De padres a hijos

Ernest Rutherford
#RelatosRadiactivos

Os traemos el séptimo de los #RelatosRadiactivos de #NuclearEspaña, una forma diferente de aproximarse a la ciencia y tecnología nuclear, por @gon_nuclear. Hoy nos adentraremos en los misterios de los rayos alfa de la mano de Ernest Rutherford.

Los malditos rayos alfa, siempre por en medio y siempre tan misteriosos —murmuró Ernest Rutherford— ¿cómo puede haber una radiación que no se desvíe con un campo magnético pero que se frene con una hoja de papel?

En aquellos momentos, Rutherford ya tenía claro y así lo había hecho saber a la comunidad científica que tanto el uranio como el torio emitían varios tipos de radiación. Por una parte, los rayos beta, que gracias al descubrimiento de J.J. Thomson se había determinado que eran electrones a gran velocidad. Por otra, los rayos gamma, que se sospechaba que eran rayos X con propiedades todavía más penetrantes. Pero los rayos alfa tenían propiedades demasiado incoherentes, no había forma de entenderlos. Como si esto fuera poco, junto con Frederick Soddy químico de profesión acababa de descubrir que más de la mitad de la radiación de las muestras de torio que manejaban se debía a un material químicamente distinto (torio X) cuya actividad radiactiva decaía muy rápidamente. Como gota que colma el vaso, estaba el tema de las emanaciones radiactivas que acompañaban a las radiaciones anteriores.

Frederick Soddy entró en el laboratorio y cruzó rápidamente la sala hasta llegar a él.

—Ernest, ha llegado la muestra de radio de los Curie, podemos empezar a rehacer los experimentos sobre los rayos alfa.

El ánimo de Ernest mudó rápidamente y una sonrisa apareció en su cara. Con una fuente tan potente de rayos alfa, las cosas cambiaban. Con la ilusión de un niño ante un nuevo juguete, los científicos comenzaron las pruebas experimentales. La tensión empezó a crecer por momentos.

—¡Los rayos alfa se desvían en el sentido opuesto a los rayos beta, Fred! —gritó entusiasmado Ernest— ¡eso significa que tienen carga positiva y, por tanto, masa!

El silencio se adueñó del laboratorio. Ernest y Frederick se miraron.

—Ernie, ya sabes lo que significa eso, lo hemos hablado muchas veces: si los rayos alfa son partículas y tienen masa a la fuerza tienen que provocar cambios en los átomos, por mucho que nos duela, no queda otra. Ahora, ¿qué cambios y en qué átomos en concreto? Por ejemplo, en nuestras muestras tenemos el siempre radiactivo torio, el más radiactivo aún pero también más inestable torio X y las emanaciones radiactivas de ese gas noble tan raro.

—Es un puzle endiablado, Fred— murmuró Rutherford.

Después de una pausa interminable, Ernest arrancó a hablar otra vez.

—Fred, creo que ya lo tengo: al emitir rayos alfa los elementos radiactivos se transmutan en otros elementos radiactivos, por eso tenemos elementos químicos diferentes en la muestra.

—¿Qué quieres decir, Ernie?

—Pues que el torio se transmuta en torio X al emitir radiación alfa y el torio X en una emanación. Es una relación de padres a hijos. Son familias radiactivas.

Ernest Rutherford. Ref: Wikipedia Commons

Ernest Rutherford nació en Nueva Zelanda en 1871, colonia inglesa por aquel entonces. Fue un excelente estudiante, lo que le permitió conseguir la única beca que había para ampliar estudios en Inglaterra. Dice la leyenda que el anuncio de la concesión de la beca le pilló cavando patatas en la granja familiar y él exclamó al enterarse «¡esta es la última patata que cavo!». En 1895, después de un largo viaje de dos meses a Inglaterra, se puso a las órdenes de J.J. Thomson en el Laboratorio Cavendish de Cambridge. Sus primeros trabajos de investigación se centraron en la propagación de ondas electromagnéticas, hasta que el descubrimiento de los rayos X impactó profundamente a los laboratorios europeos. A los tres años de investigación en Cambridge, le ofrecieron un puesto en la Universidad McGill en Montreal (Canadá), cubriendo la cátedra McDonald, creada por un millonario comerciante de tabaco escocés.

Una vez en McGill decidió dedicarse a fondo a la investigación en los elementos radiactivos. Las teorías de la radiactividad estaban en ebullición en aquellos últimos años del siglo XIX y principios del XX. Los investigadores no dejaban de publicar resultados sorprendentes e incoherentes entre sí. En primer lugar, el propio Rutherford descubrió al poco de su llegada a McGill que la radiación del uranio era más compleja de lo que se pensaba y estaba compuesta por rayos alfa y rayos beta. Dos años después, Paul Villard descubrió la radiación gamma, que se pensaba en un principio que eran rayos X. También en Francia, Bequerel había conseguido aislar un material denominado uranio X que era responsable de buena parte de la radiactividad de las muestras de sales de uranio, pero químicamente diferente al uranio. Por otra parte, los Curie se habían encontrado emanaciones radiactivas procedentes del radio que parecían ser gaseosas o compuestas de partículas muy pequeñas que se movían con el aire y contaminaban radiactivamente lo que estaba a su alcance.

El comienzo de la colaboración con el químico de Oxford, Frederick Soddy, en 1901, supuso un soplo de aire fresco a los métodos para abordar la materia. En pocos meses, consiguieron reproducir los resultados de Bequerel en el uranio para el torio, aislando el torio X. Juntos, pudieron demostrar que las emanaciones se trataban ni más ni menos que de un nuevo gas noble que también era radiactivo (posteriormente se llamó radón). Consiguieron también entender la variación de emisión de radiactividad con el tiempo y cuantificarla.

La última pieza del puzle de la radiactividad estaba en los misteriosos rayos alfa, que parecían partículas muy masivas (se frenaban con una simple hoja de papel) pero que no se desviaban ante campos magnéticos lo suficiente para ser detectadas. Con la muestra de los Curie, en McGill consiguieron detectar una desviación que confirmaba la carga positiva de los rayos alfa y por tanto demostraba su naturaleza corpuscular: tenían masa y no eran meramente ondas, como los rayos X. Siendo partículas tan masivas y con carga a la fuerza tenían que provocar cambios en los átomos y ese fue uno de los acicates que llevaron a Rutherford y a Soddy a proponer la teoría de la desintegración radiactiva de unos elementos en otros que tanta luz arrojaría sobre los avances científicos realizados desde el descubrimiento de los rayos X en 1895. No solo era posible la transmutación de unos elementos a otros, si no que esta transmutación para los elementos radiactivos se producía de manera espontánea. Pero Rutherford no quedó contento del todo con dicha teoría y un tiempo después, ya en la Universidad de Manchester, se propuso desvelar los secretos más íntimos de la materia.

Bibliografía para saber más:

 

¡Recibe nuestra newsletter!

    Los datos facilitados por usted son tratados por Sociedad Nuclear Española conforme al Reglamento UE 2016/679 de Protección de Datos, con la finalidad de gestionar sus peticiones, responder consultas, trámite administrativo, estadístico y el envío de comunicaciones de SNE, sobre su actividad, eventos, etc. No está prevista la cesión de datos (salvo precepto legal) ni transferencias internacionales de datos; y a través de la Política de Privacidad dispone de todos los derechos que le asisten en materia de privacidad.