La serendipia que condujo a una mejor comprensión de la composición nuclear ocurrió en 1919. Ese año Rutherford se dio cuenta de que, cuando bombardeaba gas nitrógeno con partículas alfa procedentes de bismuto-214, se producían partículas rápidas que podían viajar más lejos en el gas que las propias partículas alfa. Cuando estas partículas golpeaban una pantalla de centelleo producían destellos de luz más débiles que los producidos por las partículas alfa. Unos cálculos rápidos indicaban que esa intensidad era aproximadamente la intensidad que se esperaría que produjesen los iones positivos de hidrógeno [1].

Las mediciones del efecto que un campo magnético tenía en las trayectorias de estas partículas apuntaban a que, en efecto, eran protones. Con el escepticismo que caracteriza a toda buena investigación científica, Rutherford descartó, mediante cuidadosos experimentos, la posibilidad de que los protones procedieran del hidrógeno presente como impureza en el nitrógeno.

Dado que los átomos de nitrógeno del gas eran la única fuente posible de protones, Rutherford llegó a la conclusión de que una partícula alfa, al chocar con un núcleo de nitrógeno, ocasionalmente puede expulsar una partícula más pequeña (un protón) del núcleo de nitrógeno. En otras palabras, Rutherford dedujo que una partícula puede provocar la desintegración artificial de un núcleo de nitrógeno, siendo el protón uno de los productos de esta desintegración. Pero este proceso no ocurre fácilmente. Los resultados experimentales mostraban que solo se producía un protón por aproximadamente cada millón de partículas alfa que atraviesan el gas.

Entre 1921 y 1924 Rutherford y su colega James Chadwick ampliaron el trabajo sobre el nitrógeno a otros elementos y encontraron pruebas de que era posible producir la desintegración artificial de todos los elementos ligeros, desde el boro al potasio, con la excepción del carbono y el oxígeno [2].

El siguiente paso era determinar la naturaleza del proceso nuclear que conduce a la emisión del protón. Se sugirieron dos hipótesis para este proceso:

(a) El núcleo del átomo bombardeado pierde un protón, que se “desprende” como resultado de una colisión con una partícula alfa especialmente rápida.

(b) La partícula alfa es “capturada” por el núcleo del átomo al que ha golpeado, formando un nuevo núcleo que, inmediatamente después, emite un protón.

¿Cómo distinguir experimentalmente entre ambas hipótesis? Un nuevo instrumento marcaría toda la investigación nuclear desde entonces hasta nuestros días: la cámara de niebla.

Notas:

[1] El nombre protón para el ion positivo del hidrógeno se adoptaría al año siguiente, en 1920, a sugerencia del propio Rutherford.

[2] Años más tarde y con mejor tecnología se demostró que estos elementos también se podían desintegrar artificialmente.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance