Biografía de Ernest Rutherford

rutherford

Físico neozelandés y británico (1871 – 1937)

Ernest Rutherford nació el 30 de agosto de 1871, en Nueva Zelanda, de padre escocés y madre británica.

Sus excelentes resultados académicos le permitieron proseguir sus estudios y sus investigaciones durante cinco años en la Universidad.

Se licenció en Christchurch y poco después consiguió la única beca de Nueva Zelanda para estudiar matemáticas, y se ganó la vida el último año como maestro. Obtuvo de ese modo el título de "Master of Arts" con un doble primera clase en matemáticas y física.

Christchurch
Christchurch, cerca de Wellington, en Nueva Zelanda

El genio de Rutherford para la experimentación fue extraordinario: sus primeras investigaciones en la Universidad demostraron que el hierro podía magnetizarse por medio de altas frecuencias, lo que de por sí era un descubrimiento.

En 1894 obtuvo el título de "Bachelor of Science" y decidió proseguir sus estudios en Gran Bretaña.

Antes de salir de Nueva Zelanda, se prometió con Mary Newton, una joven de Christchurch.

A partir de 1895, consiguió trabajo en los Laboratorios Cavendish de Cambridge, bajo la dirección del descubridor del electrón, J.J. Thomson. Fue el primer estudiante de ultramar que alcanzó esta posibilidad.

Años más tarde, conseguiría reemplazar años a su maestro J.J. Thomson en la dirección de los Laboratorios Cavendish.

Cavendish
Laboratorios Cavendish

Empezó a trabajar con Thomson en el estudio del efecto de los rayos X sobre un gas. Descubrieron que los rayos X tenían la propiedad de ionizar el aire, y pudieron demostrar que se producían grandes cantidades de partículas cargadas, tanto positivas como negativas, y que esas partículas podían recombinarse para dar lugar a átomos neutros.

Por su parte, Rutherford inventó una técnica para medir la velocidad de los iones, y su tasa de recombinación.

Universidad McGill

En 1898, cuando tenía 27 años y tras pasar tres años en Cambridge, le ofrecieron una cátedra de física en la Universidad Mc Gill de Montreal.

Aceptó inmediatamente, pues representaba para él la posibilidad de reunirse con su prometida, que seguía viviendo en Nueva Zelanda.

Universidad Mc Gill en Montreal, Canadá

Por esa época, Becquerel descubrió que el uranio emitía una radiación desconocida, la "radiación uránica".

En 1899, Rutherford publicó un documento esencial, en el que describía el poder de penetración de las radiaciones.

Dedujo que el uranio emitía dos radiaciones diferenciadas, puesto que tenían poder de penetración distinto.

A la radiación menos penetrante la llamó radiación alfa, y a la más penetrante radiación beta.

Radiaciones

En 1902, con la ayuda de un químico de Montreal, Frederick Soddy, llegó a la conclusión de que las emanaciones de torio son átomos radiactivos, pero sin ser torio, y que la radioactividad viene acompañada de una desintegración de los elementos.

Este descubrimiento provocó un gran revuelo entre los químicos, los cuales estaban muy convencidos del principio de indestructibilidad de la materia. Una gran parte de la ciencia de la época se basaba en este concepto. Por ello, este descubrimiento representó una auténtica revolución, pues la calidad de los trabajos de Rutherford no dejaba margen a la duda.

El mismísimo Pierre Curie tardó dos años en admitir esta idea, a pesar de que ya había constatado con Marie Curie que la radioactividad ocasionaba una pérdida de masa en las muestras. Pierre Curie opinaba que perdían peso sin cambiar de naturaleza.

En 1904, Rutherford resumió el resultado de sus investigaciones en un libro titulado "Radioactividad", en el que explicaba que la radioactividad no estaba influenciada por las condiciones externas de presión y temperatura, ni por las reacciones químicas, pero que comportaba un desprendimiento de calor superior al de una reacción química. Explicaba también que se producían nuevos elementos con características químicas distintas, mientras desaparecían los elementos radiactivos.

El descubrimiento de la radiación alfa y beta, y que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, le valió ganar el Premio Nobel de Química en 1908.

 

Pronto empezó a hacerse preguntas sobre la naturaleza exacta de las radiaciones alfa; calculó su velocidad, el signo de su carga eléctrica (positivo), y la relación que hay entre carga y masa. Éste es el camino que le llevó a deducir que si algunas partículas alfa rebotaban era porque se desviaban al atravesar los núcleos. Descubrió que el núcleo de los átomos está formado por dos componentes: protones y neutrones.

Dedujo que en el núcleo atómico se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.

En esta parte de su vida se consagró por completo a sus investigaciones, pasó dedicado a la docencia y a la Dirección de los Laboratorios Cavendish de Cambridge, en donde se descubrió el neutrón, y en el que se formaron Niels Bohr y Oppenheimer.

Atomo

En 1907, obtuvo una plaza de profesor en la Universidad de Manchester, en donde trabajó junto a Hans Geiger.

Con éste, inventaron un contador que permitía detectar las partículas alfa emitidas por sustancias radiactivas. Este dispositivo les permitió estimar el número de Avogadro de modo muy directo: averiguando el periodo del radio, y midiendo con su aparato el número de desintegraciones por unidad de tiempo. De ese modo dedujeron el número de átomos de radio presente en una muestra.

Manchester
Geiger
Universidad de Manchester
Contador Geiger

En 1908, junto a uno de sus estudiantes, Thomas Royds, demostró de modo definitivo que las partículas alfa son núcleos de helio.
Ese mismo año ganó el Premio Nobel de Química, lo que le produjo un pequeño disgusto, pues él se consideraba fundamentalmente un físico y no un químico.

En 1911, hizo su mayor contribución a la ciencia, al descubrir el núcleo atómico. Había observado en Montreal al bombardear una fina lámina de mica con partículas alfa, que se obtenía una deflexión de dichas partículas. Al retomar Geiger y Marsden de modo más concienzudo estos experimentos y utilizando una lámina de oro, se dieron cuenta de que algunas partículas alfa se desviaban más de 90 grados. Rutherford lanzó entonces la hipótesis, que Geiger y Marsden confrontaron con las conclusiones de su experimento, de que en el centro del átomo debía haber un "núcleo" que contuviera casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo, y que de hecho los electrones debían determinar el tamaño del átomo.

Este modelo planetario ya había sido sugerido en 1904 por un japonés, Hantaro Nagoaka, aunque su informe había pasado desapercibido. Se le objetaba que en ese caso los electrones tendrían que irradiar mientras giraban alrededor del núcleo central y, en consecuencia, tenían que caer.

Los resultados de Rutherford demostraron que ese era sin dudar el modelo bueno, puesto que permitía prever con exactitud la tasa de difusión de las partículas alfa en función del ángulo de difusión y del tamaño del átomo. Las últimas objeciones teóricas (sobre la irradiación del electrón) se desvanecieron con el advenimiento de los principios de la teoría cuántica, y la adaptación que hizo Niels Bohr del modelo de Rutherford a la teoría de Max Planck, lo que sirvió para demostrar la estabilidad del átomo de Rutherford.

En 1914, empezó la Primera Guerra Mundial, y Rutherford se concentró en los métodos acústicos de detección de submarinos.

Tras la guerra, ya en 1919, llevó a cabo la primera transmutación artificial. Después de observar los protones producidos por el bombardeo de hidrógeno de partículas alfa (al observar el parpadeo que producen en pantallas cubiertas de sulfuro de zinc), se dió cuenta de que obtenía muchos de esos parpadeos si realizaba el mismo experimento con aire y aún más con nitrógeno puro. Dedujo de ello que las partículas alfa, al golpear los átomos de nitrógeno, producen un protón; es decir, que el núcleo de nitrógeno, al absorber la partícula alfa, cambia de naturaleza y se transforma en oxígeno. Rutherford acababa de producir la primera transmutación artificial de la historia. Algunos opinan que fue el primer alquimista que consiguió su objetivo.

Ese mismo año sucedió a J.J. Thomson en el laboratorio Cavendish, pasando a ser el Director. Fue el principio de una edad de oro para el laboratorio y también para Rutherford. A partir de esa época, su influencia en la investigación en el campo de la física nuclear fue enorme.

En una conferencia que pronunció ante la Royal Society, aludió a posible existencia del neutrón y de los isótopos del hidrógeno y del helio. Éstos se descubrieron algo después en el laboratorio Cavendish, bajo su dirección.

James Chadwick (descubridor del neutrón), Niels Bohr (que demostró que el modelo planetario de Rutherford no era inestable), y Robert Oppenheimer (considerado como el padre de la bomba atómica) están entre los que estudiaron en el laboratorio en los tiempos de Rutherford.

Moseley, que fue alumno de Rutherford, demostró que los átomos contaban con tantos electrones como cargas positivas había en el núcleo, y que de ello resultaba que sus resultados confirmaban aún más las intuiciones de Bohr y Rutherford.

En 1931 y obtuvo el título de Barón Rutherford de Nelson, de Cambridge.

Murió el 19 de octubre de 1937 y se le enterró en la abadía de Westminster, junto a Isaac Newton y a William Kelvin.

Abadía de Westminster, en Londres Westminster

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