Ernest Rutherford, fue uno de los espíritus guía de la expedición a la estructura atómica, cuya larga carrera de investigador proporcionó un significativo descubrimiento tras otro, Rutherford, un neozelandés nacido en Bridgewater, cerca de la ciudad de Nelson en Nueva Zelanda el 30 de agosto de 1871, fue el cuarto de entre una docena de hermanos. Sus primeros años transcurrieron en la granja familiar. Su madre, una maestra de escuela que había emigrado de Inglaterra, le dio una severa educación. Su padre, un escocés que se ganaba la vida cortando traviesas de ferrocarril, construyendo puentes y regentando un molino de lino y una pequeña granja, le legó una habilidad técnica que más tarde le sería de mucha utilidad: en el laboratorio, donde los fondos eran limitados y se requería ingeniosidad, Rutherford demostró siempre una incansable habilidad primero para elegir problemas que conducirían a respuestas importantes y luego montando un equipo experimental de escaso coste y a veces de fabricación casera para alcanzar estas respuestas. Cursó sus primeros estudios superiores en el Canterbury College de la Universidad de Nueva Zelanda, donde se gradúa en física y matemáticas en 1893. En sus primeros trabajos de investigación desarrolla un detector de ondas de radio basado en las propiedades magnéticas del hierro.
En 1895, Rutherford viajó a Inglaterra para estudiar en Cambridge. Allá trabajó bajo la dirección de Joseph John Thomson, conocido como «J.J.», jefe del Laboratorio Cavendish. Siguiendo las indicaciones de este último, centró sus esfuerzos al estudio de los rayos X, que habían sido recientemente descubiertos. En este período desarrolla un detector de ondas electromagnéticas y en 1898 descubre las partículas alfa y beta en la radiación del uranio.
Durante esa etapa de Rutherford en Cavendish, Thomson descubririó el electrón y, en consecuencia, procedió a establecer un modelo del átomo que se parecía a un budín de ciruelas: una esfera difusa, cargada positivamente, tachonada con sólidos electrones cargados negativamente. El modelo de Thomson se mantendría durante casi una década: Rutherford sería el agente destinado a eliminarlo.
En 1898 le ofrecen un puesto de profesor en la Universidad de McGill en Montreal (Canadá). Rutherford acepta la oferta y se desplaza a Canadá, donde pasaría nueve años y ganaría renombre por sus estudios sobre la radiactividad. Al poco tiempo de establecido, funda un grupo de trabajo en el Macdonald Laboratory. Entre los temas que investigó allí estaban las partículas alfa, diminutos cuerpos (que más tarde demostró que eran iones de helio) emitidos por algunos elementos radiactivos durante su descomposición. Entre los colaboradores que tuvo en esa época se cuentan Frederick Soddy (premio Nobel en 1921) y Otto Hahn (premio Nobel en 1944). Conjuntamente con Soddy obtiene las leyes de las desintegraciones radiactivas y descubre que la radioactividad es un proceso en el cual los átomos de un elemento se convierten en átomos de otro elemento diferente, algo que, hasta aquel momento se consideraba propio de la alquimia y no de la ciencia seria. En 1907 se había creado un renombre tal que Arthur Schuster, jefe del departamento de física de la Universidad de Manchester en Inglaterra, renunció a su puesto para que Rutherford pudiera ocuparlo. El locuaz y entusiasta Rutherford presidió allí durante una docena de años, y edificó un centro internacional para el estudio de la radiación al que se incorpora, entre otros, Hans Geiger, y cuya reputación rivalizaba con la del Laboratorio Cavendish de Thomson. (El propio Rutherford acabaría dirigiendo el Cavendish de 1919 a 1937.)
Dos años después de llegar a Manchester, Rutherford, en colaboración con Geiger y Mardsen, efectuaría su más extraordinario descubrimiento. En sus experimentos con las partículas alfa observó que al bombardear con éstas delgadas láminas de pan de oro una de cada 8.000 partículas era desviada más de 90 grados respecto de su dirección inicial de movimiento cuando pasaban por las láminas. Se trataba de un resultado incompatible con el modelo atómico imperante en la época (debido a J. J. Thomson). Por ello, sugirió a Marsden estudiara este anómalo comportamiento de dispersión. Marsden descubrió que alguna ocasional partícula alfa rebotaba contra la lámina en vez de penetrar en ella. «Era –dijo Rutherford más tarde– casi tan increíble como si dispararas un proyectil de cuarenta centímetros contra una hoja de papel y rebotara de vuelta hacia ti». En 1911 adelantó una explicación: La razón de que la mayoría de las partículas alfa atravesaran la lámina de pan de oro era que los átomos son en su mayor parte espacio vacío. De hecho, concluyó Rutherford, los átomos eran menos corno budines de ciruelas y más como sistemas solares en miniatura. El centro, o núcleo, era un diminuto «sol» que contenía la mayor parte de la masa del sistema –99,98 por ciento de ella– y llevaba una gran carga; los electrones, cargados negativamente, orbitaban corno planetas a una distancia de unos 10.000 diámetros nucleares. La razón de que unas cuantas partículas alfa rebotaran era que resultaban desviadas por los densos y altamente cargados núcleos. Rutherford no estaba seguro al principio de si la carga del núcleo era positiva o negativa. Más tarde, él y sus colaboradores demostraron que el núcleo está formado por dos componentes: los protones positivamente cargados, y las partículas sin carga, llamadas neutrones. 
El átomo de Rutherford era revolucionario. También entraba en conflicto con algunos principios básicos de la física. Según la teoría del electromagnetismo esmeradamente desarrollada por el físico escocés James Clerk Maxwell y otros en las décadas de 1850 y 1860, los electrones acelerados, viajando en trayectorias curvas, pierden energía por radiación. Según esta regla, los electrones orbitantes de Rutherford no podían permanecer indefinidamente en órbita sino que debían agotarse rápidamente y descender en espiral hacia el núcleo, destruyendo el átomo.
En 1919 asumió la dirección, sucediendo a J. J. Thomson, del Cavendish Laboratory,. situado entre los capiteles y los patios medievales de la Universidad de Cambridge. Cavendish se convirtió en uno de los principales centros de investigación científica entre los años veinte y treinta. De esta época data su último gran descubrimiento: consiguió, por primera vez en la historia, transmutar artificialmente un elemento. Al bombardear átomos de nitrógeno con partículas alfa obtuvo átomos de oxígeno junto con una nueva radiación cuya masa era aproximadamente igual a la del átomo de hidrógeno. A esta nueva radiación la denominó protón. Más tarde identificó los protones con los núcleos de hidrógeno. Pero el año emblemático para el laboratorio, dirigido por Ernest Rutherford, fue 1932. En ese año, un miembro de su equipo, James Chadwick, confirmó la existencia del neutrón, y otros dos, Ernest Walton y John Cockroft, fueron los primeros científicos que rompieron un núcleo atómico.
Rutherford fue galardonado con premio Nobel de química en 1908. En 1931 fue nombrado primer Barón de Nelson, lo que le daba derecho a sentarse en la Cámara de los Lores. Falleció el 19 de Octubre de 1937. Sus cenizas reposan en la abadía de Westminster junto a las de Sir Isaac Newton y Lord Kelvin.
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