El descubrimiento del neutrón (1): el gran dilema

Experientia docet El núcleo Artículo 25 de 38

Imagen: Anand Kumar / Pixabay

En 1920 Rutherford sugirió que un protón dentro del núcleo podría tener un electrón ligado a él tan estrechamente como para ser, a efectos prácticos, una partícula neutra. Rutherford incluso sugirió el nombre de neutrón para esta partícula hipotética (ya que sería neutra desde el punto de vista eléctrico). La comunidad científica se puso a buscar neutrones, pero la búsqueda presentaba dos dificultades principales:

(1) No se conocían materiales naturales emisores de neutrones.
(2) Todos los métodos utilizados para detectar partículas atómicas dependían de los efectos de la carga eléctrica de estas partículas y, por lo tanto, no podían aplicarse directamente a partículas neutras.

Estas dos dificultades hicieron que hubiese que esperar doce años para que la búsqueda del neutrón tuviese éxito. La prueba definitiva llegó en 1932 como colofón de una serie de experimentos sobre reacciones nucleares realizados en diferentes países. El descubrimiento del neutrón es el primer gran ejemplo de la ciencia experimental internacional y cooperativa.

Trabajando en Alemania en 1930 Walther Bothe y Herbert Becker encontraron que cuando las muestras de boro, berilio o litio eran bombardeadas con partículas alfa emitidas por una muestra de polonio, emitían radiaciones que parecían ser del mismo tipo que los rayos gamma, ya que estos rayos no tenían carga eléctrica. El berilio era el elemento que presentaba una emisión mayor.

Observaciones posteriores en Alemania, Francia y Reino Unido apuntaban a que la radiación inducida en el berilio penetraba más lejos (atravesaba el plomo, por ejemplo) que cualquier radiación encontrada hasta ese momento. Las interacciones de esta radiación con la materia indicaban que tenía una energía de aproximadamente 10 MeV. Por tanto, la radiación era mucho más enérgica que los rayos gamma (es decir, que los fotones de alta energía) observados previamente. El interés en la comunidad científica se disparó, atrayendo nuevos grupos de investigadores.

Entre estos nuevos grupos se encontraban los físicos franceses Frédéric Joliot e Irène Curie [2]. El matrimonio Joliot-Curie estudió la absorción de la radiación por la parafina, un material rico en hidrógeno. En el curso de sus experimentos, los Joliot-Curie encontraron que la radiación procedente del berilio al incidir sobre la parafina expulsa una gran cantidad de núcleos de hidrógeno (protones) de la parafina. Calcularon que las energías de estos protones era de aproximadamente 5 MeV.

Utilizando los principios de conservación del momento y la energía llegaron a la conclusión de que la energía que necesitaría un rayo para transferir 5 MeV a un protón en una colisión tendría que ser del orden de 50 MeV. Pero 50 MeV es 5 veces los 10 MeV que se habían medido para la radiación del berilio. No solo eso, la cantidad de protones producidos era mucho mayor que la predicha asumiendo que la radiación consistía en fotones. Aquí había demasiadas cosas que no cuadraban.

Estas discrepancias (entre los resultados de dos conjuntos de experimentos y entre la teoría y el experimento) dejaron a la comunidad científica ante un dilema mayor. O había que concluir que los principios de conservación del momento y de la energía no se aplicaban a las colisiones entre la radiación y los protones en la parafina, o había que buscar otra modelo completamente nuevo sobre la naturaleza de la radiación.

Estos principios son tan básicos para el pensamiento científico, y habían demostrado ser tan útiles durante tanto tiempo y en una amplia gama de casos diferentes con un éxito enorme, que la comunidad científica se lanzó como loca a encontrar una alternativa para no tener que renunciar a ellos.

Notas:

[1] 1 MeV es un millón de electrón-voltios. Aquí tienes una explicación de esta unidad de energía que puede serte muy útil.

[2] Hija de Pierre y Marie Curie. Tras contraer matrimonio la pareja adoptó como apellido común Joliot-Curie.

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

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