Ernest Rutherford con su modelo planetario, obtenido a través del choque de partículas, abría la puerta al nacimiento de la física nuclear
A comienzos del siglo pasado, Joseph John Thomson había descubierto el electrón, dejando atrás la creencia de que los átomos eran la división más pequeña de la materia, y su modelo atómico conocido como ‘pudín de pasas’ (pensaba que el átomo estaba formado por un triturado de elementos de carga eléctrica positiva con los electrones empotrados en él) era el que imperaba. Henri Becquerel, por su parte, se ocupaba de investigar las propiedades de la radioactividad.
En 1911, trabajando con Hans Geiger y Ernest Marsden, el neozelandés Ernest Rutherford experimentaba con radioactividad en la Universidad de Manchester. Ya había recibido el Premio Nobel de Química, en 1908, por sus estudios sobre la transmutación de los átomos (como que, una vez liberadas de su carga, las partículas alfa son átomos de helio), y diseñó un experimento basado en la colisión de éstos, en el que una delgada lámina de oro se bombardeaba con partículas alfa (que chocarían con una pantalla fluorescente, de sulfuro de zinc, colocada rodeando la lámina), con el cual hizo uno de los descubrimientos más cruciales de la historia de la ciencia.
La mayoría de las partículas traspasaban la lámina sin problemas pero, de vez en cuando, una de ellas era desviada hacia la placa fosforescente. Esto causó asombro a Rutherford, quien tardó casi dos años en entenderlo. “Fue como si disparara un proyectil de 15 pulgadas contra papel de seda y rebotara“, diría.
El científico comprendió que la masa de un átomo no podía estar distribuida de manera uniforme, como sugería el modelo de Thomson, de quien había sido uno de sus estudiantes, sino concentrada en el centro. Sólo un núcleo denso y sólido podía tener la masa para provocar la deflexión de una energética partícula alfa disparada en su dirección.
Así surgiría un nuevo modelo, ‘planetario’, del átomo, su estructura básica, en el que los electrones orbitan un nucleo central sólido, el cual sería explicado en el informe “La dispersión de las partículas alfa y beta por la materia y la estructura del átomo”, publicado en el Magazine Filosófico hace cien años.
El salto a la física de partículas
El experimento de estrellar átomos aún se practica. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), del CERN, el más grande circuito subterráneo (27 kilómetros de circunferencia, en la frontera franco-suiza) hoy está dedicado al descubrimiento del bosón de Higgs, la llamada ‘partícula de Dios’, que podría explicar cómo adquieren su masa el resto. En Estados Unidos también hay otros aceleradores de partículas, el Colisionador de Iones Pesados Relativistas, ubicado en Nueva York, que hasta antes del LHC era el más grande del mundo, y el Tevatrón, en Illinois (su anillo es de 6.3 kilómetros, que es parte del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi del Departamento de Energía.
Estos experimentos están diseñados para acelerar haces de protones en direcciones contrarias a fin de que choquen y estudiar las partículas resultantes (el LHC alcanzará una velocidad de 14 teraelectronvoltios; en la actualidad funciona a la mitad, y el Tevatrón trabaja en uno). El bosón de Higgs podría revelar cuánta masa tiene el Universo. Su existencia fue postulada para explicar cómo interactúan las partículas elementales. El modelo estándar de la física de partículas incluye 16: 12 de materia y cuatro mediadoras de fuerza; pero aún, aunque se han cumplido varias de sus predicciones, no ha podido explicar una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: la gravedad, y tampoco ha demostrado la existencia de uno de sus componentes: el bosón, sin el cual ninguna de las 16 partículas tendrían masa.
Como toda la materia visible en el Universo, los planetas, las estrellas y las galaxias, suma sólo un 4% (el resto es energía oscura, 73%, y materia oscura, 23%), si se lograra comprobar la existencia del Higgs y de otras partículas supersimétricas, sería posible también calcular la masa de la materia oscura.
