DEMOLIENDO LA TEORÍA DEL BIG BANG (Parte 2 de 5)

MÁS HISTORIA, PESANDO ÁTOMOS: FRANCIS ASTON

Francis Aston era un alumno aventajado de Rutherford muy entusiasta y aficionado en 1909 a los deportes de montaña, particularmente los de riesgo. La aventura, el esquí, el motociclismo y el surf en Hawai llenaban todas sus ansias de libertad y pensamiento, sin embargo, en cuanto conoció a su maestro en física, la llamada del laboratorio resulto mucho más fuerte que la de las olas y el humo de neumáticos quemados.

No se le escapó que el estudio de los núcleos atómicos, y en particular de la radiactividad, podía ser un deporte de riesgo y aventura mucho mayor que ningún otro, y pronto se enfrascó en los laboratorios de Cambridge hasta que inventó el primer espectrógrafo de masas atómicas, fue el primero en pesar los átomos individualmente. Este aparato aún se conserva en el laboratorio de Cavendish.

Se ponía una sustancia en un tubo de vidrio y sus átomos, salían disparados atravesando cargas eléctricas. Estos átomos eran cargados al atravesar un campo magnético y luego se desviaban de diferentes maneras en función de su masa, para estrellarse contra una lámina fotográfica donde se formaban unas líneas que determinaban diferentes pesos atómicos, es decir, cada tipo de átomo dejaba su huella identificativa en la fotografía. Cada línea suponía un peso atómico y Aston podía interpretar la composición de la sustancia con gran precisión. Esto ocurría después de la primera guerra mundial.

Sin embargo, el problema fundamental del modelo atómico de Rutherford seguía en pie y aún más desafiante debido a las masas atómicas. A excepción del hidrógeno todos los demás elementos pesaban ostensiblemente más que lo que se les suponía en función de la unidad estándar de masa atómica, que es la del hidrógeno. Pesaban justo el doble. Por ejemplo el helio, que debería pesar como dos hidrógenos, pesaba como cuatro. El litio, que debería pesar como tres hidrógenos pesaba seis. Y así todos los demás.

Debía haber algo más en los núcleos compuestos que explicara no sólo la diferencia entre los pesos teóricos y los experimentales, sino también la evidente no repulsión de las partículas de la misma carga.

Esta vez la respuesta no vino por vía iluminativa, sino más bien purgativa. Rutherford tardó doce años en encontrar la solución a este dilema. Como jefe del prestigioso Laboratorio de Física de Cavendish en Cambridge utilizó todos sus recursos, estrategias y presiones sobre sus alumnos y colaboradores para que exprimieran sus neuronas hasta dar con una explicación coherente y convincente.


DESCUBRIENDO EL NEUTRÓN: JAMES CHADWICK

Así, James Chadwick un muchacho del norte del UK de origen humilde revolucionó la física nuclear descubriendo el ingrediente que faltaba. Construyó en 1932 el primer acelerador de partículas, un aparato increíblemente sencillo y compacto, literalmente de bolsillo.

Colocó una fuente radiactiva en un extremo del tubo de plomo, en el medio colocó un material con la intención de que fuera golpeado por las partículas radiactivas, y en el otro extremo aparecían los núcleos de esa sustancia hechos añicos, es decir, otra sustancia diferente, y entre los restos, aquellas partículas que andaban buscando.

Estas partículas tenían un peso idéntico a los protones pero no se habían podido detectar porque eran insensibles a los campos magnéticos, es decir, no tenían carga, eran técnicamente neutros, por lo que les denominaron “neutrones”.

El problema de los pesos atómicos quedó resuelto de inmediato. El helio, con sus dos protones, pesaba como cuatro hidrógenos debido a los dos neutrones que, completaban su núcleo. Además, los neutrones serían responsables de la estabilidad de todos los núcleos atómicos ya que actuaban, por así decirlo, como una capa de velcro envolviendo a dos imanes, los cuales aunque se los aproximara por los polos, del mismo signo, en cuanto entraran en contacto, vencerían la repulsión magnética y permanecerían unidos siendo mayor la fuerza de atracción, llamada "nuclear fuerte", que la fuerza de repulsión electromagnética.

De esa manera los ocho protones del oxígeno permanecían estables debido a las uniones que les procuraban sus respectivos ocho neutrones, resultando un peso total de 16 hidrógenos, tal y como se observaba experimentalmente. La humanidad quedaba alegremente atónita y los cuervos tocaban la pandereta ideando la forma de encajar el descubrimiento en su cosmogonía judeo-cristiana.

Los científicos anunciaban en 1932 la composición de cualquier átomo del universo como un juego de tres tipos de partículas elementales: el electrón, el protón y el neutrón. Algunos mecenas de la física ya acariciaban la idea de un arma disuasoria mediante la técnica de la destrucción masiva.

¿Recuerdan la canción del mundial de fútbol de Alemania en el que aparecía la selección española con el entrenador "malas pulgas" cantando aquello de “a por ellos oeee...”? Pues en la navidad de 1932 los físicos del Instituto Niels Bohr en Copenhague hicieron un musical igual de patético, para celebrar el descubrimiento de la “santísima trinidad nuclear”. De veras, no es vacile.

Los inmovilistas arrimados a la ciencia, llevaban 20 años atormentando a Rutherford con que bajo sus reglas de la física los núcleos atómicos debían auto-destruirse al instante, sin embargo ahora comenzaban a callarse al tiempo que saboreaban un poco más las posibles y tenebrosas aplicaciones del nuevo modelo propuesto. Se abría un campo nuevo de investigación: la física nuclear ¿es una fuente inagotable de energía o el principio del fin?


NUEVA MANIFESTACIÓN DIVINA: LA FUERZA NUCLEAR FUERTE

Hasta el momento se conocían en la naturaleza dos únicas fuerzas universales: la gravedad y el electromagnetismo. Pero ahora había aparecido una tercera fuerza, totalmente nueva, la cual mantiene fuertemente unidos los núcleos atómicos, el velcro de la naturaleza íntima de las cosas, la fuerza nuclear fuerte.

Se cree que es la fuerza más poderosa del universo, más de un billón de billones de billones de veces más fuerte que la gravedad.

Aquellos que habían contado los átomos que hay en el universo afirman que "si un hombre fuera atraído por la fuerza nuclear fuerte en vez de por la gravedad pesaría más que toda la galaxia".

Una galaxia pesa un uno con muchos ceros según éstos, cualquiera les lleva la contraria... tendríamos que demostrarlo. Y nos terminan diciendo que estamos a salvo porque esta fuerza sólo actúa a una distancia de una milbillonésima parte de un milímetro. Que se lo digan a los hiroshimenses.

Nota: obsérvese que actualmente el único fundamente razonable que se esgrime para afirmar tanto la existencia de dios como la teoría del big bang es "demuestren lo contrario", no obstante hemos avanzado algo, hace bien poco se razonaba por la hoguera.

Dejando a un lado a los que tienen respuestas para todo, lo que nos interesa es que la humanidad, o una pequeña parte de ella, advirtió en los años 30 que la estabilidad nuclear se debe al equilibrio entre la fuerza nuclear fuerte que mantiene juntos a los protones y neutrones, y la carga eléctrica de los protones que tiende a separarlos.


¿PORQUÉ BRILLA EL SOL?

Esta pregunta es interesante. Fíjense si lo es, que ya se la hacían los primeros primates, y también las amebas, con decir que todas las religiones del mundo tuvieron un fundamento solar...

La luz solar es la fuente de todas las formas de vida de la Tierra, pero ¿cómo se genera?

Casi toda esta estrella es hidrógeno. Bueno, hidrógeno, helio y algo intermedio entre ambos elementos. Ese algo está liberando energía en forma de luz y calor en su transmutación o fusión nuclear.

Los libros de texto nos cuentan a muy tierna edad que dos átomos de hidrógeno se fusionan en el corazón de las estrellas como el sol, para formar un átomo de helio, y que en el proceso se liberan ingentes cantidades de energía, la luz y el calor que llegan hasta nosotros. Pero, y supongo que será una pregunta de primero ¿de dónde salen los protones que faltan en esta sublime ecuación?

Mi propuesta de respuesta a esta pregunta es, que la ecuación es 4H = 1He + E (cuatro hidrógenos igual a un helio más energía). Al fusionarse los cuatro hidrógenos debido a las altísimos condiciones de presión y temperatura que se dan en las estrellas, dos de los protones (sólo es mi opinión) adquieren la naturaleza de neutrones para poder estabilizar el nuevo núcleo más pesado. De lo contrario, tendrían que darse simultáneamente dos reacciones, una de fisión de otros núcleos que originara el aporte de neutrones a la reacción de fusión propiamente dicha, que también considero muy posible. Tal vez la fisión de grandes núcleos actúe como catalizador de fusiones de los núcleos más pequeños, me parece perfectamente factible.

Pero tengo más objeciones.

Se sugiere que una estrella como el sol es prácticamente hidrógeno y helio, pero yo creo que eso no sea así. Creo que eso sólo es lo que vemos, la superficie.

La estrella ha de tener más o menos la misma composición que la composición media de los planetas que orbitan en torno suyo, sólo que en mucha mayor cantidad y por tanto mucho más comprimida, resultando en total un conjunto en completa ebullición donde en la superficie se fusionan los elementos más ligeros y en el interior los más pesados.

De esta manera, en el interior del sol se golpean frenéticamente los núcleos más pesados en un juego simultáneo de fisión y fusión que busca la estabilidad mediante el aligeramiento de su masa total por medio de la emisión de energía, la famosa fórmula de Einstein E = mCC.

Sería interesante comprobar cómo un protón de hidrógeno se convierte en un neutrón de helio, pues sería un primer paso para la obtención de antimateria, y una vez obtenida la antimateria de forma estable, tendríamos como consecuencia la tan ansiada antigravedad, cuyas aplicaciones serían inmensas.

Piensen que un avión cuya carcasa fuera de antimateria, habría que cargarlo bien para que no fuera repelido por la tierra, y para alcanzar velocidades próximas a la luz tan sólo tendría que aproximarse a una estrella y sería repelida hacia el espacio por la mayor de las rampas imaginables.

Las aceleraciones que se podrían soportar sin estar afectado por el campo gravitatorio serían imposibles de describir, por ejemplo, de 0 a 10.000 km/h en un segundo...

No está mal, aunque ya sé, se dice que la antimateria se auto-destruiría al instante al entrar en contacto con materia ¿de qué me suena eso? Ah, sí... también decían eso del primer modelo de Rutherford, ha de ser indicio de verosimilitud, además ¿desde cuándo nos importa el qué dirán?

Lo que sí que ha de ser formidable, por desgracia, es una explosión de antimateria.


MÁS HISTORIA: Y EN VEZ DE FUSIÓN FRÍA... GUERRA FRÍA.

Pero a finales de los años treinta, la física nuclear llevó a una carrera frenética por arrojar el primero a algún enemigo un artefacto que desencadenara una fisión nuclear acelerada, el uranio no era problema, siendo muy escaso hay para volar el planeta muchas veces, el problema era el detonador.

La humanidad, que podría haber conocido el sueño de Nikola Tesla de conseguir energía gratis para cubrir todas las necesidades del planeta, y además inalámbrica, y que ninguno de nosotros hubiera visto nunca una factura de electricidad, lo que vio fue un experimento que hace sudar terror, y en vez de una fusión con fines humanitarios y ecológicos, y luego con un poco más de esfuerzo en investigación, la fusión fría, en vez de eso tenemos tecnología para provocar una pequeña erupción solar aquí en la Tierra.

Y todo empezó con el estudio de los humildes neutrones. El neutrón es un sigiloso bombardero de átomos que los atraviesa sin ser detectado debido a que no poseen carga, sin embargo son tan sólidos y pesados que cuando chocan fortuitamente con un núcleo lo rompen en pedazos como cuando se empieza una partida de billar, donde la bola blanca sería el neutrón que impacta sobre las restantes quince bolas, unidas y apretadas formando un núcleo, por ejemplo, de oxígeno.

En la mayoría de elementos de la tabla periódica, los más abundantes en la naturaleza, que son precisamente los más ligeros, al ser pequeños sus núcleos es difícil impactarlos, y cuando se logra el impacto apenas tiene consecuencias energéticas pues el neutrón, bien sale rebotado, o bien queda atrapado en el núcleo y otro protón es desplazado sin colisionar con mayores consecuencias que las típicas lesiones en la piel, órganos internos, ceguera y muerte, pero ese es el menor de los males que puede causar (estoy siendo irónico), de hecho es lo que se busca.

Cuando se bombardean con neutrones núcleos de elementos muy pesados, afortunadamente los más escasos en la naturaleza, la probabilidad de impacto es mucho mayor, y cuando éste se produce los núcleos se parten por su parte más débil, pues cada núcleo tiene, por así decirlo una brecha de fractura, dando lugar a dos núcleos del mismo elemento si la brecha es simétrica, o a dos elementos distintos si la fractura deja a un lado más protones que en otro lado.

Lo que más sucede es que las fracturas se producen por los laterales del núcleo rompiendo los enlaces más débiles que son los más exteriores, dejando partículas de hidrógeno separadas del nuevo elemento, lo que precisamente observaba Rutherford en su laboratorio.

El hidrógeno queda libre, pero ¿qué pasa con el neutrón que le sostenía al gran núcleo? Que queda suelto a gran velocidad para chocar contra otro núcleo grande, es decir, se produce la reacción en cadena, y la energía que se libera es tan inmensa que, si se desencadena en un objeto grande, hecho de algún elemento pesado como el francio(87), el radio(88), el actinio(89), el torio(90), el protactinio(91) o el uranio(92), podría hacer saltar por los aires a una gran ciudad entera, y los neutrones seguir rebotando durante muchas décadas matando silenciosa e indiscriminadamente a todo ser vivo.

Del entusiasmo se pasó a las apuestas y pronto los países más capitalistas se lanzaron a la carrera de a ver quien construía antes el aparato que acojonara a toda la humanidad, como en esas pelis donde el malo sueña con dominar el mundo, sólo que al malo en este caso lo votaban millones de ciudadanos. Y había muchos malos, casi uno por cada país desarrollado. Salvo en España, pues en aquel tiempo aparte del subdesarrollo implantado a golpe de fusil, teníamos un malo que no necesitaba de ciencia ninguna para practicar el genocidio.

Pero en el resto de Europa los laboratorios fueron invadidos por el entusiasmo hacia la física nuclear, se sospechaba que esta colisión de neutrones contra los núcleos de la tabla periódica más pesados sería espectacular. El santo grial de la física moderna resultaría mucho más peligroso de lo esperado.

En un laboratorio del Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín, un químico llamado Otto Hahn disparó por primera vez neutrones contra el elemento más pesado de la tabla periódica, el uranio.

Otto hahn pretendía analizar químicamente los elementos generados por las colisiones de neutrones.

Esperaba encontrar algo pesado y parecido al uranio que estaba bombardeando, algo como el radio(88), sin embargo encontraba bario (56), y no lograba encontrar una explicación.

Era de los que cuando no hay respuesta, pues no hay respuesta, y al que no le guste que se dedique a sus asuntos.

Hahn recurrió a una antigua asistente que tuvo, la física Lise Meitner. Pero ella no se encontraba ya en Alemania pues era judía y el partido nazi había sido el más votado.(caray con la democracia).

Así que Hahn le envió sus experimentos a Suecia, donde se encontraba con otro físico nuclear que era además su sobrino y también judío, Otto Robert Frisch, el científico que desarrolló el primer mecanismo de detonación de una bomba atómica, en 1940.

En cuanto recibieron la carta de Hahn en 1938 se dieron cuenta de que el núcleo de uranio se partía en mitades iguales y que la reacción consiguiente era extremadamente potente, la que mayor fuerza nuclear fuerte se podía liberar.

Volviendo a las felices comparaciones de algunos físicos que tanto gustan en las revistas científicas, la energía que libera un sólo núcleo de uranio al desintegrarse en dos, sería suficiente para mover un grano de arena.

Antes de echarnos a reír haremos el siguiente cálculo: si un grano de arena contiene billones de billones de átomos, sería como si lanzásemos un balón de fútbol a la luna y éste la sacara de su órbita.

Inmediatamente de conocerse su descubrimiento estalla la segunda guerra mundial (qué casualidad).

Los científicos aliados se pusieron a investigar la manera de implementar la bomba atómica.

El estadounidense Robert Oppenheimer sería el director del macabro proyecto Manhattan en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, en Nuevo México USA.

Hiroshima y Nagasaki serían en 1945 sus campos de pruebas.