Ernest Rutherford: la vida de un genio

Ernest Rutherford nació en Nueva Zelanda el 30 de agosto de 1871. Su padre era escocés y su madre británica. Sus excelentes resultados académicos le permitieron continuar sus estudios e investigaciones durante cinco años en la universidad. Se graduó en Christchurch y, poco tiempo después, obtuvo la única beca de Nueva Zelanda para estudiar matemáticas y obtuvo una plaza como profesor en su último año. Obtuvo así su maestría con una doble primera clase en matemáticas y física.

El genio de Rutherford para la experimentación fue extraordinario: sus primeras investigaciones en la universidad demostraron que el hierro podía magnetizarse usando altas frecuencias, lo que en sí mismo fue un descubrimiento.

En 1894 obtuvo la licenciatura en ciencias y decidió seguir sus estudios en Gran Bretaña. Antes de salir de Nueva Zelanda, estaba comprometido con Mary Newton, una joven de Christchurch.

A partir de 1895, consiguió un trabajo en Cambridge Cavendish Laboratories bajo el descubridor de los electrones, J.J. Thomson. Fue el primer estudiante extranjero en lograr esta posibilidad. Años más tarde, lograría reemplazar a su maestro J.J. Thomson en los Laboratorios Cavendish.

Rutherford comenzó a trabajar con Thomson en el estudio del efecto de los rayos X en un gas. Descubrieron que los rayos X tenían la propiedad de ionizar el aire y pudieron demostrar que se producían grandes cantidades de partículas cargadas, tanto positivas como negativas, y que estas partículas podían recombinarse para formar átomos neutros. Por su parte, Ernest Rutherford inventó una técnica para medir la velocidad de los iones y su tasa de recombinación.

A la edad de 27 años, en 1898, y después de pasar tres años en Cambridge, le ofrecieron una cátedra de física en la Universidad McGill en Montreal. Aceptó de inmediato, ya que se le presentaba la posibilidad de reencontrarse con su prometida, quien aún vivía en Nueva Zelanda.

En esa época, Henri Becquerel descubrió que el uranio emitía una radiación desconocida, «radiación uránica». En 1899, Ernest Rutherford publicó un documento fundamental en el que describía el poder de penetración de la radiación.

Dedujo que el uranio emitía dos radiaciones diferenciadas, ya que el poder de penetración era diferente. Llamó a la radiación más penetrante radiación beta y a la menos penetrante radiación alfa.

En 1902, con la ayuda de un químico de Montreal, Frederick Soddy, concluyó que las emanaciones de torio son átomos radiactivos, no torio, y que la descomposición de los elementos acompaña a esa radiactividad. Este descubrimiento causó revuelo entre los químicos, que estaban muy convencidos del principio de la indestructibilidad de la materia. Gran parte de la ciencia de la época se basaba en este concepto. Por ello, este descubrimiento supuso una auténtica revolución ya que la calidad de la obra de Rutherford no dejaba lugar a dudas.

En 1904, Ernest Rutherford resumió los resultados de su investigación en un libro titulado «Radiactividad». En el libro, explicó que la radiactividad no estaba influenciada por condiciones externas de presión y temperatura o por reacciones químicas, sino que implicaba una liberación de calor superior a la de una reacción química. El descubrimiento de la radiación alfa y la radiación beta, y que la radiactividad iba acompañada de la descomposición de los elementos, le valió el Premio Nobel de Química de 1908.

Pronto se preguntó acerca de la naturaleza exacta de la radiación alfa; calculó su velocidad, el signo de su carga eléctrica (positiva) y la relación entre carga y masa. Este es el camino que le llevó a deducir que si algunas partículas alfa rebotaban era porque se desviaban al pasar por los núcleos. Descubrió que el núcleo de los átomos está formado por dos componentes: protones y neutrones. Dedujo que toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo se concentra en el núcleo atómico.

En esta parte de su vida se dedicó por completo a la investigación, la docencia y la dirección de los Laboratorios Cavendish de Cambridge, donde se descubrió el neutrón y donde se formaron Niels Bohr y Oppenheimer. En 1907 obtuvo un puesto de profesor en la Universidad de Manchester, donde trabajó junto a Hans Geiger. Inventaron un contador que permitía detectar partículas alfa emitidas por sustancias radiactivas. Este aparato les permitió estimar el número de Avogadro de una forma muy directa: averiguando el periodo del radio y midiendo con su aparato el número de decaimientos por unidad de tiempo. De esta forma, dedujeron el número de átomos de radio presentes en una muestra.

En 1908, junto con uno de sus alumnos, Thomas Royds, demostró definitivamente que las partículas alfa son núcleos de helio. Fue también en 1908 cuando ganó el Premio Nobel de Química, lo que le causó un poco de disgusto ya que se consideraba fundamentalmente físico y no químico.

Su mayor contribución a la ciencia la realizó en 1911, al descubrir el núcleo atómico. En Montreal, había observado al bombardear una fina lámina de mica con partículas alfa que se obtenía una desviación de estas partículas. Cuando Geiger y Marsden revisaron estos experimentos más a fondo y usaron láminas de oro, encontraron que algunas partículas alfa se desviaron más de 90 grados.

Ernest Rutherford luego planteó la hipótesis de que en el centro del átomo debe haber un «núcleo» que contiene casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo, y que, de hecho, los electrones iban a determinar el tamaño del átomo.

Este modelo planetario ya había sido sugerido en 1904 por un japonés, Hantaro Nagaoka, aunque su informe había pasado desapercibido. Las últimas objeciones teóricas se desvanecieron con el advenimiento de los principios de la teoría cuántica y la adaptación del modelo de Rutherford a la teoría de Max Planck por parte de Niels Bohr, que sirvió para demostrar la estabilidad del átomo de Rutherford.

En 1914, comenzó la Primera Guerra Mundial y Ernest Rutherford se concentró en métodos acústicos para detectar submarinos. Después de la guerra, ya en 1919, realizó la primera transmutación artificial. Después de observar los fotones producidos por el bombardeo de partículas alfa con hidrógeno, se dio cuenta de que obtendría muchos de esos destellos si hacía el mismo experimento con aire y con nitrógeno puro.

Dedujo que las partículas alfa, al chocar con los átomos de nitrógeno, producen un protón; es decir, el núcleo de nitrógeno, al absorber la partícula alfa, cambia de naturaleza y se convierte en oxígeno. Rutherford acababa de producir la primera transmutación artificial de la historia. Algunos creen que fue el primer alquimista en lograr su objetivo.

Ese mismo año sucedió a J.J. Thomson en el Laboratorio Cavendish, convirtiéndose en el director. Fue el comienzo de una época dorada para el laboratorio y también para Ernest Rutherford. A partir de entonces, su influencia en la investigación en el campo de la física nuclear fue enorme.

Dio una conferencia ante la Royal Society, en la que aludió a la posible existencia del neutrón y los isótopos de hidrógeno y helio. Estos fueron descubiertos algo más tarde en el Laboratorio Cavendish, bajo su dirección.

James Chadwick (descubridor del neutrón), Niels Bohr (quien demostró que el modelo planetario de Rutherford no era inestable) y Robert Oppenheimer (considerado el padre de la bomba atómica) están entre los que estudiaron en el laboratorio en la época de Rutherford.

Moseley, alumno de Rutherford, demostró que los átomos tenían tantos electrones como cambios positivos había en el núcleo. Resultó que sus resultados confirmaron aún más las intuiciones de Bohr y Rutherford.

En 1931 obtuvo el título de Barón Rutherford de Nelson. El 19 de octubre de 1937 murió y fue enterrado en la Abadía de Westminster, junto a Isaac Newton y William Kelvin.