del 1883. A questi studi, però, non seguì nell'immediato nessun tentativo di accedere all'istruzione superiore: a causa della partecipazione della famiglia ai moti patriottici di quel periodo, la sua famiglia iniziò un lungo periodo di difficoltà economica, che costrinse di fatto Marie a fare per molti anni il lavoro della governante, per sostenere da una parte la famiglia in quel di Varsavia e dall'altra la sorella Bronisława, più grande di due anni, andata a Parigi per intraprendere gli studi di medicina.
Ci furono, a questo punto, due eventi che alla fine spinsero Marie a seguire la sorella. Da una parte, agli inizi del 1890, la sorella Bronisława, che si era nel frattempo sposata con Kazimierz Dłuski, aveva iniziato a insistere con Marie affinché si trasferisse nella capitale francese, dall'altra, però, Marie aveva iniziato una relazione sentimentale con il matematico Kazimierz Żorawski. D'altra parte non aveva alcuna preparazione di tipo universitario, che iniziò in patria frequentando l'Università volante.
Come detto a quel tempo Varsavia era sotto il controllo della Russia, che insieme alla Prussia fu la nazione che oppresse maggiormente la popolazione polacca (diversamente, invece, da quanto avveniva nell'Austria-Ungheria, il terzo impero ad essersi spartito la Polonia). In particolare, probabilmente anche in conseguenza alle rivolte delle popolazioni locali per riottenere l'autonomia (quelle del 1830-31 e del 1863-64), l'accesso all'istruzione superiore in particolare di tipo universitario era preclusa alla maggior parte dei polacchi. In questo contesto politico estremamente oppressivo si può immaginare come la situazione delle donne fosse anche peggiore.
Per tutti questi motivi a partire dal 1882 il movimento positivista polacco decise di proporre almeno agli abitanti di Varsavia una serie di corsi clandestini, che grazie all'impegno di una delle studentesse, Jadwiga Szczawińska, iniziarono a coordinarsi insieme creando una vera e propria università clandestina, la Uniwersytet Latający, resa in inglese come flying university o anche floating university. I programmi si sviluppavano in un arco di 5-6 e coprivano i campi di scienze sociali, pedagogia, filologia e storia e scienze naturali. Questa resistenza culturale durò venti anni, fino al 1905, e in questo arco di tempo oltre a Marie Curie, tra gli altri studenti si ricordano Zofia Nałkowska, scrittrice, e Janusz Korczak, pediatra e scrittore per l'infanzia. I suoi studi scientifici in Polonia, comunque, la portarono, durante questo breve periodo, a lavorare nel Museo dell'Industria e dell'Agricoltura.
Partendo da ciò, dunque, poteva sembrare impossibile che Marie avrebbe lasciato il suo paese natale, ma Kazimierz Żorawski interruppe la loro relazione con una lunga lettera e così nell'ottobre del 1891 Marie decise di raggiungere la sorella a Parigi. Qui iniziò gli studi in fisica, chimica e matematica alla Sorbona.
La laurea arriva nel 1893 e la porta a lavorare in un laboratorio industriale, senza però abbandonare gli studi sempre alla Sorbona fino alla laurea in matematica nel 1894. Il suo interesse per il magnetismo, invece, le consente di collaborare con Pierre Curie, l'uomo con il quale condivise la vita, sposandolo nel luglio del 1895, il lavoro di ricerca e un Nobel, quello per la fisica del 1903 insieme con Henri Becquerel:
in riconoscimento dei servizi straordinari che essi hanno reso nella loro ricerca sui fenomeni radioattivi
Con il termine radioattività si intende il decadimento radioattivo dei nuclei atomici. Non tutti i nuclei, infatti, sono stabili, e la prima osservazione documentata del fenomeno è di Becquerel nel 1896. Il contributo di Marie alla nascente nuova linea di ricerca fu, innanzitutto, la riproduzione dei risultati del collega francese(1).
Circa 15 anni prima Pierre e il suo fratello maggiore, Jacques, inventarono un nuovo tipo di elettrometro, uno strumento che serve per misurare correnti elettriche estremamente basse. Marie utilizzò l'elettrometro dei Curie per misurare le piccole correnti che attraversano l'aria attraversata dai raggi dell'uranio. L'aria umida del magazzino nel quale conduceva gli esperimenti tendeva a dissipare la carica elettrica, ma nonostante questo riuscì a realizzare delle misure riproducibili.
Dopo molti esperimenti, la fisica polacca arrivò alle stesse conclusioni di Becquerel: gli effetti elettrici dovuti all'uranio erano costanti, indipendenti cioè dallo stato, solido o polverizzato, puro o in un composto, umido o asciutto, esposto alla luce o riscaldato, dell'uranio. Inoltre confermò l'osservazione di Becquerel sull'emissione di raggi più intensi in minerali contenenti una porzione maggiore di uranio. Al lavoro del collega francese, però, aggiunse anche una importante ipotesi: la radiazione emessa dai composti dell'uranio era una proprietà insita nell'uranio stesso, qualcosa di spiegabile solo dalla struttura interna dell'atomo stesso:
(...) I reached the conviction that the emission of rays by the compounds of uranium is a property of the metal itself—that it is an atomic property of the element uranium independent of its chemical or physical state.(2)
Il passo successivo fu la ricerca di eventuali ulteriori elementi in grado di emettere allo stesso modo della radiazione: è quindi del 1898 la scoperta che anche il torio, come l'uranio, presenta lo stesso tipo di emissione scoperta da Becquerel per l'uranio, anch'essa evidentemente dipendente dalle proprietà atomiche del torio. Questo tipo di emissione venne chiamata radioattività dalla stessa Marie(1).
Il 1898, però, non era destinato a concludersi qui. Marie era, infatti, interessata a capire se c'erano altri elementi come l'uranio e il torio. Gli sforzi vennero ripagati:
(...) a specimen of pitch-blende (oxide of uranium ore) was found to be four times more active than oxide of uranium itself.(2)
Allo stupore iniziale subentrò però la certezza di essere di fronte a una nuova scoperta:
The ore must contain a substance more radioactive than uranium and thorium, and this substance must necessarily be a chemical element as yet unknown(2)
L'osservazione venne descritta in un articolo del luglio di quell'anno, firmato dai due coniugi e pubblicato sui Comptes rendus de l'Académie des Sciences, la stessa rivista che avrebbe pubblicato a dicembre l'altro importante articolo dei coniugi Curie, questo firmato insieme con G. Bémont(3).
In questo secondo articolo il gruppo ribadisce le proprietà del nuovo elemento scoperto e annunciato con l'articolo precedente:
(...) polonium is precipitated from acid solution by hydrogen sulfide; its salts are soluble in acids and water precipitates them from solution; polonium is completely precipitated by ammonia.(3)
cui aggiungono un nuovo elemento radiattivo, che mostra tutte le caratteristiche chimiche del bario puro:
(...) it is not precipitated either by hydrogen sulfide or by ammonium sulfide, nor by ammonia; its sulfate is insoluble in water and in acids; its carbonate is insoluble in water; its chloride, very soluble in water, is insoluble in concentrated hydrochloric acid and in alcohol. Finally this substance gives the easily recognized spectrum of barium.(3)
Questo nuovo elemento era stato scoperto osservando un campione di pechblenda, che mostrava delle proprietà radioattive. Poiché tali proprietà non potevano venire dal bario, che non era radioattivo, all'interno del campione doveva esserci un altro elemento questo sì invece radioattivo. E questo è il primo punto(3).
Durante i loro esperimenti, però, i tre ricercatori riuscirono a produrre dei cloruri sempre più attivi mettendoli in reazione in una soluzione di acqua e alcool: in questo caso parte del cloruro si dissolve in acqua e parte precipita sotto l'azione dell'alcool. E questi precipitati risultavano via via sempre più attivi. Per spiegare questo comportamento era necessario supporre l'esistenza di un nuovo elemento. E questo è il secondo punto(3).
Infine l'esame spettrografico dei cloruri da parte di M. Demarçay ha rilevato una riga spettrale non associabile a nessun elemento noto. A verifica di ciò, si andò ad osservare lo spettro dei cloruri via via più attivi, scoprendo che questa riga diventava sempre più evidente con l'aumento della radioattività. E questo è il terzo punto che convinse definitivamente i coniugi Curie di aver scoperto, dopo il polonio, un nuovo elemento radioattivo: il radio(3).
A questo punto il vero problema era la sintetizzazione dei nuovi elementi: i coniugi Curie adottarono il procedimento della cristallizzazione successiva, un processo che riuscì solo per il radio e solo dopo aver chiesto ingenti prestiti e l'aiuto di una industria chimica parigina che fornì loro le tonnellate di materiale necessarie per concludere l'esperimento(2).
Riguardo le radiazioni emesse dal radio, poi, la stessa Marie descrive così le loro proprietà:
They may be divided into three distinct groups, according to their properties. One group is composed of radiations absolutely analogous to cathode rays, composed of material particles called electrons, much smaller than atoms, negatively charged, and projected from the radium with great velocity—a velocity which for some of these rays is very little inferior to that of light.
The second group is composed of radiations which are believed to be formed by material particles the mass of which is comparable to that of atoms, charged with positive electricity, and set in motion by radium with a great velocity, but one that is inferior to that of the electrons. Being larger than electrons and possessing at the same time a smaller velocity, these particles have more difficulty in traversing obstacles and form rays that are less penetrating.
Finally, the radiations of the third group are analogous to Roentgen rays and do not behave like projectiles.
The radiations of the first group are easily deflected by a magnet; those of the second group, less easily and in the opposite direction; those of the third group are not deflected. From its power of emitting these three kinds of rays, radium may be likened to a complete little Crookes tube acting spontaneously.(2)
Queste scoperte furono la diretta conseguenza del Nobel per la Chimica del 1911
in riconoscimento dei suoi servizi all'avanzamento della chimica tramite la scoperta del radio e del polonio, dall'isolamento del radio e dallo studio della natura e dei componenti di questo notevole elemento.
Il premio venne assegnato alla sola Marie perché, nel frattempo, il marito Pierre morì il 19 aprile del 1906 in un incidente stradale: in un giorno di pioggia, attraversando una delle strade della capitale, Pierre venne investito da una carrozza, procurandosi una frattura letale al cranio causata dalle ruote del veicolo. La morte del marito distrusse la scienziata, ma probabilmente riuscì a superare il lutto anche grazie alla fiducia che la Sorbona ebbe in lei, assegnandole nel maggio dello stesso anno la cattedra in fisica che fu del marito, diventando così la prima professoressa dell'illustre istituzione accademica parigina.
Il 1911 è sicuramente l'anno della consacrazione, ad ogni modo, perché oltre al Nobel per la Chimica ricevette anche l'invito per partecipare alla prima Solvay Conference, un evento che vedeva la partecipazione di grandi personalità, tra cui Einstein, Planck, Poincaré, de Broglie e altri. Il 1911 fu però l'anno dello scandalo, se così si può dire: si scoprì, infatti, la sua relazione con Paul Langevin, studente del marito e, soprattutto, sposato e con 4 figli. La scoperta della relazione, che venne ovviamente utilizzata dai suoi avversari accademici, si andava semplicemente ad aggiungere a quanto accaduto l'anno precedente in occasione delle elezioni per un membro nel campo della fisica all'Accademia delle Scienze francese. In quell'occasione, sfidata da Edouard Branly, fisico che perse il Nobel del 1909 assegnato al nostro Marconi, la Curie venne attaccata dai giornali, che diffusero l'errata origine ebraica della scienziata. Nonostante questo Marie perse l'elezione per soli due voti, ma ad ogni modo la vicenda portò alla luce gli aspetti razzisti e antisemiti della società francese di inizio XX secolo.
Ad ogni modo Marie non si diede per vinta, ottenendo nel 1914 dal governo francese i fondi per l'istituzione dell'Istituto Curie, un istituto privato per lo studio della radioattività, e partecipò anche attivamente alla Prima Guerra Mondiale, guidando un veicolo attrezzato per il soccorso dei soldati feriti: all'interno del furgone c'erano anche attrezzature per la radioterapia. L'idea di applicare le radiazioni per curare lesioni leggere o gravi che fossero iniziò, almeno per quel che riguarda la famiglia Curie, nel 1901. Pierre, infatti, provò a riprodurre sulla sua stessa pelle alcuni effetti osservati l'anno prima da Walkoff e Giesel(4).

Paziente trattato con la radioterapia da marzo 1922 fino alla fine del 1923(4)
Gli anni dopo la guerra vennero spesi divisa tra l'attività in Francia dell'istituto da lei fondato e viaggi all'estero, come un paio di tour negli Stati Uniti nel 1921 e nel 1929. Morì il 4 luglio del 1934 a causa delle radiazioni ionizzanti con le quali aveva lavorato per una vita: era comunque riuscita a tornare un'ultima volta in Polonia, nella primavera di quell'anno, ma non riuscì a gioire del massimo successo della figlia Irène, il Premio Nobel per la Chimica nel 1935 vinto insieme con il marito Frédéric Joliot-Curie
in riconoscimento della sintesi di nuovi elementi radioattivi
Un premio nel solco degli studi di famiglia, una famiglia da Nobel, quest'anno giustamente celebrata grazie al centesimo anniversario del Nobel di Marie. E le celebrazioni avvengono anche grazie al fumetto: The lives of Marie Curie, infatti, è un omaggio che il cartoonist francese Fiami rende a una delle donne più illustri della storia della scienza.
Concludiamo con il documentario di Paulina Campbell su Marie Curie:

Biografie:
Wikipedia: inglese, italiano
Marie and Pierre Curie and the Discovery of Polonium and Radium

(1) Naomi Pasachoff. X-rays and Uranium Rays
(2) Marie Curie. Radium and Radioactivity, Century Magazine (January 1904), pp. 461-466
(3) P. Curie, Mme. P. Curie, G. Bémont. Sur une nouvelle substance fortement radio-active, contenue dans la pechblende, Comptes rendus de l'Académie des Sciences, Paris, 1898, vol. 127, pp. 1215-1217. Versione inglese: Sherman AA (1970). Translation of an historic paper. On a new, strongly radioactive substance, contained in pitchblende: by M.P. Curie, Mme P. Curie and M.G. Bémont; presented by M. Becquerel. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine, 11 (6), 269-70 PMID: 4912149 (html)
(4) Mould RF (1998). The discovery of radium in 1898 by Maria Sklodowska-Curie (1867-1934) and Pierre Curie (1859-1906) with commentary on their life and times. The British journal of radiology, 71 (852), 1229-54 PMID: 10318996 (pdf)

1 commento:

  1. Wow! Interessantissimo questo articolo!! Grazie, Gianluigi! :)

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