XVII. A MANERA DE RESUMEN

HEMOS visto c�mo, a trav�s de muchos siglos de trabajo cient�fico, el hombre lleg� a precisar que toda la materia que nos rodea, desde la monta�a gigantesca hasta la peque�a c�lula, est� formada por �tomos. Contrariamente a lo que su nombre griego indica -�tomo = indivisible- los f�sicos demostraron a principios de este siglo que los �tomos est�n constituidos por una nube de electrones que circundan un centro muy masivo, llamado n�cleo.

El n�cleo at�mico fue descubierto en 1911 por lord Ernest Rutherford, cient�fico neozeland�s que trabaj� en Canad� y en Inglaterra, mientras proyectaba part�culas a, contra una l�mina de oro. Observ� que sal�an en todas direcciones, algunas de las cuales hubieran sido imposibles a menos que se supusiera que en el centro de los �tomos exist�a una gran concentraci�n de masa, miles de veces mayor que la masa de un electr�n y que tuviera una carga positiva, equivalente en el caso del oro a cerca de cien cargas electr�nicas. A esta concentraci�n de masa y carga positiva se le llam� n�cleo.

Desde el descubrimiento del n�cleo, los f�sicos han tratado de averiguar qu� hay dentro de �l, cu�les son sus propiedades y c�mo lo podemos utilizar en la vida diaria. El primer problema que se plantearon los cient�ficos fue averiguar si el n�cleo es un sistema compuesto, formado por otras part�culas m�s simples, o si es verdaderamente elemental, at�mico en el sentido que le diera Dem�crito. Como Thomson y Rutherford hab�an destruido ya el prejuicio de la indivisibilidad, era natural pensar en un n�cleo formado por otras part�culas elementales. En ese tiempo, las part�culas conocidas eran el electr�n, por un lado, y el prot�n, que es el n�cleo del �tomo m�s sencillo, el hidr�geno, por el otro. Nada m�s natural, por consiguiente, que la primera ocurrencia fuera suponer que el n�cleo estuviera formado por electrones y por protones, que se atraen el�ctricamente para unirse. N�tese que no es posible suponer que el n�cleo conste s�lo de protones, pues la carga de todos ellos es positiva, y es bien sabido que cargas el�ctricas del mismo signo se repelen, mientras que cargas de signo opuesto se atraen. Por consiguiente, un sistema formado tan s�lo de protones explotar�a.

Con esta imagen del n�cleo llegamos hasta la mitad de la d�cada de los a�os veinte. Se consideraba al �tomo como un peque�o sistema planetario, con el n�cleo en el centro, en el papel del sol, y los electrones orbitando a su alrededor como si fueran planetas. El n�cleo, a su vez, era un conjunto de muchos protones y electrones, cuyo movimiento interno ni siquiera osaban insinuar los investigadores de la �poca. Pero, como ya sabemos, este esquema planetario era insostenible: los electrones, al igual que todas las part�culas cargadas, al girar emitir�an radiaci�n electromagn�tica, como lo hacen al oscilar en una antena; y, como en ésta, perder�an energ�a. Dentro del �tomo, pues, terminar�an por detenerse, cayendo al centro de atracci�n, que es el n�cleo. En otros t�rminos el �tomo planetario tendr�a una vida ef�mera. Para evitar este destino fatal de los electrones orbitales, Bohr propuso un cambio de las leyes de la f�sica conocida hasta entonces. Seg�n �l, deber�an existir algunas �rbitas privilegiadas, en las cuales los electrones no radiar�an. S�lo emitir�an luz al pasar de una de estas �rbitas a otra con una energ�a tal que compensara la diferencia de energ�as orbitales del electr�n. Esto permiti� a Bohr explicar una observaci�n muy extra�a, hecha desde finales del siglo XIX, y que consist�a en que los �tomos no emiten luz de todas las frecuencias, sino s�lo algunas muy caracter�sticas.

Sin embargo, para un f�sico la situaci�n resultaba poco satisfactoria: se hab�a reemplazado una ley general de la f�sica, por una especie de regla, o de receta de cocina, sin m�s justificaci�n que explicar lo que se dio en llamar el espectro de los �tomos. Se obtuvo una explicaci�n conveniente hasta 1924, cuando De Broglie, Schrödinger y Hesenberg inventaron una nueva f�sica, la mec�nica cu�ntica, que seg�n ellos habr�a de regir el movimiento de todas las part�culas microsc�picas, as� como de los electrones y los protones.

Esta nueva mec�nica difiere en esencia de la conocida hasta entonces, la fundada por Galileo y Newton y por ello llamada mec�nica cl�sica. Cuando las part�culas son muy peque�as, ya no es posible pensar en fijar su posici�n y su velocidad al mismo tiempo, y as� deja de tener sentido el concepto de �rbita. Pasamos, m�s bien, a pensar en t�rminos de conceptos probabil�sticos.

Como todo cambio radical en la cultura, la invenci�n de la mec�nica cu�ntica tuvo grandes repercusiones. Se puede ahora pensar en otra forma, mucho m�s ambiciosa. Se estudian �tomos cada vez m�s complejos, empieza el an�lisis de los s�lidos y, desde luego se aplican las nuevas leyes al n�cleo del �tomo. Pronto empiezan a surgir dificultades de todo tipo si seguimos aferrados a la imagen del n�cleo formado por protones y electrones amarrados unos a los otros por fuerzas el�ctricas. Veamos una de ellas.