Rutherford, ernesto

Rutherford, ernest (1871-1937), científico nacido en Nueva Zelanda.

El trabajo experimental de Ernest Rutherford fue esencial para los desarrollos revolucionarios de principios del siglo XX en física atómica. Nacido en Nueva Zelanda, Rutherford llegó al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, en 1896 para estudiar con Joseph John Thomson poco después de obtener la maestría en Canterbury College, Christchurch, Nueva Zelanda. Él y Thomson estudiaron la capacidad de los rayos X (descubiertos recientemente por el alemán Wilhelm Conrad Roentgen) para "ionizar" los gases en partículas cargadas positiva y negativamente y así aumentar la capacidad de los gases para conducir electricidad. Pronto, pasando a las investigaciones sobre la radiactividad, que acababa de descubrir Antoine-Henri Becquerel (1852-1908), Rutherford aplicó la técnica de evaluar cuantitativamente los efectos de la ionización en el aire que rodea a las sustancias radiactivas; pudo identificar dos componentes de las emisiones de las sustancias radiactivas: alfa fue fácilmente absorbido por una fina lámina, mientras beta penetró la lámina.

En 1898, Rutherford fue nombrado profesor de física en la Universidad McGill en Montreal, Canadá. Él y el químico Frederick Soddy llevaron a cabo estudios monumentales de radiactividad, combinando análisis químicos con investigaciones de efectos de ionización. En 1902 estaban convencidos de que la radiactividad implicaba transmutaciones de átomos de un elemento en átomos de otro elemento. Al año siguiente, Rutherford planteó la hipótesis de que la emisión radiactiva se produce en el instante en que un átomo cambia su identidad elemental. Al reconocer ahora que tres componentes principales podrían constituir estas emisiones, alfa, beta y gamma, se dedicó a identificarlos. Beta parecían claramente electrones de movimiento rápido (las partículas subatómicas cargadas negativamente que Thomson había identificado en 1896 en estudios de efectos eléctricos en gases a presiones muy bajas). Gamma parecía ser una radiación electromagnética de alta energía. Alfa, especuló Rutherford, era una corriente de iones de helio cargados positivamente.

En 1908, un año después de mudarse a la Universidad de Manchester en Inglaterra, Rutherford estaba explotando la emisión alfa en una nueva dirección experimental. Desconcertado por los efectos que parecían indicar que las moléculas de aire desviaban ligeramente las partículas alfa de sus direcciones originales, se embarcó en una investigación sistemática de esta "dispersión" orientando las corrientes de partículas alfa en láminas metálicas muy delgadas y determinando cómo la interacción con los átomos de la lámina afectaba a la dirección de los movimientos de las partículas alfa. En 1911, este trabajo indicó que una de cada ocho mil partículas alfa fue desviada noventa grados o más por la lámina muy delgada. Conclusión de Rutherford: los átomos de la lámina deben ser en su mayoría espacios vacíos, con un volumen diminuto ocupado por un "núcleo" masivo y muy cargado. En 1913, las especulaciones combinadas de Rutherford y el danés Niels Bohr (1885-1962) habían identificado el núcleo como: (1) el componente cargado positivamente de un átomo cuya carga total determina la identidad elemental del átomo, y (2) el sitio de radiactividad (el origen de las emisiones alfa, beta y gamma).

Los impactos del trabajo de Rutherford hasta 1914 fueron enormes. Había determinado qué era la radiactividad y había revelado aspectos esenciales de la estructura del átomo. Sus hallazgos proporcionaron evidencia impresionante de que los átomos existen y ayudaron a resolver una tensión de larga data en la ciencia física entre los conceptos de átomo e elementos ligando la identidad elemental a la constitución del núcleo atómico. Además, su reconocimiento de que la energía involucrada en las transformaciones radiactivas (nucleares) excedía con creces la energía producida en las reacciones químicas tenía ramificaciones más allá de la ciencia física. Proporcionó un medio para superar lo que había sido una de las barreras más imponentes para la aceptación de la teoría evolutiva de Charles Darwin: que con el sol y la tierra supuestamente enfriándose con el tiempo, la tierra no podría soportar temperaturas que sustenten la vida durante un tiempo lo suficientemente largo como para haber producido todos los cambios evidentes en el registro fósil a través de la evolución darwiniana. El propio Rutherford estimó ya en 1904 que la cantidad significativa de calor generado por la radiactividad en la corteza terrestre prolongaría la edad de la tierra mucho más de lo que se creía anteriormente. La presunción de fuentes radiactivas de energía solar y terrestre abrió el camino para el resurgimiento de la teoría de la selección natural de Darwin en la década de 1920.

Rutherford permaneció en Manchester hasta 1919, cuando sucedió a Thomson como director del Laboratorio Cavendish en Cambridge. Allí se ocupó cada vez más de los estudios de la desintegración artificial de núcleos atómicos, cambios en la estructura nuclear inducidos por corrientes de partículas de alta energía. Rutherford había iniciado esta rama de la investigación con su descubrimiento en 1918 de que el bombardeo de partículas alfa de gas nitrógeno generaba núcleos de hidrógeno; concluyó un año después que la interacción de la partícula alfa con el núcleo de nitrógeno expulsaba un núcleo de hidrógeno del núcleo de nitrógeno. Este trabajo condujo inexorablemente al desarrollo de la física nuclear de las décadas de 1920 y 1930 que culminó con el descubrimiento de la fisión nuclear en 1938, seguido por el esfuerzo febril por explotarla militarmente.

Los períodos de Rutherford en McGill (1898-1907), Manchester (1907-1919) y Cambridge (1919-1937) correspondieron a fases de una carrera científica que contribuyó a una comprensión incisiva de la radiactividad (McGill), la física atómica (Manchester) y la física nuclear. (Cambridge). Su salud era sólida cuando murió como resultado de un accidente en 1937.