ในปี 2441 Antoine Henri Becquerel ได้ทำให้โลกตกตะลึง ด้วยข่าวการพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี ทันทีที่ Rutherford รู้ข่าวนี้ เขารู้สึกสนใจมาก ประจวบกับขณะนั้น บรรยากาศการทำงานที่ Cavendish ไม่สู้ดีนัก เพราะคนที่นั่นดูถูกคนที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยอื่น โดยเฉพาะจากมหาวิทยาลัยที่เป็นอาณานิคมของอังกฤษ และเมื่อ Rutherford ได้พบอีกว่า ถึงจะทำงานที่นี่ได้ 2 ปีแล้ว แต่มหาวิทยาลัย Cambridge ก็ไม่มีตำแหน่งอาจารย์ให้ ดังนั้นเมื่อมหาวิทยาลัย McGill ในแคนาดา มีความประสงค์จะบรรจุอาจารย์ที่รับผิดชอบห้องปฏิบัติการ Rutherford จึงตัดสินใจออกจาก Cambridge และเมื่อ Thomson เขียนคำรับรองให้อย่างดีเลิศ Rutherford ก็ได้งานที่มหาวิทยาลัย McGill
Rutherford เดินทางถึง Montreal ในแคนาดาในเดือนกันยายน พ.ศ. 2441 และเริ่มงานวิจัยเรื่องกัมมันตรังสีที่กำลังเป็นเรื่องร้อนทันที ตลอดเวลา 9 ปีที่ Rutherford ทำงานที่นั่น เขาได้พบว่าอะตอมอาจไม่เสถียรได้ และเวลาธาตุ uranium, thorium, polonium, radium สลายตัว มันจะปล่อยรังสีแอลฟาและรังสีเบตาออกมา (ส่วนรังสีแกมมานั้น Villard ได้พบหลังจากการพบแอลฟาและเบตา 2 ปี) และสารกัมมันตรังสีบางตัวมีการสลายตัวแบบอนุกรม ผลงานเหล่านี้ทำให้ Rutherford ได้ตำแหน่งศาสตราจารย์ MacDonald แห่งมหาวิทยาลัย McGill และมหาวิทยาลัยได้ชื่อเสียงว่าเป็นศูนย์กลางการวิจัยอะตอมที่ดีเด่นของโลก
เมื่อตำแหน่งดีและงานเดิน Rutherford ก็รู้สึกว่าชีวิตของตนมั่นคงแล้ว ดังนั้นหลังจากอยู่ที่ McGill ได้ 2 ปี เขาก็เดินทางกลับ New Zealand เพื่อแต่งงาน แล้วนำภรรยา May กลับ Canada ในอีก 1 ปีต่อมา Rutherford ก็ได้บุตรสาวชื่อ Eileen และเริ่มใช้ชีวิตในฐานะเป็นเซเล็บของโลก เพราะได้รับเชิญให้ไปบรรยายในที่ต่างๆ ทั่วโลก จนทำให้ไม่ค่อยมีเวลาวิจัย
เมื่ออายุ 32 ปี Rutherford ได้รับเลือกให้เป็นสมาชิกของ Royal Society อันทรงเกียรติของอังกฤษ ซึ่งนับว่ามีอายุน้อยสำหรับเกียรติที่สูงมากเช่นนี้ รวมถึงได้รับเหรียญ Rumford จากสมาคมด้วย การมีชื่อเสียงทำให้มหาวิทยาลัยต่างๆ ต้องการตัว โดยเสนอเงินเดือนสูงให้ไปทำงานด้วย Rutherford จึงตัดสินใจไปทำงานที่มหาวิทยาลัย Manchester ในอังกฤษ เพราะอังกฤษ คือ ศูนย์กลางการวิจัยฟิสิกส์ในขณะนั้น
เมื่ออายุ 33 ปี Rutherford ได้เขียนตำราเล่มแรก ชื่อ Radioactivity และเมื่อ Lord Rayleigh (หรือ William Strutt Raylergh) พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ และ William Ramsey ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี 2447 Rutherford บอกเพื่อนๆ ว่า ในอีก 10 ปี เขาก็จะได้บ้าง แต่เขาคาดผิด เพราะเวลาผ่านไปแค่ 4 ปี เขาก็ได้รางวัลโนเบลแล้วแต่ในสาขาเคมี ไม่ใช่ฟิสิกส์
เมื่ออายุ 36 ปี Rutherford ได้เป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Manchester และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2451 ขณะอายุ 37 ปี จากผลงานการศึกษาการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีซึ่งได้แก่ เรเดียม รางวัลนี้ทำให้มหาวิทยาลัย Manchester ที่มี Rutherford ทำงานประจำมีชื่อเสียงโด่งดังพอๆ กับมหาวิทยาลัย Cambridge ที่มี J.J. Thomson โดย Rutherford ได้พบว่าในการสลายตัวของอะตอมนั่นแสดงว่าอะตอมไม่เสถียร และจะแตกตัวอย่างรุนแรง ทำให้อะตอมที่เหลือมีมวลน้อยลง และมีสมบัติเคมีแตกต่างจากเดิม จากนั้นอะตอมที่เหลือจะสลายตัวต่อ กระบวนการสลายตัวจึงเป็นลำดับและมีกัมมันตรังสีแผ่ออกมาด้วยทุกขั้นตอน
เพราะกัมมันตรังสีชนิดเบตา (beta) คือ อิเล็กตรอนที่ JJ. Thomson พบ แต่ธรรมชาติที่แท้จริงของกัมมันตรังสีชนิดแอลฟ่า (alpha) นั้นลึกลับกว่า Rutherford จึงศึกษาประเด็นนี้
ในปี 2447 Rutherford ได้พบว่าเมื่อเขานำสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมากระทำต่อรังสีแอลฟา รังสีจะเบนไปในทิศที่แสดงว่า มันเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก และอนุภาคแอลฟาจากธาตุกัมมันตรังสีทุกชนิดมีอัตราส่วนของประจุ/มวล เท่ากันหมด ทั้ง ๆ ที่อนุภาคแอลฟาจากอะตอมทั้งหลายมีความเร็วไม่เท่ากัน การทดลองนี้จึงแสดงให้ Rutherford เห็นว่า อนุภาคแอลฟามีประจุ +2 และมีมวล 4 เท่าของอะตอมไฮโดรเจน Rutherford จึงคิดว่า แอลฟา คือ อะตอมของฮีเลียมที่ปราศจากอิเล็กตรอน 2 ตัว
ในการศึกษาธรรมชาติของแอลฟาที่มหาวิทยาลัย Manchester นั้น Rutherford มีผู้ช่วยชื่อ Hans Geiger ผู้ซึ่งได้ออกแบบเครื่องตรวจจับอนุภาคเครื่องแรกของโลกที่ใช้จับอนุภาคแอลฟาแล้วนับจำนวน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า แอลฟามีประจุ +2 และเมื่อ Rutherford นำเรเดียมใส่ในภาชนะแก้วที่มีผนังบาง เพื่อให้อนุภาคแอลฟาทะลุผ่านไปได้ และภาชนะแก้วนี้บรรจุอยู่ในภาชนะแก้วอีกใบหนึ่งที่มีผนังหนากว่า จนอนุภาคแอลฟาทะลุผ่านไม่ได้ และให้ที่ว่างระหว่างภาชนะทั้งสองเป็นสุญญากาศ Rutherford ก็ได้พบว่า เมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ แก๊สที่อยู่ระหว่างภาชนะแก้วทั้งสอง คือ ฮีเลียม เพราะเวลาเขานำแก๊สไปวิเคราะห์สเปกตรัม เขาได้เห็นสเปกตรัมของฮีเลียม
และเมื่อเวลาผ่านไปนาน เส้นสเปกตรัมก็ยิ่งชัดขึ้นๆ เขาจึงรู้ว่าแก๊สฮีเลียมนั้นเกิดจากอนุภาคแอลฟาที่ได้รับอิเล็กตรอนจากแก้วมา และ Rutherford ก็ได้นำความรู้เรื่องธรรมชาติของอนุภาคแอลฟาไปบรรยายในงานรับรางวัล Nobel ในปี 2451 เรื่อง “The Chemical Nature of the Alpha Particles from Radioactive Substances” และเอ่ยแถมว่า ไม่เพียงแต่สารกัมมันตรังสีเท่านั้นที่เปลี่ยนสภาพ แม้แต่ตนเองก็เปลี่ยนสภาพจากนักฟิสิกส์เป็นนักเคมี ได้เร็วยิ่งกว่าสารที่ตนศึกษาเสียอีก จากนั้น Rutherford ก็ได้กล่าวสรุปว่า การศึกษากัมมันตรังสีจะทำให้มนุษย์เข้าใจธรรมชาติของอะตอม
(อ่านต่อวันศุกร์หน้า)
สุทัศน์ ยกส้าน เมธีวิจัยอาวุโส สกว.
