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Bohr (II). ¿Cómo convencer a la comunidad científica?

¡Esto es un sinsentido! Las ecuaciones de Maxwell son válidas bajo cualquier circunstancia.

Max Von Laue

¿Os acordáis de que dije que el modelo de Niels Bohr fue aceptado rápidamente por la influencia de Rutherford? Pues ese “rápidamente” no fue una cuestión de días y nos servirá para descubrir cómo funciona la ciencia.

La recepción inicial del modelo de Bohr encontró rechazo en algunos de los físicos más importantes del momento y tuvieron que presentarse varias evidencias que confirmaban la cuantización del modelo atómico para convencer a la comunidad científica.

Las líneas de Pickering-Fowler

Ejemplo de líneas del espectro del hidrógeno (arriba) y helio (abajo).

Ejemplo de líneas del espectro del hidrógeno (arriba) y helio (abajo). Aparecen remarcadas sobre el espectro visible continuo. (1)

E.C. Pickering descubrió una serie de líneas extrañas en la serie espectral emitida por la estrella Zeta Puppis en 1896. Su teoría era que se debían al hidrógeno, expuesto a unas condiciones de presión y temperatura desconocidas. Para ajustar estas nuevas líneas a la ya conocida por esa época fórmula de Balmer, tuvo que hacer algo muy poco elegante: en lugar de usar números enteros para el valor de m, añadió un término extra:

Balmer-Pickering

Eso está muy feo, Pickering.

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James Chadwick y el Neutrón

Universidad de Manchester – 1907

—Usted tendrá la oportunidad de tener un futuro brillante aquí, ¿conoce a Rutherford?

—Sí… sí, claro que lo conozco, es un gran científico.

—En el segundo año podrá disfrutar de algunas de sus clases magistrales y, si se aplica lo suficiente en sus estudios, podrá formar parte de sus experimentos. En esta universidad tenemos uno de los mejores laboratorios del país y tendrá todas las oportunidades que necesita. Señor Chadwick, aquí le espera un futuro brillante, espero poder verle por los pasillos en unos días.

—Pero… yo he venido a estudiar matemáticas —musitó el tímido Chadwick, aunque él era el único que permanecía en la habitación, dado que el profesor ya se había despedido con un cálido apretón de manos. James recogió su abrigo mientras pensaba en lo que le había dicho el profesor—. Quizás estoy equivocado, tendría grandes posibilidades aquí en Manchester estudiando física y siempre podría volver a las matemáticas.

A los 16 años de edad, Chadwick estaba dispuesto a iniciar su carrera universitaria como un brillante estudiante de matemática aplicada, pero el destino en forma de un profesor despistado lo llevó al mundo de la física. En Manchester, Chadwick tuvo sus primeros encuentros con Rutherford y conoció a Hans Geiger. También se interesó por los experimentos que Geiger y Marsden estaban llevando a cabo y que desembocaron en el descubrimiento del núcleo atómico. Una vez finalizada la carrera, Chadwick tenía una recomendación del propio Ernest Rutherford bajo el brazo y la intención de investigar sobre radiactividad. Su destino fue Berlín, donde lo esperaba Hans Geiger.

chadwick_postcard

Siempre se pasaban con el peine cuando hacían la foto oficial de la entrega del Nobel, pero la verdad es que a Chadwick lo sacan con planta de actor de cine negro.

Europa se encontraba en una situación convulsa y Chadwick fue llamado como oficial en la reserva del ejercito británico, pero decidió quedarse en Berlín. La Gran Guerra estalló y James no tuvo tiempo de salir de Alemania. La autoridades alemanas lo detuvieron acusándolo de espionaje y acabó junto a otras cinco personas en una cuadra. Fueron cuatro años en los que el frío y el hambre debilitaron su salud. Lee el resto de esta entrada

El Alquimista

La carrera de Ernest Rutherford fue brillante. Físico de carrera, su único premio Nobel llegó de la mano de la química, gracias a sus investigaciones sobre la radiactividad. De estas, Rutherford se quedó con su elemento favorito para experimentar: la radiación alfa.

Rutherford preparado para recoger el Nobel.

Yo soy físico, ¡qué es esto de un nobel de química! Encima mira como me han repeinao.

En un principio, Rutherford usó la radiación alfa desconociendo su naturaleza. Junto a Geiger, su ayudante en la Universidad de Manchester, descubrió que la radiación alfa estaba compuesta por átomos de Helio desprovistos de sus electrones. Un átomo de Helio en su configuración estándar está formado por 2 protones y 2 neutrones y, por tanto, 2 electrones cuando su carga es neutra; una partícula alfa es un átomo de Helio desprovisto de sus dos electrones. En una época en la que todavía no se habían desarrollado los aceleradores, la radiación alfa era el elemento perfecto para intentar escudriñar el interior del núcleo, ya que las partículas alfa eran despedidas con una gran energía cinética cuando se producían por la desintegración de un elemento pesado.

Antes de la Primera Guerra Mundial, Rutherford, Geiger y Marsden utilizaron la radiación alfa para descubrir el núcleo atómico. Tras la Gran Guerra, Rutherford, ya instalado en el laboratorio Cavendish, contó con la inestimable ayuda de Chadwick. Retomaron la experimentación con la radiación alfa, pero en lugar de usar láminas metálicas como objetivo de las partículas, ahora era el turno de probar con gases.

En la misma época, en Cavendish, Ernest coincidió con Charles Thomson Rees Wilson, un físico y meteorólogo escocés. Wilson había descubierto cómo generar “nubes” dentro de una cámara provocando la expansión de aire frío cargado de vapor de agua dentro del recipiente. Pero aún más importante fue lo que descubrió a continuación: si una partícula alfa entraba en la cámara, dejaba una estela —como las que provocan los aviones en el cielo—. Y no solo funcionaba con partículas alfa, funcionaba con cualquier partícula cargada eléctricamente (ionizada) que entrara en la cámara. Así que ahora Rutherford tenía dos armas: la radiación alfa y la cámara de niebla de Wilson, es decir, su acelerador de partículas natural y su detector, listos para experimentar.

La cámara de niebla sirvió para confirmar uno de los experimentos que habían realizado con partículas alfa y gas. Al utilizar la cámara de niebla para observar los resultados, vieron que cuando las partículas alfa golpeaban gas con nitrógeno, en algunas ocasiones se obtenían dos rastros bien diferenciados en la cámara. Uno de los rastros correspondía a un protón (H) y el otro a un átomo completo, en concreto un átomo de oxígeno. Habían conseguido lo siguiente:

He^4_2+ N^{14}_7 \rightarrow H^1 + O^{17}_8

Transmutacion_de_rutherford

Fuente aquí

Ya era de sobra conocida la desintegración natural de elementos pesados en otros más ligeros en la cadena del plomo, transformación en la que era producida la radiación alfa entre otras, pero esta era la primera transmutación de un elemento en otro conseguida por un hombre. Rutherford se había convertido en un Alquimista gracias a una curiosa piedra filosofal: la radiación alfa. Estábamos ante la primera fusión de dos átomos realizada por la mano del hombre.

Las investigaciones con la radiactividad continuaron en el laboratorio de Cavendish y finalmente dieron otro logro muy importante, el descubrimiento del neutrón, historia de la que podréis disfrutar en el Zombi de Schrödinger próximamente de la mano de James Chadwick.

Este post participa en la XXII Edición del Carnaval de Química acogido en el blog Roskiencia, cuyo autor es @ismael__ds/@roskiencia.

Más información.

Vídeo en el que Brian Cox nos explica el funcionamiento de una cámara de niebla (inglés)

Great Physicists From Galileo to Hawking. George Gamow

De Arquímedes a Einstein, los 10 experimentos más bellos de la física. Manuel Lozano Leyva

Rutherford: la radiactividad y el descubrimiento del núcleo atómico

Geiger y Marsden se acercaron al escritorio de Rutherford. Ern levantó la vista y les preguntó:

—¿Qué tal ha ido el experimento?

—Las partículas alfa están siendo desviadas por la lámina y hemos comprobado que 1 de cada 8000 partículas es rebotada, ¡es desviada con un ángulo mayor de 90º!

—Pero ¡eso es como si dispararas un obús contra una hoja de papel y rebotara!

Ernest Rutherford es conocido principalmente por el descubrimiento del núcleo atómico y por las grandes figuras de la física que estudiaron y trabajaron bajo su dirección. Pero estos hechos que bastarían para definir a una gran figura de la ciencia, solo fueron una parte de su carrera.

Cuando Ern abandonó Nueva Zelanda en 1895 rumbo a Inglaterra tenía 23 años, tres títulos universitarios bajo su brazo y una fama merecida en la experimentación con electricidad. Su primer destino fue el laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge y allí lo tomó bajo su tutela J.J. Thomson.

Curiosidades de la ciencia.

Thomson y Rutherford, electrón y núcleo. Thomson descubrió el electrón, como ya comentamos en este blog, y tomó bajo su tutela a un joven Rutherford. Pero Ern era un hombre inquieto y, en cuanto tuvo la oportunidad, emigró a Canada para obtener una plaza titular en la Universidad McGill de Montreal. No obstante, el descubrimiento del núcleo no se produjo hasta su regreso a Inglaterra, en concreto a la Universidad de Manchester. Lee el resto de esta entrada

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