Las familias radiactivas

Decíamos que Rutherford se dio cuenta de que cuando un elemento emitía energía de modo natural, ello no era irrelevante para dicho elemento sino que revertía sobre su propia naturaleza, convirtiéndolo en otro elemento. No tardó mucho en observar que esos nuevos elementos creados, podían ser a la vez modificados por nuevas emisiones, y así sucesivamente. Partiendo de un primer elemento, se iban sucediendo otros derivados de él, hasta llegar a un átomo que ya no seguía la cadena, pues ya no era radiactivo sino estable, finalizando así la sucesión. Se formaban así lo que se conoce como familias de elementos reactivos.

  

En la naturaleza se dan cuatro familias radiactivas. ¿Por qué cuatro? Gamow lo explica así: «Como una degradación α modifica el peso atómico en cuatro unidades mientras que la degradación β no cambia el peso atómico, pueden existir cuatro familias de elementos radiactivos». Cada familia viene a ser la que se corresponde con aquellos elementos cuyos pesos atómicos son 4n, 4n+1, 4n+2 y 4n+3. El uranio, por ejemplo, cuyo peso atómico es de 238 pertenece a la familia 4n+2, ya que 238 = 4·59 + 2; el torio a la 4n, pues su peso atómico es de 232 = 4·58; el protactinio a la 4n+3, pues 231 = 4·57 + 3. Y bueno, gracias al trabajo de no pocos científicos se fueron identificando todos los elementos que formaban parte de estas familias radiactivas, incluyendo también las modificaciones correspondientes a la radiación β. Una peculiaridad es que no hay en la naturaleza elementos de la familia 4n+1, ya que su ‘padre de familia’ tiene una vida muy corta. La familia más famosa es sin duda la del uranio, que acaba con el plomo.

Pues bien, de todo ello comenzó a darse cuenta Rutherford en 1919, observando cómo unos elementos se transformaban en otros. Y no tardó en experimentar con todo ello, viendo qué ocurría cuando se bombardeaban algunos elementos con partículas alfa, por ejemplo. Así, fue capaz, en 1919, de realizar la primera ‘reacción nuclear’, consiguiendo convertir nitrógeno (al cual bombardeó con partículas alfa) en un isótopo de oxígeno, desprendiéndose protones.

Rutherford fue el primer ser humano que consiguió hacer realidad el gran sueño de los alquimistas: transformar unos elementos en otros. Con la química moderna se estaba realizando un proceso con el cual habían estado soñando los alquimistas durante muchos años. Aunque Rutherford no fue el único, pues también —como cuenta de Broglie— el matrimonio Curie trabajó en esta línea, realizando un gran descubrimiento al demostrar «que ciertos procesos de bombardeo dan lugar a un núcleo inestable (radio-elemento artificial) que enseguida se desintegra espontáneamente dando origen a otro elemento y a diversas radiaciones».

Pero Rutherford no se quedó aquí. También investigó los ritmos a los que los elementos se iban desintegrando, y ello en dos sentidos. El primero, observando que, como una constante que se repetía continuamente, las muestras de un material, fuera la cantidad que fuera, se degradaban al mismo ritmo; es decir, tardaban el mismo tiempo en desintegrarse. Para establecer esa definición empleó el concepto de vida media, es decir, el tiempo transcurrido hasta que se había consumido la mitad de la cantidad de muestra inicial. Él averiguó que para un elemento dado, su vida media era exactamente la misma siempre, fuera la que fuera la cantidad inicial. La segunda observación fue que comprobó que los ritmos de desintegración eran muy diversos según el elemento de que se tratara: la vida media de un elemento puede durar bien unas milésimas de segundo, bien muchos siglos, aunque no supo averiguar porqué; esto es algo que explicaría tiempo después el propio Gamow.

Estos hechos tuvieron importantes consecuencias. Por lo pronto dos. El primero tiene que ver con la vida media de desintegración, el cual a la postre demostró ser muy útil, ya que puede servir a modo de ‘reloj hacia atrás’. Efectivamente, sabida la vida media de un elemento, y qué cantidad es la que existe ahora, se puede averiguar su edad. Así se encontró con que había muestras de uranio con unos 700 millones de años de antigüedad, cifra mucho más elevada que la que se barajaba por entonces como edad de nuestro planeta, mucho más modesta: 24 millones de años, estimada nada menos que por el mismo lord Kelvin. La segunda consecuencia importante tiene que ver con uno de los interrogantes que nos abrieron a los procesos estocásticos en la vida subatómica: partimos de una muestra de material radiactivo, del que se conoce su vida media; curiosamente, se sabe que al cabo de ese tiempo dicha muestra se reducirá a la mitad, desintegrándose la mitad de sus átomos, pero lo que no se sabe es qué átomos se desintegrarán y cuáles no. Ni siquiera se sabe cuánta vida tendrá cada uno de los átomos, pues no todos se desintegran en el mismo instante. Tan sólo se sabe el tiempo que tardarán en reducirse a la mitad, algo que se cumple inexorablemente. ¿Por qué?