¿Cómo se descubrieron los átomos?

En las primeras investigaciones sobre la radiactividad, Rutherford había descubierto que la radiación emitida por los materiales radiactivos era en realidad de diferentes tipos. Llamó a las ondas con carga positiva rayos alfa, a las de carga negativa rayos beta y a las ondas electromagnéticas que no se ven afectadas por el campo magnético rayos gamma. En 1910, Rutherford bombardeó átomos con partículas alfa y descubrió la existencia de núcleos atómicos. A partir de esto se estableció el modelo de nucleación de los átomos.

Si un átomo tiene núcleo, ¿de qué está hecho el núcleo? Como un átomo es eléctricamente neutro, debe estar cargado positivamente y su carga es la misma que la carga de los electrones fuera del núcleo. En 1914, Rutherford bombardeó hidrógeno con rayos catódicos. Como resultado, los electrones del átomo de hidrógeno son eliminados y se convierten en un catión cargado positivamente, que en realidad es el núcleo del átomo de hidrógeno. Rutherford especuló que se trataba de rayos anódicos, a diferencia de los rayos catódicos, que tenían una unidad de carga y una unidad de masa. Rutherford lo llamó protón.

En 1919, Rutherford bombardeó átomos de nitrógeno con partículas alfa aceleradas de alta energía y descubrió que los protones eran eliminados del núcleo de nitrógeno y los átomos de nitrógeno se convertían en átomos de oxígeno. Esta puede ser la primera vez que los humanos realmente transforman un elemento en otro, y la primera vez que el sueño del alquimista se hace realidad en miles de años. Pero esta transmutación de elementos no tiene ningún valor práctico por el momento, porque sólo una entre cientos de miles de partículas es impactada por una partícula de alta energía. En 1924, Rutherford había producido protones a partir de los núcleos de muchos elementos ligeros, confirmando aún más su existencia.

Después del descubrimiento de los electrones y los protones, inicialmente se especuló que el núcleo atómico estaba compuesto de electrones y protones, porque tanto las partículas alfa como las beta se emiten desde el núcleo. Pero Moselle (1887-1915), alumno de Rutherford, notó que el número de cargas positivas que lleva el núcleo es igual al número atómico, pero el peso atómico es mayor que el número atómico. Esto demuestra que si la luz del núcleo está compuesta de. protones y electrones, su masa será insuficiente porque la masa del electrón es despreciable. Basándose en esto, Rutherford especuló que ya en 1920 podrían existir partículas eléctricamente neutras.

Otro alumno de Rutherford, Chadwick (1891-1974), buscaba esta partícula eléctricamente neutra en el laboratorio de Cavendish. Ha estado ideando un método para acelerar protones para ganar alta energía para que puedan colisionar con núcleos atómicos, buscando evidencia de partículas neutras. En 1929, se preparó para bombardear un átomo de berilio porque no emitiría protones cuando lo golpeara una partícula alfa y podría dividirse en dos partículas alfa y un neutrón.

Al mismo tiempo, el físico alemán Porter y su alumno Becker ya se habían marchado. Desde 1928 se llevan a cabo experimentos de bombardeo sobre núcleos de berilio. Los resultados muestran que, cuando lo bombardean partículas alfa, puede emitir rayos extremadamente penetrantes, y este rayo es eléctricamente neutro. Pero creen que es un tipo especial de rayo gamma. En Francia, el yerno y la hija de Madame Curie, Orioux Curie, también están realizando experimentos similares. Tan pronto como se publicaron los resultados de Porter, lo confirmaron aún más, pero también creyeron erróneamente que el nuevo rayo era un tipo de rayo gamma.

Es el año 1932. Después de ver los resultados experimentales de sus colegas alemanes y franceses, Chadwick se dio cuenta de que este nuevo rayo era probablemente el neutrón que había estado buscando durante muchos años. Inmediatamente comenzó a experimentar y al cabo de un mes publicó el artículo "La posible existencia de neutrones". Señaló que los rayos gamma no tienen masa y no pueden expulsar protones del núcleo. Esto sólo es posible para partículas de aproximadamente la misma masa que un protón. En segundo lugar, Chadwick utilizó el método de la cámara de niebla para medir la masa de los neutrones, confirmando que los neutrones eran eléctricamente neutros. Así se descubrieron los neutrones. Iorio-Curie dijo más tarde que si hubieran escuchado la conferencia de Rutherford en Francia en 1932, no habrían perdido la oportunidad de realizar este importante descubrimiento, porque Rutherford acababa de hablar de su conjetura sobre la existencia de neutrones. Chadwick ganó el Premio Nobel de Física en 1935 por el descubrimiento del neutrón.