EL NÚCLEO SE ROMPE. LISE MEITNER

Publiqué ayer en mi muro de facebook, una muy sucinta biografía, de una física extraordinaria de la que nada sabía hasta hace muy poco, Lise Meitner. Hoy aquí avanzó algo más de su historia y de la gran influencia que tuvo, en la resolución del tema de la fisión nuclear.
Quizá el rompecabezas experimental más notable de la década de 1920, fue le de la energía de los rayos β (los electrones) procedentes de fuentes radiactivas. Dos lugares, Berlín y Cambridge, y dos personas, Lise Meitner (1878-1968) y Charles Drummond Ellis (1895-1980), fueron los protagonistas de una controversia científica y fructífera, agitada también a veces, que transformó nuestra concepción del núcleo del átomo. La disputa giró en torno al espectro β, de los materiales radiactivos, es decir, en torno a la distribución de energía de los electrones, emitidos por sustancias radiactivas.
Ellis y Meitner disponían de datos similares, pero sus interpretaciones de los mismos eran distintas. Conocedora de los postulados de la naciente física cuántica, Meitner creía que los electrones que abandonaban el núcleo, sólo podían tomar unos determinados valores fijos de energía. De este modo, el espectro β debía ser discreto, no continuo. Evidentemente, como sabemos, no es fácil observar tal espectro. El núcleo emite electrones y radiación γ, los cuales, a su vez, colisionan con electrones de la corteza atómica. Desde “fuera” es difícil distinguir, qué electrones proceden directamente del núcleo, y cuales son frutos de procesos secundarios.

En Cambridge, Ellis y James Chadwick (1891-1974) estaban convencidos de que el espectro de los electrones nucleares era continuo y no discreto, como sostenía Meitner, es decir, que el núcleo emitía electrones con todos los valores de energía, entre un mínimo y un máximo, sin atender a “saltos cuánticos”. Para Meitner, los resultados de Chadwick y Ellis no tenían sentido, pues contradecían la mecánica cuántica. Los investigadores de los Laboratorios Cavendish (Universidad de Cambridge) por su parte, tenían una gran confianza en la validez experimental de sus resultados. Además Lord Ernest Rutherford, no era muy amigo de la nueva física cuántica, por lo que no le importaba mucho, que los resultados experimentales contradijeran su postulados.
Meitner y Ellis “observaban” lo mismo: que el espectro de la radiactividad β era continuo en origen, pero los dos “veían” cosas distintas.
Este debate entre Berlín y Cambridge, duró casi diez años, hasta que entre 1927 y 1929 se llegó a una especie acuerdo, en el que el equipo inglés confirmaba su postura: los electrones de la radiactividad β tiene, en origen, energías que varían desde un valor mínimo a un valor máximo; el espectro de estos electrones, sería así, continuo. Parecía que se ponía en cuestión, algunas de las ideas fundamentales de la física cuántica.
Y no solo eso. Si los átomos emitían electrones con energías variables ¿cómo era posible que su energía, antes y después de la emisión, fuera siempre la misma? Niels Bohr volvió a echar mano a una propuesta que ya había hecho tiempo atrás: la no-conservación de la energía en la radiactividad β. Aunque en esta ocasión no llegó a publicar nada al respecto, ya que, mediante su correspondencia con otros colaboradores, pudo comprobar el rechazo que levantaba tal idea.
Otra solución, igualmente a la desesperada, fue la que propuso Wolfgang Pauli en 1930. En una famosa carta, fechada el 4 de diciembre, y dirigida a los asistentes a un congreso sobre radiactividad, Pauli propuso que en la emisión β, el núcleo emitía una partícula neutra, desconocida hasta entonces, cuya energía correspondería con la que le faltaba al electrón. Así, en cada emisión radiactiva, el núcleo emitiría siempre la misma cantidad de energía, y ésta se distribuiría de forma variable, entre el electrón y la partícula neutra. Esta partícula fue posteriormente denominada como “neutrino” y, aunque muy pronto se aceptó su existencia, no fue detectada experimentalmente hasta 1956.

Pero el proyecto que cambiaría para siempre la física nuclear, lo llevaron a efecto Lise Meitner, Otto Hahn (1879-1968) y el joven físico Fritz Strassmann (1902-1980). Estaba claro que, si la parte física consistía en bombardear átomos con neutrones, se precisaba de los químicos para analizar la identidad de los átomos resultantes. Pero en 1938, como ya sabemos, Meitner, de origen judío, tuvo que abandonar Berlín, a causa de la persecución nazi, con lo que el proyecto quedó en manos de Hahn y Strassmann. Meitner tenía la sensación creciente, de que alguna de las hipótesis que estaban utilizando, era incorrecta, pues el comportamiento de los elementos trans-uránicos que estaban empleando, no coincidía con el esperado.
Parece que en una entrevista, que mantuvieron Meitner y Hahn en el Instituto Bohr en Copenhague, la investigadora austriaca sugirió volver a analizar tales elementos, con la esperanza de que no fueran realmente trans-uránico, sino que se tratara de bario, el elemento 56 de la tabla periódica. De ser así, el resultado de bombardear núcleos con neutrones, no seria un elemento de número atómico mayor, sino la ruptura del núcleo. De vuelta a Berlín, Hahn y Strassmann realizaron los análisis que Meitner había sugerido, para comprobar que ella tenía razón. Habían roto el núcleo por la mitad.
Desde que Einstein avanzara su famosa ecuación E=mc², la ciencia ficción había especulado, sobre la posibilidad de transformar materia en energía, y así disponer de una fuente ilimitada de energía. Pero ahora, a las puertas de la Segunda Guerra Mundial, la ficción se había convertido en aterradora realidad. Puestas las bases de la fisión nuclear, la utilización de tal energía para usos destructivos, sólo era cuestión de tiempo.
Pues eso.

Palma. Ca’n Pastilla a 14 de Junio del 2020.