Rutherford: de cosechar papas a descubrir el núcleo atómico

Ernest Rutherford en su laboratorio en la Universidad de Manchester

Historia de la ciencia

Hace ciento un años, en 1911, Ernest Rutherford en Manchester daba un gran paso para entender cómo son los átomos por dentro. Había recorrido un largo camino entre su nacimiento en Nueva Zelanda en 1871 como uno de los once hijos de un modesto granjero. Su carrera lo había llevado a Cambridge y luego a Montreal en Canadá, con un breve desvío a Suecia para recoger el premio Nobel de química de 1908.

En Nueva Zelanda, colonizada unas décadas antes de que naciera Ernest, los pocos colonos ingleses fundaron buenas escuelas y universidades. El joven Ernest se recibió allí con honores y en 1895 partió a Cambridge, Inglaterra, con una beca. Había dos candidatos pero el ganador decidió no viajar, quedando la oportunidad para Rutherford. La leyenda dice que estaba cosechando papas cuando le dieron la noticia. Miró una papa y dijo: “Ésta es la última papa que desentierro”.

En Cambridge Rutherford trabajó con James John Thompson, el mejor físico inglés del momento. En 1895 y 1896, los años de Rutherford en Cambridge, hubo dos hechos científicos revolucionarios. En 1895 en Alemania Roentgen descubrió los rayos X, un fenómeno espectacular que permite ver dentro del cuerpo vivo, todavía indispensable en la medicina de un siglo más tarde. El año siguiente en París, Becquerel descubrió la radiactividad del uranio. J. J. Thompson se volcó a ambos temas y Rutherford lo acompañó.

Pero al cabo de dos años el joven y prometedor investigador partió hacia Montreal en Canadá. Le habían ofrecido puesto de profesor en un laboratorio muy bien instalado y el cargo le daba independencia científica, a la vez que un salario modesto pero suficiente para casarse con su novia neozelandesa.

Rutherford dejó los rayos X, el tema de moda, y se dedicó a la radiactividad, mucho menos popular. Encontró que había dos tipos de radiaciones que llamó alfa y beta. También descubrió, junto con el químico Frederick Soddy, que al emitir radiación el torio y el uranio se transforman en otros elementos, que a su vez trasmutan a otros. La transmutación fue buscada por los alquimistas medievales en vano y los químicos modernos creían que era imposible. Lo de Rutherford y Soddy no era lo que deseaban los alquimistas, que querían cambiar plomo en oro. Descubrieron en cambio que el uranio se convertía en torio, radio, etc. hasta decaer en plomo. Poco útil pero muy interesante para químicos como para físicos y esto catapultó a Rutherford al Nobel de química de 1908.

Para entonces, la radiactividad había dejado de ser la cenicienta de la ciencia, gracias sobre todo al trabajo de Marie y Pierre Curie en París y de Rutherford en Montreal. Por eso la Universidad de Manchester le ofreció un puesto de profesor. Pronto Rutherford con su personalidad expansiva y liderazgo atrajo estudiantes notables a su laboratorio.

En Manchester apareció un resultado inesperado. Un visitante alemán, Hans Geiger y un estudiante neozelandés Ernest Marsden, estaban bombardeando una fina lámina de oro con partículas alfa. Observaron que cada tanto una partícula entre miles se desviaba mucho, en algunos casos hasta rebotaba hacia atrás. Esto le resultó extraño a Rutherford, que pensó meses sobre el dilema y finalmente encontró una solución.

Rutherford estaba sorprendido porque se creía que los átomos tenían una carga positiva difusa en la que se embebían cargas negativas livianas, los electrones. La idea era de su antiguo profesor, J. J. Thompson, descubridor del electrón. Los electrones eran livianos y las partículas alfa eran cuatro mil veces más pesadas y se movían a gran velocidad. Era como si un toro embistiera una nube de mosquitos, los electrones, y un charco de agua, la carga positiva difusa. Difícil pensar que pudiera desviarse mucho de su camino. Rutherford supuso en cambio que la carga positiva del oro y su masa, estaban todas juntas en un punto, como si hubiera un poste delgado donde se concentraba toda la masa del átomo de oro, cincuenta veces más pesado que la partícula alfa. La mayoría de los toros pasarían al costado del poste, pero algunos pocos chocaban y rebotaban violentamente. Rutherford calculó cuantas partículas alfa debían desviarse según su modelo, e hizo que Geiger y Mardsen repitieran su experimento. El resultado confirmó el cálculo totalmente. Y así se descubrió el núcleo atómico, el lugar donde se concentra casi toda la masa y la carga positiva de los átomos.

Había muchos problemas con este modelo, que suponía un núcleo y electrones circulando alrededor, como un sistema solar en miniatura. Porque según la física conocida, un sistema así debería ser inestable. Pero el profesor tuvo la suerte de atraer a Manchester a un posdoctorado, el danés Niels Bohr. Bohr hizo un cálculo usando postulados de la incipiente física cuántica y con eso el átomo resultaba estable. No desaparecían todos los problemas, pero sus ideas fueron suficientemente buenas como para que Bohr mereciera el Nobel de física de 1922.

Rutherford terminó su carrera en Cambridge, como sucesor de J. J. Thompson. Hizo nuevos descubrimientos importantes, pero nunca pensó que su amada física nuclear sirviera para otra cosa que para aprender más sobre la naturaleza. Otros especularon con la enorme energía asociada a la radiactividad y su uso por el hombre. Rutherford decía que esa charla era “moonshine”, literalmente en inglés “luz de luna” y en sentido figurado, espejismo.

A Rutherford le tranquilizaba saber que no se podía usar esa enorme fuerza ni para bien ni para mal. Fue así, hasta que se descubrió la fisión nuclear en el uranio. Este hallazgo sorprendente e inesperado fue la llave que permitió no solo la utilización pacífica de la energía del núcleo, sino las bombas nucleares. Tal vez fue afortunado en el fondo que Ernest Rutherford muriera en 1938, unos meses antes del descubrimiento, con lo que nunca llegó a imaginar siquiera la posibilidad de Hiroshima y Nagasaki.

(*) Doctor en Física, Bariloche

javier luzuriaga (*)