Lunes, 20 Junio 2016 22:00

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¿Quién descubrió el Electrón?


Ing. José de la Herrán

Junio 22, 2016

La Crónica de Hoy, Opinión



El concepto de átomo, imaginado por el filósofo griego Demócrito, nacido en la ciudad de Abdera, consistía en una partícula indivisible e invisible por diminuta que, según él, formaba todos los “entes” del Universo; el agua, las rocas, los árboles. Esto es, toda la naturaleza estaba compuesta por átomos y las sustancias se diferenciaban entre sí sólo por la forma que estos átomos tenían. De hecho, la concepción de Demócrito sobre la esencia de las cosas fue la primera en simplificar la enorme complejidad que nos muestra la naturaleza con su infinidad de objetos y formas, incluyendo a todos los seres vivos. Esta concepción nos demuestra la capacidad de síntesis del cerebro humano para tratar de explicar la inmensa diversidad del mundo en que vivimos.

¡Pero así quedó este asunto durante más o menos dos mil trescientos años…!

Durante la Edad Media, la humanidad no hizo avances científicos significativos; pero hay que aceptar que el esfuerzo realizado, principalmente por religiosos, consistió en recuperar y conservar escritos, traducir y reescribir trabajos de filósofos e historiadores anteriores, lo cual permitió salvar obras de inmenso valor que, de otra manera, se hubieran perdido y que han servido y sirven para comprender mejor nuestro pasado.

La especulación filosófica generó la especulación científica. A partir del Renacimiento, los pensadores de la época comenzaron a ver la naturaleza en general con un nuevo enfoque, por lo que la especulación se transformó en búsqueda razonada. Podemos decir que después de Galileo esa búsqueda se transformó en experimentación científica que nos permite comprobar si una idea imaginada tiene o no un sustento en la realidad.

Los trabajos de Galileo, Kepler, Newton y muchos más nos presentaron una imagen coherente de la astronomía y dictaron las leyes físicas que rigen en el Universo, pero de la constitución de la materia… nada.

Ciertamente se adelantó en el descubrimiento de elementos, compuestos y en su clasificación. Por nombrar sólo uno de los científicos prominentes en ese campo tomaré a A. L. Lavoisier, quien es considerado por muchas razones el padre de la química moderna; una de ellas es por su libro Métodos de Nomenclatura Química, nomenclatura que antes de su aparición era un verdadero desorden. Lavoisier fue uno de los sacrificados durante la Revolución Francesa y se dice que, cuando fue aprehendido y dijo ser un científico, el oficial que lo aprendió contestó: “La República no necesita de científicos”.

Al principio del siglo XIX comenzó la que llamaré “Era de la corriente eléctrica”, esto gracias al científico italiano Alessandro Volta, con su famosa “Pila”. Mucho antes de Volta ya se manejaba la electricidad, del griego electron, una resina fósil, amarilla que conocemos con el nombre de ámbar, que al frotarla con una piel queda “electrizada” y es capaz de atraer trozos de papel que después del contacto son repelidos con fuerza. Esa “carga eléctrica” se podía acumular en las llamadas botellas de Leiden. Pronto se inventaron máquinas rotatorias que producían espectaculares chispas, pero todo aquello era electricidad estática, esto es, sin movimiento. En cambio, la pila de Volta producía una “corriente” eléctrica que al circular calentaba al alambre que se conectaba a la pila. ¿Pero qué era lo que corría ?... Ni idea…

Como era de esperarse, la pila de Volta inició una verdadera cascada de investigadores que comenzaron a trabajar con ella haciendo grandes descubrimientos y la fama de Volta llegó a los oídos de Napoleón, quien lo condecoró con la medalla de la Legión de Honor; pero yo creo que la condecoración más importante se la dieron los propios investigadores al llamar “Volt” a la diferencia de potencial que la pila genera. De hecho, a partir de Volta, casi todas las unidades eléctricas llevan el apellido de los investigadores que les dieron vida: Ampere, Coulomb, Henry, Ohm, Watt, entre otros.  Estos grandes personajes quedarán para siempre en la historia de la humanidad.

Es interesante hacer notar que, como ha sucedido en otros campos de la ciencia y la técnica, en este caso el ignorar la esencia de la corriente eléctrica, no impidió ir encontrando multitud de aplicaciones a lo largo de aquel siglo, así que el “Fluido eléctrico” sirvió para revolucionar todas las actividades del ser humano, al grado que, para fines del siglo antepasado, la electricidad iluminaba las noches, alimentaba las fábricas, movía los tranvías, comunicaba las ciudades telegráficamente, etcétera.

En el campo de la química, Dimitri Mendeléyev organiza en una tabla a todos los elementos conocidos de acuerdo con sus pesos atómicos, dejando huecos para los elementos por descubrir, cosa que hacen sus colegas paulatinamente y hablan de átomos y moléculas con una confianza que nos puede sorprender; pero que no impide la producción de infinidad de nuevos compuestos, manejando los átomos y disponiendo de ellos sin tener la menor idea de su esencia.

En los noventas de aquel siglo aparece J. J. Thomson (Juan José) en el Laboratorio Cavendish de Inglaterra, quien utilizando corriente de alta tensión, aplicada a los electrodos de un tubo en el que se ha hecho alto vacío, inicia un concienzudo estudio sobre los rayos catódicos que van de un extremo al otro del tubo y hacen las veces de conductores del “fluido eléctrico” sin que exista materia alguna en el camino.   

El doctor Thomson medita sobre sus observaciones, repite sus mediciones y hace cálculos sentado en la silla que ocuparan antes que él los grandes científicos directores del laboratorio. Por fin llega a la conclusión de que esos rayos catódicos tienen que ser corpúsculos materiales -como él los llama- que corren en el vacío del cátodo al ánodo del tubo y que esos corpúsculos, bautizados después como electrones, son el fluido eléctrico mismo.

Pero, ¿de qué tamaño tenían que ser los electrones para que pasasen a través de una hoja de oro colocada dentro del tubo como si dicha hoja no estuviera…? Por fuerza deberían ser mucho, mucho más pequeños que los átomos para poder pasar ente ellos como si nada. Después de volver a repetir los experimentos y medir cuidadosamente todos los parámetros que en ellos intervenían, el doctor Thomson obtiene un resultado sorprendente: dichos corpúsculos ¡tienen que ser más de mil veces más pequeños que los propios átomos de la hoja de oro!

En abril de 1897, hace justamente 119 años, el doctor y profesor J. J. Thomson reúne a sus colegas en la Royal Institution y en una presentación muy detallada y rigurosa suelta la bomba que conmueve hasta sus raíces a toda la comunidad científica. Resumiendo su presentación, expone que: el átomo considerado indivisible, tiene que estar compuesto de corpúsculos cargados negativamente y corpúsculos cargados positivamente en cantidades iguales, para que éste sea eléctricamente neutro. Los corpúsculos negativos tienen que ser más de mil veces más pequeños y ligeros que el átomo mismo y que, dado el volumen del propio átomo, de alguna forma, permite el movimiento de dichos corpúsculos negativos que se desplazan a lo largo del tubo evacuado a velocidades de unos treinta mil kilómetros por segundo. Y, además, sabe que dichos corpúsculos tienen carga negativa porque son atraídos en su trayectoria dentro del tubo al acercar a éste una carga positiva desde el exterior.

Como era de esperar, la bomba ocasiona grandes debates entre los físicos y químicos de todo el mundo, pero en poco tiempo todos comprueban lo dicho por Thomson y la comunidad científica acepta finalmente que el indivisible átomo está compuesto por un núcleo pesado y positivo en torno del cual giran los electrones casi dos mil veces más ligeros que el núcleo y con carga eléctrica negativa.

Thomson, Premio Nobel 1906, continuó sus investigaciones y durante su liderazgo en el laboratorio, ya siendo Sir. Joseph John Thomson, formó a muchos científicos de los cuales siete también llegaron a recibir el Premio Nobel. Entre ellos se hallaba quién después fuera Sir E. Rutherford, que siguió las investigaciones de su maestro configurando al átomo de hidrógeno, el más ligero de todos, compuesto de un corpúsculo central muy masivo y positivo llamado protón -descubierto por él-, en torno del cual gira un corpúsculo negativo y 1837 veces más ligero llamado electrón.

Sir J. J. Thomson, gran maestro de premios Nobel, descubridor del electrón e inventor del espectrómetro de masas, aparato indispensable en la investigación sub-atómica actual, falleció al comenzar la Segunda Guerra Mundial y sus restos descansan cerca de los de Sir Isaac Newton en la Abadía de Westminster.


El autor es integrante del Consejo Consultivo de Ciencias.
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