John Pople: L'uomo che ha insegnato la chimica ai computer

Prima di John Pople, un chimico che voleva sapere come si sarebbe comportata una molecola eseguiva un esperimento. Dopo di lui, un chimico poteva digitare la molecola in un computer e ottenere una risposta spesso abbastanza buona da essere pubblicata. Pople ha trascorso cinque decenni a convertire la meccanica quantistica da una teoria elegante che poteva essere risolta esattamente solo per l'atomo di idrogeno in un software funzionante applicabile a quasi tutto. Nel 1998 il Comitato per il Nobel gli ha assegnato metà del premio per la chimica — per un insieme di lavori che egli ha sostenuto, fino alla fine, essere in realtà matematica.

Da Somerset a Trinity

Pople nacque il 31 ottobre 1925 a Burnham-on-Sea, nel Somerset. Frequentò la Bristol Grammar School e nel 1943 vinse una borsa di studio per il Trinity College di Cambridge, conseguendo la laurea di primo livello (BA) nel 1946. La guerra interruppe il suo lineare percorso accademico: tra il 1945 e il 1947 lavorò presso la Bristol Aeroplane Company. Tornò a Cambridge e completò un dottorato in matematica nel 1951 sotto la guida di John Lennard-Jones, scrivendo sugli elettroni di doppietto solitario — quegli elettroni di valenza che si trovano non condivisi su un atomo e determinano silenziosamente gran parte della forma e della reattività di una molecola.

Il suo lavoro di dottorato produsse anche un trattamento statistico-meccanico dell'acqua che, secondo valutazioni successive, rimase "lo standard per molti anni". Fu un precoce segnale caratteristico: Pople sceglieva problemi in cui una struttura matematica poteva essere imposta a una complessa realtà chimica.

Cambridge, il NPL e il trasferimento a ovest

Al suo dottorato seguì una borsa di ricerca presso il Trinity e dal 1954 tenne lezioni nella facoltà di matematica di Cambridge. Nel 1958 si trasferì a Londra per dirigere la divisione di fisica fondamentale del National Physical Laboratory. L'anno successivo fu coautore, insieme a W. G. Schneider e H. J. Bernstein, di High Resolution Nuclear Magnetic Resonance — un manuale pubblicato esattamente mentre la RMN stava diventando lo strumento che avrebbe definito la chimica strutturale moderna.

Poi arrivò la svolta decisiva. Un anno sabbatico nel 1961-1962 presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh lo persuase di dove risiedesse il futuro del lavoro computazionale, e nel 1964 vi si trasferì stabilmente. Rimase negli Stati Uniti per il resto della sua vita pur mantenendo la cittadinanza britannica. Nel 1993 si trasferì di nuovo, alla Northwestern University, come Trustees Professor of Chemistry, una carica che mantenne fino alla morte.

Rendere le molecole computabili

La meccanica quantistica in linea di principio descrive ogni legame chimico. In pratica le equazioni diventano insolubili nel momento in cui una molecola contiene più di un paio di elettroni. L'opera della vita di Pople fu la costruzione sistematica di approssimazioni — semplificazioni difendibili e verificabili che resero trattabile ciò che era intrattabile.

Sviluppò il metodo Pariser-Parr-Pople per i sistemi di elettroni pi, gli elettroni delocalizzati che governano il comportamento delle molecole aromatiche e coniugate. Si spinse poi nelle tre dimensioni con il CNDO nel 1965 e con le successive approssimazioni INDO, ciascuna delle quali scambiava una quantità misurata di rigore con un enorme guadagno in termini di ciò che poteva essere effettivamente calcolato.

Il suo passo più importante fu verso i metodi ab initio — calcoli basati sui primi principi piuttosto che adattati all'esperimento. Lavorando con orbitali di tipo Slater e poi gaussiani, divenne la forza trainante della suite di programmi Gaussian, coautore di Gaussian 70, la prima versione. Gaussian fece qualcosa che nessun singolo articolo poteva fare: mise la chimica quantistica nelle mani di chimici che non erano teorici quantistici. Accanto a ciò introdusse il concetto di "chimica dei modelli" — l'insistenza sul fatto che un metodo computazionale fosse definito con precisione sufficiente per essere verificato sistematicamente contro la realtà piuttosto che messo a punto caso per caso. Il suo gruppo produsse in seguito i metodi composti Gaussian-1 e Gaussian-2, che univano diversi calcoli per raggiungere precisioni vicine alla misurazione sperimentale.

La rottura con Gaussian

Il software che portava il suo nome produsse anche l'episodio più spiacevole della sua carriera. Pople si separò da Gaussian nel 1991 e, in seguito, a scienziati di primo piano — tra cui lo stesso Pople — fu vietato di usare il programma. La vicenda generò notevoli polemiche all'interno della comunità della chimica quantistica, un campo abbastanza piccolo da far avvertire ovunque un simile scisma. La risposta di Pople fu costruire un rivale: dopo aver lasciato, sviluppò il programma di chimica computazionale Q-Chem.

Onorificenze

I riconoscimenti iniziarono presto con il Premio Mayhew nel 1948 e durarono per tutta la sua carriera: membro della Royal Society nel 1961, l'Irving Langmuir Award nel 1970, la Medaglia Davy nel 1988, il Premio Wolf per la chimica nel 1992. Nel 1998 arrivò il Premio Nobel per la chimica, condiviso con Walter Kohn, per i metodi computazionali nella chimica quantistica — un riconoscimento insolito in quanto premiava non una scoperta sulla natura, ma un modo di interrogarla. Seguirono la Medaglia Copley nel 2002 e la nomina a cavaliere, come Knight Commander dell'Ordine dell'Impero Britannico, nel 2003.

L'uomo privato

Pople sposò Joy Bowers nel 1952; lei morì di cancro nel 2002. Si identificava come cristiano. Sostenne inoltre per tutta la vita di essere più un matematico che un chimico — un'autovalutazione che i chimici teorici hanno cortesemente rifiutato di accettare, considerandolo invece tra le figure più importanti prodotte dal loro campo.

Morte e posterità

Morì di cancro al fegato a Chicago il 15 marzo 2004, lasciando la figlia Hilary e i figli Adrian, Mark e Andrew. Nel 2009 la sua famiglia donò la sua medaglia Nobel alla Carnegie Mellon University, dove era stato svolto il lavoro cruciale. La Bristol Grammar School intitolò a suo nome un'aula informatica e una borsa di studio; il Pittsburgh Supercomputing Center intitolò un supercomputer in suo onore — il che è, per un uomo che ha insegnato alle macchine a fare chimica, il monumento esattamente appropriato.