Las radiaciones β y el origen del neutrino

No deja de llamar la atención los diferentes modos de comportarse que presenta la materia subatómica, y cómo, cada uno de ellos, da lugar a fuentes de energía muy diferentes. Un caso claro es el que se da en las radiaciones α y las β, modos distintos de radiación, pero que no se dan desconectados. Las radiaciones α, que vienen a ser emisión de núcleos de helio, suponían una auténtica degradación nuclear, resultado de la cual se obtenía otro elemento más ligero. Sin embargo, la radiación β (a base de electrones) se presentaba con otro carácter, tratándose nada más que ―digamos― un reajuste electrónico del átomo, y que se suele dar tras la emisión de partículas α. ¿Por qué? ¿Qué quiere decir esto?

En la mayoría de los núcleos atómicos de los elementos pesados, el número de neutrones no se encuentra parejo al de protones, sino que suele ser superior, con una relación que puede llegar al orden de 1’5, como ocurre por ejemplo en el radio. Cuando en estos elementos pesados se emite una partícula α, se eliminan dos protones y dos neutrones de su núcleo; y, al producirse esta reducción, dicha proporción aumenta, poniendo en peligro la estabilidad del núcleo. Pero entonces ocurre algo muy curioso, a saber: que un neutrón se transforma en un protón emitiendo un electrón o una partícula β, manteniéndose así dicha estabilidad.

Éste era un fenómeno que se observó relativamente pronto, en torno a los años 30, cuando todavía estaba en borrador la identificación de la estructura atómica en las partículas que todos conocemos. Recordemos que Chadwick descubrió el neutrón en 1932. Pues bien, el mismo Chadwick se entretuvo investigando estas emisiones β. Y observó una situación curiosa. Mientras que las partículas α siempre poseían unas energías acotadas, definidas por las diferencias de energía entre el núcleo original y el final, en las partículas β no se daba esa circunstancia, obteniéndose unos valores energéticos que oscilaban en un intervalo bastante más amplio. El mismo Bohr se interesó por este fenómeno, proponiendo la posibilidad de que no se cumpliera en este caso el principio de conservación de energía.

A Pauli, esta hipótesis de Bohr no le satisfizo. Desde un punto de vista más prudente, postuló la posibilidad de que, junto con la partícula β, se emitiese de modo simultáneo otra partícula que se escapara a la observación y en virtud de la cual se alcanzara el equilibrio de energías. Curiosamente, Pauli denominó a estas partículas todavía desconocidas, sólo postuladas teóricamente, como neutrones (nada que ver con las partículas que más tarde descubriría Chadwick y que denominó así, y que son los neutrones que todos conocemos). Qué fueran estas partículas de Pauli fue desconocido durante algún tiempo. Gamow cuenta la anécdota de que, cuando en sus clases Fermi explicaba esta situación, y ante las preguntas de sus alumnos de si los neutrones de Chadwick podían ser las partículas de Pauli, contestaba: «Le neutrone di Chadwikc sonno grande. Le neutrone di Pauli erano piccole; egli devono star chiamato neutrini». Fermi, sin darse cuenta, había bautizado ya a las partículas misteriosas de Pauli: los neutrinos.

No fue hasta 1955 que Reines y Cowan, en Los Álamos, lograron identificar experimentalmente al neutrino. Comprobaron que estos eran generados en gran número como «un resultado de la degradación beta de los productos de fisión formados en la reacción en cadena». Y se dieron cuenta de un hecho asombroso: mientras los neutrones, e incluso los rayos γ, podían ser detenidos por gruesos muros de hormigón que rodean la pila atómica, los neutrinos se escapaban a ellos con total facilidad. ¡Atravesaban los muros de hormigón como un colador! Lo que hicieron estos dos científicos fue idear un modo de detección, apoyándose en una ecuación teórica postulada por Fermi: P+ν → n+e⁺. Esta ecuación venía a decir que cuando un neutrino choca contra un protón, debería convertir al protón en un neutrón emitiendo un electrón positivo, un positrón. Y así lo hicieron, dando como resultado la validación empírica de la ecuación de Fermi, y demostrando que Pauli tenía razón, identificando a la vez el nuevo neutrón misterioso: el neutrino.

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?

Ernst Rutherford: el primer alquimista

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. No fue el único: Poincaré, en 1897, ya pensaba que comenzaba una nueva época para la física; decía: «cabe pensar que [la radiactividad] nos permitirá acceder a un nuevo mundo cuya existencia nadie sospechaba» (Cox y Forshaw, 2014: 18). Si ya la desintegración radiactiva suponía un hecho desconcertante, en tanto que emisión espontánea de energía, ya que no había nada que la desencadenase, al poco se observó otro que no lo era menos, del que se hizo eco Rutherford, en 1900: que distintos átomos se transformaban a ritmos distintos. Era razonable pensar que, átomos creados al mismo tiempo, deberían durar todos ellos un mismo tiempo, pero la observación desmentía este planteamiento, ya que se observaba que la vida de los átomos tomaba valores entre cero e infinito, aleatoriedad que chocaba de frente con una tradición científica determinista. Junto con sus entonces ayudantes Hans Geiger (1882-1945), el famoso inventor del contador que lleva su nombre, y Ernest Marsden (1889-1979), que trabajaban con él en Manchester, 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 (que luego resultaron ser 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.

La ciencia se hace entre muchos: el descubrimiento del neutrón

El año 1932 fue un año interesante, en lo que el conocimiento de la materia subatómica se refiere. Desde un par de décadas antes, se pensaba que los dos constituyentes básicos de la materia eran el protón y el electrón, ambos con cargas opuestas, si bien el electrón de una masa mucho menor que el protón. El átomo más ligero de nuestra naturaleza, el del hidrógeno, está efectivamente formado por ellos: un protón situado en el centro de la órbita que describía un electrón girando a su alrededor. Y se pensaba que, los átomos de los elementos más pesados, estaban formados por un conglomerado de protones y electrones en el centro, en el núcleo, más los electrones que orbitaban a su alrededor. Como nos dice De Broglie, «este esquema poseía una bella sencillez que parecía muy satisfactoria para el espíritu». Esta idea ―ser muy satisfactorio para el espíritu― presenta un doble filo pues, este hallazgo satisfactorio muy bien puede deberse a la realidad de las cosas, aunque también muy bien puede ser muestra de cierto acomodo de nuestro espíritu, dándose por contento antes de lo recomendable. A la postre resultó lo segundo, porque pronto se vio que este modelo presentaba ciertas dificultades, que el descubrimiento del neutrón contribuyó a resolver.

Si bien la idea de que la materia estaba compuesta por elementos pequeños a modo de ‘ladrillos’ estuvo en la mente de los hombres desde antiguo (pensemos en los filósofos presocráticos) no fue hasta relativamente hace muy poco tiempo que podemos poseer evidencia experimental la cual, como suele ocurrir en este tipo de cosas, comenzó por un accidente, por una sorpresa. Ello ocurrió cuando, en 1896, Becquerel descubrió por azar la radiactividad del uranio; suceso a partir del cual la historia de los descubrimientos se desplegó cual hilo de Ariadna. Es difícil imaginar qué pasaría por la cabeza de Becquerel en este momento, un suceso ciertamente inusitado, gracias al cual la materia se transformaba, pasaba a ser otra cosa, auténtico sueño de la alquimia medieval. Dos años más tarde, el matrimonio Curie descubrió el radio, más radiactivo que el uranio. Fueron necesarios muchos trabajos, como los de Rutherford, para que Bohr expresara su teoría atómica en el año 1913, apoyándose en los experimentos de aquél, y gracias a la cual sabemos que es el núcleo el responsable de las transformaciones radiactivas.

Como suele ocurrir, en el olimpo de la historia sólo quedan algunos nombres, cuando sus protagonistas son bastantes más, muchas veces desconocidos. Éste es el caso (con permiso de los alemanes Bothe y Becker) de Frédéric Joliot, casado con la hija de los Curie, Irène, en 1926, quienes trabajaron silenciosamente en la dirección oportuna para que se pudieran seguir dando los sucesivos descubrimientos, en concreto el que nos ocupa: el del neutrón. Curiosamente, ya Rutherford (1920) anunció la posibilidad de su existencia para comprender mejor la composición de los núcleos atómicos, aunque él los entendió como compuestos de electrones y protones. Ciertamente, esta interpretación no facilitó la investigación futura, pues una cosa es investigar una radiación neutra (compuesta de lo que fuere) y otra muy diferente investigar la existencia de una partícula neutra. Hasta que Chadwick confirmó la existencia del neutrón, estaba bastante extendida en el imaginario científico la idea de que el neutrón era una partícula compuesta (análogamente a lo que ocurría con la radiación α). Todas estas teorías estuvieron a la base del hallazgo de Chadwick quien, si lo pudo hacer, fue gracias a todos ellos.

¿Cómo ocurrió la cosa? En el año 1930 hubo dos físicos, Bothe y Becker, que hicieron una experiencia misteriosa, a la que no pudieron darle explicación. Se dieron cuenta de que, al irradiar átomos de berilio con partículas α que provenían del polonio radiactivo, se obtenía, junto con un isótopo del carbono, otra radiación muy penetrante y que no supieron identificar. Inicialmente la identificaron como rayos γ (de carácter electromagnético), pero el caso es que era mucho más penetrante que cualquier radiación γ hasta entonces conocida. Ciertamente, ni ellos ni el entorno científico de la época era capaz de identificarla. Unos de los científicos interesados fueron los integrantes del matrimonio francés. El caso es que el joven matrimonio poseía, gracias al laboratorio de los Curie, una cantidad generosa de polonio para poder trabajar, así como mucha experiencia en el manejo de las cámaras Wilson, empleadas para identificar el desplazamiento de partículas por la estela que dejan en un medio gaseoso. Fue precisamente el uso de las cámaras Wilson lo que permitió obtener ciertas conclusiones, ya que los dos alemanes empleaban otra metodología (contadores de puntas). Por cierto, como anécdota, sólo decir que, curiosamente, Wilson no estaba pensando en este uso cuando ideó su cámara; él era un estudioso de las formaciones nubosas, y lo que trataba de hacer son nubes artificiales en su laboratorio, humedeciendo y enfriando el aire del laboratorio. De hecho, el aparato funcionaba bien en este sentido, y fue sólo accidentalmente que, pasando partículas alfa a su través, éstas quedaban perfectamente identificadas por el rastro que dejaban.

Pero bueno, volvamos a nuestra historia. Tal y como decía, el reto estaba, pues, en identificar qué era esa radiación tan penetrante. Pues bien, Frédéric e Irène repitieron la experiencia de los científicos alemanes teniendo en mente la siguiente idea: que esta radiación que habían descubierto Bothe y Becker tan penetrante, muy bien podía provocar la emisión de radiaciones menos penetrantes; es decir, que la radiación desconocida podía provocar radiaciones ya conocidas. Y en este sentido emplearon las cámaras Wilson, observando cómo, efectivamente, esta radiación misteriosa era capaz de proyectar a grandes velocidades los núcleos de los átomos de los cuerpos que atravesaba. Pero el caso es que esta radiación no sólo movilizaba átomos ligeros (como el de hidrógeno), sino que también hacía lo propio con átomos mucho más pesados (como el de nitrógeno): «Consiguieron así fotografiar las trayectorias neblinosas que marcan el paso de los núcleos de los átomos proyectados e identificarlos con los núcleos de hidrógeno, de helio y de nitrógeno», explica de Broglie. Sin embargo, esto, lejos de solucionar nada, amplió el misterio. ¿Por qué? Como decía, esta radiación se pensaba que era de tipo γ, es decir, de carácter electromagnético; y el caso es que, hasta la fecha, ninguna radiación de este tipo había sido capaz de provocar la proyección de los núcleos identificados, relativamente muy pesados.

Aquí entra en escena Chadwick, el cual supo interpretar adecuadamente estos resultados confusos, gracias también a una tecnología más desarrollada que la que se tenía en el Instituto del Radio. En las experiencias comentadas, se habían visto también desplazarse a velocidades muy elevadas electrones, pero se pensaba, acertadamente, que no eran capaces de movilizar estos núcleos tan pesados; para hacerlo, se necesitaban partículas mucho más pesadas que los electrones, del orden de magnitud del protón. Chadwick tuvo el acierto de unir esta deducción, con aquella intuición que ya en su día tuvo Rutherford, en relación a la existencia de partículas no cargadas electrónicamente (más abajo me extenderé en ello), hipótesis que no conocían los otros físicos. La teoría de Chadwick es, ya, evidente: estas partículas, pesadas como los protones, capaces de desplazar núcleos pesados al ser bombardeados por ellas, no eran sino los neutrones de Rutherford. Así lo explica él: «Estos resultados, y otros que he obtenido en el transcurso de este trabajo, son muy difíciles de explicar en el supuesto de que la radiación procedente del berilio sea una radiación cuántica. Estas dificultades desaparecerían si se supone que la radiación está formada por partículas de masa 1 y de carga 0, o neutrones».

Ello fue publicado en 1932 en el artículo titulado “La existencia del neutrón”. Acto seguido, se multiplicaron los experimentos para analizar las propiedades de estas nuevas partículas, también por parte del joven matrimonio francés. Una de sus hipótesis ―y que ellos no pudieron demostrar― fue la conocida como captura electrónica, según la cual los núcleos atómicos son susceptibles de capturar electrones que orbitan a su alrededor, dando así nacimiento a un nuevo elemento. También obtuvieron la primera medición exacta de la masa del neutrón, ligeramente superior a la del protón (desdiciendo a la propuesta del mismo Chadwick). Dicha medición se anunció en el Consejo Solvay de 1933, y fue muy aproximada a las cifras que se barajan hoy en día.

Este descubrimiento fue un hito importante de un camino que continúa hasta hoy en día, momento en el que se conocen muchas más partículas fundamentales. No quisiera dejar de comentar dos asuntos al respecto. El primero tiene que ver con un trabajo posterior de Heisenberg, en el que postuló que el núcleo atómico no estaba compuesto por protones y electrones, sino por protones y neutrones, de masa prácticamente igual, uno cargado positivamente y el otro sin carga. Incluso los consideró como dos estados diferentes de una misma partícula, uno cargado positivamente y el otro neutro. ¿Y por qué hablaba de que el núcleo estaba formado por protones y electrones? Porque tal fue la interpretación que hiciera Rutherford (antes del descubrimiento del neutrón) para dar razón sobre todo de los núcleos más pesados. En esta época se pensaba que la única fuerza que existía en el núcleo era la electromagnética, de modo que si el núcleo sólo contenía protones, no podría ser estable a causa de la repulsión entre ellos; por este motivo, pensaba que en el núcleo también debía haber electrones ‘para compensar’, formando un número suficiente de pares protón-electrón para que el total de la carga del átomo fuera estable. A esa pareja Rutherford la denominó ‘neutrón’

Cuando Chadwick descubrió experimentalmente la nueva partícula, se asoció el neutrón con la partícula conjeturada por Rutherford, pero tampoco se tenía muy claro cómo integrarla en el modelo. Porque el problema al que apuntaba Rutherford se mantenía, ya que el neutrón no tenía carga, y la única carga habida en el núcleo seguía siendo la positiva de los protones. Se pensaba que algún tipo de fuerza debía haber entre las partículas del núcleo, más fuerte que la eléctrica de repulsión, y que lo mantuviera unido y estable. Aquí entra Heisenberg en escena. Él comparó las moléculas de deuterio (un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo está formado por un protón y un neutrón) y la molécula ionizada de hidrógeno H²+ (formada por dos protones y un electrón). En este segundo caso, la estabilidad de la molécula se debía al coninuo intercambio de la interacción del electrón con cada uno de los dos protones. En vez de pensar como tres partículas, pensemos en un protón y en un par protón-electrón que continuamente están intercambiando sus papeles, intercambio que es precisamente el que dota de estabilidad (algo así como cuando dos buzos intercambian el respirador de oxígeno debajo del agua, y ambos pueden mantenerse vivos). Heisenberg trató de extender esta hipótesis al primero, al núcleo del deuterio, aunque aquí surgía un problema, pues no había dos protones (dos partículas iguales) para alternarse, sino un protón y un neutrón (que era diferente). Fue por este motivo que Heisenberg propuso que protón y neutrón eran ambos una misma partícula, conocida desde 1941 como nucleón, explica Navarro Faus; una misma partícula que poseía dos estados que diferían entre sí en la carga, y en una pequeña fracción de masa. Heisenberg aplicó satisfactoriamente su teoría a los núcleos más pesados.

El segundo asunto, aunque en estos años no era demasiado relevante, no quisiera dejarlo de comentar. Se trata de qué quiere decir exactamente que el neutrón es de carga neutra, porque si bien esto es cierto, habría que matizarlo. Lo digo porque que su carga sea neutra, o nula, no quiere decir que no tenga cargas en su seno, sino que todas las cargas que alberga en su interior se equilibran, anulándose. Si esto lo observamos desde fuera, efectivamente el neutrón es neutro; pero si lo vemos desde dentro del mismo neutrón, la situación es muy distinta. Frente a la teoría de Rutherford (que el neutrón era una pareja protón-electrón) y la de Heisenberg (que protón y neutrón eran dos estados de una misma partícula), hoy se sabe que el neutrón no deja de ser un sistema formado por tres quarks, dos tipo down (cuyas cargas son negativas, de valor -1/3), y uno tipo up (de carga positiva de valor +2/3). ¿Qué quiero decir con esto? Pues que, aunque desde fuera parezca que el neutrón está tranquilamente sin carga, el caso es que por dentro está sometido a cargas positivas y negativas, es decir, hay una dinámica eléctrica en su seno, cuya resultante es nula. Esto es algo parecido a lo que ocurría con la esfera (o dos semiesferas) de von Guericke: aunque está siendo estirada diametralmente por sendos caballos, la esfera se encuentra en equilibrio (las fuerzas de los dos caballos se equilibran entre sí), pero la esfera está sufriendo unos esfuerzos más que considerables. Ya digo, esto ahora no tiene mayor importancia, pero cuando hablemos de las subpartículas y las fuerzas nucleares, veremos que sí que la tiene.