viernes, 26 de junio de 2015

ERNEST RUTHERFORD


Nobel Química-1908




        El padre de Rutherford era carretero y granjero y Rutherford trabajaba con él en la granja. Demostró ser una gran promesa en el colegio y de adolescente ganó una beca para la Universidad de Nueva Zelanda, donde acabó en el cuarto puesto. (La curiosidad hace que nos preguntemos que pasaría con los tres que quedaron delante de él.) En la universidad se interesó por la física, desarrollando un detector magnético de ondas de radio. Estaba absolutamente desinteresado por las aplicaciones prácticas de sus descubrimientos, negándose incluso a declarar como testigo experto ante los tribunales en cierto caso relacionado con transmisiones de radio (esto le hubiera apartado y distraído de sus estudios y experimentos).
         En 1895 fue cuando llegó el momento clave de su vida, puesto que recibió una beca para la Universidad de Cambridge. Esto fue incluso mucho más que un golpe de suerte (para Rutherford y para el mundo entero), puesto que quedó solo en segundo lugar. Solo había una beca y el que obtuvo el primer puesto rechazó la beca por razones familiares. Además Cambridge acababa de instaurar una regla por la que empezaba a permitir el ingreso de estudiantes de otras universidades. Rutherford fue el primero en entrar bajo el nuevo reglamento académico. Se dice que recibió la noticia mientras cavaba patatas en la granja de su padre.
         En Cambridge trabajó con J.J. Thomson. Después de un corto periodo en la Universidad McGill en Montreal, Canadá, y de un viaje a Nueva Zelanda para casarse, volvió otra vez a Inglaterra.
         Pisándole los talones a Becquerel, Rutherford empezó a trabajar en el atrayente y nuevo campo de la radiactividad. Era uno de aquellos que, al igual que los Curie, había decidido que los rayos emitidos por las sustancias radiactivas eran rayos de clases diferentes. A los positivamente cargados los llamó rayos alfa y a los negativamente cargados rayos beta. Estos nombres se utilizan hoy todavía, con la excepción que a ambos se les conoce ahora como consistentes en partículas aceleradas, de modo que normalmente se habla de partículas alfa y partículas beta.
         Cuando en 1900 se descubrió que algunas de las radiaciones no eran afectadas por un campo magnético, Rutherford fue capaz de demostrar que eran ondas electromagnéticas y las llamó rayos gamma.
         En colaboración con Soddy en 1902 y posteriormente, Rutherford siguió el camino comenzado por Crookes, que había encontrado que el uranio formaba una sustancia diferente al emitir radiación. Sometiendo al uranio y al torio a manipulaciones químicas y siguiendo el curso de la radiactividad, Rutherford y Soddy demostraron que el uranio y el torio se descomponían en el curso de los procesos radiactivos en una serie de elementos intermedios. Boltwood estaba demostrando este mismo problema, a la vez, en Estados Unidos. Soddy llevaría su trabajo más adelante y llegaría a la noción de isótopo.
         Cada elemento intermedio diferente se descomponía de manera particular de modo que la mitad de cierta cantidad desaparecería en un periodo de tiempo fijo. Rutherford denominó a este tiempo fijo, vida media.
         Entre 1906 y 1909 Rutherford, junto con su colaborador Geiger, estudió intensivamente las partículas alfa y demostró de una manera bastante concluyente que la partícula individual era un átomo de helio sin electrones. Las partículas alfa eran como los rayos de carga positiva que habían sido descubiertos por Goldstein, y en 1914 Rutherford sugirió que los rayos de carga positiva más simples deberían ser aquellos obtenidos a partir del átomo de hidrógeno y que deberían ser las partículas, con carga positiva, fundamentales. Las llamó “protones”.
         A partir de entonces y durante de cerca de veinte años se creería que todos los átomos estaban formados por protones y electrones en igual número, hasta que Heisenberg modificó el concepto, sugiriendo el que sostenemos hoy en día. La carga eléctrica en un protón es positiva y en un electrón negativa, siendo las dos exactamente iguales en magnitud, de modo que eléctricamente hablando se neutralizan mutuamente. Sin embargo, la masa del protón es unas 1836 veces la masa del electrón.
         El interés de Rutherford por las partículas alfa le llevó a algo todavía más importante. En 1906, estando todavía en McGill, Montreal, empezó a estudiar cómo las partículas alfa eran dispersadas por delgadas láminas de metal. Continuó estos experimentos y en 1908, cuando había vuelto ya a Inglaterra y estaba trabajando en la Universidad de Manchester, “bombardeó”  una lámina de pan de oro de solo unas pocas milésimas de pulgada de espesor con partículas alfa. La mayor parte de las partículas alfa pasaron a través de la lámina, sin ser afectadas ni desviadas, grabándose en la placa fotográfica situada detrás. Sin embargo, había algunas muestras fotográficas que mostraban dispersiones incluso en ángulos muy grandes.
         Puesto que la lámina de pan de oro tenía unos dos mil átomos de grosor, y las partículas alfa pasaban a través de ella en su mayor parte, y sin ser desviadas, parecía que los átomos debían estar constituidos en su mayor parte de espacio vacío. Puesto que algunas partículas alfa eran desviadas fuertemente, incluso con desviaciones en ángulo recto y aún mayores, significaba que en alguna parte del átomo había una región donde se concentraba la masa positivamente cargada, capaz de repeler a las partículas alfa también positivamente cargadas (puesto que cargas del mismo signo se repelen). A partir de estos experimentos Rutherford elaboró su teoría sobre el átomo nuclear. Mantuvo que el átomo contenía un núcleo diminuto en su centro que estaba positivamente cargado y que contenía todos los protones de dicho átomo y por tanto su masa. En las regiones periféricas del átomo estarían los electrones cargados negativamente, muy ligeros, y que no se interpondrían como barrera detectable al paso de las partículas alfa.
         Esta noción del átomo, de manera básica, es la que se acepta hoy y la que reemplazó al concepto de las esferas lisas e indivisibles de Demócrito que dominaron el pensamiento atomístico durante veintitrés siglos.
         Por el desarrollo de la teoría de la desintegración radiactiva de los elementos, por determinar la naturaleza de las partículas alfa y por concebir el átomo nuclear, Rutherford fue agraciado con el premio Nobel de química de 1908. Fue también condecorado en 1914. No obstante, todavía quedaban por delante grandes realizaciones.
         Rutherford utilizó un contador de partículas para medir la cantidad de radiactividad producida. Contando los destellos en la pantalla de sulfuro de cinc (un destello para cada partícula subatómica que producía una colisión) él y Geiger llegaron a la conclusión de que un gramo de radio producía treinta y siete billones de partículas por segundo. A una sustancia que produzca este número de desintegraciones  es ahora llamado un curie de dicha sustancia, en honor a los Curie. Esto supone una gran cantidad de radiactividad, y suele ser más corriente trabajar con sustancias de unos seis órdenes de magnitud menores que esto, a lo que se le llama un microcurie. Sin embargo, no se dejó en el olvido al propio Rutherford, puesto que un rutherford de radiactividad representa la cantidad de material que produce un millón de emisiones por segundo.
         (Los destellos del tipo de los usados por Rutherford en su trabajo científico se pusieron al servicio de la industria en las décadas siguientes. El sulfuro de cinc, con trazas de radio, se uso en las esferas de los relojes para crear números luminosos que se vieran por la noche. Esto funcionó bien, excepto que las mujeres que pintaban los relojes absorbían trazas de radio y desarrollaban las enfermedades relacionadas con la radiactividad de manera seria y lentamente letal. La aplicación práctica de la radiactividad se suspendió y los peligros de ésta se pusieron de manifiesto claramente.)
         En 1917 Rutherford se puso a trabajar activamente en las medidas cuantitativas de la radiactividad. Permitió a partículas alfa producidas por una pequeña cantidad de material radiactivo que bombardearan a través de un cilindro dentro del cual había introducido ciertos gases. Cuando introdujo oxígeno, el número de destellos decaía puesto que el gas absorbía algunas de las partículas alfa antes de que pudieran llegar a la pantalla de sulfuro de cinc. Con hidrógeno en el cilindro se producían destellos particularmente luminosos. Esto era debido a que el núcleo del átomo de hidrógeno consiste en un solo protón que era empujado hacia delante por las partículas alfa. Cuando los protones chocaban con la pantalla se producían los destellos luminosos. Cuando se introdujo nitrógeno en el cilindro, a pesar de que los destellos producidos por las partículas alfa se redujeron en número, aparecían ocasionalmente destellos de los producidos cuando se utilizaba el hidrógeno. La única conclusión a la que se podía llegar era que las partículas alfa estaban desprendiendo protones de los núcleos de nitrógeno, de modo que los núcleos que quedaban pertenecían a átomos de oxígeno.
         Por tanto, Rutherford fue el primer hombre capaz de transformar un elemento en otro como resultado de las manipulaciones artificialmente inducidas en ellos. Había logrado el sueño de los alquimistas. Había también demostrado la primera <reacción nuclear> hecha por el hombre. Sin embargo, solo una partícula alfa entre trescientas mil interaccionaba con un núcleo, de modo que no era una forma de transmutación muy practica. Para el año 1924 había conseguido desprender protones de la mayoría de los elementos más ligeros.
         Rutherford aceptó un puesto de profesor de física en Cambridge en 1919 y fue presidente de la Royal Society desde 1925 a 1930. Recibió el título de barón de Rutherford de Nelson (por su ciudad natal) en 1931.
         Después de 1933 se convirtió en un antinazi furibundo, cooperando activamente en ayudar a los científicos judíos a escapar de Alemania. Sin embargo, puso el veto a Haber, Rutherfor pensaba que los trabajos de Haber sobre los gases aplicados a asuntos bélicos le colocaban fuera del gremio.
         Hacia el final de su vida expresó que tenía bastantes dudas en cuanto a la vasta energía del núcleo atómico, como había puesto de manifiesto la radiactividad, en cuanto a que pudiera ser controlada alguna vez por el hombre. En cuanto a esto Rutherford era enormemente conservador (igual que, pese a su amistad con Einstein, con respecto a su poca disposición a aceptar la teoría de la relatividad). Murió dos años antes de que Hahn descubriera la fisión del uranio, de modo que no pudo ser consciente de lo equivocado que estaba.


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