Scoperte serendipiche – La scoperta dei raggi X

Avvenne per caso, nel corso di un esperimento del fisico tedesco Wilhelm Röntgen. Ripercorriamo la storia di questa scoperta rivoluzionaria per la medicina.

È impossibile immaginare la medicina senza raggi X, ma probabilmente la storia di chi li ha scoperti, Wilhelm Röntgen, non ci viene in mente quando facciamo una lastra. Forse le cose sarebbero diverse se li chiamassimo col loro sinonimo, raggi Röntgen, ma lui stesso non amava questa denominazione, preferendo quella originale, dove la X indica semplicemente qualcosa di sconosciuto. Eppure la storia di questo scienziato e dei suoi raggi ci può insegnare molto su come le scoperte scientifiche entrano nelle nostre vite.

Un professore senza diploma

Quando scoprì i raggi X, Röntgen aveva cinquant’anni. Era nato a Lennep, in Germania, figlio unico di Friedrich Conrad Röntgen, un commerciante di tessuti, e Charlotte Constanze Frowein, di famiglia olandese. Quando Wilhelm aveva tre anni, i Röntgen migrarono ad Apeldoorn, in Olanda, dove il loro figlio avrebbe frequentato l’Instituut van Martinus Herman van Doorn, il collegio in cui sviluppò il suo amore per la meccanica. Nel 1862 si iscrisse all’istituto tecnico di Utrecht, ma dopo un anno fu espulso: era stato ingiustamente accusato di aver disegnato la caricatura di un insegnante, e non volle dire il nome del responsabile. Provò a conquistare il diploma studiando privatamente ma, secondo quanto riportato dalla biografia di Otto Glasser (forse il più noto studioso della vita di Röntgen), il giorno dell’esame si trovò di fronte uno dei professori che lo avevano fatto espellere, e non superò la prova.

Non poté così iscriversi all’università della città, ma cominciò comunque a frequentarla come ospite nel 1865. Nel frattempo scoprì che al prestigioso Politecnico di Zurigo era invece possibile accedere anche senza diploma, a patto di superare un esame di ammissione. Proprio in quell’istituto, passato il test, Wilhelm si laureò in ingegneria meccanica (1868) e conquistò il dottorato (1869) con una tesi sui gas. Sotto l’ala protettiva del professor August Kundt, Röntgen cominciò la sua carriera universitaria, accettando incarichi in diverse università tedesche, fino a stabilirsi definitivamente a Würzburg nel 1888, dopo aver ottenuto una cattedra in fisica all’università della città. Con lui Anna Bertha Ludwig, che aveva sposato nel 1872, e assieme alla quale aveva adottato una bimba (figlia del fratello di Bertha).

La scoperta dei raggi X

È qui che il nostro professore dal curriculum atipico ebbe il suo momento “Eureka!” L’8 novembre 1895 Röntgen stava lavorando con un tubo di Crookes, un apparecchio che si può considerare il precursore del tubo catodico dei televisori: è una particolare ampolla di vetro a forma di cono collegata a una pompa per creare il vuoto e al cui interno sono sistemate due piastre metalliche, chiamate elettrodi (anodo e catodo), ciascuna collegata a un generatore elettrico. Quando il gas all’interno del tubo è sufficientemente rarefatto, il flusso di elettricità provoca emissione di luce. Riducendo ulteriormente la pressione del gas, e cioè rendendo il vuoto ancor più spinto, l’emissione di luce cessa e si può osservare una macchia fluorescente sulla parete di vetro di fronte al catodo.

La fluorescenza prodotta dall’apparecchio è dovuta ai raggi catodici. Allora nessuno sapeva che erano fasci di particelle chiamate elettroni, accelerati dalla corrente dal catodo verso l’anodo. Molti materiali colpiti da una radiazione si eccitano riemettendo altre radiazioni, ed era proprio questo ciò che succedeva nel tubo quando gli elettroni accelerati oltrepassavano gli elettrodi e colpivano la parete di vetro. Quel giorno, però, Röntgen scoprì l’esistenza di una radiazione sconosciuta: i raggi X, appunto.

Come molti colleghi, Röntgen voleva capire di più sulla natura dei raggi catodici. Poco tempo prima il fisico tedesco Philip Lenard aveva provato che potevano anche uscire dal tubo, attraverso una sottile finestra di alluminio, ed essere rilevati su uno schermo ricoperto di una sostanza fluorescente poco distante. Röntgen ripropose l’esperimento in una stanza, però, completamente buia, e avvolse il tubo con cartoncino nero, in modo che la luce non potesse uscire. Con sua sorpresa, vide illuminarsi una lastra fluorescente a qualche metro di distanza, fuori dalla portata di qualsiasi raggio catodico.

I dettagli di questa scoperta casuale in seguito sarebbero stati raccontati in molti modi. Una delle leggende più celebri racconta che in quel momento, appoggiato alla lastra fluorescente nel laboratorio, ci fosse un libro. Spostando la lastra, con sua sorpresa Röntgen avrebbe trovato in quel punto la sagoma di una chiave, chiave rinvenuta poi effettivamente dallo scienziato all’interno delle pagine del libro.

Dopo quel fatidico 8 novembre 1895, Röntgen passò settimane in laboratorio, ma alla fine di dicembre pubblicò il suo primo articolo scientifico in merito. Una comunicazione preliminare, intitolata modestamente Über eine neue Art von Strahle (“A proposito di un nuovo tipo di raggi”), indirizzata alla Società di fisica medica di Würzburg. Lo scienziato informò privatamente anche alcuni colleghi, inviando le stampe della pubblicazione.

La notizia viaggiò velocemente, tanto nel mondo scientifico che sulla carta stampata. Allora non si sapeva ancora che cosa fossero questi raggi, che oggi sappiamo essere prodotti dall’impatto delle particelle, sufficientemente accelerate dalla corrente, che “strappano” elettroni ad alta energia dagli atomi che colpiscono. Le loro proprietà però lasciavano già a bocca aperta chiunque. D’altronde, attraversavano senza problemi alcuni materiali, mentre non riuscivano ad oltrepassarne altri. Una famosa intervista rilasciata da Röntgen nel 1896 al mensile Pearson fa capire bene come ragionava lo scienziato. Quando gli venne chiesto cosa avesse pensato nel momento della rivelazione rispose: “Non ho pensato, ho indagato”. E quando venne incalzato sulla natura di quella radiazione, rinunciò a qualunque speculazione: semplicemente non lo sapeva.

La prima, celebre, immagine radiografica della storia (quella allegata, appunto, alla pubblicazione scientifica di Röntgen) fu quella della mano sinistra di Anna Bertha Ludwig, la moglie del fisico: si vedevano chiaramente le ossa delle dita e l’anello matrimoniale. A questo proposito, secondo un altro aneddoto, molto pittoresco ma di fonte incerta, Bertha dinanzi all’immagine avrebbe esclamato: “Ho visto la mia morte”.

Le nozioni dell’epoca di ciò che era visibile e invisibile ne uscirono profondamente modificate. Non a caso la stessa rivista Pearson pubblicò poco dopo il romanzo di fantascienza a puntate L’Uomo invisibile, di Herbert George Wells, dove uno scienziato trovava il modo di rendere invisibili le persone.

La nascita della radiologia e della radioterapia

Nel 1901 Röntgen vinse il premio Nobel per la fisica, e nelle motivazioni l’Accademia svedese sottolineava le applicazioni mediche che quella scoperta aveva reso possibili. L’incontro tra medicina e raggi X, di fatto, era stato immediato, anche perché la produzione dei raggi, così come delle immagini, era relativamente semplice con normali attrezzature da laboratorio. Oggi sappiamo che prima di Röntgen altri scienziati avevano osservato effetti che a posteriori sono stati attribuiti ai raggi X. Tra questi lo stesso Lenard, che nel 1905 vinse il Nobel per il suo studio sui raggi catodici, e che tentò più volte di screditare il (meritato) primato di Röntgen.

Già nel 1896, subito dopo la prima pubblicazione, gli articoli scientifici sul tema si fecero numerosi. Tutto il mondo voleva scoprire quello che i raggi X potevano fare, in particolare la comunità medica. Fu proprio in questa fase di sperimentazione frenetica che ci si accorse che i raggi X non erano innocui, in quanto potevano causare danni tangibili ai tessuti. Questa consapevolezza, sebbene acquisita con metodi poco ortodossi per i nostri standard (molti medici sperimentavano i raggi X su se stessi e sui pazienti piuttosto temerariamente, altri li usavano addirittura nell’industria dell’intrattenimento come “effetto speciale”), suggerì anche che i raggi, oltre a diagnosticare, avrebbero potuto curare. Il loro potere distruttivo, forse, poteva essere imbrigliato.

Da allora, per gradi, il progresso tecnologico e medico ha sviluppato un vasto arsenale di tecniche di imaging a raggi X che oggi sono in uso nella routine clinica, oltre a protocolli per minimizzare i rischi di pazienti e operatori. Al contempo, abbiamo anche capito come usare i raggi X nelle terapie contro i tumori.

Oggi sappiamo che i raggi X sono radiazioni ionizzanti, cioè in grado di strappare elettroni alle molecole (comprese quelle biologiche), e questo è il motivo per cui in alcuni dei primi esperimenti, senza gli opportuni accorgimenti, potevano addirittura causare bruciature. Ma queste radiazioni possono anche fare danni invisibili: avendo un effetto mutageno sul dna, possono favorire alterazioni in grado di dare origine a cellule tumorali. Quando facciamo una radiografia, oggi il rischio è ridotto ai minimi termini grazie alle procedure utilizzate. Nella radioterapia, invece, i raggi X sono usati per distruggere i tumori stessi. Attraverso diverse tecniche, è possibile schermare i tessuti sani e colpire prevalentemente quelli malati, uccidendo così le cellule cancerose colpite dalla radiazione. Dalla diagnosi (pensiamo alle mammografie) alla terapia, le applicazioni della scoperta di Röntgen – che scelse in coscienza di non brevettare nulla – sono da sempre nel nostro crescente armamentario della lotta contro il cancro.