viernes, 4 de octubre de 2013

Descubriendo las partículas subatómicas

 La materia de todo el universo está compuesta por unas pequeñas partículas llamadas átomos. En un principio se entendía que esta partícula era el componente más pequeño de la materia, por lo que era indivisible. Este concepto fue expresado por Demócrito, filósofo y matemático griego del siglo V a.C. Pero por las limitaciones de la época, este argumento no pudo ser probado. Muchos siglos más tarde, específicamente en el siglo XIX, y gracias a los avances tecnológicos se comenzó a estudiar al átomo más seriamente, descubriéndose que no es la partícula más pequeña de la materia, sino que tiene unas partículas subatómicas llamadas: electrones, protones y neutrones, aunque se han descubierto y se siguen descubriendo otros tipos de partículas subatómicas. Estos descubrimientos propiciaron el surgimiento de la teoría atómica y el comienzo de la era nuclear.  

¿Quién descubrió las partículas subatómicas?
                             Tubo de rayos catódicos
El electrón
Antes del 1897, todavía se creía en la indivisibilidad del átomo, cuando J.J. Thomson descubrió el electrón mediante su experimento con el tubo de rayos catódicos. El tubo de rayos catódicos, utilizado por el científico, era un recipiente de vidrio cerrado, en el cual los dos electrodos estaban separados por un vacío. Cuando se aplicaba un campo eléctrico al tubo, los rayos se desviaban, haciendo deducir a Thomson que estaban compuestos por partículas cargadas negativamente, a las cuales llamó "corpúsculos", que más tarde fueron denominadas como electrones. 

El protón 
Ernest Rutherford propuso el modelo planetario del átomo al descubrir mediante sus experimentos que la mayor parte de la masa y de la carga positiva del átomo, debía estar concentrada en una pequeña fracción de su volumen. El científico supuso que esa pequeña fracción debía estar en el mismo centro. Estas deducciones de Rutherford surgen cuando Hans Geiger y Ernest Marsden bombardearon partículas alfa a través de una fina lámina de oro. Se esperaba que estas partículas atravesaran la lámina de oro sin desviarse, o que fueran absorbidas. Sorpresivamente observaron, que una pequeña fracción de las partículas alfa sufrió una fuerte desviación, dándole la idea a Rutherford de que el comportamiento de los átomos es similar a nuestro sistema solar.


En el 1918, mediante el bombardeo del gas nitrógeno con partículas alfa, Rutherford logró partir el núcleo del átomo, observando que el gas emitía núcleos de hidrógeno. El científico llegó a la conclusión de que los núcleos de hidrógeno tenían una singularidad, eran los constituyentes básicos de todos los núcleos atómicos. De esta forma se había descubierto el protón. Las siguientes experimentaciones de Rutherford mostraron que la masa nuclear de la mayoría de los átomos superaba a la de los protones que tenía, por lo que el científico supuso que debía existir otra partícula sin carga que justificara el exceso de masa del átomo. Estas partículas descubiertas más tarde fueron llamadas neutrones.

El neutrón
Composición de un átomo
La tercera partícula constituyente de los átomos, el neutrón, no fue descubierta hasta el 1932. El físico inglés James Chadwick observando el comportamiento de los átomos al ser bombardeados por partículas alfa, notó un incremento en la masa del nuevo núcleo. Durante el bombardeo ocurría una emisión de radiación compuesta por partículas de masa aproximadamente igual a la del protón, pero con carga eléctrica nula. Chadwick llegó a esa conclusión al darse cuenta que las partículas alfa no eran desviadas por los campos eléctricos y que eran capaces de penetrar y dividir el núcleo de los elementos más pesados.

Por tal razón, Chadwick entendió que había encontrado una partícula totalmente nueva hasta ese entonces. La partícula no poseía carga eléctrica, ya que una partícula sin carga no produce ionización y, por lo tanto, no condensa gotitas de agua. Esta nueva partícula presentaba aproximadamente la misma masa del protón, pero no tenía ninguna carga eléctrica, en otras palabras, era eléctricamente neutra, por lo que se le llamó neutrón. La nueva partícula solucionó al instante ciertas dudas que los físicos teóricos habían mantenido acerca del modelo de núcleo protón-electrón. De esta forma, con el descubrimiento de Chadwick, se facilitó la manipulación atómica e hizo posible la fisión nuclear del uranio 235, propiciando así, la creación de la bomba atómica. 

La energía nuclear para el hombre
El descubrimiento del neutrón fue el inicio de la era nuclear. La constatación de la existencia de electrones, protones y neutrones como partículas constituyentes de los átomos de los elementos conocidos, abrió nuevos horizontes a la interpretación sobre la condición de la materia y la energía, y auspició un extraordinario desarrollo de la física, la química y la tecnología. 

Explosión nuclear
El conocimiento obtenido de las partículas subatómicas cambió el curso del mundo, fue el inicio de la era nuclear. Estos descubrimientos fueron el preámbulo de la bomba atómica, la cual en un momento de nuestra historia fue necesaria para terminar una de las guerras más sangrientas que ha vivido el ser humano, la Segunda Guerra Mundial. A pesar del uso que en ese momento se le dió al conocimiento nuclear, también ha tenido un uso importante en la generación de energía, ya que la energía obtenida por elementos radiactivos es muy superior a la obtenida por combustibles fósiles como el petróleo. La diferencia está, en que la energía nuclear es más peligrosa de manejar.




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