Electrón menor que el átomo

2002/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

De la mano de los rayos X, la radiactividad, la radiación del cuerpo oscuro... A finales del siglo XX la Física recibió un enorme impulso y varios expertos llegaron a pensar que casi todo estaba descubierto. Pero los historiografos ven de otra manera la situación de aquella época; la verdadera revolución de la física que iba a venir en los próximos años (desde nuestro punto de vista) y, por lo tanto, el comienzo del nuevo siglo se ha situado en 1895. Dos años después se descubrió la primera partícula menor que el átomo: el electrón.

Necesidades y necesidades

La materia está formada por átomos, es decir, por componentes básicos de la materia indivisible. ¿Indivisibles? Los científicos no dudaron en esta época: todas las cosas están formadas por átomos que no se pueden dividir.

Esta idea no era una reflexión simple, sino que muchos científicos, tras una larga investigación, lograron dividir las sustancias en compuestos y elementos. Además, se ordenaron los elementos en función de sus propiedades químicas. El ruso Dimitri Mendeleiev ‘terminó’ esta obra y llamó al resultado la tabla periódica. Mendeleiev no conocía todos y cada uno de los elementos y reconoció que había agujeros incompletos, tal vez su mayor aportación.

La tabla periódica es de gran utilidad ya que se trata de una clasificación basada en propiedades químicas. ¿Pero por qué hay elementos similares a otros? ¿En qué consiste el secreto? La respuesta la encontraron los físicos.

Efectos de color

Los experimentos sobre la electricidad eran habituales en la física de aquel siglo. Electricidad, tanto estática como en corriente, XVIII. En el siglo XIX se empezó a entender; el famoso experimento del estadounidense Benjamin Franklin (cometa y llave) sirvió para explicar que los rayos son efectos eléctricos. La electricidad atrajo la atención de los físicos. Cien años después, los experimentos eran mucho más sofisticados.

El británico Michael Faraday quiso estudiar si la electricidad se transmite o no al vacío, pero no consiguió el vacío; faltaba una bomba de gran potencia. Pero en 1855, el fabricante alemán de vidrio Heinrich Geissler construyó una potente bomba de mercurio que diseñó un tubo especial para hacer pasar la electricidad al vacío, el tubo de Geissler. El resultado fue espectacular: en la parte opuesta al electrodo negativo se produjo una luminosidad verde.

El experimento se hizo famoso y la competencia entre físicos alemanes y británicos se resucitó. En ambos pueblos se dio una explicación al fenómeno. En Alemania, Eugen Goldstein propuso que ese brillo era una onda electromagnética, inventada por el propio término rayo catódico. En Inglaterra, el físico William Crookes, antiguo alumno de Faraday, mejoró la bomba de Geissler y formó el tubo de Crookes y repetió el experimento. En opinión de Crookes, la claridad la producían las partículas (y no las ondas). ¿Onda o partícula? Esta pregunta siguió hasta la Segunda Guerra Mundial sin respuesta adecuada.

Otros pasos

Los alemanes Johann Wilhelm Hittorf y Julius Plücker inventaron experimentos para estudiar cómo se transmiten los rayos catódicos. El primero pudo demostrar que se emite correctamente, ya que al poner un sólido en la vía se interrumpe la radiación. El segundo desvió los rayos por campos magnéticos. Este efecto se ha utilizado para la construcción de pantallas de televisión.

Las partículas cargadas más pequeñas que se conocían hasta entonces eran iones, átomos en definitiva. Algunos físicos propusieron que la electricidad es transportada por unas partículas, pero si eso era cierto, estas partículas no podían ser átomos. El alemán Herman Ludwig von Helmholtz demostró que la carga debía estar dividida en pequeñas unidades dentro del átomo.

Por último, el electrón

El irlandés George Johnstone Stoney calculó la carga de estas partículas y obtuvo un resultado bastante exacto. Los imanes desvían fácilmente los rayos catódicos, lo que presentaba dos explicaciones: eran partículas de gran carga o eran mucho más ligeras que el átomo. Se calculó la masa y se comprobó que era 1.873 veces más ligero que el átomo de hidrógeno. Ya se conocían las características de los rayos catódicos, a los que Stoney les dio el nombre de electrones, pero no sabían qué eran.

Finalmente, la interpretación de los rayos catódicos fue realizada por el británico Joseph John Thompson. Thompson pensaba que los rayos catódicos son "corpúsculos". En 1895, el francés Jean-Baptiste Perrin descubrió que su carga es negativa. Thompson aprendió dos cosas importantes en los experimentos: que los campos eléctricos también desvían los rayos y se desplazan mucho más lentamente que la luz.

Los científicos no aceptaron esta conclusión desde el principio, pero los siguientes experimentos se ajustaban a la idea de Thompson: el electrón es un componente del átomo que le da una carga negativa. El 30 de abril de 1897 se notificó por primera vez una partícula menor que el átomo.