La llegada de Rutherford en 1895 al laboratorio Cavendish gracias a una beca, dirigido entonces por J.J. Thomson, y a quien sucedería en 1919, coincidió con no pocos grandes hallazgos: Roentgen descubrió los rayos X en 1896; el mismo año, Becquerel descubrió la radiactividad; al año siguiente, en 1897, J.J. Thompson descubrió el electrón; un poco más tarde, en 1911, Wilson inventó el primer detector de partículas, de importancia fundamental; y, en 1932, Chadwick descubriría el neutrón. No obstante, la estancia de Rutherford en el Cavendish no fue muy afortunada; no fue un investigador especialmente caracterizado por su inteligencia, sino más bien por su tenacidad. Al poco tiempo se desplazó a Montreal, ocupando en 1898 la cátedra de física de la universidad de esta ciudad, donde continuó estudiando los recientes y numerosos descubrimientos sobre la radiactividad. No será hasta 1907 cuando volvió a Inglaterra, pero esta vez a la universidad de Manchester, donde, más tarde, en 1912, se le uniría un joven estudiante: Niels Bohr.
En esta época en que se estudiaba la radiactividad, poco se sabía todavía de los átomos. Se sabía que no eran monolíticos, ya que el electrón ya había sido descubierto pocos años antes por Thomson, pero poco más: ni su tamaño, ni su forma, ni su composición. Aunque en un principio se pensaba que el núcleo era neutro, el descubrimiento del electrón dio a pensar que debía haber alguna carga positiva en él, para equilibrar el conjunto. De hecho, fue el mismo Thomson el que propuso en 1904 el famoso modelo del bollo de pasas, es decir: el átomo era un objeto denso, sólido, cargado positivamente, pero salpicado por su capa externa por una serie de electrones, a modo de pasas. El caso es que este modelo de átomo no era de la satisfacción de Rutherford.
Se sabía poco de los átomos, pero tampoco se sabía mucho de la radiactividad ni de las sustancias radiactivas. Sí que se sabía, por ejemplo, que la radiactividad natural se daba en elementos pesados, con un número atómico elevado, y que se apoyaba en la facultad que tienen estos átomos pesados de emitir energía. Recién llegado al Cavendish, Rutherford se interesó por conocer los trabajos no sólo de su jefe Thomson, sino también de Becquerel y de Curie. Poco a poco se fue familiarizando con todo ello, y le pareció intuir que ahí, en los átomos, se escondía un gran misterio energético. Junto con su entonces ayudante Hans Geiger (1882-1945), el famoso inventor del contador que lleva su nombre, Rutherford pensó en ‘romper’ al átomo, para ver qué es lo que pasaba.
¿Cómo romper a un átomo? Pues lanzando hacia él proyectiles. ¿Qué proyectiles? Pues las nuevas clases de partículas que los descubrimientos habían puesto a disposición de los científicos. Si, como habían puesto a la luz los Curie, el núcleo de un elemento podía desintegrarse de modo natural, ¿no cabía la posibilidad de romperlo artificialmente mediante acciones externas?
Trasteando con los átomos, Rutherford logró identificar tres tipos de radiación, a saber: la radiación tipo α (núcleos de helio), que puede ser detenida fácilmente, basta un ligero papel; la tipo β (electrones en movimiento) que puede traspasar hojas de aluminio de varios milímetros de espesor; y la tipo γ (radiaciones electromagnéticas de elevada frecuencia, similares a los rayos X aunque de longitud de onda más corta), que podían penetrar planchas de plomo de varios centímetros de espesor.
Pronto se dio cuenta (junto con su colaborador Soddy) de un fenómeno ciertamente sorprendente: que la emisión de energía afectaba a la naturaleza del emisor. Dicho en palabras de Gamow: que «el fenómeno de la radiactividad es el resultado de la transformación espontánea de un elemento químico en otro». Esto quiere decir que la emisión de estos tipos de radiación por parte de los elementos tenía como resultado otro elemento próximo a él en el sistema periódico: la emisión de una partícula α suponía la formación de un elemento dos puestos a la izquierda de la tabla periódica (y perdiendo cuatro unidades de peso atómico); la de una β, un puesto a la derecha (sin variar el peso atómico); y la de una γ, una radiación electromagnética (fotones) que no tenía un efecto en este sentido (únicamente tenía que ver con la perturbación en el átomo a causa de la emisión de alguna partícula). Todo esto dio pie a una investigación en dos direcciones diferentes pero complementarias, a saber: el estudio de la radiactividad, y el estudio de los átomos.
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