La 17 decembrie 1908, Willard Frank Libby s-a născut la o fermă din Grand Valley, Colorado. Libby, fizico-chimist, a câștigat în 1960 Premiul Nobel pentru ChimieExtern pentru dezvoltarea tehnicii cunoscute sub numele de datare cu radiocarbon. Această tehnică utilizează dezintegrarea unui izotop instabil al carbonului, carbonul 14 radioactiv (C14), pentru a determina vârsta materialelor organice – orice lucru compus din materie care a fost cândva vie. Articolele care pot fi datate cu carbon, în general cu o vechime cuprinsă între câteva sute și 60.000 de ani, pot fi atât de variate precum talpa unei sandale antice, carote de gheață glaciară, manuscrisele de la Marea Moartă sau mumii din mormântul unui faraon egiptean. Datarea cu radiocarbon a avut un impact atât de profund asupra multor ramuri ale științelor umane – inclusiv arheologia, geologia, istoria, geofizica și conservarea – încât descoperirea sa a fost numită „revoluția radiocarbonului.”
În anii 1940, cercetătorii știau deja că, atunci când radiațiile cosmice pătrund în atmosfera superioară a Pământului, ele se ciocnesc cu gazele prezente acolo pentru a produce ploi de neutroni. Ei știau, de asemenea, că unii dintre acești neutroni care plutesc liber sunt, la rândul lor, absorbiți de atomii de azot, care, în acest proces, sunt transformați în C14 (cel mai comun izotop este carbonul-12). C14 este instabil și se va dezintegra înapoi în azot în timp – emisia de particule beta în timpul acestei a doua transformări este procesul care îl face radioactiv.
Realizarea lui Libby a fost aceea de a recunoaște că C14 se deplasează din atmosferă în biosferă printr-o serie de etape suplimentare:
- C14 nou produs se oxidează pentru a forma dioxid de carbon (CO2), o componentă comună a atmosferei;
- plantele absorb moleculele de dioxid de carbon prin fotosinteză, transformând atomii de carbon în zahăr, eliberând în același timp oxigenul înapoi în aer;
- plantele, direct sau indirect, sunt digerate de toate organismele vii.
Prin urmare, a concluzionat Libby, toate organismele vii conțin o cantitate mică de C14. Dar el a recunoscut, de asemenea, că absorbția de carbon încetează atunci când un organism moare. Deoarece C14 se descompune în timp, elementele organice care nu mai sunt vii conțin procente din ce în ce mai mici de C14 cu cât îmbătrânesc. Libby a fost capabil să compare cantitatea de C14 rămasă într-un obiect cu cantitatea găsită inițial în atmosferă pentru a determina vârsta acelui obiect.
În anii 1950, Libby și alții au construit contoare Geiger din ce în ce mai sensibile pentru a măsura radioactivitatea obiectelor organice. Calculele vârstei se bazau pe perioada de înjumătățire a C14: după 5.730 de ani, aproximativ 50 la sută din cantitatea inițială de C14 va fi încă prezentă într-un obiect. Printre obiectele pe care Libby le-a testat și a reușit să le dateze cu succes se numără bălegarul de leneș preistoric, cărbunele de lemn de la Stonehenge și învelișurile de pergament ale manuscriselor de la Marea Moartă. Libby a reușit să își verifice și mai mult teoria efectuând teste de radiocarbon pe obiecte a căror datare era deja cunoscută din alte surse.
Willard Libby a primit un doctorat în chimie de la Universitatea din California, Berkeley, în 1933 și a rămas să predea acolo până când s-a alăturat Proiectului Manhattan, când SUA a intrat în cel de-al Doilea Război Mondial. După război, Libby a devenit profesor de chimie la Universitatea din Chicago, unde a efectuat cercetări revoluționare; cartea sa „Datarea cu radiocarbon” a fost publicată în 1952. Libby a fost numit de președintele Dwight Eisenhower în Comisia pentru Energie Atomică în 1954. Cu puțin timp înainte de a câștiga Premiul Nobil, s-a întors la predare și cercetare la UCLA; a murit în 1980.
Cu ajutorul unor cercetări suplimentare, oamenii de știință au continuat să perfecționeze tehnicile de datare cu radiocarbon. În realitate, nivelurile de C14 din atmosferă au fost similare, dar nu pe deplin constante, de-a lungul timpului. Modificările câmpurilor magnetice ale Pământului și ale Soarelui pot afecta intensitatea radiațiilor cosmice, în timp ce nivelurile de dioxid de carbon din atmosferă fluctuează, de asemenea, în mod natural sau din cauza arderii combustibililor fosili. Testele cu arme nucleare din anii 1950 și începutul anilor 1960 au ridicat cantitatea de C14 din atmosferă la un nivel ridicat de aproape două ori mai mare decât nivelul său natural. Pentru a ține cont de astfel de fluctuații, au fost create curbe de calibrare bazate pe dendrocronologie (datarea inelelor copacilor), care se întorc cu mii de ani în urmă.
Dezvoltată în anii 1980, spectrometria de masă cu accelerator Extern (AMS) este o metodă care separă atomii unei mostre de carbon în funcție de greutatea atomică. Acest lucru înseamnă că procentul de C14 dintr-un eșantion poate fi măsurat direct, mai degrabă decât pe baza dezintegrării radioactive. AMS permite măsurarea unor eșantioane foarte mici, ceea ce permite datarea obiectelor din muzee și biblioteci fără a le distruge.
.