Den 17. december 1908 blev Willard Frank Libby født på en gård i Grand Valley, Colorado. Libby, en fysisk kemiker, vandt i 1960 Nobelprisen i kemiExternal for sin udvikling af den teknik, der er kendt som radiokarbondatering. Denne teknik bruger henfaldet af en ustabil isotop af kulstof, radioaktivt kulstof-14 (C14), til at bestemme alderen af organiske materialer – alt, hvad der består af stof, der engang har været levende. Kulstofdaterbare genstande, der generelt er fra et par hundrede til 60.000 år gamle, kan være så forskellige som sålen på en gammel sandal, iskerne fra en istid, Dødehavsrullerne eller mumier fra en egyptisk faraos grav. Radiokarbondatering har haft så stor betydning for mange grene af humaniora – herunder arkæologi, geologi, historie, geofysik og konservering – at dens opdagelse er blevet kaldt “radiokarbonsrevolutionen”.
I 1940’erne vidste forskerne allerede, at når kosmisk stråling trænger ind i jordens øvre atmosfære, støder den sammen med de gasser, der er til stede der, og producerer neutronregn. De vidste også, at nogle få af disse frit svævende neutroner til gengæld absorberes af nitrogenatomer, som i processen omdannes til C14 (den mere almindelige isotop er kulstof-12). C14 er ustabilt og vil med tiden henfalde tilbage til kvælstof – emissionen af beta-partikler under denne anden omdannelse er den proces, der gør det radioaktivt.
Libby’s bedrift var at erkende, at C14 bevæger sig fra atmosfæren til biosfæren gennem en række yderligere trin:
- nyt produceret C14 oxideres og danner kuldioxid (CO2), en almindelig bestanddel af atmosfæren;
- planter absorberer kuldioxidmolekyler gennem fotosyntese og omdanner kulstofatomerne til sukker, mens ilten frigives tilbage til luften;
- planter fordøjes, direkte eller indirekte, af alle levende organismer.
Dermed, konkluderede Libby, indeholder alle levende organismer en lille mængde C14. Men han erkendte også, at kulstofoptagelsen ophører, når en organisme dør. Fordi C14 nedbrydes over tid, indeholder organiske genstande, der ikke længere er levende, stadig mindre procentdele af C14, jo ældre de bliver. Libby var i stand til at sammenligne den mængde C14, der var tilbage i en genstand, med den mængde, der oprindeligt blev fundet i atmosfæren, for at bestemme genstandens alder.
I løbet af 1950’erne byggede Libby og andre stadig mere følsomme Geigertællere til at måle radioaktiviteten i organiske genstande. Aldersberegninger blev baseret på halveringstiden for C14: efter 5.730 år vil omkring 50 procent af den oprindelige mængde C14 stadig være til stede i en genstand. Blandt de genstande, som Libby testede og daterede med succes, var præhistorisk dovendyrgødning, trækul fra Stonehenge og pergamentindpakningen fra Dødehavsrullerne. Libby var i stand til yderligere at verificere sin teori ved at udføre radiokulstofprøver på genstande, hvis dato allerede var kendt fra andre kilder.
Willard Libby fik en ph.d. i kemi fra University of California, Berkeley, i 1933 og fortsatte med at undervise der, indtil han deltog i Manhattan-projektet, da USA gik ind i Anden Verdenskrig. Efter krigen blev Libby professor i kemi ved University of Chicago, hvor han udførte sin banebrydende forskning; hans bog Radiocarbon Dating blev udgivet i 1952. Libby blev udnævnt af præsident Dwight Eisenhower til medlem af Atomenergikommissionen i 1954. Kort før han vandt nobelprisen, vendte han tilbage til undervisning og forskning på UCLA; han døde i 1980.
Med yderligere forskning er forskerne fortsat med at forfine teknikkerne til radiokulstofdatering. I virkeligheden har C14-niveauerne i atmosfæren været ens, men ikke helt konstante, over tid. Ændringer i jordens og solens magnetfelter kan påvirke intensiteten af kosmisk stråling, mens kuldioxidniveauet i atmosfæren også svinger naturligt eller som følge af afbrænding af fossile brændstoffer. Atomvåbenforsøg i 1950’erne og begyndelsen af 1960’erne øgede mængden af C14 i atmosfæren til et højt niveau på næsten det dobbelte af det naturlige niveau. For at tage højde for sådanne udsving er der blevet udarbejdet kalibreringskurver baseret på dendrokronologi (datering af årringe), der går tusinder af år tilbage.
Acceleratormassespektrometri Ekstern (AMS), der blev udviklet i 1980’erne, er en metode, der adskiller atomerne i en prøve af kulstof efter atomvægt. Det betyder, at procentdelen af C14 i en prøve kan måles direkte, i stedet for på grundlag af radioaktivt henfald. AMS gør det muligt at måle meget små prøver, hvilket gør det muligt at datere museums- og biblioteksgenstande uden at ødelægge dem.