Fisión nuclear
A primera vista, si sólo tuviéramos en cuenta la fuerza electromagnética, los núcleos atómicos (y el Universo entero) no deberían existir. ¿Cómo es posible que un montón de protones todos con ellos con carga positiva no salgan disparados? ¿acaso no se repelen?
Lo que sucede es que existe otra fuerza que sólo actúa en distancias muy pequeñas (del tamaño del núcleo atómico, del orden de 10-15m) que es una fuerza de atracción llamada fuerza nuclear fuerte. El protón de un núcleo ve por un lado una atracción debido a la fuerza nuclear fuerte y una repulsión debida a la fuerza electromagnética. En el balance gana, de momento, la nuclear fuerte, permaneciendo unido.
Si un núcleo llegara a deformarse aunque fuera sólo ligeramente, el balance entre estas dos fuerzas puede cambiar. En algún punto podría incluso llegar a ganar la fuerza eléctrica y alguna parte del núcleo saldría disparada. Eso sucede en la desintegración o radiación alfa, en la que se expulsan 2 protones y 2 neutrones. Pero puede darse otro fenómeno.
Ya os hablé de cómo Enrico Fermi bombardeó uranio con neutrones lentos para intentar obtener elementos transuránicos. ¿Por qué el uranio? Pues porque era el elemento más pesado que conocían los químicos. Fermi pensó que había obtenido alguno de ellos, pero al intentar separarlos por sus características químicas no encontró lo que pretendía, sino que encontró elementos ya conocidos.
Lo mismo le sucedió a Otto Hahn, premio Nobel de química en 1944. Estaba encantado de poder estudiar todos esos elementos nuevos que suponía se habían formado y es que a los químicos les encanta eso de separar elementos y estudiarlos. Al analizar dichos elementos resultantes encontró diferentes variedades de elementos más ligeros que el uranio ya conocidos y uno de estos productos resultantes se comportaba exactamente igual que el bario.
Veamos, Hahn había añadido bario a los elementos que pensaba se habían formado porque esperaba encontrar radio. Resulta que el bario y el radio pertenecen a la misma columna de la tabla periódica y se parecen mucho químicamente; así que algunas técnicas que se emplean para separar bario y radio son idénticas. No obstante, el bario y el radio se pueden separar en un paso posterior. Hahn pensó hacer esto mismo pero no pudo hacer este último paso. El elemento resultante no pudo separarlo químicamente del bario que previamente había añadido. En otras palabras: era bario.
¿Y qué problema hay? Pues para que os hagáis una idea: el uranio tiene 92 protones, lo bombardeamos y en lugar de encontrar elementos con 93 protones nos encontramos con uno de 56. Jamás se había observado un cambio de esa naturaleza en un núcleo. Todo lo más, una partícula alfa que hubiera significado encontrar el elemento 90 o 88. Pero ¿un 56? Es como si golpeamos suavemente una enorme piedra con un guijarro y en vez de rebotar o unirse, la enorme piedra se rompe en pedazos.
Hahn escribió una carta a Lise Meitner (de quien Einstein decía que era la Madame Curie alemana), que en esos momentos estaba en Suecia, explicando estos resultados. Junto a su sobrino, Otto Frisch leyó y releyó la carta de Hahn. Frisch dijo que podía tratarse de un error pero Meitner lo descartó de entrada. No cabía error posible. Meitner había trabajado muchos años con Hahn y opinaba que era demasiado buen químico para cometer un error de ese tipo. Pero si tenía razón ¿cómo podía formarse un elemento mucho más pequeño? ¿podría ser que el núcleo de uranio se hubiera roto en dos trozos? Aquella mañana fueron a dar un paseo y se sentaron en el tronco de un árbol e hicieron cálculos sobre un trozo de papel.
Si realmente había sucedido esto, los núcleos resultantes adquirirían mucha energía (en forma de velocidad), ya que cargas iguales se repelen y estos nuevos núcleos tenían mucha carga. Calcularon que dicha energía de los fragmentos resultantes debía ser de unos 200 MeV. Bien, el problema es ¿de dónde salía esa energía? Meitner recordaba de memoria las masas de todos los elementos implicados (!) y resulta que los nuevos componentes tenían, sumando sus masas, la del uranio menos 1/5 de la masa de un protón. ¿Y cuánto es eso en energía? Con la fórmula de Einstein E=mc2 salía exactamente 200 MeV.
Eso no podía ser una casualidad. El uranio se había roto y había perdido masa liberando energía tal como describía la ecuación de Einstein.
Con estos resultados, Otto Frisch se fue a ver a Niels Bohr que no tenía mucho tiempo, pues estaba a punto de salir para EEUU. Aun así le dijo que era importante y lo recibió en su despacho. No hicieron falta muchas explicaciones. Bastaron unas palabras para que Bohr se llevara la mano a la frente:
– ¡Pero qué tontos hemos sido! ¡Qué maravilla! ¡Claro! ¡Tiene que ser así! ¿Habéis escrito ya un artículo?
Frisch contestó que no y Bohr prometió no hablar del tema hasta que se publicara. Y así se fue a embarcar. Frisch habló con un biólogo americano y le preguntó cómo se llamaba el proceso en el que una célula se dividía en dos. La respuesta fue «fisión». Así que llamó a aquel proceso «fisión nuclear».
Fuentes:
«De la fisión del átomo a la bomba de hidrógeno», Otto Frisch
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/14/htm/sec_10.htm
http://www.ciencia-hoy.retina.ar/hoy35/centr04.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Fisi%C3%B3n_nuclear
http://www.ciencia-hoy.retina.ar/hoy01/nuclear.htm
http://enciclopedia.us.es/index.php/Fisi%F3n_nuclear
http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1944/index.html
El día 9 de mayo de 2006 a las 00:10
Parece mentira como aquel grupo de gigantes de la física se llevaban tan bien, y como se ayudaban mutuamente. Sin duda un hecho casi anecdótico en la historia de la ciencia que nos regaló el rápido avance de la física nuclear (…bueno eso y la guerra).
Ojalá hoy en día ocurriese lo mismo, ya no a ese nivel, sino a niveles más bajos (que no menos importates), como pueda ser en nuestro país y entre nuestros investigadores y doctores.
Gran post. Saludos.
El día 9 de mayo de 2006 a las 10:40
Muchas gracias, tecker. La verdad es que en aquella época toda la comunidad científica se llevó muy bien, incluso con la guerra por medio.
Pero siempre existien notas discordantes. Precisamente una de ellas fue Otto Hahn. Fue muy normal en esos días. Meitner era judía y tuvo que irse de Alemania. Cuando Hahn recibió el Nobel intentó «reescribir» la historia ignorando a Lise Meitner incluso hablando burlonamente de ella cuando era, en realidad, la cabeza pensante y principal merecedora del Nobel.
Lo contaré en alguna otra historia. Prometido 😀
Salud!
El día 9 de mayo de 2006 a las 20:13
Tecker, nada de eso.
La historia detrás de la historia:
http://www.alpoma.net/tecob/?p=262
El día 9 de mayo de 2006 a las 22:18
¡No había leído esa maravilla! Gracias .Marfil. Con ese artículo, tecker, ya puedes ir haciendo boca.
Salud!
El día 12 de mayo de 2006 a las 01:08
Cierto, gran artículo, muchas gracias .Marfil, tanto por link como por descubrirme otro gran blog.
Gracias. Saludos.
El día 13 de mayo de 2006 a las 04:53
La verdad es que no se puede ignorar que eran tiempos de guerra, y aunque los científicos y la ciencia en si misma suelen ser ajenas a la política, es inevitable que ambas cosas no se mezclen, y precisamente la segunda guerra mundial tiene un desenlace en el que tal vez nunca estuvo la ciencia tan ligada a la política, el proyecto Manhatan, las bombas nucleares que funcionan por el proceso de fisión explicado en el artículo.
El caso de Otto Han, tal vez sea el único ajeno a esto, pues aunque se aprovecho de la condición de la guerra para negar a su coautura, de un grupo de tres, en donde la cabeza era Lise; en general se puede decir que mucho del siglo XX, en ciencias matemáticas y filosofía, no tiene solo historias personales (Como la de Otto), sino políticas. Curiosamente llegue a este blog por una de aquellas entradas referente a ello.
En el caso de la fisión, con el proyecto Manhatan, una gran cantidad de físicos se vieron reunidos, tal vez con la única idea en común o afín de que era necesario parar al nazismo, muchos de esos científicos querían relacionarse en lo mínimo con la política, pero en dicha época era imposible, llegando a situaciones ridículas como la postulación de Eistein como presidente de Israel.
Aunque la física no tiene ningún impedimento en compartir el conocimiento, cuando el conocimiento consiste en hacer volar a una nación, surgen los bandos, y no hay modo en que sea necesario el fraccionamiento del conocimiento, se comience una carrera o competencia.
La fase de la historia que presenta Omalaled en este escrito es a penas el descubrimiento (empirico) de la fisión y por ello fue tan abierto; pero cuando la investigación se lleno de políticos, la ciencia se fracciona. Por un lado, el seudo proyecto manhatan aleman, con Schoringer y Heinsenberg a la cabeza (y más), que aunque no eran nazis declarados, tampoco eran reacios al régimen, mucho menos ajenos y se vieron envueltos en la confrontación con los otros científicos del bando de los EEUU, tal vez para resaltar como neutral a Bohr, que se vio visitado por Schoringer y Heinsenberg en dos ocasiones, al parecer la segunda ocasión no muy pacífica. (Y a modo de chisme, un hijo de Bohr fue fusilado acusado de participar en el atentado al Furher, independiente de esto me imagino que Bohr abra sido siempre reacio al nazismo).
En pleno proyecto Manhatan, también sucedió que se encontro un mejor equivalente al Agua Pesada, el descubridor quería hacer públicos sus resultados, pero le convencieron de que en la situación actual, era mejor guardar esos resultados solo para el proyecto Manhatan.
(Si me ayudaís a recordar nombres…)
En fin, que los hechos que sucedieron al hallasgo y divulgación inicial, se vieron rotos por la guerra en la que dejo de ser un asunto de ciencia, para convertirse en uno político militar.
El día 13 de mayo de 2006 a las 05:07
Otra historia más para sumar:
Fueron Enrico Fermi y Leó Szilárd quienes propusieron primero el uso de grafito (una forma de carbón) como moderador para una reacción en cadena.
http://www.alpoma.net/tecob/?p=342
Por cierto Omalaled u otros, que conoceis respecto a la posibilidad de que haya existido una bomba nuclear nazi. (A mi me suena disparatado… según se nisiquiera consiguieron una central nuclear en forma).
El día 14 de mayo de 2006 a las 00:52
Antes de empezar con el proyecto Manhatan estaban muy adelantados. Incluso buscaban agua pesada para conseguir un reactor nuclear. Pero el proyecto Manhatan les adelantó. O sea, nunca la llegaron a hacer, pero la verdad es que si la guerra hubiera durado algunos años más, seguramente, la habrían conseguido.
De hecho, existió la «misión Alsos» que quería saber lo tú dices y se dedicaron a coger a todos los científicos alemanes y aislarlos hasta que la guerra terminara, incluido Heisenberg. Alguna historia de la misión Alsos explicaré. Existe un bonito libro donde se detallan estas cosas que recomendaré un día de estos.
Salud!
El día 14 de mayo de 2006 a las 18:53
hola:
de vez en cuando paso a este blog, y la verdad es que esta muy bien, todo muy divulgativo y ameno sin perder rigurosidad. Sobre la nuclear alemana te remito a este hilo de forocoches:
http://www.forocoches.com/foro/showthread.php?t=90619
leete los post de yurigargarin (el mismo que narraba el accidente de chernoby post atras). Este va sobre armas nucleares, quien las tiene, como funcionan y su historia. Respecto a la segunda guerra por lo que recuerdo andaban cortos de recursos (hitler no lo acababa de creer), las mentes aliadas eran mas y mejores (la mayoria de la teoria partio de ellos) y con mas apoyo (la carta de einstein les dio alas), e incluso tenian saboteadores (cientificos capturados que lo retrasaron). si no recuerdo mal, hasta el 49 o el 50 posiblmente no hubieran podido terminar (es posible que recuerde mal)
El día 14 de mayo de 2006 a las 21:44
Oí algo de una supuesta detonación de una bomba nuclear alemana, que fue captada por los sismografos.
Pero aparte de que no se me ocurre porque no la usaron para volar a alguien, no me termina de encajar en nada la historia, de seguro es de esos revisionistas «fuertes»… Yo me considero revisionista débil, «los vencedores escriben la historia de los vencidos»; pero es que los revisionistas «fuertes» se les va un poco lo olla aveces 😀 .
El día 15 de mayo de 2006 a las 10:39
Gracias, Robe por el enlace. Este yurigagarin es un fiera, sin duda. Los leeré con detalle.
.Marfil. en la que sí se sorprendieron todos fue en la primera detonación que detectaron de los rusos. Los americanos no se lo creían porque pensaban que faltaban unos 3 o 4 años para que la obtuvieran. Se quedaron de una pieza y se «acongojaron». Está muy bien explicado en el libro de David Bodanis titulado «E=mc2, del que recomiendo su lectura.
Salud!
El día 23 de mayo de 2006 a las 04:30
Claro es que las estimaciones de lo que tardarían en investigar los rusos, teniendo en cuenta de que recién acaban de salir de una guerra con medio territorio invadido, una industria destruida y con una economía, que llevaba tiempos sin ser la que cosa… y que más encima eran los menos pintados en el tema nuclear. Sin duda el trabajo de espionaje sin duda le ahorro mucho tiempo a los rusos, y les provoco una buena úlcera a los americanos; tanto así que con Fuch a salvo, rodarían cabezas sin tener tan clara la relación de espionaje, como sucedio con los Rosemberg.
http://www.alpoma.net/tecob/?p=195
Que le voy a hacer que siempre google termina mandandome para allá… 😀
Por cierto, ya que fui el que incluí el tema de la bomba nazi, y el desaguisado que tenía, este artículo ha servido bastante para aclararme:
http://axxon.com.ar/zap/276/c-Zapping0276.htm
Una excelente página, el autor es también excelente, es un bonito guiño para mi leer el nombre de el en artículos de lo más dispares, salvo en su calidad siempre bastante alta.