-RUTHERFORD-
-EL NÚCLEO ATÓMICO-
Como hemos podido leer en el libro, J.J. Thomson fue profesor de Rutherford, que a su vez fue profesor de Hans Geiger. Esto es muy importante, porque, como decía Newton, para llegar lejos hay que caminar a hombros de gigantes, y ¿que mejor manera de poner esto en práctica que siendo el discípulo de uno? Uno de los ejemplos más claros de esta costumbre es el de Socrates, Platón y Aristóteles. Socrates fue mentor de Platón y este, de Aristóteles. De hecho, podemos apreciar similitudes ideológicas en los primeros escritos de cada pensador, lo que nos confirma la relación entre los tres.
Como ya sabemos, Rutherford era un tipo peculiar, eso sí, siempre mantuvo su respeto por la física. En una ocasión se aventuró a decir que “toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos”. Con esto, dio a entender al mundo que para él, la única rama de la ciencia con un sentido práctico y que servía para algo más que para ‘coleccionar’ fórmulas y conocimientos era la física, debido a sus múltiples aplicaciones y utilidades. Sin embargo, imaginemos por un momento su sorpresa al recibir el Premio Nobel de química y no de física. Según los archivos, le fue otorgado el premio debido a sus investigaciones acerca de la descomposición de los elementos y de la radioactividad de las sustancias. Durante su discurso de ganador pronunció de nuevo unas polémicas palabras: “He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico"
“Nikola Tesla, el hombre que inventó el siglo XX”
Nikola Tesla, nacido en la actual croacia, es uno de los mayores y sin embargo menos reconocidos inventores del mundo. De joven era un apasionado de las matemáticas y de las ciencias lo que le llevó a estudiar ingeniería mecánica y eléctrica en Austria, donde terminó trabajando para una compañía telefónica europea en la que conoció a uno de los socios europeos de Thomas Alba Edison.
El gran cambio de simple trabajador a físico e investigador llega cuando Tesla recibe una carta de recomendación de uno del socio europeo de Edison. Fue entonces cuando partió hacia EE.UU. para unirse al científico que más había descubierto sobre la electricidad hasta el momento. Los años con Edison se los pasó mejorando sus generadores de corriente continua y obteniendo alguna que otra patente lucrativa que por supuesto fue finalmente atribuida a su maestro.
Al ver que esa relación no le favorecía demasiado, Tesla se hizo socio de otro magnate americano capaz de financiar sus investigaciones sobre cómo transportar el impulso eléctrico a larga distancia. No obstante tampoco le debió de ir bien finalmente ya que llegó un momento en el que se hizo independiente.
Durante su madurez llevó a cabo la mayor parte de todos sus descubrimientos:
- Radio
- Corriente alterna
- Generador de rayos X
- Bobina de Tesla
Dos de los cuales tuvieron fuertes polémicas
“La guerra de las corrientes”
Después de haber trabajado para Edison mejorando sus generadores de corriente continua, Tesla descubre las ventajas de una corriente nueva, la corriente alterna.
Ambos científicos se enzarzaron en una disputa mediática sobre cuál de las dos corrientes era las más práctica y útil.
El argumento principal de Tesla dejaba claro los beneficios de su corriente alterna, la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corrientes, lo que implica bajas pérdidas de energía. Esto viene a significar que el voltaje puede ser adaptado dependiendo de la necesidad.
Por otro lado Edison, al sentirse humillado por la amenaza de sus intereses en su propio campo, hacía todo lo posible por tachar la idea de la corriente alterna de inservible. Su objetivo era hacer pensar a la gente que se trataba de un tipo de corriente peligrosa, para ello realizó una serie de demostraciones en las que animales tan grandes como elefante eran electrocutados por este tipo de corriente.
Finalmente se terminó por aceptar la idea de Tesla cuando el joven científico consiguió instalar un generador de ese tipo en la Cataratas del Niágara.
“Disputa con Marconi”
Llegado el siglo XX el inventor de la radio Marconi gana un premio Nobel habiendo hecho uso de 17 patentes de Tesla para conseguirlo. Aunque Marconi había realizado la invención en sí, toda la base teórica sobre la que se apoya el funcionamiento del aparato pertenecía a Tesla. Pasaron los años y ya una vez había fallecido Tesla, se le reconoció la prioridad sobre la patente.
A finales del siglo XIX principios del XX, se empiezan a hacer grandes descubrimientos en la ciencia. Todos estos fenómenos físicos, estudiados hace relativamente poco, serán verdaderamente importantes para el desarrollo de nuestra historia.
Hacía tiempo que ya se habían descubierto ciertos minerales con cualidades luminiscentes. Estas podían ser de dos tipos fosforescentes y fluorescentes.
Las primeras se caracterizan por la presencia de fósforo en su composición y por una luminiscencia verdosa que persiste tras dejar de iluminar el mineral. Las segundas presentan flúor en su composición y en este caso su iluminación es más bien azulada y no se mantiene tras dejarse de iluminar.
Experimentando con rayos catódicos, el científico alemán Roentgen, descubrió un tipo de rayo cuya radiación surgida de un ánodo era capaz de producir fluorescencias y de atravesar diversos espesores de cuerpos opacos. Estos rayos fueron llamados rayos X precisamente por no saber con certeza cuál era su composición.
Finalmente, relacionando concepto entre fosforescencias y rayos X, un científico francés llamado Becquerel, llegó al hallazgo de la radioactividad. En un primer momento no le dio mucha importancia a su descubrimiento, ni siquiera fue capaz de encontrarle una utilidad apropiada. Esto se debió en gran parte a que no terminó de aclarar el propio concepto de radiactividad. Becquerel comprobó que determinados elementos como el uranio emitían rayos semejantes a los rayos X o a las fosforescencias, capaces revelar una fotografía o hacer una radiografía, sin embargo no profundizó en el tema.
Fue entonces cuando el matrimonio Curie y Rutherford aclararon conceptos, la radiactividad no consistía en otra cosa más que la desintegración espontánea de ciertos átomos pesados. Existen tres tipos de emisiones según su composición y su energía:
- Alfa: Átomos de helio poco penetrantes y poco energéticos
- Beta: Electrones con una penetración y capacidad energética media
- Gamma: Carácter electromagnético muy enérgico.
De no haber sido por esa profundización en la materia, la radiactividad habría quedado totalmente en segundo plano y lo que es más importante, no se habría llevado a cabo el verdadero espíritu científico de investigación y trabajo.
Uno de las utilidades más sorprendentes la radioactividad es cómo a partir de la ley de desintegración atómica se pueden determinar la edad de muestras antiguas. Funciona de manera que sabiendo a qué ritmo se desintegra cada elemento, es decir el ritmo al que emita su radiactividad, se pueden hacer cálculos para saber cuanto tiempo lleva emitiendo esa radiactividad y por lo tanto cuanto tiempo lleva en la tierra.
Otro método de datación es el uso del carbono-14, un isótopo del carbono que permita conocer la edad de los materiales a través de reacciones nucleares con la atmósfera. De nuevo esta técnica vuelve a tratar con la radiactividad ya que el C-14 es un isótopo inestable y radioactivo, conociendo su periodo de desintegración (5730±40 años) se puede volver a aplicar la ley de desintegración atómica.
Es lógico que si se descubre un nuevo tipo de rayo radiactivo se tenga que idear un aparato capaz de medir su intensidad o su concentración. Este instrumento es conocido con “contador Geiger” y recibe el nombre del socio alemán de Rutherford en la universidad de Manchester. Se trata de un tubo con un fino hilo metálico a lo largo de su centro en El que el espacio entre tubo e hilo está aislado y relleno de un gas sometido a un alto voltaje. Cada vez que una partícula radiactiva penetra en el tubo, el gas desprende electrones hacia el tubo metálico haciendo que el choque entre ambos se convierta en un pulso detectable.
Experimento de Rutherford
Y las siguientes imágenes reflejan la experiencia:
El modelo atómico de Rutherford, también conocido como “planetario”, es uno de los más utilizados aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en:
· Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo).
· Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo en órbitas circulares, de forma similar a como los planetas giran alrededor del Sol.
Los experimentos de Rutherford demostraron que el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño de todo el átomo: el átomo está prácticamente hueco.
Lo malo de este modelo es que se contradecía con las leyes del electromagnetismo de Maxwell, que estaban ampliamente comprobadas mediante numerosos datos experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimiento (como es el electrón) debería emitir energía continuamente en forma de radiación, con lo que llegaría un momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría; esto debería ocurrir en un tiempo muy breve.
Rutherford y sus compañeros fueron capaces de calcular el número de partículas alfa que estaban esparcidas en cualquier ángulo, basándose en el número de núcleos y su espaciamiento en la lámina de oro. Esto indicaba una nueva fuerza de interacción y fue interpretada como "golpeando" el núcleo. Este ángulo de dispersión podría ser utilizado para calcular la distancia de máxima aproximación y por lo tanto el "radio" del núcleo.
Existen cuatro tipos de interacciones fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria.
Interacción gravitatoria:
Es la más conocida de las interacciones debido a que a grandes distancias, por su efecto acumulativo con la masa, tiene mayor efecto que las demás. Junto al electromagnetismo, son las interacciones que actúan a grandes distancias y contrariamente al electromagnetismo, sólo tiene carácter atractivo. A distancias atómicas, y en comparación con el resto de interacciones es la más débil de todas.
Interacción electromagnética:
El electromagnetismo es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Este fenómeno incluye a la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra.
Interacción nuclear fuerte:
La interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también tienen carga, la carga de color. A pesar de que su radio de acción es el más fuerte, sólo se le aprecia a muy cortas distancias tales como el radio atómico.
Interacción nuclear débil:
La interacción débil también es conocida como interacción nuclear débil. Esta interacción es la responsable que de quarks y leptones decaigan en partículas menos pesadas.
