El desarrollo de la teoría cuántica, vinculada a los problemas relacionados con la estructura del átomo, se realizó sobre la base de la existencia de dos componentes: el protón y el electrón. El modelo atómico de Rutherford, reformulado en 1913 por Bohr se basaba en este supuesto. De hecho el desarrollo de la mecánica cuántica se realizó sobre la base del comportamiento del electrón. Aunque ya en 1920 Rutherford postuló la existencia del neutrón, no fue hasta 1932 cuando este fue descubierto por James Chadwick en el Cavendish. Un año antes, en 1931 Paul Dirac había postulado la existencia de una nueva partícula elemental: el positrón, con la misma masa que el electrón pero con carga eléctrica positiva, cuya existencia fue descubierta en la cámara de niebla por Carl Anderson algunos meses después. La estructura del átomo comenzaba a complejizarse. De hecho, en 1929 Wolfgang Pauli predijo la existencia de una nueva partícula elemental: el neutrino, con el fin de explicar el equilibrio energético de la desintegración beta del núcleo atómico. En 1935, Hideki Yukawa postuló la existencia de los mesones, que en 1947 se comprobó que eran de dos tipos: el pión y el muón.
La física de las partículas elementales comenzaba su andadura de la mano de la mecánica cuántica. Teoría fundamental de la estructura de la materia. Para ello fue preciso el desarrollo de la física de altas energías, debido a la necesidad de romper las fuerzas de ligadura del núcleo atómico. En su primera etapa, el análisis de la estructura atómica se había realizado sobre la base de la radiación alfa. Para avanzar en el conocimiento de la estructura del núcleo atómico era necesario conseguir partículas alfa más energéticas, en 1932 John Cockcroft y Ernest Walton lograron, mediante un multiplicador voltaico, la desintegración artificial de átomos de litio en dos partículas alfa. Un paso más en esta dirección Van de Graaff diseñó un generador electrostático para acelerar partículas que alcanzaba los 80 kV, en 1935 alcanzaban los cinco millones de voltios (5 MV).
El salto más significativo se produjo de la mano de Ernest Orlando Lawrence, que sobre la base de los trabajos de Rolf Wideröe, desarrolló el ciclotrón. Se fundamentaba en una estructura circular en la que las partículas cargadas entraban en un campo eléctrico alterno logrando su aceleración por la diferencia de potencial. Lawrence aplicó al modelo de Wideröe la acción de campos magnéticos, que lograban un incremento sustancial de la aceleración de las partículas. En 1932 Lawrence lograba poner en funcionamiento el primer ciclotrón con la colaboración de M. Stanley Livingston en Berkeley. Paralelamente, en la Universidad de Columbia (Nueva York) Harold Urey y su equipo descubrían un isótopo del hidrógeno: el deuterio, cuyo poder desintegrador era diez veces más potente que los protones. En 1936 con un ciclotrón más potente se logró medir el momento magnético del neutrón produciéndose además el primer elemento artificial: el tecnecio. El ciclotrón posibilitó la creación de isótopos radiactivos que pronto revelaron importantes aplicaciones, entre otras en el campo de la medicina para el diagnóstico y tratamiento del cáncer.
En 1938, Otto Hahn junto con su colaborador Fritz Strassmann observo con sorpresa la producción de bario como consecuencia del bombardeo con neutrones del uranio. Se encontraban frente a la primera reacción de fisión nuclear conocida. El 6 de enero de 1939 publicaban sorprendidos estos resultados. Lisa Meitner, antigua colaboradora de Hahn y exiliada en Estocolmo por su origen judío, fue la primera en interpretar correctamente el alcance del descubrimiento de Hahn junto con su sobrino Otto R. Frisch. La aplicación de la fórmula einsteiniana E=mc2 a la fisión del uranio revelaba dicho proceso como una fuente inagotable de energía. Las bases de la bomba atómica estaban puestas. La proximidad de la Segunda Guerra Mundial aceleró el proceso. Frisch comunicó los cálculos a Niels Bohr en Copenhague antes de que partiera a Estados Unidos, para dar unas conferencias sobre teoría cuántica en Princeton. El 16 de enero de 1939, Bohr y su colaborador Léon Rosenfeld se encontraron en Nueva York con John Wheeler y Enrico Fermi, a los que comunicaron el hallazgo de Hahn y los resultados de Meitner y Frisch. Inmediatamente los físicos en Norteamérica comenzaron a explorar el nuevo horizonte de la posibilidad de provocar reacciones en cadena. Para ello era necesario que en la fisión del uranio se produjeran más de un neutrón. Joliot en París calculó un valor medio de 3,5 neutrones, mientras en Columbia Fermi contabilizaba dos neutrones. La reacción en cadena era pues una realidad. Algo que había predicho en 1934 Leo Szilard a raíz del descubrimiento de la radiactividad artificial por Irène Curie y Frédéric Joliot.
Szilard consciente del peligro que entrañaba la bomba atómica en manos de la Alemania nazi se dirigió a Albert Einstein para que alertara al presidente de los estados Unidos, Franklint Delano Roosevelt. Es la famosa carta de Einstein del 2 de agosto de 1939: "Trabajos recientes de E. Fermi y L. Szilard,... me hacen esperar que el elemento uranio pueda convertirse en una nueva e importante fuente de energía en el futuro inmediato... En el curso de los cuatro últimos meses se ha hecho probable -... - que pueda ser posible establecer una reacción nuclear en cadena en una gran masa de uranio... Este nuevo fenómeno conduciría también a la construcción de bombas y es concebible -...- que de esta manera se puedan construir bombas de un nuevo tipo extremadamente poderosas... En vista de esta situación, acaso pueda Vd. considerar aconsejable que exista algún contacto permanente entre la administración y el grupo de físicos que trabajan en reacciones en cadena en Estados Unidos".
En octubre de 1939 era creado un comité presidencial presidido por Lyman J. Briggs, era el primer paso del llamado proyecto Manhattan que desembocaría en la fabricación de las primeras bombas atómicas. A principios de 1941, en plena guerra mundial, Ernest Lawrence se involucraba directamente en el proyecto. Desde que tuvo conocimiento de los trabajos de Hahn y Meitner y Frisch había embarcado a su equipo de Berkeley a investigar el proceso de fisión del uranio en los ciclotrones. En la primavera de 1940, Edwin McMillan y Philip Abelson descubrieron un nuevo elemento producido por la fisión del uranio en el ciclotrón: el neptunio. En febrero de 1941, Glenn T. Seaborg identificaba un nuevo elemento de la desintegración del neptunio: el plutonio, Halban y Kowarski en Cambridge postularon que este nuevo elemento podía ser fisionable con neutrones lentos. De esta forma, se optimizaba la utilización del uranio, puesto que sólo el escasísimo isótopo del uranio U-235 era capaz de generar reacciones en cadena, mientras que el más frecuente U-238 no lo era, a cambio este podría producir plutonio. Nacía así la posibilidad de la bomba de plutonio, que fue la utilizada en Nagasaki.
El siguiente paso lo dieron Otto Frisch y Rudolf Peierls en Gran Bretaña al calcular aproximadamente la masa crítica de uranio necesaria para desencadenar una reacción en cadena autosostenida. Los cálculos les llevaron a considerar esa masa crítica en torno al medio kilo, cuya reacción en cadena liberaría una energía equivalente a miles de toneladas de TNT. La bomba atómica era ya una posibilidad real. En noviembre de 1942 se inauguraba en Nuevo México el laboratorio de Los Alamos, bajo la dirección de Robert Oppenheimer, donde se realizaron las pruebas de la primera bomba atómica. Al amanecer del 16 de julio de 1945 estallaba en el desierto de Nuevo México la primera bomba atómica. El 6 de agosto una bomba atómica de uranio, con una potencia de 20.000 toneladas de TNT y unos 4.500 kilos de peso, arrasaba Hiroshima. El 9 de agosto de 1945 una bomba de plutonio arrasaba Nagasaki. Nacía así la era nuclear.
Publicado por:
Acuña Rey Andres Eduardo
C.R.F
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