W dniu 17 grudnia 1908 roku na farmie w Grand Valley w stanie Kolorado urodził się Willard Frank Libby. Libby, chemik fizyczny, zdobył Nagrodę Nobla w 1960 roku w dziedzinie chemiiZewnętrzna za rozwój techniki znanej jako datowanie radiowęglowe. Technika ta wykorzystuje rozpad niestabilnego izotopu węgla, radioaktywnego węgla-14 (C14), do określania wieku materiałów organicznych – wszystkiego, co składa się z materii, która kiedyś była żywa. Przedmioty, które można datować węglem, mające zazwyczaj od kilkuset do 60 000 lat, mogą być tak różne, jak podeszwa starożytnego sandała, rdzenie lodowców, zwoje znad Morza Martwego czy mumie z grobowca egipskiego faraona. Datowanie radiowęglowe miało tak głęboki wpływ na wiele gałęzi nauk o człowieku – w tym archeologię, geologię, historię, geofizykę i konserwację – że jego odkrycie nazwano „rewolucją radiowęglową”.”
W latach czterdziestych XX wieku naukowcy wiedzieli już, że kiedy promieniowanie kosmiczne dostaje się do górnej atmosfery Ziemi, zderza się z obecnymi tam gazami, tworząc prysznice neutronów. Wiedzieli również, że kilka z tych swobodnie unoszących się neutronów jest z kolei pochłanianych przez atomy azotu, które w tym procesie przekształcają się w C14 (bardziej powszechnym izotopem jest węgiel-12). C14 jest niestabilny i z czasem rozpada się z powrotem na azot – emisja cząstek beta podczas tej drugiej przemiany jest procesem, który czyni go radioaktywnym.
Osiągnięciem Libby’ego było uznanie, że C14 przemieszcza się z atmosfery do biosfery poprzez serię dodatkowych kroków:
- nowo wytworzony C14 utlenia się, tworząc dwutlenek węgla (CO2), powszechny składnik atmosfery;
- rośliny absorbują cząsteczki dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy, przekształcając atomy węgla w cukier, jednocześnie uwalniając tlen z powrotem do powietrza;
- rośliny, bezpośrednio lub pośrednio, są trawione przez wszystkie organizmy żywe.
Więc, Libby doszedł do wniosku, że wszystkie żywe organizmy zawierają niewielką ilość C14. Ale uznał również, że pobieranie węgla kończy się, gdy organizm umiera. Ponieważ C14 rozpada się z czasem, przedmioty organiczne, które już nie żyją, zawierają coraz mniejszy procent C14, im są starsze. Libby był w stanie porównać ilość C14 pozostałą w danym przedmiocie z ilością pierwotnie znajdującą się w atmosferze, aby określić wiek tego przedmiotu.
W latach 50-tych Libby i inni zbudowali coraz czulsze liczniki Geigera do pomiaru radioaktywności obiektów organicznych. Obliczenia wieku opierały się na okresie połowicznego zaniku C14: po 5 730 latach około 50 procent pierwotnej ilości C14 będzie nadal obecne w przedmiocie. Wśród przedmiotów, które Libby przetestował i z powodzeniem datował, było prehistoryczne łajno leniwca, węgiel drzewny ze Stonehenge oraz pergaminowe opakowania zwojów znad Morza Martwego. Libby był w stanie jeszcze bardziej zweryfikować swoją teorię, przeprowadzając testy radiowęglowe na przedmiotach, których data była już znana z innych źródeł.
Willard Libby otrzymał tytuł doktora chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w 1933 roku i pozostał tam, aby nauczać do czasu dołączenia do Projektu Manhattan, kiedy Stany Zjednoczone przystąpiły do II wojny światowej. Po wojnie Libby został profesorem chemii na Uniwersytecie w Chicago, gdzie prowadził swoje przełomowe badania; jego książka Radiocarbon Dating (Datowanie radiowęglowe) została opublikowana w 1952 roku. W 1954 r. Libby został powołany przez prezydenta Dwighta Eisenhowera do Komisji Energii Atomowej. Na krótko przed otrzymaniem Nagrody Nobla powrócił do nauczania i badań na UCLA; zmarł w 1980 roku.
With additional research, scientists have continued to refine the techniques of radiocarbon dating. W rzeczywistości poziom C14 w atmosferze był podobny, ale nie w pełni stały, na przestrzeni czasu. Zmiany w polach magnetycznych Ziemi i Słońca mogą wpływać na intensywność promieniowania kosmicznego, podczas gdy poziom dwutlenku węgla w atmosferze również zmienia się w sposób naturalny lub w wyniku spalania paliw kopalnych. Testy broni jądrowej w latach 50-tych i wczesnych 60-tych podniosły ilość C14 w atmosferze do poziomu prawie dwukrotnie wyższego od naturalnego. Aby uwzględnić takie fluktuacje, stworzono krzywe kalibracji oparte na dendrochronologii (datowanie słojów drzew), sięgające tysięcy lat wstecz.
Rozwinięta w latach 80-tych XX wieku akceleratorowa spektrometria masowa zewnętrzna (AMS) jest metodą, która rozdziela atomy próbki węgla według masy atomowej. Oznacza to, że procent C14 w próbce może być mierzony bezpośrednio, a nie na podstawie rozpadu radioaktywnego. AMS pozwala na pomiar bardzo małych próbek, co umożliwia datowanie obiektów muzealnych i bibliotecznych bez ich niszczenia.