La cámara de niebla

Experientia docet El núcleo Artículo 24 de 31

Cámara de niebla Wilson empleada en 1955 en el Brookhaven National Laboratory para el estudio de rayos cósmicos.

Fue posible distinguir experimentalmente entre las dos hipótesis posibles para explicar la desintegración artificial mediante el uso de un dispositivo llamado «cámara de niebla», que permite visualizar la trayectoria de cada partícula cargada. La cámara de niebla fue inventada por C.T.R. Wilson y perfeccionada por él a lo largo de los años. A partir de 1911 se convertiría en un importante instrumento científico para estudiar el comportamiento de las partículas subatómicas.

En el caso de la desintegración artificial, recordemos, las dos hipótesis eran:

(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.

Si la hipótesis (a) es válida, el protón “desprendido” sería la cuarta trayectoria en la fotografía de una desintegración en una cámara de niebla: observaríamos la de una partícula alfa antes de la colisión, la de la misma partícula alfa después de la colisión, la del núcleo que que se desplaza tras la colisión y la del protón desprendido.

En el caso de que la (b) fuese la válida, en cambio, la partícula alfa incidente debería desaparecer en la colisión, y solo se verían tres trayectorias en la fotografía: la de la partícula alfa antes de la colisión y las del núcleo desplazado tras la colisión y el protón emitido.

La cuestión se resolvió en 1925 cuando P.M.S. Blackett estudió las trayectorias producidas cuando las partículas atravesaban gas nitrógeno en una cámara de niebla. Encontró que las únicas trayectorias en las que se podía ver la desintegración artificial eran las de la partícula alfa incidente, un protón y el núcleo desplazado. La ausencia de una trayectoria correspondiente a una partícula alfa tras la colisión demostró que la partícula desaparecía por completo y que el caso (b) es la interpretación correcta de la desintegración artificial: la partícula alfa es capturada por el núcleo del átomo que golpea, formando una nuevo núcleo que luego emite un protón.

Trayectorias de partículas alfa atravesando (de izquierda a derecha) gas nitrógeno. Una de ellas ha golpeado un átomo de nitrógeno, convirtiéndolo en oxígeno y emitiendo un protón. ¿Ves las tres trayectorias? Fuente: Cassidy Physics Library

El proceso en el que una partícula es absorbida por un núcleo de nitrógeno y se emite un protón puede representarse mediante una «ecuación». La ecuación expresa el hecho de que el número de masa total es el mismo antes y después de la colisión (es decir, hay conservación del número de masa) y el hecho de que la carga total es la misma antes y después de la colisión (hay conservación de carga).

Esta reacción muestra que ha tenido lugar la transmutación de un átomo de un elemento químico en un átomo de otro elemento químico. La transmutación no se ha producido de forma espontánea, como ocurre en el caso de la radiactividad natural; se produce exponiendo átomos (núcleos) objetivo a proyectiles emitidos por un nucleido radiactivo. Es, pues, una transmutación artificial. En el artículo en el que informó sobre esta primera reacción nuclear producida artificialmente, Rutherford dijo:

Los resultados en su conjunto sugieren que, si se dispusiera de partículas alfa, o proyectiles similares, de energía aún mayor para experimentar, podríamos esperar que se descompusiera la estructura nuclear de muchos de los átomos más ligeros.[1]

El estudio posterior de las reacciones que involucran núcleos ligeros condujo al descubrimiento de una nueva partícula y a un modelo muy mejorado de la constitución del núcleo. Se han observado muchos tipos de reacciones con núcleos de todas las masas, desde los más ligeros hasta los más pesados, y las posibilidades indicadas por Rutherford han ido mucho más allá de lo que jamás podría haber imaginado en 1919.

Nota:

[1] Este llamamiento a conseguir mayores energías de «proyectiles» fue respondido no mucho después con la construcción de aceleradores de partículas.

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

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