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En octobre 1901, Rutherford et Frederick Soddy, vingt-cinq ans, chimiste britannique à l'université McGill de Montréal, commencèrent à étudier ensemble le thorium et son rayonnement. Ils s'aperçurent bientôt qu'il était peut-être en train de se transformer en un autre élément. Stupéfait par cette idée, Soddy se rappela avoir laissé échapper: «C'est de la transmutation!- Pour l'amour du ciel, Soddy, l'avertit Rutherford, ne parlez pas de transmutation. Nous allons avoir la tête tranchée comme alchimistes» Ils furent bientôt convaincus que la radioactivité était la transformation d'un élément en un autre via l'émission d'un rayonnement. Cette théorie hérétique fut généralement accueillie avec scepticisme, mais les preuves expérimentales devinrent rapidement écrasantes. Leurs adversaires durent mettre au rancart leurs croyances en l'immutabilité de la matière. Le rêve de l'alchimiste était devenu un fait scientifique : tous les éléments radioactifs se transformaient spontanément en d'autres éléments, leur période mesurant le temps que mettent la moitié de leurs atomes à évoluer ainsi.

La radioactivité était la transformation d'un élément en un autre.

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  Tout au long du XIXe siècle, l'existence des atomes avait alimenté un débat scientifique et philosophique considérable, mais en 1909 la réalité de l'atome était déjà établie sans le moindre doute possible. Les détracteurs de l'atomisme furent réduits au silence par le poids écrasant des preuves apportées, les deux principales étant l'explication par Einstein du mouvement brownien et sa confirmation, et la découverte par Rutherford de la transformation radioactive des éléments.

Après des décennies d'une polémique au cours de laquelle maints éminents physiciens et chimistes avaient nié l'existence de l'atome

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 Rutherford avait réussi à créer une culture où il y avait de la découverte dans l'air, où on échangeait des idées, où on en discutait dans un esprit de coopération, où personne n'avait peur de s'exprimer, même un nouveau venu. Au centre trônait Rutherford, dont Bohr savait qu'il était toujours prêt «à écouter n'importe quel jeune, quand il avait l'impression qu'il avait la moindre idée, si modeste soit-elle, derrière la tête…