Antes da tripla arte, é dicir, sobre o descubrimento da radioactividade artificial
De cando en vez na historia da física hai anos "marabillosos" nos que os esforzos conxuntos de moitos investigadores conducen a unha serie de descubrimentos revolucionarios. Así foi con 1820, o ano da electricidade, 1905, o ano milagroso dos catro artigos de Einstein, 1913, o ano asociado ao estudo da estrutura do átomo e, finalmente, 1932, cando unha serie de descubrimentos técnicos e avances no creouse a enerxía nuclear.física.
recén casados
Irene, a filla maior de Marie Skłodowska-Curie e Pierre Curie, naceu en París en 1897 (1). Ata os doce anos criouse na casa, nunha pequena “escola” creada por eminentes científicos para os seus fillos, na que había uns dez alumnos. Os profesores foron: Marie Sklodowska-Curie (física), Paul Langevin (matemáticas), Jean Perrin (química), e as humanidades foron impartidas principalmente polas nais dos alumnos. As clases adoitaban facerse nas casas dos profesores, mentres que os nenos estudaban física e química en laboratorios reais.
Así, o ensino da física e da química foi a adquisición de coñecementos mediante accións prácticas. Cada experimento exitoso fixo as delicias dos mozos investigadores. Eran auténticos experimentos que había que entender e levar a cabo con coidado, e os nenos do laboratorio de Marie Curie tiñan que estar nunha orde exemplar. Tamén houbo que adquirir coñecementos teóricos. O método, como o destino dos estudantes desta escola, despois bos e destacados científicos, demostrou ser eficaz.
2. Frederic Joliot (Foto de Harcourt)
Ademais, o avó paterno de Irena, médico, dedicoulle moito tempo á neta orfa do seu pai, divertíndose e complementando a súa formación en ciencias naturais. En 1914, Irene formouse no pioneiro Collège Sévigné e ingresou na facultade de matemáticas e ciencias da Sorbona. Isto coincidiu co inicio da Primeira Guerra Mundial. En 1916 uniuse á súa nai e xuntos organizaron un servizo radiolóxico na Cruz Vermella francesa. Despois da guerra, recibiu un título de bacharelato. En 1921 publicouse o seu primeiro traballo científico. Dedicouse á determinación da masa atómica do cloro de varios minerais. Nas súas actividades posteriores, traballou en estreita colaboración coa súa nai, ocupándose da radioactividade. Na súa tese de doutoramento, defendida en 1925, estudou as partículas alfa emitidas polo polonio.
Frederic Joliot nado en 1900 en París (2). Dende os oito anos asistiu á escola en So, viviu nun internado. Daquela, prefería os deportes aos estudos, sobre todo o fútbol. Despois fíxose por quendas para asistir a dous institutos. Como Irene Curie, perdeu ao seu pai cedo. En 1919 aprobou o exame na École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Escola de Física Industrial e Química Industrial da Cidade de París). Licenciouse en 1923. O seu profesor, Paul Langevin, soubo das habilidades e virtudes de Frederick. Despois de 15 meses de servizo militar, por orde de Langevin, foi nomeado asistente persoal de laboratorio de Marie Skłodowska-Curie no Instituto Radium cunha subvención da Fundación Rockefeller. Alí coñeceu a Irene Curie, e en 1926 casaron os mozos.
Frederick completou a súa tese de doutoramento sobre a electroquímica dos elementos radioactivos en 1930. Un pouco antes, xa centrara os seus intereses na investigación da súa muller, e despois de defender a tese de doutoramento de Frederick, xa traballaron xuntos. Un dos seus primeiros éxitos importantes foi unha preparación de polonio, que é unha forte fonte de partículas alfa, é dicir. núcleos de helio.(24El). Partiron dunha posición innegablemente privilexiada, porque foi Marie Curie quen abasteceu á súa filla dunha gran porción de polonio. Lew Kowarsky, o seu posterior colaborador, describiunos do seguinte xeito: Irena era "unha excelente técnica", "traballaba moi ben e con coidado", "comprendía profundamente o que facía". O seu marido tiña "unha imaxinación máis deslumbrante e máis alta". "Complementábanse perfectamente e sabíano". Desde o punto de vista da historia da ciencia, o máis interesante para eles foron dous anos: 1932-34.
Case descubriron o neutrón
"Case" importa moito. Decatáronse desta triste verdade moi pronto. En 1930 en Berlín, dous alemáns - Walter Bothe i Hubert Becker - Investigou como se comportan os átomos lixeiros cando son bombardeados con partículas alfa. Escudo de berilio (49Be) cando son bombardeados con partículas alfa emitían unha radiación extremadamente penetrante e de alta enerxía. Segundo os experimentadores, esta radiación debeu ser unha forte radiación electromagnética.
Nesta fase, Irena e Frederick trataron o problema. A súa fonte de partículas alfa foi a máis poderosa de sempre. Usaron unha cámara de nubes para observar os produtos da reacción. A finais de xaneiro de 1932, anunciaron publicamente que eran os raios gamma os que eliminaban os protóns de alta enerxía dunha substancia que contiña hidróxeno. Aínda non entendían o que estaban nas súas mans e o que estaba a pasar.. Despois de ler James Chadwick (3) en Cambridge púxose inmediatamente a traballar, pensando que non se trataba de radiación gamma, senón de neutróns previstos por Rutherford con varios anos de antelación. Despois dunha serie de experimentos, convenceuse da observación do neutrón e descubriu que a súa masa é semellante á do protón. O 17 de febreiro de 1932 enviou unha nota á revista Nature titulada "The Possible Existence of the Neutron".
En realidade era un neutrón, aínda que Chadwick cría que un neutrón estaba formado por un protón e un electrón. Só en 1934 entendeu e demostrou que o neutrón é unha partícula elemental. Chadwick foi galardoado co Premio Nobel de Física en 1935. A pesar de darse conta de que perderan un descubrimento importante, os Joliot-Curies continuaron a súa investigación nesta área. Déronse conta de que esta reacción producía raios gamma ademais de neutróns, polo que escribiron a reacción nuclear:
, onde Ef é a enerxía do gamma-cuántico. Realizáronse experimentos similares con 919F.
Perdeu a apertura de novo
Uns meses antes do descubrimento do positrón, Joliot-Curie tiña fotografías, entre outras cousas, dunha traxectoria curva, coma se dun electrón se tratase, pero que se retorcía no sentido oposto do electrón. As fotografías foron tomadas nunha cámara de néboa situada nun campo magnético. En base a isto, a parella falou de que os electróns van en dúas direccións, dende a fonte e ata a fonte. De feito, os asociados coa dirección "cara á fonte" eran positrons, ou electróns positivos que se afastaban da fonte.
Mentres tanto, nos Estados Unidos a finais do verán de 1932, Carl David Anderson (4), fillo de inmigrantes suecos, estudou os raios cósmicos nunha cámara de nubes baixo a influencia dun campo magnético. Os raios cósmicos chegan á Terra dende o exterior. Anderson, para estar seguro da dirección e do movemento das partículas, no interior da cámara pasou as partículas por unha placa metálica, onde perdían parte da enerxía. O 2 de agosto viu un rastro, que sen dúbida interpretou como un electrón positivo.
Cómpre sinalar que Dirac predixera previamente a existencia teórica de tal partícula. Porén, Anderson non seguiu ningún principio teórico nos seus estudos dos raios cósmicos. Neste contexto, cualificou o seu descubrimento de accidental.
De novo, Joliot-Curie tivo que aguantar unha profesión innegable, pero levou a cabo máis investigacións nesta área. Descubriron que os fotóns de raios gamma poden desaparecer preto dun núcleo pesado, formando un par electrón-positrón, ao parecer de acordo coa famosa fórmula de Einstein E = mc2 e coa lei de conservación da enerxía e do momento. Máis tarde, o propio Frederick demostrou que existe un proceso de desaparición dun par electrón-positrón, dando lugar a dous cuantos gamma. Ademais dos positrons dos pares electrón-positrón, tiñan positrons de reaccións nucleares.
5. Sétima Conferencia Solvay, 1933
Sentada na primeira fila: Irene Joliot-Curie (segunda desde a esquerda),
Maria Skłodowska-Curie (quinta dende a esquerda), Lise Meitner (segunda dende a dereita).
radioactividade artificial
O descubrimento da radioactividade artificial non foi un acto instantáneo. En febreiro de 1933, ao bombardear aluminio, flúor e despois sodio con partículas alfa, Joliot obtivo neutróns e isótopos descoñecidos. En xullo de 1933, anunciaron que, ao irradiar aluminio con partículas alfa, observaron non só neutróns, senón tamén positróns. Segundo Irene e Frederick, os positróns desta reacción nuclear non puideron formarse como resultado da formación de pares electrón-positrón, senón que tiñan que proceder do núcleo atómico.
A Sétima Conferencia Solvay (5) tivo lugar en Bruxelas os días 22 e 29 de outubro de 1933. Chamouse "A estrutura e as propiedades dos núcleos atómicos". Nela participaron 41 físicos, entre eles os máis destacados expertos neste campo no mundo. Joliot informou dos resultados dos seus experimentos, afirmando que irradiar boro e aluminio con raios alfa produce un neutrón cun positrón ou un protón.. Nesta conferencia Lisa Meitner Ela dixo que nos mesmos experimentos con aluminio e flúor, non obtivo o mesmo resultado. Na interpretación, ela non compartiu a opinión da parella de París sobre a natureza nuclear da orixe dos positrons. Non obstante, cando volveu traballar en Berlín, realizou de novo estes experimentos e, o 18 de novembro, nunha carta a Joliot-Curie, admitiu que agora, na súa opinión, os positrons realmente emerxen do núcleo.
Ademais, esta conferencia Francis Perrin, o seu compañeiro e bo amigo de París, falou sobre o tema dos positrons. A partir dos experimentos sabíase que obtiñan un espectro continuo de positróns, semellante ao espectro das partículas beta en desintegración radioactiva natural. Unha análise máis profunda das enerxías dos positróns e dos neutróns Perrin chegou á conclusión de que aquí deberían distinguirse dúas emisións: primeiro, a emisión de neutróns, acompañada da formación dun núcleo inestable, e despois a emisión de positróns desde este núcleo.
Despois da conferencia, Joliot parou estes experimentos durante uns dous meses. E entón, en decembro de 1933, Perrin publicou a súa opinión ao respecto. Ao mesmo tempo, tamén en decembro Enrico Fermi propuxo a teoría da desintegración beta. Isto serviu de base teórica para a interpretación de experiencias. A principios de 1934, a parella da capital francesa retomou os seus experimentos.
Exactamente o 11 de xaneiro, o xoves pola tarde, Frédéric Joliot colleu papel de aluminio e bombardeouno con partículas alfa durante 10 minutos. Por primeira vez, utilizou un contador Geiger-Muller para a detección, e non a cámara de néboa, como antes. Sorprendeuse ao notar que mentres eliminaba a fonte das partículas alfa da folla, o reconto de positrons non cesaba, os contadores seguiron mostrándoos, só o seu número diminuía exponencialmente. Determinou que a vida media era de 3 minutos e 15 segundos. Despois reduciu a enerxía das partículas alfa que caían sobre a folla colocando un freo de chumbo no seu camiño. E conseguiu menos positrons, pero a vida media non cambiou.
Despois someteu boro e magnesio aos mesmos experimentos, e obtivo vidas medias nestes experimentos de 14 minutos e 2,5 minutos, respectivamente. Posteriormente, tales experimentos realizáronse con hidróxeno, litio, carbono, berilio, nitróxeno, osíxeno, flúor, sodio, calcio, níquel e prata, pero non observou un fenómeno semellante ao de aluminio, boro e magnesio. O contador Geiger-Muller non distingue entre partículas cargadas positivas e negativas, polo que Frédéric Joliot tamén comprobou que realmente trata con electróns positivos. O aspecto técnico tamén foi importante neste experimento, é dicir, a presenza dunha fonte forte de partículas alfa e o uso dun contador de partículas cargadas sensibles, como un contador Geiger-Muller.
Como se explicou anteriormente polo par Joliot-Curie, os positróns e os neutróns son liberados simultáneamente na transformación nuclear observada. Agora, seguindo as suxestións de Francis Perrin e lendo as consideracións de Fermi, a parella concluíu que a primeira reacción nuclear produciu un núcleo inestable e un neutrón, seguidos da desintegración beta máis dese núcleo inestable. Así que poderían escribir as seguintes reaccións:
Os Joliot notaron que os isótopos radiactivos resultantes tiñan unha vida media demasiado curta para existir na natureza. Anunciaron os seus resultados o 15 de xaneiro de 1934 nun artigo titulado "Un novo tipo de radioactividade". A principios de febreiro, conseguiron identificar o fósforo e o nitróxeno das dúas primeiras reaccións das pequenas cantidades recollidas. Pronto houbo unha profecía de que se podían producir máis isótopos radioactivos nas reaccións de bombardeo nuclear, tamén coa axuda de protóns, deuteróns e neutróns. En marzo, Enrico Fermi apostou a que este tipo de reaccións se levasen a cabo en breve utilizando neutróns. Pronto gañou el mesmo a aposta.
Irena e Frederick foron galardoados co Premio Nobel de Química en 1935 pola "síntese de novos elementos radioactivos". Este descubrimento abriu o camiño para a produción de isótopos radioactivos artificialmente, que atoparon moitas aplicacións importantes e valiosas na investigación básica, a medicina e a industria.
Por último, cabe mencionar a físicos dos EE. Ernest Lawrence con colegas de Berkeley e investigadores de Pasadena, entre os que estaba un polaco que estaba en prácticas Andrei Sultan. Observouse o reconto de pulsos por parte dos contadores, aínda que o acelerador xa deixara de funcionar. Non lles gustou este reconto. Non obstante, non se deron conta de que estaban lidando cun novo fenómeno importante e de que simplemente lles faltaba o descubrimento da radioactividade artificial...
