La cuchara menguante. 6) Completando la tabla... con un estallido

Cuando el grupo Olé Olé cambió de solista, allá por 1986, la presentó al público con el tema Lilí Marlén. Marta Sánchez, con su voz de mezzosoprano, arrancó el tema con la frase "Esa Luna en ruinas sabe qué pasó", y yo no puedo estar más de acuerdo con ella. El cosmos es testigo de que nuestro Sistema Solar fue inseminado por todos los elementos que tienen cabida en la tabla periódica, generados en el cataclismo de supernovas y estrellas de neutrones. Pero mucho antes de que los planetas hubieran comenzado a formarse, un buen número de esos elementos, inestables y de corta vida, habrían desaparecido. Miles de millones de años después, comenzaríamos la aventura para completar y dar sentido al tablero químico que los alberga.

Ordena el tablero atómico

con el eco espectral de sus disparos,

hasta el proyectil postrero.

En un laboratorio de la Universidad de Manchester que dirigía por Ernest Rutherford, el físico Henry Moseley se dispone a hacer su aportación a la evolución de la tabla periódica, y aquí el término "evolución" tiene un doble significado si tenemos en cuenta que el asistente de Moseley para los aspectos matemáticos fue Charles Galton Darwin, nieto del célebre naturalista. Para ello, literalmente, Moseley se lio a tiros para escuchar el lamento del átomo herido. Veamos en qué consiste. Al disparar hacia un átomo un electrón de alta energía, este es capaz de penetrar hasta las capas más profundas de aquel, arrancando uno de sus electrones (figura 1). Este estado es muy inestable por lo que un electrón de una capa superior intentará llenar el hueco cayendo a la capa inferior. Este electrón, a su vez, dejará otro hueco que ocupará otro electrón de una capa por encima. La caída de cada electrón a una capa inferior conlleva la emisión de rayos X con una longitud de onda característica para cada elemento, como representan los picos de la gráfica en la figura 2.

Figura 1

Figura 2

La longitud de onda de estos rayos X está íntimamente relacionada con el número de cargas positivas del núcleo (protones), que ejercen atracción sobre las cargas negativas de los electrones que los rodean. Este experimento supone un antes y un después en la tabla periódica. Hasta ese momento los elementos se ordenaban según su masa atómica, de los más ligeros a los más pesados, y esto traía problemas. Algunos elementos no parecían encajar en esta ordenación. Además, no había manera de saber si, por ejemplo, entre el boro (con masa 10,8) y el carbono (con masa 12,01) existía o no algún elemento desconocido con una masa intermedia. Sin embargo, al saber que el boro tiene 5 cargas positivas y el carbono tiene 6, sabemos con seguridad que no puede haber otro elemento entre ambos. Los elementos se ordenarían empleando un número entero que coincide con el número de cargas positivas del átomo: el número atómico.

Moseley ensayó todos los elementos hasta el oro (número atómico 79) e identificó cuatro elementos desconocidos con números atómicos 43, 61, 72 y 75. Si Mendeléev fue el primer osado en predecir elementos desconocidos, la ordenación por número atómico que posibilitó Moseley se conviertió en un auténtico acicate para lanzarse a la búsqueda. Paradójicamente, el hallazgo del último de estos cuatro elementos, el 61, pasó completamente desapercibido. La prensa no le prestó mucha atención porque, al fin y al cabo, ¿para qué servía el prometio? Por si fuera poco ninguneo, el propio equipo que lo identificó en 1945, no anunció su descubrimiento hasta 1947. Ni siquiera a los científicos les pareció especial ese día en el que, finalmente, se completaron los huecos de la tabla periódica. Estaban demasiado entregados a la ciencia nuclear del uranio y el plutonio.

El núcleo atómico aún desvelaría más sorpresas. Había que explicar cómo podían existir átomos con el mismo número atómico (que ocupaban la misma casilla en la tabla periódica) pero diferente masa atómica, que hoy conocemos como isótopos, y qué cambios se sucedían para producir los distintos tipos de radiactividad. La clave vino de un compañero gemelo del protón aunque más discreto: el neutrón, descubierto por James Chadwick en 1932, que proporcionaba masa sin aportar carga. Se hacía realidad la transmutación soñada por los alquimistas pues, por ejemplo, si un átomo emite radiación beta, un neutrón pasa a convertirse en protón, con lo que su número atómico aumenta en una unidad y se transforma en el elemento siguiente de la tabla.

El neutrón se convirtió en un proyectil privilegiado para la física nuclear, pues su ausencia de carga lo hacía inmune a la interacción electromagnética del átomo. El bombardeo de átomos con partículas como el neutrón permitió al matrimonio Joliot-Curie descubrir la radiactividad artificial en 1933, que permitía obtener un isótopo radiactivo partiendo de uno estable. También se exploró la posibilidad de que algunos átomos que absorbían neutrones se escindieran en núcleos más pequeños, liberando energía y más neutrones que permitían una reacción en cadena mediante el proceso de la fisión nuclear.

Sin embargo, la aplicación de la fisión nuclear para uso militar estaba muy lejos de ser una realidad. Tan lejos que en el proyecto Manhattan tuvieron que jugársela a la ruleta en su casino particular, que desarrollaron mediante el método Montecarlo. La enorme dificultad de predecir el comportamiento de billones de neutrones para lograr una reacción en cadena autosostenible, provocó que se plantearan un método de aproximación estadística. Así, las esposas de los científicos fueron reclutadas como "calculadoras" para ensayar un elevado número de cálculos que, partiendo de cifras al azar, permitiera alcanzar unos resultados cercanos a la solución idónea.

Los hongos nucleares de Hiroshima y Nagasaki son el trágico testimonio de lo bien que funcionó este sistema tan poco convencional, que se acerca a la respuesta mediante el cálculo a fuerza bruta. No es de extrañar que un método como el Montecarlo hiciera buenas migas con el desarrollo de los primeros ordenadores, como el ENIAC, pensados para realizar un elevado número de cálculos en poco tiempo. Esta fructífera relación facilitó enormemente la simulación de experimentos y el desarrollo de modelos predictivos en innumerables disciplinas científicas.

Finalizado el resumen, os propongo mis cuestiones para el debate:

• Henry Moseley murió en la batalla de Galípoli (1915) por el disparo de un francotirador turco. Como él, otros científicos han muerto a edades tempranas dejando aportes muy significativos en tan breve trayectoria (Carnot en termodinámica, Galois en matemáticas...). Partiendo de la hipótesis de que estos aportes pueden ser más probables en investigadores jóvenes, ¿debería ser esto un motivo añadido para estimular la regeneración en las plantillas de centros de investigación?

• Cada época ha tenido sus "temas candentes" que han dirigido el interés de los científicos, como lo hizo la Segunda Guerra Mundial para concentrar esfuerzos en física nuclear. ¿Pensáis que esto es siempre un estímulo para el avance científico, o puede tener doble filo por el abandono de otros campos que se desatienden y que podrían ser prometedores?

Y agradeciendo vuestra paciencia por leerme, tenéis la palabra.