El átomo cumple su primer siglo

(Un texto de Miguel G. Corral en el suplemento Eureka de El Mundo del 3 de abril de 2011)

La teoría atómica que sentó las bases de Ia física nuclear [cumplió] 100 años en 2011. El hallazgo ha permitido el desarrollo de beneficios para la sociedad, pero también desastres como el accidente de Japón.

De todos los grandes genios de la ciencia de principios del siglo XX, al único que echó de menos Benjamin Couprie cuando apretó el botón de su cámara de fuelle fue a Ernest Rutherford. En la ya célebre fotografía del Congreso de Solvay (Bélgica) de 1927 había 17 premios Nobel entre los que estaban Marie Curie, Albert Einstein o Niels Bohr, pero no estaba el maestro de este último. Sin embargo, la aportación del físico y químico neozelandés Ernest Rutherford fue determinante para el avance de la física nuclear que ha desencadenado tantos avances para la sociedad y también algunas lamentables noticias como las bombas atómicas o accidentes nucleares como el que sufre Japón estos días en la central de Fukushima.

Este año se cumple un siglo desde que Rutherford, junto con un equipo de investigadores entre los que se encontraba el propio Niels Bohr, propusiera una teoría atómica en la que existe un pequeño núcleo que concentra toda la carga positiva del átomo -protones y neutrones- y que se encuentra rodeado por una constelación de cargas negativas, los electrones. El modelo de Rutherford y Bohr presentaba la ordenación de las partes del átomo como si de un primitivo sistema solar se tratase. El núcleo ocupa una posición central y sería, según los pioneros, equivalente al Sol en nuestra galaxia. Los electrones describen órbitas alrededor del núcleo de la misma forma que los planetas giran alrededor de nuestra estrella.

Según el dibujo que plantearon, las órbitas de los electrones representaban niveles de energía, de forma que no podía haber cargas negativas en el espacio entre órbitas. La teoría se convirtió en la primera visión útil del átomo desde el punto de vista científico y sentó las bases de la teoría moderna, pero aún se tendría que ver mejorada por aportaciones como la del científico alemán Erwin Schrodinger -también presente en la fotografía de Couprie en Solvay-, quien señaló que los electrones debían girar en órbitas específicas.

Pero antes de desarrollar la teoría atómica, Rutherford ya había clasificado, como alfa, beta y gamma, las partículas radiactivas descubiertas por Becquerel y desarrolladas por Marie Curie -sentada en primera fila en la fotografía tomada en Solvay-. Gracias a esta aportación hoy sabemos qué partículas de las que está emitiendo la central de Fukushima son más peligrosas y cuánto durará la radiactividad en cada una de ellas. Las partículas alfa no son capaces de atravesar una hoja de papel o la piel humana. Pero si un emisor alfa es inhalado, o ingerido, puede ser muy nocivo.

Las partículas beta son electrones que salen despedidos en los procesos radiactivos. Los de energías más bajas son detenidos por la piel. Al igual que los emisores alfa, si uno beta entra en el organismo puede producir graves daños. Los rayos gamma son radiación electromagnética producida en la desintegración radiactiva. Es una radiación muy penetrante. Suele acompañar a la beta y a veces a la alfa. Los rayos gamma atraviesan fácilmente la piel y otras sustancias orgánicas, por lo que puede causar graves daños en órganos internos.

El experimento que condujo a la elaboración de la teoría atómica de Rutherford consistió en hacer pasar partículas alfa cargadas positivamente a través de una fina capa de oro de unas decenas de átomos de espesor. La mayoría de las partículas atravesaban la capa de oro si desviar su trayectoria, pero una pequeña porción de ellas se desviaban unos grados.

El científico neozelandés concluyó que la mayor parte del átomo es espacio vacío, pero que también contiene una región densa a través de la cual no pueden pasar las partículas alfa. Esa masa central tenía que tener una carga positiva para hacer que se desviaran las partículas alfa positivas. Se trataba del núcleo y dentro del mismo los protones, cargados positivamente.

Una de las mayores preocupaciones de las autoridades tras el accidente nuclear de Fukushima es la detección de las partículas radiactivas que se están liberando desde los reactores dañados. La mayoría de ellas emite partículas alfa, pero además del tipo de radiación también es importante saber cuánto tiempo permanecerán activas esas partículas. En este sentido, Rutherford también averiguó que la radiactividad tiene que ver con un proceso de desintegración de los elementos.

En el actual accidente nuclear de Japón es vital saber, por ejemplo, que el yodo que se está liberando tarda 40 días en perder su radiactividad o que el cesio que se ha detectado en el mar tardará 30 años en reducir su actividad a la mitad y 150 años en perderla completamente. De esta información dependerán las medidas que los países de todo el mundo adopten en referencia a la seguridad alimenticia de los productos marinos. Pero la resistencia de los seres vivos a la radiación también jugará en este sentido un papel fundamental. Un alacrán resiste sin problemas una exposición a 100 sieverts, una cantidad 10 veces mayor que la dosis letal para el ser humano. Y hay bacterias como Deinococcus radiodurans o Thermococcus gammatolerans que pueden vivir en el agua de un reactor nuclear.

Precisamente la medición de la radiactividad fue otra de las aportaciones de Rutherford. Desarrolló, junto con Hans Geiger, el primer prototipo de lo que hoy conocemos -y hemos visto por decenas en Japón- como contador Geiger. Sin embargo, a Rutherford le quedó un sabor agridulce tras ganar en 1908 el premio Nobel de Química. Siempre se consideró físico y aseguraba convencido que la ciencia «o es física o es filatelia».