sábado, 14 de marzo de 2015

Fisionar en tiempos revueltos (I): A la tercera va la vencida

Familia, amor, traición, intrigas políticas, secretos, misterio, espionaje, física. Cuando te toca vivir en tiempos revueltos, sabes que en cualquier momento la situación puede estallar.

Diario de Irène


27 de Marzo de 1931
El núcleo atómico siempre me ha parecido uno de los más bellos enigmas de la física. Supongo que me viene de familia. Mis padres fueron pioneros en esto de los núcleos, y su pasión caló hondo en mí. El recuerdo de papá aún me entristece.

17 de Febrero de 1932
Frédéric me sobresalta con una noticia: James Chadwick, en Cambridge, acababa de publicar un artículo en Nature que debía ver de manera inmediata. En él trata de explicar los resultados de un experimento de Bothe y Becker en el que habían encontrado una nueva radiación neutra, y nuestros experimentos del mes de enero en los que conseguimos dispersar esta radiación con parafina. Según lo que dice, la radiación misteriosa se trata del tan buscado neutrón, una partícula neutra y con la misma masa que el protón. El neutrón se estaría produciendo al bombardear berilio con partículas alfa según \[{}_2^4\alpha + {}_4^9 Be \to {}_0^1 n + {}_6^{12}C\]Estuvimos tan cerca, lo teníamos delante de nuestras narices y se nos escapó. Pero no hemos de desfallecer, todavía hay mucho trabajo que hacer con los neutrones, y seguiremos con ello.


1 de abril de 1933
Parecía una broma del poisson d'avril, pero no, era real. Otra vez nos había vuelto a suceder. Hace un año, cuando intentábamos ver en la cámara de ionización los productos de bombardear berilio con partículas alfa, habíamos encontrado trazas que parecían ser electrones, pero con carga positiva. En el Nature viene un artículo sobre el descubrimiento del positrón, una partícula con la misma masa y carga opuesta que el electrón descubierta por Anderson, y su identificación como las antipartículas que había propuesto Dirac. ¡Y pensar que nosotros fuimos los primeros en verlo, y no supimos lo que teníamos delante!

10 de julio de 1933
Los electrones positivos no dejan de sorprendernos. Hemos encontrado dos procesos en los que se están creando: por una parte, cuando los rayos gamma muy energéticos se encuentran con núcleos pesados, se general un par de electrones de materialización, uno negativo y otro positivo. Estos son los electrones positivos que había visto Anderson, y que nosotros también hemos observados. Pero Fred y yo hemos sido los primeros en ver electrones de transmutación, que son electrones positivos que aparecen sin estar acompañados de ningún electrón negativo. Los hemos detectado como producto de la reacción nuclear \[{}_{13}^{27}Al + {}_2^4\alpha \to {}_{14}^{30}Si + n + e^+\]Hasta ahora se conocía una reacción parecida, \[{}_{13}^{27}Al + {}_2^4\alpha \to {}_{14}^{30}Si + {}_1^1H\] lo que nos hace creer que el protón está compuesto por un neutrón y un positrón. Rutherford y Chadwick, por el contrario, opinan que es el neutrón el que está compuesto de un protón y un electrón.
A la izquierda, línea curvada, un positrón, y a la derecha, un protón procedente del retroceso del neutrón, como productos del bombardeo de alumino con partículas alfa. Fotografía de Irène Curie y Frédéric Joliot.

29 de Octubre de 1933
Estamos en Bruselas, en la séptima conferencia de Solvay. Hemos elaborado un informe sobre nuestros últimos descubrimientos de emisión de neutrones y positrones al bombardear con partículas alfa. Al parecer, ha creado bastante debate. Lise Meitner nos dijo que ella, al bombardear el aluminio, había observado los positrones, pero ni rastro de los neutrones, por lo que creía que los positrones no provenían del núcleo. Perrin, por los rangos de energía con los que salían el neutrón y el positrón, nos sugirió que podía tratarse de un proceso en dos etapas: primero se emite el neutrón y se crea un núcleo inestable, que luego se desintegra en una especie de desintegración beta, pero emitiendo un positrón en vez de un electrón.

Séptima conferencia de Solvay. Algunos de los participantes: 1 - Irène Curie. 2 - Frédéric Joliot. 3 - Marie Curie. 4 - James Chadwick. 5 - Walter Bothe. 6 - Paul Dirac. 7 - Ernest Rutherford. 8 - Lise Meitner. 9 - Francis Perrin.

22 de Noviembre de 1933
Hemos recibido una carta de parte de Meitner. Ha repetido su experimento y sí que ha podido observar los neutrones, y según dice los resultados anteriores se pueden deber simplemente a errores estadísticos. Esto nos deja más tranquilos, ya que confirma nuestra teoría de que los positrones se emiten en el núcleo.

15 de Enero de 1934
Han sido unos meses muy moviditos: Perrin ha propuesto que hay dos tipos de desintegraciones beta, siendo una de ellas nuestra transmutación, Pauli se ha inventado una nueva partícula, el neutrino, que es invisible y se produce en las desintegraciones beta, y Fermi ha elaborado una teoría sobre las desintegraciones beta. Todo esto nos estimuló a seguir investigando en el tema, que habíamos dejado un poco en suspenso tras Solvay.
Fred ha cambiado su cámara de ionización por un detector Geiger, así podemos ver cómo va cambiando la radiación emitida en el tiempo. Y lo que encontramos no podía ser más inesperado: tras irradiar una lámina de aluminio, esta seguía emitiendo positrones después de retirar la fuenete de partículas alfa. Hemos conseguido resultados similares con boro y magnesio, pero no con otros materiales. Por ello, podemos concluir que hemos transformado artificialmente el aluminio en un isótopo radiactivo de fósforo, tal y como Perrin había propuesto: \[{}_2^4\alpha + {}_{13}^{27}Al \to {}_{15}^{30} P + n \qquad\qquad {}_{15}^{30}P \to {}_{14}^{30}Si + e^+\]Los isótopos intermedios son tan inestables, con vidas medias de unos pocos minutos, que hasta ahora había sido imposible . Aun así, me las ingenié para poder detectar el fósforo antes de que se desintegrara. Cuando se confirmó nuestra hipótesis, me invadió una alegría inigualable, empecé a correr y saltar por el laboratorio. Solo de pensar las consecuencias que podría tener este decubrimiento...


Para saber más


F. Guerra, M. Leone y N. Robotti: The discovery of artificial radioactivity. Physics in Perspective 14 (2012)
P. J. Gilmer: Irène Joliot-Curie, a Nobel laureate in artificial radioactivity. Celebrating the 100th anniversary of Madame Sklodowska Curie’s Nobel Prize in chemistry.
Laura Morrón: El abuelo Eugène Curie. Los mundos de brana.


Nota: Esta entrada participa en la LX edición del Carnaval de Física, albergado por ZTF News, dedicado a Mujeres en la Física.