Ernest Rutherford: biografía del físico que descubrió el núcleo atómico

De Nueva Zelanda al laboratorio Cavendish

Rutherford nació en una granja cerca de Nelson, en la Isla Sur de Nueva Zelanda, hijo de inmigrantes escoceses e ingleses de origen modesto, y fue uno de doce hermanos. Destacó desde joven en los estudios gracias a becas sucesivas que le permitieron cursar la educación secundaria y, después, licenciarse en Ciencias por la Universidad de Nueva Zelanda mediante el Canterbury College de Christchurch, donde realizó sus primeras investigaciones sobre la magnetización del hierro mediante descargas eléctricas de alta frecuencia.

En 1895 obtuvo una beca que le permitió trasladarse a Inglaterra para incorporarse como estudiante de investigación al laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, dirigido entonces por J. J. Thomson, descubridor del electrón. Bajo la supervisión de Thomson, Rutherford investigó inicialmente los efectos de los rayos X sobre los gases y, poco después de que Henri Becquerel descubriera la radiactividad del uranio en 1896, orientó su trabajo hacia el estudio sistemático de este nuevo y desconcertante fenómeno.

Referencias:

La clasificación de la radiactividad

En 1898, mientras trabajaba en el laboratorio Cavendish de Cambridge bajo J. J. Thomson, poco antes de asumir su cátedra en la Universidad McGill de Montreal, Rutherford demostró que la radiación emitida por sustancias radiactivas como el uranio no era de un único tipo, sino que estaba compuesta por al menos dos clases de radiación con propiedades muy distintas de penetración en la materia, a las que denominó, siguiendo el alfabeto griego, radiación alfa y radiación beta. Poco después, otros investigadores identificarían un tercer tipo, la radiación gamma, completando la clasificación básica que se sigue usando hoy.

En McGill, Rutherford trabajó también junto al químico Frederick Soddy, con quien formuló entre 1902 y 1903 la teoría de la desintegración radiactiva: propusieron que los átomos de los elementos radiactivos se transforman espontáneamente en átomos de otros elementos distintos al emitir radiación, un proceso natural que contradecía la idea, hasta entonces asumida, de que los elementos químicos eran entidades inmutables. Este trabajo, que sorprendió y en parte inquietó a la comunidad científica de la época, le valió a Rutherford el Premio Nobel de Química en 1908.

Referencias: [1] · [2]

El descubrimiento del núcleo atómico

De regreso en Inglaterra como profesor en la Universidad de Mánchester, Rutherford dirigió el experimento que lo haría más célebre. Junto a sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden, bombardeó en 1909 una fina lámina de oro con partículas alfa, esperando que atravesaran el material con desviaciones mínimas, de acuerdo con el modelo atómico entonces vigente, propuesto por J. J. Thomson, que imaginaba el átomo como una esfera de carga positiva difusa con electrones incrustados, similar a un "pudín de pasas".

Los resultados sorprendieron incluso a Rutherford: aunque la inmensa mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina casi sin desviarse, una proporción muy pequeña rebotaba en ángulos amplios, en ocasiones casi hacia atrás. Rutherford concluyó, tras analizar estos datos durante casi dos años, que esa desviación solo podía explicarse si la carga positiva del átomo estaba concentrada en un núcleo extremadamente pequeño y denso, y no distribuida uniformemente por todo su volumen. Publicó este modelo nuclear del átomo en 1911, una de las revisiones más profundas de la estructura de la materia en la historia de la física.

Referencias: [2] · [3]

La transmutación artificial y el legado en Cambridge

En 1919, ya de regreso en el laboratorio Cavendish de Cambridge como sucesor de J. J. Thomson en su dirección, Rutherford logró otro hito histórico: al bombardear átomos de nitrógeno con partículas alfa, consiguió convertirlos en átomos de oxígeno, liberando además un protón en el proceso. Se trataba de la primera transmutación artificial de un elemento químico en otro lograda deliberadamente por el ser humano, una hazaña que abrió el camino a toda la física nuclear experimental posterior, incluida la eventual investigación sobre la fisión nuclear.

Como director del Cavendish, Rutherford formó y dirigió a una generación completa de físicos que realizarían descubrimientos decisivos, entre ellos James Chadwick, que descubrió el neutrón en 1932, y John Cockcroft y Ernest Walton, que ese mismo año lograron la primera transmutación nuclear usando partículas aceleradas artificialmente. Rutherford murió en 1937 a causa de complicaciones tras una operación quirúrgica menor, y fue enterrado en la abadía de Westminster, cerca de Isaac Newton, en reconocimiento a su estatura como uno de los científicos experimentales más influyentes de su tiempo.

Referencias: [3] · [4]

Cronología

1. 1871

   Nace cerca de Nelson, Nueva Zelanda.

2. 1895

   Se incorpora al laboratorio Cavendish de Cambridge.

3. 1898-1903

   Clasifica la radiación alfa y beta y formula, con Soddy, la teoría de la desintegración radiactiva.

4. 1908

   Recibe el Premio Nobel de Química.

5. 1911

   Descubre el núcleo atómico mediante el experimento de dispersión con lámina de oro.

6. 1919

   Logra la primera transmutación artificial de un elemento.

7. 1937

   Muere en Cambridge.