Richard Ernst: Il costruttore di strumenti della chimica moderna

Da qualche parte sopra l'Atlantico nell'ottobre 1991, un chimico svizzero fu invitato nella cabina di pilotaggio di un aereo di linea e ricevette un messaggio radio: aveva vinto il Premio Nobel per la Chimica. Fu una consegna stranamente appropriata per Richard Ernst, un uomo la cui intera carriera consistette nel costruire gli strumenti attraverso i quali altre persone avrebbero visto. Non ha mai preteso nulla di più per se stesso. Si descriveva, in modo disarmante, come un "costruttore di strumenti" piuttosto che come uno scienziato — il che sottovalutava di gran lunga ciò che i suoi strumenti rendevano possibile.

Un'infanzia a Winterthur e i prodotti chimici di uno zio

Ernst è nato il 14 agosto 1933 a Winterthur, in Svizzera, da Robert Ernst e Irma Ernst-Brunner. È cresciuto in una casa che suo nonno, un commerciante, aveva costruito nel 1898 — il tipo di solida continuità svizzera che tende a produrre conformisti o persone che fanno tranquillamente qualcosa di strano in soffitta. Ernst fece quest'ultimo. A tredici anni scoprì una collezione di chimica lasciata da uno zio defunto e iniziò a lavorarci con più entusiasmo che cautela, producendo esplosioni che allarmarono i suoi genitori.

L'altra passione arrivò prima e non se ne andò mai. Suonava il violoncello e per un certo periodo prese in considerazione la composizione come carriera. I due interessi erano meno opposti di quanto sembrino: entrambi sono esercizi di risoluzione di segnali complessi sovrapposti in qualcosa che l'orecchio o l'occhio possono leggere, e Ernst avrebbe trascorso la sua vita professionale a fare esattamente questo con le frequenze emesse dai nuclei atomici.

ETH Zurigo

Ha conseguito il diploma in chimica presso l'ETH di Zurigo nel 1957, qualificandosi come Diplomierter Ingenieur Chemiker, ed è rimasto per un dottorato in chimica fisica, completato nel 1962. La tesi riguardava la risonanza magnetica nucleare — il fenomeno per cui i nuclei atomici posti in un campo magnetico assorbono e riemettono onde radio a frequenze che tradiscono il loro ambiente chimico. In linea di principio, la RMN poteva rivelare la struttura di qualsiasi molecola. In pratica, nel 1962, era dolorosamente insensibile: i campioni dovevano essere grandi, le misurazioni lente e qualsiasi cosa diluita o complicata — vale a dire, qualsiasi cosa biologica — era fuori portata.

Varian Associates e la trasformata di Fourier

Nel 1963 Ernst entrò alla Varian Associates in California come scienziato, e lì produsse l'innovazione che cambiò il campo. La RMN convenzionale scansionava lentamente le frequenze una alla volta. L'approccio di Ernst consisteva nel colpire il campione con un breve impulso che eccitava tutte le frequenze contemporaneamente, quindi utilizzare la trasformazione di Fourier per districare il groviglio risultante di segnali sovrapposti in uno spettro. Il guadagno in sensibilità fu enorme. Esperimenti che erano stati impossibili divennero di routine; molecole che erano state invisibili perché presenti solo in tracce divennero leggibili. Alla Varian sviluppò anche tecniche di disaccoppiamento del rumore, un altro mezzo per pulire spettri affollati.

La RMN a trasformata di Fourier è il motivo per cui la chimica oggi può determinare la struttura di un composto sconosciuto in un pomeriggio anziché in una stagione, ed è l'antenato diretto della risonanza magnetica, la tecnologia che ha trasformato la stessa fisica in un modo di guardare all'interno di un corpo umano vivo senza aprirlo.

La seconda dimensione

Ernst tornò all'ETH di Zurigo nel 1968 come docente, divenne professore assistente nel 1970, professore associato nel 1972 e, nel 1976, professore ordinario di chimica fisica. Diresse il Laboratorio di Chimica Fisica e lì sviluppò il secondo grande progresso della sua carriera: la RMN bidimensionale, insieme a una suite di nuove tecniche di impulso.

Se la RMN a trasformata di Fourier rendeva gli spettri più veloci, la RMN bidimensionale li rendeva intelligibili. Distribuendo le informazioni su due assi di frequenza, i metodi di Ernst districarono spettri che erano disperatamente congestionati in una dimensione e, soprattutto, rivelarono quali nuclei erano accoppiati a quali — cioè, quali atomi sedevano vicino a quali. Questa è informazione strutturale. È ciò che ha permesso alla RMN di passare dalle piccole molecole alle proteine e agli acidi nucleici, ed è il motivo per cui la biologia strutturale oggi ha due grandi metodi invece di uno.

Il Premio Nobel e gli onori che seguirono

Il Premio Nobel per la Chimica del 1991 fu assegnato al solo Ernst, "per i suoi contributi allo sviluppo della metodologia della spettroscopia a risonanza magnetica nucleare (RMN) ad alta risoluzione" — una citazione insolitamente semplice per un corpo di lavoro insolitamente consequenziale.

Il resto arrivò in sequenza: il Premio Marcel Benoist nel 1985, la John Gamble Kirkwood Medal nel 1989, e nell'anno del Nobel stesso sia il Premio Wolf per la Chimica che il Premio Louisa Gross Horwitz. Ha ricevuto la Medaglia Tadeus Reichstein nel 2000 e l'Ordine della Stella di Romania nel 2004, ed è stato eletto membro straniero della Royal Society nel 1993. Ha detenuto dottorati onorari da sei istituzioni e apparteneva alla US National Academy of Sciences, alla German National Academy of Sciences Leopoldina, alla Russian Academy of Sciences, alla Korean Academy of Science and Technology, alla Bangladesh Academy of Sciences e, dal 2002, all'Estonian Academy of Sciences come membro straniero.

Rotoli tibetani e pensionamento

Ernst andò in pensione nel 1998, ma l'abitudine del costruttore di strumenti non lo abbandonò. Era un serio collezionista di arte dei rotoli tibetani e, invece di ammirarla passivamente, puntò i suoi strumenti su di essa, analizzando i pigmenti per determinare da dove provenissero le vernici e quanti anni avessero i rotoli. La musica e l'arte rimasero il contrappeso al laboratorio per tutta la vita.

Sposò Magdalena Kielholz e ebbero tre figli: Anna Magdalena, Katharina Elisabeth e Hans-Martin Walter.

Winterthur, 2021

Richard Ernst è morto il 4 giugno 2021 a Winterthur, la città in cui è nato, all'età di ottantasette anni. I suoi strumenti gli sono sopravvissuti in ogni dipartimento di chimica e in ogni suite di radiologia ospedaliera sulla terra — un'eredità piuttosto grande per un uomo che insisteva sul fatto di aver solo costruito gli strumenti.