Cómo Se Registran Las Partículas (a. Borovoi - Editorial MIR)(1)

FISIG\ . AL ALCANCE DE 'IUXB

FISlCAALALCANCEDE 'IDIXlS A. A. 1iopNoI ICAK

PErHCl'PHPYtOT '1Acnt:UbI

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CJlEJIAM HfATPMHO

FISlCAALALCANCE DE 'IDIDS

COMOSB .3&ES:&".'A" I.AS·PABTICOI.AS SIgUiendo la pista del neutrlno

A . Borov61

EDITORIAL MIR MOSCU

@)

ImptaO en la URS5.

e IDJIIM:U,CTWO ~ H'JD", r.....u ",rnpll1")'pW- 1911

peAlnlII.I

e IradumOn ,1 CJpaAot Edil!).;,1 Mir. 19.'

"""'_TQQ.TII....aol

INDICE

PRÓLOGO

•. . . . , _ ,

PARTE l. US 'PAR'tiCUUS PASAN A 11tAVÉS"DE LA'iSUS,TANelA

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\

Capitulo 1. IHTERACClO_P!1,ES , • " . ~. ' t.L. Unic!ad \X, la!' t _ de la I\8.t,!rak:za (9). 1.2. Inll:noa;ioQCI (I2~ Capitulo 2. LEYES DE CONSUVACI6l'i' 2.1. ~II del impulso Y de la

momento iSe

2.2. Coa~ del l.3. A~ palabtu '""" de

merJla

(IS).

Impullo (18).

,,9 •

•

"

!& .slmetrt..

(20). Capitulo 3, UIECTllOMAONEnSMO Y ESTaUcnJllA, DI!L ÁTOMO

J.I. l.q ICC~ de Mu-well (22). 3.2. IlacIIbrimicnlO del clectron (25). l.3. Ley de cont<:rVac:ió .. de la eup (Xl). 1.4. AIDlnO de Tbom&Oa (31).

H . Radiactindad (ln H _ Modelo del 'tomo de RuttN:rford (lo4). 1.7. AlOmO cuántico (35). C.pltulo 4. HUIELLU DI!. LAS PARTICULAS CARGADAS 4.1. loal:Jacibn '1 euil&Ci6a (40). U. ftrdtdM por rId~n (43). 4.3. Radiación de Vuilov- Chercnkov '44). C.pitulo j. EL FOTON Y _LA SUSTANCIA S.1. EJIocto rotoclhctric:o y dOcto ComplO
"

. .

"... Un deoc;ubriJqicPto wc:alllAr (j,f). S.S. Los '6"01 c6smico& '1 la c.f. ....... de Wu.on (S S).

S.6. El J?O$IIr60 Y los ..... res~ (S9~ S., . A .. ILl'nl.IUÚI (61).

Capllulo 6. EN EL SI!.l'i'O DEL NÚCLEO • 6_1. Loo ncutroocs y Iu fIicnaI nuckaro:, (63).

6,2. El dacubrimiento de Fermi fU). 6.). Los canlpol (68). 6.4. eo-rvación de: la earp h.,iOn if;a (70). C. pitulo 1. lNTI! .... CCIONES DEII1LES 7. 1. ¿Po. quol! IOn ~Iq; ? (12). 7.2. E.aipnu de l. dt:tink~tm 11 (73).

7.J . Haee SU aparición en ca>cna el ""uuino (74J. 7.4. T..,,1a de Tnmi (?6). 7_S. Enrique Fe
J

" "

PAU,.

n.

LOS DE1'ECTOR2S Y EL NEIJTRINQ

Capitolio l . """n"JALU CE"'· TlU.LI!AWTES y DHSCUUIIOIII!NTO DEL NI!UTItINO 1. \ . ¡,C«I:ro repnra, el ..."U,inof (79~ 1.2. Reae1_ nuc _ _ como r_1n di; lM:umllOl tU~ 1.]. Un poco de bllloril. (U~ lA. Cómo le loa la de la. part!....Iu (84~ l.'" El contador do: cmlclko IDOdcmo (U~ 1.6. M.1oOri&l _tcIle&af!pn el. DCUtrino ('9). 1.1. F ...... taI .1 rondo (W} ..

ua...ronna '"'

me.""

, ,1. .... taa aDliMa vio:tor1. tU). 1.9. El IIINttbo le dllpma '"" el eIecuOa (96). Cap&Wo 2. LA MDfOQmwJC\, EL SOL y EL NEI.fT'R1I\IO 2.1. 01n va .... pOCO de ILittorioo (lOO).

U E:.perimcaloa .. Oarir(lO). U. Sobre el aJlCl"ÍlaellIO _ ..wtado II9ItiotO (lOS). 2..4, 8Cqq\X!da ' de lelo ..utrinoto ooIareI 11oa~ loS. El

" "

".

ae\1umo

pokrbado (110). lWp 1cpl6aic:a (11l). C"ph lllo l . COmADOaa CA NA.1oS y so.nu", DI! LA INTE-

2.6. Conte.....aba de la

UoOCIOrt DE.u..

".

l. 1. Daarp de ... (114). I I npoo de CODMdonI . . ~ de ... (115). )..). CoolaClonl ....... -.aiDoI ..tara (119). amar. de dairpu (121). U. Hip(ltait-.obft. dOl uF"" de oeunOl (113). 3.6. b.perilDcllkII _ loe _ _ _ ea '"C '1 adoi. tUS).

u.

c.ptWo

4, DUJ.!'l'nO ..... ClbN UTA lIASE DI!! SEM KDNDUCTOJ.U

oo.u.

COWT"'DOaE.Il A

4.1 . ~1iDc:ióD (129). 4.2. Cuudo 6o:L ,,(00:)&.0 _loa ..... elcctroD
".

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,

PROLOGO Por Dl1J7 IStniIo que patClICa. Ia".pe.ñem dn". libro ·JUIldI. ~1IcjOp

COCI _

novelll de cieuciII.fXi:i60.

.

•

, Treno_o_ulil vivian"co'"wNejuo 'pJlDCti.,. Y le liDconúarVD, 000. un ~ exudo '1 l!eIT.dOr: ea" JI .~" ..-~" pnw_ alidaI'dc ,le ~ 'Mbttilde ñci"cúlii'aiir:ii:'"cSe'q'Úe e:I pliDeta • UD ' cille raaonaL-"-R;;aliU i '&~fóif!'con " ~ cosrnonaiJta. ~ ,H:sIOi¡ fueSen' iDiiialéa cWli.bóniiório'~ ar-recer- ui~- I"tlOtl 'copW de ¡iim;cinü. sbn" kli' I~ -~ra F (rantllmU~'" "'" COP" C)lt4o aadat QOCI taata pakx:ióft que )os protqOlliitu pwodea demoltrarqileDoa JiDo _ "faII~" taD .010 por n:dio de as-ratm ~ AQIlllzu JI saoare cid .... tu:ma a nivel atOlIlico y IJepn basta ... panlcu1u mU poquef\u de Ju cualcl bu le compoae. He aqul que kit; lR:I ác:ntilítol interumbiaa opUUoDal: _ El f¡JlUD/) ekmaltD de la eslfUCtuna de nueatrOl CUCTpot es el

-

...

_o.

- Supon., qlM: )os .,;res F coaJliluidot de puticulas que 101 ltom01 Drdioario.. Murobo 1neQOres. - ¿De maoncs?-Nlgirió Sartori... Él1c DO qu0ci6 JOrpreodido. ni mucbo mmot. - No, de mOlOnes oo. .. M'" bím. de NEVTRINOS. T .... b.nprudcruemente ooo.jeluro el protalJlnÍlta do la uoveilo. lInpn.del!tem.ote, porque por eslU palabru lu'lO que papr uno penooa cid todo. ajena. El hecho ea que en MOICÍ.I, adju,ntl al lJatilulO de Eoerp. AlOma L V. Kun:bilov, desde 1968, fUDeiona " E.euela de Cleociu NatW1lk:t(ECN). Su auditDrio, estlK1i.inleS del ICItUlldafia. IliJIcD por las tanSet a ... ool1ferenciu Y IOID1I1 parte CD IoIMl11iDarb de filie&, miI!IlOfI"lI

IUItmollK:u Y biolop. DuraDte mllCbos a!OI el lutor del preseale

libco impattia en la ECN el curso de !\sic&. JIUIID CIOO atoe 001llw¡es y c:orrieutcs c.tc c:uqo debla bduir relato. acetQ de la fua moderna, npoaiendo. sdemis, a los oyeotcl o6Jno Irw.baja.n 101 lIsicos Y cómo ponen 101 nperimenlos. y he Iqui que al conlierenciante k: inUl1daron, lilCTIllnmte, de pregunta • .obre to. nel.lulnos. ¿Q~ bombrec:iJloI ~ creane partir de btD'? ¿CUiIel I0Il las fuenalll <¡1M: puoden reteDll!l" estas partlcu1u1 ¿DI: dónde prov;ene esta pa!ab,. con I U I'IUIlix carilloao? Lu preguntullovlan a ocnlcnlra, de modo que la .iluadó n
7

llego a ser Clli lan emban- . como 1. de sus pc:nonap. Tuvo que pone..,., de a(:Uerdo que. en adelanle. euaDdo 11: lral"", de \os mélOdOli de invQlipdó n de la lisb mOOema del núcleo y de 1115 partkuLaI e1ernetll.aicJ" tQdo .., il uslraría baUnd05c: en 10$ Upc:rimcD I~ eon neulrino. Poco a poco a lo& relatos .abre el p"nkular le COIloCICdia un c.ptcio cada VQ mayor. &: que los JWim:ipios de reptro de tu putlel1las es un lUretlo muy convmieDte pira la aplaci6n de \os conocimicnlOf; al el campo de nu:d.nica. e1ectriddad y 6ptica obtenido. en el CW'IO de: rlSica Jenc:tlll. A.unque editen docenas de: bum051ibros de diV\llpci6n dedicados a BlOf; mismot temu, el pareoer' del aulOr a que. los lectora no "taña de mb conocer tamt.itD ... conJcreDCiu no c:uati60.. De lo upucsto resulta eoñdence que el libro que olnoonnos "ti destinado, en primer 11.1...... • \os )6wnc. interesados por los pcobltmq de fisica nuciAr y r..ica de ... pa~ ementab. y para leer este libro , in dUlCullad bastan 101 conocimieJltos del CUrIO de la _ l a JeCUndaria. A . Bor!m;i/

.......

'LAS PARl1~~ .PASAN ;4, ,TRAvt.§ DE LA SUSTANa~

c........

"INtERAC<;.IONES 1:1. UNTDAD DIt LAS ruUZAS

DE LA NA11JllAl.EZA

"La naturaleza es inllgotabJe en su inventiva". ME. un milago que a pesar de la lO!'Preodente -(:Omp&ejidad del mundo podemos de.;ubrit en , ... fenbmenot dcttTminada Rjularidad", A los autores de estas palabru les ~n.a dos ligios )' medio. El primero e:s lsuc: NewtCH\, y d segundo, uno de loa fundadora de la mcd.nica ('\Itontielo Erwin S<:hrtldinser.

¡Ea. realmente, un milDIVO! A semejanza de un pintor quien al

me%elar varios colo!"cs fundammean crea m la poleta una com pleja pma polil;roma, la naturaleza por conib~i6D de IIn nWnero peque"o de fueruf básial, r~ulca,. aJcanza una diversidad alOmMOA de fenómenos.. y el c:jentlrlOQ no debe dejarse embrollar en h lOll. debe Kparlr lo importante de lo se<;undlll'io e intenlar hallar la base P¡'Í5tina del mundo. EuOI intelltO$ se remontan a la rnU remOla ant i¡i.ledad. Seis ,¡¡los ante. dc nuema era el sabio &rielO Tales de Milelo cme&6 que lodo en el UnivntO se formO dc una maleri • .:ino. eI.I~. Le atribuyen lis liguicatel pal&bru: -El apa es el principio de lodu 1at cosa.. 1040 procede de ésta y en ~tl se 1tar\5(orma". C
miltrtios. Mi, por ejemplo, los UbKH de la Anlicua GReia ulKipo '1 Oemócrilo wairieroo la hip6tcsis IObrc los ltoIDOL La rid, Y la muerte de Oem6a'ilo dio onaen a leyendas en .., eUlles la im'Fn del filósofo 'p'-recr, a Yecea, embellecida por sus admiradora 'l. I voces, denigrada manif"Jettamenle por IIIS Id_Oos. El propio ~ho
profunda impla""n Que dejO el filótoIQ en lut o;ontemporo1ioneoa.

En este ¡enlido, I U maestro Lcucipo tuVO muy poca suene. De ~1 no sabemos casi nlda. E..istian do. opinioues d1ametrtlmente o pue.lU: una, que la mayor panc de la tcorla de Dtmócrilo perlenco;g al.clKipo y 0:1 pape l del primeTo DO fue. ni mucho me-. el mu import&nle, y Olra, que Leucipo. en smen~ no exudó y Quc no cs l ino Un pct'IOn.a.je de tu obr.. de Demócrito. Lo. inveatipdoru de n\)!:lIrot dlas. en ' 11 mayoria. se alienen ..biamentc .. UDI! posición mental: Leuo;ipo.1, eOlió, pero no cstl c!..ro qut, precisamenle, se debe referir a $U aporte penooaJ .. la lilotof..a.. Sea como ruere, se eonOQC que Oembcrito ¡w;jó en la ciudad gricP de Abdcrl . ilUllda en la costa ,de Tracia. entre los años 470 y 460 D. e.. (no lo sabemos COft euctitlllÓ). es decir, QIi dot milcnx,. '1 ma;tio atd .. A pesar de que 111 yj4a dil'icilipentc purdc calirlCaJ3e de .pKible. el fth»ofo alcanzó una edad venerable 'J murió .. kII ochenta,

.0

o bien, noventa año ..

Se cdllCÓ en casa de . u poId", Damuipo 'l • .. lodas lueea, en un JII padre, DemócriIO rccibi6 una herencia c .... ntioMl y le dedicó .. viaju y dondequCn que csluvu - m Egipto, Eliopia. Babilonia., Penia-enriqucció IUS ronocimimlO'. Al cabo de m~ _110. re¡rcsó .. IU casa. l\abitndose gastado lodo el dinero, pero, en cambio, habiendo aclllDulado otro calldal: la ..biduria. . ~En1le todos mis contempori.n_ 1>0 hubo na~ quien reoorric:sc tantas ticrraJ hacicodo 110105 c:stu.dios y observando la naluraleza, ni tampoco quien aJH'CIId!t$C de tantos sabios ... Tao sólo en Eaiplo paX cinco años~. Dem6criIO ~ c:slableei6 en UDII C&$ill jooto al mismo mu.ro de la ciudad '1 ~ puaba el tiempo Icycodo libros, con~crv.odo 'f meditando. Es difICil decir por qut esta ocupKi611 inocente parec:ló 1"I101cs~ a cierta &ente. pero al eabo de cierto tiempo el fIlósofo r\tC llamado a juicin acusado de Mainlinal demencia". A .Dembcrilo le in· criminaron el despilfarro de Sil dinero, el que JU hariI:nda llepra al estado de abaDdooo 'l. po..¡bkmmtc. muchas 01lU OO$U .....El' rilólofo, M dáR..cüa hábihnmle. Danottraba ~uc las oc\.>-

joYell mil}' hiGo de ..ber. A la m~ de

p.tioií~ déiítlr!éaS':t'on, Prcnio;;l\o~ ~ra ' IQ!iO ' d Est adó, ad'emás comludata Jtií:dé' .... 'Jcye:Ddú, ., "bl6'el'a "'Jo me; tado del" n m6dii:ó ¿j.¡a 'Aoti~·HjP.óéñ!~ '"ije .~ \lela!: ' .,ui:-la

ci~".l('8cl' .6~· l!iP6ét~té.

rifo'q~ ~= ~~.~~DCia,

'1 'por Ctíanto .. u autoridad era innC"pbIc a oemócrito le ablolvieron. ,!'.,.ra ~oslrar que ~ encuonlra ~ p!e{lillld.¡ ~ sus racult&des rnciitalea el fil6sofo le'lo ante el ·tribu.naJ rraaJncnto. de su libro el

"Gran DiaCOSmQSH en e] cual enunciaba, precisamente:. la bipótesis alDmísta. Por desgracia, auoque Demócrito c:n:ó WlII cantidad mUY'- grande deobras rckrcn!C!la 10$ rTih diversOs campos del·saber, el hnpb.C:able tiempo y'los cnemigor¡ todavia·mIiS·implacable!l'lu ao.lqui1a.rQ.1I ClUi cn' su totalidad.¡Etta CI'la' rilZÓn de que IlOl YeaI1lO$oblipdos". ·obtcoer. los datos acerca de la teoria' dc; "De'mOc:rito'"de' lej"Ilndas mallOS'y, t;.D parte, iDc:!U$O interpelado. por sus opositores. .EI' fi\6,om ~b. qUE 'm ' el mundo á iltcn. ttomos.y' el' Ylldo. Los atomo..' pankulu mivisíbles~de dimeó.iOha~in~·J~~· . UM multitud de divtn.u Jonhui Al unifsé' .ú:noi~!;9n;:--Pt~~' ~OI~ IOrman len; c:uerpo. que nOl rodean. Y oO" IO~mentl:: 1os,~ TOdas las cosas, incIuyl::odo 1::1 alma humana y"los diótcs be-l6QiCos, están comtituidas por éton:loa. El alma, a~s, esti tejida de partic:ulu de r~JO. Evidentemente, el r.lósoJo diIcwTl8 mucho sobre Ia:s caU$l$ que hacen unirse I0Il lItomos y sobre cuál es el método de $emejante UQ¡' rlCll.ción. Es natwal que no podien. imaginar \lO método que DO f _ el puramente mdnioo, y por lo linIO dotó las partku.bu de sanchos. If&pls y cavidacks. Dem6crito procuró refrendar sus rru:onamimtOl con aperimenUM, amaJando que la compresibilidad de Jos cUf:I"JKlS es el efecto de la estructura discontinua (discreta) de la sustancia. Finalmente, el fil6sol'o creó el cuadro majestuoso de la multiplic¡' dad de Jos mundos que naa:n, se aesarrollan y mueren en el Universo infinilD. Una serie de filósofos que vivieron posteriormt:nte - Ep;curo (34]-210 a.n. e.) y Luerccio Caro {98-55 •. n.e.)-compartian 'J desarrollaban estas concqx:iones. Sin embargo, ya en la Antiglleclad la doctrina de [)om:I6c:rito contaba con muchos más adversarios, los cuales 50Uenian que la suatancia es oontinua y se divide basta lo ilÚmito. que con adeptos. Y, ademu, siempre se poclia evocar que Mbahlaba sin el debido res-pelO de los djoses~. Transcumcron dos mil ai\os. En Ia.t obras de Galileo, Kepler., New¡on serminó la dencia que hoy I::n dia llamamos rlSies.. Se convirtió en IU metado principal la comprobación de Jos vaticinios teóricos por el experimento. Resultó ql.le la ciencUI tuvo que I'OI;haar prkticamente ClUi todall las ideas dI:: Dem6<:rito: la idea sobre el mecanismo de intcraox:ión de loJ tlornos y 1::1 CODCeptO del vaclo absoluto. Huta la propia palabra MatornOH. o sea, indivisible, es errónea por cuanto a principi05 de nUel5tro siglo Jos cimtiflCOl se convencieron de que Jos litornos se wmponian de una envottura eloctrónica y el nÍ>Cleo. 11

No oblu.nle, su vaticioio pril:nordia~ el reCermte a 1u pequeñas pilrticulu que port&n Iu pcopicdadocl 6e la iUl tanc:ia, patO la prueba del tiempo y de la experiencia.. Mijall LomollÓsOV, JOM Dalton. Mituel Faraday, Roberto Brown, Jost Losehmidt, "madco Avopdro, Omitri Mendeliliev, Jean Pcrrin, "'heno Eiastein, esta. y muchos otros inve5tipdora hiei<:ron l'ClIaccr y demostraron irreJulabktncnte la certeza de la hip6tesis atbmica. Uno de )os mU destaCldos flsiros tDÓricos norlUmeranos., R. Feynman, dijo : '"Si toDlO tonsoc:ueneia de una CIIwtfOk llOivenal resultasen destruidos todos los conocimientos cimtirlCOt aaunul&dos y a las ¡cnoeraeiobC:I vm.idcrq de teres vi_ llep.te u.aa .ola I"ratc. .:cuil seria el enunciado <:OlI1pueslo de un nÍlmero n:lmimo de palabral que transfll'icle .... iofonnacibn máxima 1 Yo <:ooaidero que el la hipótesis atómica (puede llamarla 00 hipótesis, l ino bccbo, pero ellO no cambia nada): todOf; los cuerpos te coll1ponn de llomos, pequei'ios cuerpeeitos que se eDCuenuan en movimiento deIordeuado, se alraen a UIla distancia poqueila, pero IC repelen si uoo de éstos se aprieu. mb densamente a 0110. E.la fruc ... contiene UDII cantidad ¡nveta.imil de información $Oh", el muodo .. .~ .

1.1. INTf.RA.CClONES

Relomc:rnos abora a los intentos de duif.:ar la, fuenas de la naturalcu. Ya en nuestra. dl.. K conformO la idea IObl"l: las cuatro fuerzal fUll~mentalC5 de iDteracx:i6n. Eliw son : l. La fue rza de la graYed.ad (illleraa:ióD gravitacional) ; 2. Las fucrzas eloctromap!4tku; 3. LaI fuerzu Dudeam (interaodóo 1Uene); ... La intera«i6D débil Por aboca DO !IC baD cocoDlradD otrot tipos de fueru .. Todas Iu pank:ulu elemnnales. Obli&alOriamen~ lOman pu1C en la interaa:i6o ..... vitadonal. Eata es universal Pero, a P.CSAt dc ello. de ac~f!1o con Iu~ ~ljes c:onlempori.~ las r~ de .... pV19it~qu~ ' ~CI!.. por .d ..IIIOY,iD¡i¡;qlo d!;<.l oI P~ ... kJt I"!u~

~~~, . r~uJ~~~~,o~~~~~~~ja~¡,1re~~C:Odi'í!.e.i9~~~.~'.i1~= PlI~",,~ . el! ... ..,. -P." '~. ~. Ia '.e:a~~~: ~'~-:,.Ü"It,iaI1i/"iC&n.;i- ~ la ~te ~v~~~ 4e . J~e'.'U?n :

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aqul es la d is tancia entte lou:uerpo$ (la fuel'Ul tieoc un IUpllCto tan ICIICiUo s; kM son puntuale!· o edél'iew); m, '1 m. sop ( ~ muu dO.kM euerJIO' y, ·(jlllllmente:, y CI la constante: \lniven:al i(l18l a

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6;7·10- l' unk;la.dc, ·51 (N . m"·· kg -~). . -Elte vakrr .tan pequeno de la co nstante y pl.IOde: ser ~~ por Ia.s OhOl'1beII.tI)Q&Sde -1nt ~ m, O"'a. Ahora bi=.;1u'~ do IN ,paníeu.Iu '-elemcotlle! ·son .exttaord.i.Ga.riamente·!:JlCClualu. De este modo. en a.de'*"te ...t61o eriC:oIItnlllanos tre. tipos.'. mter"lllX"iQDC:I ; elt:et~ic&¡. f uc1e y ~iI;', D.~te " up~~~; rI~O ~taDte, lar,o. 1!lII ·:invati8ado.res IICUIllII~ .!;bjICl!~_~q~ Ie!tilnOIlw.n tobrc ·,1a difereneia.' ~teDle enue 'Ias.r~ ;~ cWneataJes. Y es .. dikr"coqa era enorme. ... Por ejemplo,' N, pa,ra mayor claridad, ,upresamooo el .valor/ 4e la 1Ueru. cn cierta escala ' conVCllCional do alIU,.." OOI'IIp&rIndo las ~ nucloalct a 1& altura dc la TolTC Eifl"cl. la intoraoei6n de una pla nta y la electromapi!:ti<:a 10 ha llará al n ivel de ulla _ d~ tendri; cl taJna.ao de un botón, nada máa. La aocióa de las fuerzas dectromaga!ticu dec:reee a Ullildida que a ltlrO@ta la distancia. entre I.u carpa, pero csu decrecimiento es pau!atino. Por efI.a razbn K dice que las fucna& en cuestibn son de A·

aran a lcalICe. En cambio, la interacción Dudear se interrumpe bnllcammte: apecas la distaneia cnlR I.u particWu ~perc 10 - , . 11\, es docir, UN. cimrnüklnbima cU iNcdm. El todavia mcnt)r (j!) el radio de penetración de Iu f\ICIZU daillcs. Al mismo tiempo, IoscientlrJCOI 00 cejaban en ' u inlent o de hallar el camino paR au unificación. Para descubrir el manantial únioo de todu lu fucna"de la nat uraleza CIlyo prototipo más lejano el el

-

Duraate larco- año. rcOeaioDó ..obre el patticu.J.u Alberto Eimtcin. El de eomÍlll COIlOCimieDlO que ICM uabajCM del van tiaico transformaron, literalmmte, Ia ci~Dcia. En )en pl'irna"os alaRtlta a ños de I U vida y loe v~itlle allos de inspirada labor Eirulllein creO la lcoda C$peclal y ¡enet1l! de l. rt!latividad, y las mb de las "C>c:clI el nombrt! del cicntlfico viene relacionado <;011. talOS ~bri micntos. Sin ctnbargo. en estos aJios Einslein elaboró tambi.en la leOn a
.u

"

emigró y ~Ii&ió I U ruidcncill en No"e.I~ ~II la tranquilll ciudlld univeroitari. de PrinoetoD. Trabajo temiendo puder un solo dia. Teola que l upcru enormes djfi~ultades m.tem!ticas : ~ . .. IOI martirios InIllematicos me tujetan com o Ill"lal IC1lUll. hllplaea.ble&, '1 '10 no puedo librarme, no vdito nlnailn lugar y .!lbIXTO el tiempo. poswpndo todo 10 dcmU. Como usted ve, me he c:oavcrtido C1l un U.caiIo. Ea 1011 minutos de luddcz compre1ldo que esta avaricill respecto a1 tiempo es vicion '1 nocia~ _ cteribió Einswa C1l una de tul cartas. Y allo mh sobre lo mismo: ~ .. .lal dir~llIldca ftlIllelMticas no me permiten obtener de ClW ecuaciones lIlII deduccionCl que se pued&n confrontar coa 1. obeervacibn Poca cspe:ranu hay Oec que lo consip hasta el final de mU dlu~. Ei~eia no tca1a quicio..... AJ principio, 101 fi,icot trataban de comprender IUS artk:ul.,., lucIO sólo Iot I\ojeabln '1. por fin, menuneatc " O lot abrian. A la soledad II!D la yida pll!mlnalllC: lltIadió la amup lOIedad m la cianci.a. El f\sico poIllOD Lll!opoIdo Infeld que ua"-jb ciDco aliOlI 00.II Einstein ayudándole m su 1100.-, recull!l"da t1IJ palabru: "Los Ibicos rol! consideran un nejo necio, pero 10 estoy convcnc:ido de qllC en el rllll1l"O el desarrollo de la liIica lo~rt una direa:iOn disliata de a quella que l iguió hasta la recha~. El eamino Wl"lCl"etoelqido por Einl tein no lo condujo al éJ¡ilo. mll.1I idea mo. ón... pncral toMe la unid. d de 1.. distintas ÑcIUs nsull ó ler justa. Hace unOl dOl O tres h.,trOl 101 cienlÜlDOI ell(;OllllVOn el derrotero conecto. Y mis tilde lJepron lo. verdadero. "momeulOS e$ld&ns~ para los filicoJ euando DO pasaba lID afio sÍD anndcs dCSlc ulnimie:otOl. y he aq lli que en 1979 tres li.si~ teóricos., S. WeiDberg. Sh. Olaabo... Y A. SaJIlm rccibierOll el Premio No.,.1 pOr la creación de la ICOfÍI uameada de las ulIcracciooes c!ec1ro~ y daoiles.. Actualmente, se elabora" plana de la "".In unifacae\l.an de 101. Ira tipos de ruenu: DUCIearc:a, cIoctroma~ieu y d~¡ea. Y, tambi'n, la ". upcrgravilació,," que incluye, ademas. en eata lUla 1& Ir.viw:ión. La teoria (lnic.a di! toda. lu Int~iones de la naturaleu adquicl"C coat~ Qda vcz . • taftJibles. "<..., ¡oa.¡, DO· no.~.pretIlremós. , RetomarcmOl. todavla al problClll& de " ·unidad de las distinw rucnu. mjeotm que abora l'amoJ a conocer UJ)' poco,mW. ,r~o- cada uno :de los t¡pOi ck:· itoteraceiÓII con las par$uIa. elemcnt¡ilJa. que .,.rtic:ipan en uta. U como la. leyes: q~ ~nitn IDI.diYenOs tipos de ruerza. 'In iciemos este conocimiento ttc.de las leyes: di! la· ~nsc:rvllCióQ. M

e.......

1 LEVES DE, OONSERVAOON

U. CONSQVAClON >DEL IMPULSO ~ De LA

t:M:aiftA

.

TéñemOi l¡lWfónnir'Uu' ii:liiiae cóirio 'u 'MeUlai'tlcmtzíliJes-

Pasan .> I~\á ae~l...iiit&nCia:·EiI"éSt¡; Cuo<>"~eil''tt'ai\¡fO:~ eomplejU: 'Iili'piffieijliíi ,.:e~diSPérÍán: irlpn(f¡.Ui:~a.w~ñü1: •.;; dcsinlya¡ !tomo. Y'lIüc!io('seae.iPtearM::ete:oES·aqu.lrPc:6éi;¡"triCh~' dOnde acWen' eil'nueslril 'ayooiflás·leYes tmetaier·que Í'iJ&,toaM"M:.' proeeao. inde:pcndienlemenle de su complejidad. E.lIIJ llevan el nombre di: Ieye, de ' conservación. POI" ejemplo, le desinlep-a el n"c:leo del elemento pesado californio. Por .upi..to que no podemos yer ale proaetO, li n emblore;o, estamos en condieioncs de figuramOll cierto modelo su)'o. Al ¡xinc:ipio, el nOeleo comienu a cambUr su forma. Se ab.r¡a y ea su mlerlor se esboz.an dos nlleYu formaciones.. El n(¡deo recu.nda cada l'Q m.... una hallcnL Al tin y al cabo, 1u fuenu de repuls.íOn docuostitica dc:sprran el ealiIonUo en dOI panes. dos fragmentos., '1 blOl M aJejan ... o Jando y emiliendo, ade:mb. neutrOl'CS., electrones )' euanlOl pmm&. . ¿Ac;¡uo CII necesa rio esu.r al lanlO de todol cstOl pormenores 'J saber describirlos en ellen¡uajede la. fórmulu par. halllor cu.l es el Angula que forman los fras.menlos del n(¡eleo . 1 leparaue? O"ro qllC lIO. La le)' de la conservación del impulso .110$ da la po&ibilidad de decir imned~1amc:nle queesle ángulo es isua l a 180", es decir, lo. fnSmcnlos vuelan en sentIdo. opuestos. T a mbl&l te: puede evaluar b vdoc:idad de 101 fraamcnto& si se CO
rWóo.

15

,u..

Hace trez<.:icntOG cincuenta años, en los albores de la c ..... ción de la mcciInica clasic.a, el IilWofo frarn:t:< Renato Desc.:arte. introdujo el concepto sobre la cantidad de movimiento: cierta magnitud que podr!a servir de medida del movimiento. El cientlfico ~ibio : en el Univel&O .. hay una cantidad determinada de moyimiento que nunca aumenta ni disminuye y, de este modo, si un ~etpO pone c:tI movintir:nto a otro; d pt"imero pierde lana eanlidad de movimiento cuanta tra nsmiteo A. í. pOr ejemplo, si una piedra cae a la lierra desde un punto alto, entonces, en oel caso de q~ bll no rebote, lino que 50 detenga, 84mito que: cslrtlrlClCe la tierra y le trandiemlU movimientooPero porcl.\anto la parte.de tierra puesta en movimiento oootiene, por e~mplo. mil vc:c:a roás lust&ncia que la que encierra la piedra, teSu.lta que.allransmitir l u movimiento, ~a puede comunicar lan sOlo una velocidad rail VC(:CI menorM. ¿Qut &obrcnlendia Ocscartes al bablar IObre la C&!Itidad de movimiento? Su. idc.u aocrca de esta mqnitud eran puramente intuitivas. No ob.taDte, basándose en Cltu idea&, el filósofo IUpo comprender una de bu leyes máa ogenerales de la natur~ En el prese:otc: libro neccsitafc:mos una fonnu1acibn butantc ICllcina de esta ley: en un . istema inlegrado por 11 cuerpos sobre el aJ.B.! DO aaClan. fucnu exteriores se consuva la ma¡nilud de! impulso lotal (de la cantidad de movimienlo) : M. o •

o

p... ... P,+P.+ o.o +".= (2) Aqui P,. Pu p. IOn los impulsos de los cuerpos dcl sistema. Cada WlOde .:ttos n igual al producto de la mua (m) por la yelocidad o •• ,

(.,

Precisamente la ley de conlervación del impul.o permite detenninar el ángulo de dispersión de kili fragmeclOII cuando fISiona el nuelen del califomio. Al principio, el nilc:leo ClItaba en reposo, y su impullo era iaual a cero. Durante la rlSión no actuaban 1u l'ueTza¡ el!.lcnorCl y, por ccn,¡.uicnlc, el impullo lotal de Jos fraamcnlOf de ~" "' ¡ y , ma~ penn&DCció nulo: t. 'vl.,",,~>o

.~,.~, .,tJ,-

-ce 'aquí

'o'.,

"!,ii, + m¡ii¡ .

(3)

o

_.. :.: ""a, .. -

~¡a1'

W '"elocidades de .IO! fragmentos están diri¡jdas en sentidos Dpue$los y 100 invcraammle ploporc:ionalcs:a .au.s ma ..... En este calO pode~ no ' saber' nada sobre ele propio mecanitmo de_,1a fisión. /6

En cuanto a l. ley de: comel'VllCion y tn!Uforltladon de la r:neraia ,ésta depllrO .. 101 cienti liC05 m..chu mil mo l~¡". fue preciso IkIllO$Uat que la t'fIer¡ia mecinic:a pocn. IransfOllTlllfK en o!rOltipos de encr¡ia. &Si como que eraD ~i bles. lraRSiciones invcrsaJ, 000 la ·parlM:ularidad de: que "D !,-estOs) casos la ener¡ia. D9 .. r..e pc:~i4. ~ .En 1& meciDa cJ&Pc:a la emr¡la'1e div~en. dos parleS.. U~SiIá ~onada coa "a velocidad:de· D?:9~nlo. de 10$ .cuefPO!: ,y Ucv~.d; nol'lbr" d e.c:iDCtic:a (CÚI},")Ia- otra. con l. d~~J(;ibP. im!l"aa,¡~!"1s!' ~rpo,I eMI ClIpKio y COD. W,i!!\ef&.Ocioo. ~~..wI-J-il]la, IC..E.4c:t'OI!ioa

.en.erJia

POI~" (P~). p.,a,--up, s.isJe~ que ,,00~"a ·~l ~\~ .~'40$.

' cuerpos y se lIOCUenlra lejm..de otros o.bjcto&;;~ v4!.~ · t' _ m.~~ _ _mlP~ ,_+_,_+Pot,. _

Poe 11 es 1& onerp poIc:ociaI de: inleracdón de eslOl cu~; si en~ los mitnloOil actaan solamente .... futnas de: 1& p-t....ed.ad. dil;ha e"", "a es ¡¡ual a

.

'"','", -,--o ' La velCKida d de Iu partlculas dcmcnlllc:s $e aprol.ima. oon frecueneia, a la de la 1\Lt, y laí ~n.as de ¡nteraceion enlre Qtu 50<'1 ~sta nte g andn. En este caso la mcd.njg clbiel debe ceder s u lugar ~a teorla d e la relatividad. No relataremos (ni t ampoco lo podemos tuiéCr en nte libro) con much05 pormenores sobre esta admirable icól'Í&; libio neteJitarCJl'lm algunas de sus deducciones y, ante todo, la rebelón entfe la masa y la ener¡1a. • En la r..ka disiQl, uisUart do s oonoe-plos aisl.dOll de 1TIas-a y de cncrgla, como asimismo actuaban dos leya; de 11 conservación de éslas magnitudCl. La leona de la relat ividld vinculo ind isol ublemente ti: m&s-a y 11 enC'fll a, de modo que I1 ley de la conSC",lcKm se eonvinió en 6nic:a. Su ponpmOf que dos cuctp05 cuya, masu 50fI "', Y 111, SIC I traen. Si medimos 1, mua de Clle sistema Al, rc$ulta'" que 11 ultIma C$ U\eDor que suma aritmaia. de \as muas: M < '", + '"l ' La ma¡oitud

,a

(6)

se den omina defect o de masl. En la leoria de la rcJlltjyil,t,d.fe en unda q ue 11 ~ITK un ,istema i\enlejanted c cuerpos K Ube'IT. cncrHia que 17

IIC'O'& el nombre de eoer¡la de enlace. Esta

CI

i,u.1 •

""'"

(I;ende (' l. velocidad de l. 1...1. ia .... 1 • ) · 10- mil), Si .bOfa denruimoo. el •• tema (& kjamo.l~ ~ lino de' otro a ... na d" ta ncia infinitamente ¡rando), esto requerir" liD COIU ... mo de energla igllll a - &mc-l, y la medición de In masu de kM cuerp05 delnO!ln.t. que su. n lor'el le hicieron igw.let • In , Y "'J' Aduu:amos ... n ejcmplodo 1& rllica nuclear. El núcleo del.tomo de hidr6,ClIo pesado que lIe... el nombre de dcuteron (o deutÓft) consta de un ru:utr6n y Un ,,""ot6 n lipde. por ruerDa de a tracci6n lIudearcs. La maNO del neutrón constituye 1.6149 · 10 - >1 ka. y 1& dol protón, 1,6126 . 10- n k,; abora. bien, la mua del deulba ~ de ))434 ,. ,. 10 - J1 ka; si realizalll(M loa cüculos QOnvenic:ntes reauJta que ¿", . _4 · \0 - JO k,. Debido a dio, para d~lruir el núcleo en cl.IUuón el necesario consumir ...1111 enulPa di! ÁI!I . el _ ),6 · 10 - u J. Si el ddcc:to do mua de un .idem. de paroeu'" CI positivo, ate se dClintev. caponlaneamenle, y 1& cnergl. de nlacc l e OOlll umc ClI la enerp cinética de movimiento de las pant:$ que se di. per ...... como hemot viala en el caso de 1& rlJibn del californio en dOI frapnentos. 1.1. OONSERVACION DEL MOMEf'oTO DE IMPULSO

Sobre el hielo Iíso d. vue ltu una patinadorL Al principio su rotaci6n ea lellla, con los brazos ampliamente . bicnos, • contin\I&Ci6n, los a priet. contra el cuerpo y su rot.eión M Kelera. C• • uno de nosotros ob","6 doocDal; di! V«:eI elle fenómeno, 11"0, ¿abe Wlted cómo explicar el . umento do 1& velocidad de rotación 1 El que, -.demb del rozamiento eOI1!ra el hic!o Y el un: que (cUrdan paul"' inarnmle el moVimilUlIO, 1&6cportiata DOClIpcrimcot. l. acción Oc flÍl1IUIlI otra tucna eJlletÍln. Lu rcnaionc:s ulterior" !lOS Uev.ri.n. a 1& deduoción de q ue en l. natur-..lCA debe aBli r Ulla ley que podri. llamarte de 1& ~c:oaKrv.c:ión Oc la cantidad Oc rotación". Semeja.llle ley u.te, en ~I?~O~ IIC d@lomin. ley lie l. CODICJ"Va cibn del momento de nq~

.. ,.

.:.Qd

.

el MIDOmen to de impullO"? F¡,ur~monOs una bolit. que te m\ICVC por una ,.ircunfercncia .obre plano horironta l liJo. La bolit. eu • • Iad. con un hilo de !9nsitud R • un .lfiler d . ...do en el c;catro do la circunkrenc:ia. La malJlitlMi el

un

L . "", · R , 18

(8)

*

donde 111 el 1.1 __ d. l. bolitI., y ", .u vdoc::iIkcl. te dcnomiM momento d. impuko "'fl'I'Cto " de rotac1on (del a1flIa"). Si .... " " - ' ateriorcs 110 ueIa'm III bolit. " DO frmaD Al ~lo, .. aJaFitud L q\lOlh cormame..· &te beI;bo" JIU'de ot.enan. awulo el hilo .. ,1TOlJ. ,1 alIlJer. En cite cuo R diaminu'f" y 11, ea COC1"eI~ 'UInI2I~ 1.0 mitoIo ~ cm. .. path!adon. A JDIIdjda que aproxi..caa kit

tn.- al c:uapo. cusliia' li diftribúCi6a.· ...' ..... diiiW!u,.. IV de rów::i6Q. Como neu.ttado, ciobe' aumeatar .Ia ~ddpd . dc rot~ •. • La ley de la ClOI!"~ del ~~ daJ~.f!! ~;q el miaDo pdo qIII!I ... kJeI ...'de,·" ~.-:~ ck!l;;t!a~~f­ ~!l- Sua efeu..-= mllDifielw. por doq_ :.~ el mierom~ h.y. 1M ¡alax.ia. Ci...a. otro .jaJlpIo de tal accibn, que ..tdc: • J. 4iIUItIeia eIedift balta el . .

~cdale.

El movillUc:Glo de los pluaetu c:sli . ujBto • Iu lI:yes de KepIez-, Iqet que elle hombtll d. ~ formlllb buUdoec ni o'-~ awon6mjcq de muella. dO&.. La 1e)'Q _1IIICiaD quc> los plaDeW te m _ por elipIa _ lItIO de cuyol rooo. te mtCU«Iln. el SoL Uuelip.eCl\l ~UIda_'" rll- l. SIII rOCOt _ S (Sol) 1 F . El fMio....:to"r rra.udo etel Sol al pIaocfa P Ir, 1 '1 al ... r.. 1) dc:Icribe la.mm., Ueu (S, _ SI) en Iot mislDa. tiempos (4t~ &ta '11ima. aranna.ci6a te ctcapn:nd. de La le" de la. c;oJlICrncibn cIcl mOlllalIO de impullo. &a electo, el pIaaeta .. in~ de tiempo i¡uaIm, l"eQO{R 11m UII CUO el &.rOO '" 1 al el oiro, 'a. Si 10InUD0f, 4t peql.ldlo, Joa. &n:oI p.tm .astituirK por MlftlCDlOI eSe un. mu. De .. ~rdo QOIlIa ley de Kepler la Ueu de dot tribill)of. ',',121 ,¡f.!2 10ft ipaI.- :

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,.,no. .l/u,.,,... ,.. .. l.

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Multipliquemos ambOl m;embros d~ ata ilualdad por la masa del pllUleta m. La magnitud L- m,.,.,~ , m,.,.,~, ," decir, el mOme1llO de impulso del planeta quedar. connantc. Como resultado de ello, en la pr01imidad dd Sol el movimien to es mh r.pido. y lejos del SoL, mi.s lento.

_

1..3. ALGUNAS pALAINlAS ACUCA

DE LA SlMEnlA

CUando UtI objeto. despu6J de realiur c;el"\ü trasla.c:iones, vueho: a adquirir.u upecto inicial se: dicE qUE es li1nttrico. Como ~tron d~ simetrí•• iempn: limo l. CIIen.. Cu.lquiera qUE _la rota<:;on que '" comunlqum alrededor d" 11.1 Qmlro. nada cambian.. Tambim las cc:uaci0llel puedm ser . imttricu .i dapu& de cien. transformación do: tu mlgnit uchs qu.e tu inlelJ1ln .1.1 aspecto 110 cambia. Tomemos. CUila d~ ejel!lpl.o la DCUUibn principal dd. ~ic:a clilica, la se:lund. ley de Nnolon :

t .. mil. No es dirlCil oemorarK do: que eata ecuación ~no reaoc:ionari~ si. trasladamos el orilCft de coordenada. En decto. la ruerza dc:pc:nde de la disposicibn roc:íproc:a de 101 euerpos. l. ICeluuión viene reIa.c:iooada con 1. variación dc l. wekoeidad y la masa permanece: invariable. o.. este modo. la ecuacibn de{ movimiento es sim~ric:a respeclo a la truIKibn en el _pecio. Por primera vez, los r..icos c:omcnuron a inlcrCHrK por 103 problemas de simcu'la (u.llCio procedieron a l onudio de. la cslructufll d" los cristales, 00IiI que .ucedió hac" unos ciento cincuenta al'ios. En los últimos ailos tocU.. lu tcoñu de bu partículas elementales y de lu inlerac:c:iones fundamentales se: apoyan en unos principi05 dotenninados de la ,imeIIi. es.ittente en 1. naturaleza. Pero ya con anterioridad a est~ (¡Itimo penado, en 1918, emmy Neether, la cual, sclim paJabta$ de Eill5tcln, " ronnaba parte 6e I~ más destacados y plct6ricos d~ eaplritu creativo lCftlot de la rIUIlanitica delnO$tró el teorema que r"iac:ion6la. Ie.yes d" la colUCrvación y la pr-opicdades del Clpacio Y el tiempo. No hay ni un 1010 mte,....lo d~ tiempo que ten", Yml.lja rreote a o~ lioI~ ..ipirlta q\OC el aperlmellto realizado hoy dia y el repelido"ñlallaM.. en i¡ualdad d~ QOn(\.iciones, dati el mWno nsultado. El desplUlUllientO del tiempo ea cierto intervalo At no rcpell:utirlo. de nÍft¡ún modo. en Iu leyes rLaic:as. &1.1 propiedad de la l.imdrla delliempo los rlSioos la H.pHUD COJI l.1fI.I ~labra : ~I tM=mpo R

eII~f().

,.

Emmy Ncetherdemostró que lal simelria del tiempo conduce a la le)' de la coDilenraeibn de la energia, " De [a mismirorma'[a le)' de.la·con$ervacibt"l deJ:inipulso s.c basa en IQ h()ml)(Jl!,,~iI1ad d~1 espacio. Si trasladal1lO$ una insWacibn en el espaCio, lO!! «sultados del e"perimento no eambiolrin·. Finalmente, la ley de [a cOnM:rvacibn del momento de impulso guarda reLaci6n ooo"I.aa,pro~d de la sir(M:Jria d~.!sp,acio llama. da istJtropÚl. Ella propiedad signifoca que al gira(, unli$tema en ~I eqiacio 8Jrededor de cierto 'piloio los fenómtbOS ,flsicós que ~ ... , " . utl ' . rían. ' ,'1 • ,< • .\

~11;=a: =rdJ~d:!Neelh'er

es

~~I~\~in'~*~:)'/n~

p(xicriios olRee. AAw nl l¡qúi~ra '.!'! e"pOI:iFióñ :,iiii"p'Ii(~.a:,.•: 'rc~ ~t~ CI uno (le 1000 "CDUllCia&» traÍIcCndCntalés ae "(
IU Ie)'C$ de I;i

conservación. Como veremos en las ~ginas que siguen, preci$amente el neutrino fue la particula que planteó ante 10$ cientlflCOS el dirteilisimo pfublema relacionado con la $.Ímetrla de los mundos nue
C_J ELEC'I'KOMAGN.E:I'ISMO y ESTRUCTllRA DEL ÁTOMO

:J.I.

LAS t:Cl/AClONIS Di: MAXWEl..L

ElI de octubre de 1931, en la Abadía de Wesuninster donde le eocllelltn el pultc6a de los ho mbres a qWenca, con rrllCUeDcia, se a plica el cpiteto Gnmele, cm:a de la tumba de buc NnlrtOll " reuoieron 101 mb dcsl.l;e.do. f!s;co. de nuesko .¡¡Io. E1lec1or mb de 1llIII va vuio . . DotrIbres el! laJ p6pwu; de me libro: Mü PIaDck.

Ernesto authet1ord. Niels BotIT, Jose-ph JOM Th()!D$(JD. Los Las plaeu conmemon.tivas que

cieftlÜlCOt fe
_bao de insLalar p&R honl'flr la memoria de 101 rUtl4ldOlU de la leona c:kl clectromapet;'mo : Mi¡uel Faraday '1 J _ Muwcll. UD .i¡lo anta de esta fccba, al Cllbo de una labor tarp Y tenaz, F,rad,y de.cubrib la ley de 11 iDduccibn electroma¡pKtica. También ea 18)1 , en • ciudad acocefade EdimbW"gOoaci6 aquel qWm supo concmll., las ideas de Fanday co la ronna rigurou de ecuacioaes nulemá.ticQ, ecuacioncl de MuwclL La . uer1c no le deparo \mil vid, Iatp.. Y ..la 0 0 rebosaba de lICorlleciminllOl cspcc;~ul_. pero en 10 que se refiere 6sic.a, t U vid_ Kcorriacual u.a tOrTCIIlC Ic!npesllKMO y poteIIle cuya profundidad estaba mil)' ~ de medinc de una vezM (J. J. 'IlI.0I0I()ft~ Las ecuaciones de Muwcll . on cuauo. Y lsw encierran 1, 100alldad de los fmomSlOll cl~ ricos y mafP1~lieOl '1 loda la electro.. dintmlca cibica que fue formindoee en el ,¡&Jo XIX. Sin cmbarJO,. MuwcU no se limito a la limpie dCkripci6n matem~tica de hechOil y. cooocidOlJ. Et cientmco ca ptb la prorunda li,subn exislenleCftlre l. deetrieidad y el magoetilmo, aftadib en un.a de las «uac:ioncs lID I~nnillo que 11e.... el no.:nbre de "'corriente de clc:spluamimto Esta. adicl6n (mvehos habrian dlc:M "'rbitraria~ porque nadie babl. oO.er\rado a im el rCllCnnmo liIico COI'TQpondÍClltc:l Ucvaba impllcita.. uno comecumciu de muy la,1O

,l.

M

•

ak:anec. '

.

A'pucciO la toluciOn de cc:uaeiones que dcfme 105 ~pOiI clklrioo y ml~iCo c;Uacc:ntcs cn el espacio vario.m carps ni corrialles. Este elo:tromagn~ieo (mico NO propap en forma de onda • la .... Ioadad de la IIU c. Con anterioridad. 101 trabajw de Fanday y Mu.W
campó

J1

~I camino para la l.II'1irlWK'ión d~ loa dos primeros campos. Pero a el no le dio tiempo realizar su deseo ~¡to: ~magnctizar y electrizar el rayo de luz e iluminar la rmca de rLKn& magn.~tica". Se, hiCieron lan ,

sólo los' primeros

p3S0S.~

Maxwell, ea IUS ecuaciones. unifICÓ dermi'i"arnCi!le Ia_clect*~ yel map1etismo y demostró quc , ~tos acu.san la .~ma ..~\P~~ }\lo .on ¡ino .. pedos diferentes de Ia·. interacci~ )!!,~lr~goh,t_ica única. En cuanto a !a'IIIZ, 'bta rep!l$CDta una·onda eketl'(llJllIi!I~',iC:!. y 1111 propiCidldes óptEU del medio se dC!enninan por- .us pt'QPie" dadcs eleclforoqnCticu. ~. 1,_ . Varios aii!)S despuf:s,de la muerte de: Mu,~I,-, lJein~b_ l:IerU,ep.i UIl.a serie de brillanteli eJperimentos dcmostrb . la Cl:istc~ia ds ~ eJcctroma,:ntticas. :;, Muchos CÍl;;ntülCOS hicieron 5U aporte a l. (onnulación defmiuva de las ecuaciones de MlllIwell, &Si como a sus solucKmes para una serie de caso'I concretOlll. En primer ~nniao. dctic m~ionarsc Hendri]r; Antoon Lorentz. El cicntif'1CO hoIaOOb euminó .. aplicación de ls ICona a los sis temas intcafados por (:argas aisladas y campos electromagntticos. Así, por ejemplo. se demostró q\l~ W1a earp en movimiento emite 000&5 ctccuoma¡néticu. Solamente es nocesario que dicha carga se mueva con acclenlción. puesto que la intensidad total de l. cmisión es proporcional a donde q es la magnitlld de la carga, y a, Sil ' aceleración: Si la carga 0IciI1I. (scmejantt: carga se denomina, con rrcc:\lCI1cia. "oscilador;' de modo que 1\1 desplazlUDicnto partir de la posiciOn de equilibrio depende del tiempo f conronne a la ley

"la'.

JI:.

x-xoscnll)!.

(.,

$ieDdo X o la amplitud, y m. la rn::cum .. ia cÍTc\llar relacionada con la rro::uencia ordinaria v y el período de osciliK:Wn Tpor modio de la upresi6n ti) _ 2I'Iv _ 2,,/ T. entonces. la mlcnsidad de la emisión es proporcional a ia C\lana polencia de la rrcc:lICIlcia, y la longitud de las ondas emitidas el! (10)

•• En 18
1J

Actua LflK.nte, las ondu eloctromagnetica$ $e han inwatigado en un d iapu6n amprts;mo . Éste", e;Jltimde desde dccenu d .. til6mcuos (oDd., OId iocJa:tricas largas) h uta 10 - •• m (ra)'os gamma dur"", es decir, ta)'O$ samma d.. aran merala que nacen en las mtrañu de 105 núcJeo& atbmicos). La 1í8- 2 pr_mta la escala de ondu )' las dmomirutlcioncs de sus dislinl Ol sectores. Por lupueuo, que no se puede tru.ar entre btu una dimona prIIciu., )' la ract;"ción dura de ra)'os X po.¡ode tener una lonsitud de onda menor qllC 101 CUlUltos gamma blandos. Sin embarso, la escala insenada ofrece ti cuadro cu.liutNO de 1.1: naturaleza de la radiación dectromaJDCtic&. Y en lo que respecta a la luz visible, esta ocupa una parte infuna del diapasón total,de modo qu~ para aumentar artificialmente la cteala., bubo que dibujar aquí, en este punlo, \lila lupa. La ¡nvitacibn raponde del comportatniento de 10t objetcas a..rnkoI. Eate es 5U reino. En cambio, cwmdo penetramo.. en el liCDo de la tllSuncia, reaulta quc en 10$ niveles mol«:uJu '1 at6mico impera.n indivisiblemente 1.. fucl2&S elecuomagnelicu. La mcc:anica cibica. en conjunto con la tean. cluica del elcctromagnctismo no se vjo con c:ap¡acidad de datc:ribir los IftI.l:I~OI al6micos. Este problcl1lA lo rQOJvi() la mecánica. eulnlÍQl ereada a principios de n~lrO lisio. 1.-. ecuaciones del electromapetWoo wnbim te lOmeticron a la reelabonc:iOO cuántica; fue creada la leona de 105 CIImpoa cUlllu ffi. <:&dos. Mu por mucboque creciese el ed iftcio" u fundamer!lo Kl'Úan siendo lu eeuuOones de Muwdl El destacado rrsico norteamericano \0

\0'

IUi·IIS':o."IIf'I~~ ·

1 ....... "

--

FlO- l. bul_ l. ¡.. .,..¡...
"

R. fe)'nman, laurudo con el Prem io Nobel por los trabajos en el de 11!. IeOria culintica ¡lel campo, eteribiO ; ,T "En la hiltoria de la humanidad (si la miralllOl, digamos. dentro
Íf!I~rtante~.

:u.

DlSCUlNllMIENTO DEL- UI:CIllON

Cúando Muwdl escfl"b;ó sus ecuadoñes,

jo oituñ.leza dé la ~~idad .parecla aÚD enip./r,ticI. No 'rortOcl. ·n..aa la c:arp mioima )' 50bre IUS portadores, IQ ~flku'" elementales. El P."oJrio Muwcll utilizó como uno de los modelos JI¡ idea ",bn' el I)quido elblico que 1Ieoa por complelO el es~cio. A esle f¡quido le dieron el nombre de her, relaeionando c:on . u desp4u&m~nlo todos los fenómenos dtctricos )' mapt icoL No obstante. la rorma de las ;CuaeioDes no dependla de 111 elccci6n del tOdo. No JC modirlCllban a\in c\lIndo resuJla.x que la eup es UUladada por ~rticuJu aislad.. como lo '''ponia Fanda)' baúndose en sus experimentos de elcclrolill is. La 5OIuciOn
se

n.m'D

.t

¡randcs pcecursotel.

"

Sobre

A los experimento. de Thom5<>ll preced ió una t.OOf de casi cuarenta añol . dur.ación ck flf;k;:o$ ck diferentes pa~ encaminada a estudiar los rayos eatbdieos que se engendran dura.nle la 6eK:arga elCctriea en pscs enra.rcc:idos:, No profundiza remos en la historia
"

troIN¡nelicu q~ se desvian en el <;ampo malaético (a diferencia de ¡la hu. ordinaria). Corroboraba n sus ataummtos 'con UlUl seric de ,apcrimcntos,cl mUconvinccnte de Ios~ listaba relacionado con el palO de loS rayos catÓdicos a lra...es de bojaJ mcú,lic.. delgadas. Semejante CON. se dc:scaruba para las moléculas o los 'IOIDOI pero podiI. ICllCr Iu..-r pano la radiaeiOn elocuomaanttk:a. Thomson COIJICnd> Iu.. ellp:rillleolQS en el momento en que, al molede ¡nrormacibo cOnttadietoria t'equer1a un. d~I~, . cqm probacibn e inleJea:ibn. Sin qnharlo, el eientlrKo ,ncooe;si,to ~ ile tres .ilos"' para. mec!iante una serie de Cllper~IOS ' preC:isos 'y,'Orieatados a un determinado· gn, res:ol""" , Ia. ,pr~m." c;.on, trowrtibles , '/ fundamenll.r la $OrprendcnlC~' coachdión. sobril .. Ja e.iarenaa en cj,da uno de los ~tomOl de pIIrtlcuJ.u lilera. carpdal. 'En la aClul.Jidad, lo] leer la dClCripci6n de eslOS experimenlos. uno piell$.l. involunll.riammlc que Thomson CItaba enterado del resultado fInal. El primer •• perimnllo rue realizado en 1894. En me se 'dcterminablo la "",Iocidad de propepción de 101 rayos CIltódXxB, tnull1.ndo que CI mucho IDCfIDr que la de l. haz: ,, - 2 · 10' mi.. Este bco:bo tctlimoniaba a (avor de l. teoría cor¡JWCu.1ar y prepuil el tclTCJlO pe" los consi,uienlCl mbajos. (Mb tarde, por cieno. se .Yerigu6 que el valor númerico de la velocidad ea Clle uperimcnto labia .ido rebajado. El prop;o Thomson dClCubrib el error al cabo de dos años. pera no pudo detcnninar la ... u.sa del mi.mo.) PIlSCIIlOS ahora a las invcstipciones de \os ailos 1896-1891 lu C\lales. prcci$l.mentc. l1eglron a SCT la prtieba dcci.iva de la nisteneia de la primcr. entre las panículas d efMnlalcs. SOlo nos detendremos en uno d. la serie de uperifMntos. En primer t¿'nnino, és te pU5Q de relieve el hecho de que el campo eléctrico. a pesar de todo, desvía los rayos CIItódieOl. Menunente, en los experimenlos .nleriores de Henz la intensidad de los campos mlpleados no era lufIciente, calDO tampoco cran lo surOC:lcntemente altos los enrarecimientos practicados. En el CllperimenlQ de Thomwn se a pliaoba tamtMn el campo magaetK:o. Es,a nla tazón de q\lC para dClCribi. el upe rimenlo sea predso, a l principio. enminu c6mo se mUC'ICn en estos campos liU

'¡)airccer,'"

~

.....

Sobre 11. carp. q que vuela con la "",loddad 11 en ,1 campo eJéc;trico E actúa la fueru

F,, _ qt,

( 11)

y en el ... m po magnético S, la fuel'Ul

1". .. q[lI, B}.

"

"~

La «presión ( Y, B) lleva d nombre de prodUCID veC"loriaI de los

vectOft$ v 1 8, y éste debe comprenderse de la siluientt forma : el mOdulo ~.. es ¡gUIll a. producto de 101 módulos de los vectores v y ft

por el .o:no del 1o.n8u!o entre a.tos :

IF.I_ ql vl ·IBI ~n ((B), '1 la dirección de F etI perpendicular al plano en que se encuentran" 'J Ü y se halla de acuerdo
La fuerza F. se denominl.. ton frecuencia, (uena de Lorenb.

AlIIIlicemos ahora a que CQGdua: la acción de eslos umpot.. Comc:noemos por el problema !muy CODOC:ido) cuando l. ao ..... q, de mua ", 'J ftlocidad "o. entra vol&ndo en el irlluvalo mire dos placa, aorpdas haSll. el potcl'Ieial ... La longitud dc las plaeas es 1. El a mpo en IU interior es homoamco '1 los doctos de frontera pueden ser deapnciados. (Elto si¡.nifica que la dis.ancia d enlre las placas debe acr mucho menor que la longitud /.) En el moment o inicial va 11 1. H. lkmos la desvi.cion de la carga Ay (r¡g. 3). El dempo del movimknlo en el campo I - 1/~o . El desplazamiento 41 - p¡l/2.. donde Q _ F/". .. qE¡", .. quj'lld.. De aq",i

,.'

(B)

4 Y_ .. _ ~I · ....... P. Si K

conocen Ay, .., 4,/ yClli ddfrminsda l. ~Ioeidt.d de la carga

~.

!le puede hallar la rda<:ion q¡",. Pllf. el C&Jllpo magn ~tito lambien a nalicemos un caso aimP!c cuando la car.a enl ra volando en el campo homoPneo El 'J Vo 1. 8. Ent Oll
,

• • ~p-

_.IHft. .

,

--,r- __ - ,

A O . ). III_ . "-".~", ~

"

. ".

_F •• (rueru. cmlripeta):

R ""--. •

B

(14)

La medidóp del radio de aUo vuelve • propordonar iriformacion' lobre qJm. aiaado te ' c~OQé la veloeidai 'de , la pltticula.. ",," , Fi¡urimonol ahora qlAi.1a piuúcula va a panH 105 tampCIiI t y;fY mullWDmte' ~.'?d4, modo que lu. 1'uc:nu elbétriia, ""m.apétic:i :actUeñ_1OIxe lista' ea dirOi::ciimes, opuaJu.' "i''''; ' h~ , " En 'Gle talo, elipcado '105 c:áiDPoa. ~ pucdc.OOIIICIIlii: que eD.I_\ repOn donde blos 'Hrutalllt.1 _ I F.,!, '1 t. 'earp no'''_ ~~.:¡ .,E_qIlB.

.. _ E/B .

es decir, le paedc dclcnniar la velocidad de la ¡wtlcula Y. des~, IambUn la rdacilm ./"'En uno de 1111 experimenlos Thomson hito U$tI dt esta circunslaDCia. El haz de rayOl .catódicos puaba entre las placu, incidicDdo sobre la caca1a ¡rad~ CD la pared de la ampolla (Ji¡. 4~ Se pod4 ac:tuar sobre este bu tanto eOD el campo ell:ctrico t, eomo con el ~co fa pcrpeodieu1ar a l primero. En .~cia de loa al11po$lC lllUabala division de la escala tD que iDCidian los rayos (divi¡ioDc:el:o). Squk1arnen1c. K CODCC~aba el campo ~Iieo Y por el o.:.p1&z.arnimlo l e baDaba el radiO R (v~ (14)). Eli¡iendo el potendal u cnlfC Iu pl&cas de tal modo q\X: CJ hu coincida de nllCYO eo.la divisiOn cero," pua detcnnioar la velocidad de las partkulu p {VCalC (I Sn Por (jo. fl'SOlvic:odo colljl,lll.tamcntc IaI eocuacionef (14) y (IS), Tbomsoa dctumiDó la mapilOO .,/'" (por aupueslo, describt-mOl solo la idea del experimento, omilic:ndo muchos detalles cuya

conhderaciol! rUoe _ aril pua obtener el re5vltado). La relao;ión entre 111 cafp y la masa resulto ser i¡val a ... lO" C/kg; el! olros experimllllllos llIomsol! obtuvo valores prO:rima. a . te.

rIC;. 4, T .... - - . . 1IflI,.,,", ••, . , . -..... J. J. T--..

29

.~

11>,

En su artlc:ulo publicado en la m ista MPhi lo.ophieal

~b8az..ineM

en 1897 Thomson compara el valor obtenido p.ra esta rela ción con q/". "" 10' Cjk. para el mIlIS ligern entre los objetos at omicos conocido. CfI aquena i:po<;a, el ion hidroseno. TbonHon escribe: UEsta direrencia puede CIlIar re]"ion ada con l. pequdi. mu a de lu ¡.nkulas de los ra)'Ol CAtód icos In. o con el , fan v.alor de la Qlrga, o bien, limul.i n.eamen te, con Jo uno '1 con lo otro~. SCluidamente, bulndose en 10 1 e,;pcrimento. relacionados con el palO de rayos catódicos a trav.!:s de hojll mctalical fina. ThOlD$On llega a \a co nclusionde que 111 particulu deben poseer preacamcnle una masa pequeña (dime~ionet pequcibs). De este modo, " los rayQS c:atOdicol. representAD un e.tado DUC"VO de J. 51Utancia JUllalKÚlme!ltc distinto del p.sco5O ordinario~. Mas tarde, en la serie dc e:r.perimcntOl realizado. en 1899 Thomson' dcmue5t ra que tanto lu partlcuJ •• IlITllDCadu dc los metalea por los rayos u!tra"iolet. (efecto rotoeléctrico), como lu emitidas por to. metales incand_tcs (emiaibn tcrmoelcctrócica) tien.en la mi$ll'lll relacioo /t/". que 101 rayos catódico&. Lo confinnatl lamlmn otros físicos. En rCllumcn, $e JIep a la conclusioD de que las PC'~ paH{culIU NTgddas "tgatlwullt"", JO" panlt '"'t p4ll//t de CIlIJlquler á/o....,. el CU(lf ,....,de ~~dcrl
~/m

... 1,7SU · 10" C/ks.

3.3. U :V DE CONStaVAClÓN DE LA. CA. CA

tienen lusar en el que seaD las rUCl'US A. diferencia de la rel"erenciL esl.

las de dectrodinimtea. Tambiéo el problema de l. cs~bilidad de lo. electrones se efloCUCfltra en dcpomdencia directa rape<:lo a la coft!lCf\l'ación de la «UllciODCS

JO

carga. El elt'lctron es la mis liSt"' de las parúculas cargadas conocidas, pero podria desintestarse en cuantos gamma 'J neultino, Jo que esllt prohibido par lale'J de conservación de la-carsa eléctrica. De esle mOOo. de conformidad con los Í1 ltimo.s dalos, el tiempo de vida· ' del electr6n supua los 1012 años. l.... ATOMO DE THO~N

_..,;' 'Despub del descubrimiento del eloclrón, Thom$OD, Pf~opuio $1 ' ,,·mOdelo ,del átomO! Segun las palabra, de su pcqucfto hijo. (q~C!l , mJu.; ~tarde tambien- Ilesó a ser .un ".cimllrl«> relevanu:) este:,, ~~ o, J~rdaba UD boJdín con pB5IIiI. Las pasas eran 100'ekictrones .Doctn4or '-t.enc1Iíquido gupdo positiyamenU:, el (:\1.81. pr(:(:lsamente, haclai lu ., vcee, de mua. En su tota llilad el álamo dcbia ser neWfO. El modeló .- f,ó5e)a I.a.Dto muc:bas ventajas, como mucho$ dcfer::tO$. Por ejemplo, '~ resolvia ingeniosamente el -problema de la emisión por el Momo de oridas eloetromalJléticas. Para lograr que el ekctrón comieTl(l(: a osc:ilar e ilTadiar, es necesario que, durante su de$viaeión de la -po5ición de equilíbrio, sobn! la parliooa ac::tu.e una fuerza de retorno proporcionalal'valor de la desyiación, o Ata. una ruuxa scmcojante a la de elasticidad de Un muelle estirado. Pero, ¿de que manera -puroe conseguirse Una cosa lUi1 La. fuenas culombiBnas ordinarias dependen de la d istancia como ¡/r'_Aquí es donde surgió -precisamente la oe~idad de una esfera liquida uniformemente augada en la cual la desviación respecto al centro -provoca la aparición de una fuerza de rdOfD0 -potporcional a la desviación. El dcf«:to más imJlOrtant~ re$ulto ~r la naturaleza absolutamc:nte ralta de daridad del liquido cargado. Existían, adcmU, Olr.1lI dirt<:ultad es, de modo qu~, conforme a los recuerdos de 10\1 contempo.-anc:os. este modelo desperto un ~cntusiasmo~ sumamente rescr~ado incluso en su -pro pio autor . 3.5. RADIACTIVIDAD

Resumi endo. -podemos decir que -para descubrir el enigma del átomo no es surt<:iente tener conocimient o de la edstcncia del dectrón. Es; indi"P"nsable hallar el metodo 'J el instrumento con cuya l'Juda se podría -penetrar al interior del IlIomo. como realizando el "sondeo~ del mismo. Los tísicos obtuviernn este in.!IIrument o dcs-pues .1 El tiempo de ~id. es el tiempo .1 cabo del cual COn una prot>abUidad '" (),63. el electrón debe,. dcsintellOlfM.

"'

dd duc ubrimieo lo de la r.diao;l.ividad. He aquí cui les fueron 105 primtrOll . . - en esle teneno nuevo: Año 1896: d cioeOlifico rranoes Enrique 8ecquerel descubre U" tipo iMOlilo de rIIdiKion. Ella ea emitida por sales de u.ranio 'J ve la la placa fo toldlflCa a Ira"'" del pape l negro. Promo. ella radiacion recibib el nombre de radltll:rlllidod ""rural. Eltn.bajo abnegado de 0!r0l dOl dentificos rr~, lo' e5poosos M.ric 'J Pienc Curie, permilib ampliu la liSIa de 10' elemenlos radi.cll"os. Se añadieroo al uranio el torio, el polonio 'J el radio. Pan.ldamen le al de$cubrimiento de nucVIUI fuente, de radiactividad natura] se llevaba a cabo la inwstigaáOn dc la naluraJez.a de la propi. radiación (~uerel, P. 'J M. Cune. RUlhcrlord, Villard 'J Ol rOS). Los cicrllifieos nalaroo que Jos ~ra'JOS de Bocquerel~ no son oomo¡en-. Ellos se co mpooiaD de tta tipos de radiacion 'J se comenro a daianar Cl'IOS tipos con laJ primeras letras del alfabeto griego. Ra'Jo.! Cl. Se de....ian d~b¡lmcnte por el e;unpo nu.¡n~lico, pero. en cambio. son absorbidoJ fucnemc:nle por l. sustancia. Por ejemplo, una hopa Ik pape l fClulta para 65tol abaolulanoente opat;:L Ra'Jos 11. Se desvian COD ma'J0r fuoerza por el campo ma.¡nCtk:o, mas•• direrellCia de lo, primeros, poseen mayor ca¡:.c:idad de penCltw;:Km. Pan. retmerkle se requerirla lIDa piJ,a de papel. Rayw y. Esta es la m u pmcInllte de 10<101 los l¡poI' de radiacion. El campo mapCtico.no le produce -impresibn a¡luna Va lOO el primer decenio que si¡uio !fU el detcubrimiento de Bc:cqucrcllos rlSicos lovaron nc:larcg:r la muuralcu de cada UPO de lo.! tipo. de radiación. Así, por e;emplo, mulló que los rayos ,. son electrones rllpidos; los rayOl Y. ondas clcctroma¡nttieas de alta frecuencia. 'J en cuanto a la r.diacibn «, en 1909, RUthcTford y Roydes demostraron dcfinitivamenle que ata CTIl un nujo de: átomos de helio que perdieron do& cl«trol\CJ (helio doblcmenle ionizado). Por fin. en 101 primero. años del liaJo ve;nle Rul~rord 'J Soddy eraron la lcor~ de las IraNlormacionu nadiactivas. Dicha lcorla pul;a del hclcho de que el la naturaleza ClI islen álOIllOS inesta bles que le des;nle· yan emitiendo distintos I¡pos de radiaciones : 01, ,. 'J y. La det.inle. i!a_ci?p':~" pr.9l~p. ~~I~ qu.e ~Ios alcancen u.JI cnad~ estable. ~~· ~rcn.Jl~l!1en~9· I,n ~",,1 haJ:"a. ~ o átomOl .ClpaCCf de deslDleyarsé (t~j~.tiv~). a! .tn.~ni~ el. lapso I quedaran M

•

-",,~'"

N _ Not!'" '''.

{11}

En CIta formula e es la base de los logaritmos nau" •• tcs, es decir, el numero· 2,7 18 ...• 'J ~, cl -Jiempo de vida del nix:lco radiactivo. Si obKrvamos 101 nÍlclros duranle elliempo T. entODCCf, de acuerdo con

J1

~,I.a ley de l. de$intcgraaon radikli ... (17). quedaril. li8uiente cant;-

¡)4.ir¡íi de hu:.. :

N _ N.,e - ·_~.

(18)

2..718

'-.'~:au.. el 3~¡';

de.! número ¡nieal. L.os dem!! 63 r. se dClinte¡rarI! n.

.Iey decla ~intear.ción , r.~i.CI¡Va~el, un', de . lll ~le,n ~rl!n, ltda~plales de Ja risica .\6m~ Y. nuclear ~'t . .~, ~:3 i .. 1; .....I..&

_l.

..¡f~l:.a~fi¡..

rcp~~t~Ja ~rv&:\de.. "_des~J.eJ.!;C~ np~~¡vi;Ae~~!" .ÍleUtrÓn IIbre. ·~ ~ qenomorqcnt..o ~. lJe~!'Cl sc~ r?~ !f~..._n_te~ j

"$e,¡IJP"'-btclC}lainle.... rtdt1l lrO ~e Ij mia:~IO! (tiempo ~e , ,, vida) 1<:011 '\1n.a probt.bi~ igual • 0.63. ... • ~-l<' La historia de la in ve$lipción de l. radiactividad en el curso del ,primer U¡rcio ~ nUC$lro sialo. vinculada indi$Olublemente al II!!l1:!bre.de ~utherford. El lector pudo cerciorarse de ello con sólo .@jrar l. m •• b~ve enumcr1IIci6n de descubrimiento. inJertada con

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~terioridad .

;;. E! cientir¡oo cont inuó tes a l. desioteln,,:ión de los elementos y la qulmica de lu w

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_ "",,-'IiMJ. ,...... ""'w',,;,, .1 ,n.... ,. Mkoobrl< ~"""'f<_

• . , En 1931, po' "" rntri.OI cic,,' íl\cQs. R"therro,d le rile <:onfc, ido ,,1¡¡t,,1o de lord. E" el bluó" de lord Rllther10rd al Nelson r........ dos c..r... éruzaduck: 11 des.illle¡rad/,,, radileti ... (upo<>mln)'I" • • tr...ieu.II el ampo

. , coc..... 'nnU.

JJ

sustancias radiactivas" 09(8). en la n:viSla " Phi!olaphical Magazine" rue p ublicado su trabajo labre el descubrimiento del núcleo alómico y ~I nuevo mod~1o del alomo. 16. MODELO DEL ÁTOMO DE RlTrHERFORD

E&te modelo se basaba en los expcrirnentOli d~ dos colabon· dores de RutherfOf"d : Geig~r y Manden. A la dcKTipcibn d~ estos ~xpcrímentos estan dedicados muchos libros y se citan ~n hu ~nllS d~ loa manuales. Esta es la razOn por la que seremos muy breves y al final cona:der~1nO$ la pillabra al propio Ruthcrford. Oei~r y Maraden estudiaban la dil:penión de las pani¡;u!u aIra por una hoja finísima de oro. La enorme mayorla de las partieulas, al : atravesar la hoja le desviaba a ángulos pequeños, pero tam~n habla i excepciones. Y una pank:ula entre oo::bo oúI, aproJ.imadamente, se ~ repella. volviendo auh. Rur.h!:rford, al enterarse de estos resulla.dos, ~ se figuró el . iguiente cuadro de.! proceso operado. La JUltancia, flll"l- l darncntalmeDtc. eneicrra el vacio. Alrededor de! pcqum:o núcleo ~ posit ivo (pcqueño pero pesado por cuallto toda la mua del 6.lomo ; eslé. concentrada en ~I), como Jos planetas alrededor del Sol, pran los . electrones. Siendo M Í, es poco probable que la panicllJa aira que paaa a travé/¡ de la sustancia choque con el núcleo. Y las coli.$ioncl con los ele(:trones ligeros no pueden desviar notablemc.nte su camino. Mas en e! caso de que la colisión con el núcleo tuviera lupr, el Angula de d ispersión de la part\cula seria grande y es posible que bta rcsult.uc rebotad • . Rutherrord distaba mucho de &ere! primero entre lIqucllo$ quieRC$ proponian el modelo planetario del átomo. Con anterioridad a ~I, el cienúrlCo inglés G . Sloney, el. frances J. Perrill, el.japoaél H. Nagaoka y algunos mis promovlan las mismas idcu. Ptro Rutherford fue el primero Guien a base de elperimcntoa calculó y demostró que la mayor pane de la masa de la sustancia estaba co~trada en núcleos compactOlJ y pesados.. Ruthe-rford dio un paso más, Y puede decirse un paso proíe. oko. De conformidad con la dcctrodinAmiea clásica, los electrones que sC ~mUCVcn . por .. una circunrerencia Ca eUpac) deben emitir ond.u {ieCcll:tmiri¡netica¡ pllC$lO que 'I¡¿oco ' aceleración centrípeta. Deeste modo.cJ electrón picrdeenergia. y, tarde o temprano. cae'" sobr.: 11 nÚCko. Ruttierford 'le daba CUCllIa perfecta de este becho, sin embargo. estaba~~ro :¡X !l1 inodclo. ·Ef¡ , el.ariiculo pub&ado po5ler~ la . CltplicaciÓli del problClllll labr.: la estabilidad del átomo huta el rutu·

ro. Y resultó que len;. razón. Ya llegaba la en de la mec6.nica CIlántica. • En su ultima intervención ante un amplio auditorio en 1936 (un do antes de su muene) Rucherford recordaba: ~Me acuerdo de cómo vino una Vel: Geiger terriblemente cx.cj~ y dijo: .. l.ogrt.mo$ observar part1culas alfa que .vuclven Iltrts>o.,.Estc ; f(¡e el aconllX'imi~to m'" invcrosimil entre .los que tuve que'.vivir. , Gasi tan inverosimil como si se bubiera di:t¡NIrado oon I1!:\' Pfoyectil de: ~ lS ~plilgadn contra, 11"" 'hoja de papel de fumiir y C$te~pro)ea¡1 ~ hubiera vuelto attU. baliéndonos. Después·decrdlellMmar,comprendb. (qüc ella di$per&ión inversa debla ser el resultado (de uña coll$ióD , ~uñitaria, y cuando rea1ict los cUcula., .vi ,quc ,era,imposi\)le obtcnn:. uila mag;aitud dd mismo 0Tden. a no sct que Considere un sislcma ;m ~ dque la mayor panede la masa del álamo se coDCelltra en un núcleo pequeño. Precisamente m aq\lCl .inslante en mi mente nació la idea $Obre el tolomo con un ocnlTO maeiro pequc",o ponador de la carga. Calcult en fonna matemática a qut ley debla subordinarse la dispersión, y hUt que cJ número de panículas que se dispersaban formando el á ngulo dado debla ser proporcional al Clipcsor de la ho~ dí$persanle y a l cuadrado de la carga del núcleo, e in""'rsamcnle proporcional a la cuarta potencia de la velocidad. Posteriormente, esta deducción (ue comprobada por Ge1ger y Marsden en una $Cric de brillantes cx.perimcnIOS ... Al promover la leona de la estructura nuclear del átomo yo me daba cuenta absoluta de que. confonnc a ' la tcarla clásica, los elCctronl:S tienen que caer sobR el n~lco ; ahora bien. Babt pMtuló que, debido a ciertas causas d~Sl:onoeidas, .semejante C05a no suoede y basándose en su hipótesis supo elpliQlT el origen de los espectros. Empleando SUposi<;ionci bastante razonables, Bahr, paso a paso, resolvió el problema sobre la disposición de Jos elcarones ell todos los 6.tO!llOS de la tabla periódica . .. Como re'5ullado de 101 ulteriores perfca::ionamientos iolroducidos principalmente por el propio Sohr, as; como de las modificaciones dectuadas por Heiso:nbcrg, Schrodin· ger y DirllC, cambió toda la teoría matemiliCII y fueron introducidas las ideas de la mcclnica culionúca".

J.1. ATOMO CUÁNTICO

De eSle modo, nos hemos l oerc&dO a l problema probablemente más dil\cil de nuestro libro, el de algunos conecptos de la mectnica culiontica. Cuando rdatam ns sobre las paniculas y IU registro, no se puede pasar sin eSln! conceptos. Por otrl pane, aquí es imposible

c~poner mil.s o menos detalladamente 10$ pr¡nc¡piof de la teoria cull.ntica. ni siquiera en el nivel cua litativo. El Ic<;tor lendrá que elegir el camino de la '"confianu o bien, diri. girse a otros libro) de divulgación o especiales dedieados a e ~ta cuestión. Muchas de lu COSIU "lI.lidas en la m«ánica cibica dejan de serlo cuando $e trata del micromundo. Sin embargo, exislen también oonceptos usuales hacia k» cua les es posible orientarse. En primer ttrmino. SOn las le)'1'1 de conservación de la energja, de l impul$o. del momento de impulso y de la carga elo!lct~ . Dichas leyes se asientan en las propiedades generales del espacio y el tiempo que no varian hasta llegar B 105 mis p:quei'los campos entfe los estudiados. El comportamiento del electrón en el 'tomo se diferencia bruscamente de lo que podría vaticinar la rlÑca clhig¡, Comencemos por el mu simple de los sistemas atómicos: el /ltomo de hidrógeno que se compone de Un electrón y el nilcloo cargado positivamente. Rutherfore in"ento para es te núcleo un t~miDOespecial. el ~protón". que prolliene de la palabra griega ~protos~ que signirlCll -primero Este término nació después de que en unll se';" de eJlperimenlol (ailo 1919) RUlheñord y IUS oolllooradorc, desintegr:t.ran el n{¡clca a tómico. Como result ado. llegaron a la conclusión de que /01 protOMJ JOn una parle IIII~r""l .. del nUc/M de cualquier elemmlo (m los capí· tu los siguientes hablaranOl sobre la estructu ra de! nucJeo at6H

•

H

•

mko).

•

El prolon (s.edcsigna con el símbolo p) es IS36 veccs mas pesado que e l electrón. su lIlIUa constituye 1,6726 · 10 ~ .. kg Y la carga C$ iSual a + e. de modo que ent re las dos panícula¡¡ BClU. la fuerza de a tracción elb::trica, en tanto que el átomo, en IU totalidad. es elktricamcnte nculto. En la actualidad le ha Cltllblccido que el valor absoluto de 1M carlas del elocrrón y del protan coincide ¡hasta la vi~ma cifra decimal! ¿Qué aspecto podría tener semejante sistema integrado por un . protón y Un electrón desde el pun to de vi5l. de la ruica clásica?: Podemos figurarnos un modelo mecaniCQ simple: una oolita que gira~ dentro de una copa. Su energía puede tomar una serie continua de1 valores. y cuanlo mayor es la primera. tanto mayor es .. Yeloodad de ~ rotación de la bolita y a tanta altura sube ata por la pa- ' red de la oopa. Y al llegar a cierta ener8b hi bolita salta de~ la- copa. '. . E,n 'el ltomo. el papel de las paredes que limitan el movimiento d~ la boJita lo ' desempeñan las ·fuerzas elb::tri~ que convierten en; OOneJlO e) 'mtcma .protón+ e!octl"Ón. Si a,U ,tomo de hidrógeno se le! 36

(:Omunlo:a la encreb de 13,6 eV 0 1, el elcclr6n sc:ri a rrancado del nolc:ko_ La eMrlia wn la c;ual liene [ugar esle renómeno lleva el nombre de enerr;ia de ioni.t.ac:ióll. Todo pe~ria Ir a pedir de boca, ¡x:ro. como hetnOli sc:~alado, las leyes de la de: trodiaimicaeltsica pra;alian q~ el dectrOn acelerado darll otilen a Una miación '1 perderi. IU encrr;ia. Ella C\lrcu~la nc:ia es equivalente a ~ucUa en que la bolita de nues.tro ejemplo perd¡',)a encrgia en el roumiento sobre Ia$ pa~1 de 11 w~ Al En !k cuentas l. bolita cae al IORdn de esta . J lI;5lllmm}c de lI"}I'Illl!la:JIll!'CflI. el electrón ~r' sobre el protón. Sin embar.o. " i bien con ¡. palita todo ocurre Iprecitamente lUí, loic 'torrll»- d C! liidr.6geno ;' ~!l _ la IlIIluraleza si'IRn ,ub$islien do tnmquilamcnte dUJ,nte mne~ . de millones de dOl. A direrencia con la teo .... cibica, la cuintJa pone re.tria:ión a los valorel de las malllitodn rlSicas. Asi, por ejemplo, l. energla del . tomo de hidróJlCOO no puede lomar cualesquiera valores hui. el de la cllCrp. de ioninlcj{m., si no una serie bien determinada dc tslOl ; dicha. masn ituda llevan el nombre de nIvela de encrp. del . Iomo. El estado en 'luce! 'tomo de hid rógt':lIo u: CnaKIllra en el ni'tCl de enerala m'" bajo le denomina estado fundarMntal. En el c:uo de que el 'tomo obtenp desde fuera eirrta ca ntidad de ener¡ia, por ejemplo. si va a parar a l cam po clectTOlI1.IIpttÍ<:o, 1Ie¡a a lier posible la tranlición del elect roo a uno de 1011 nivelcr mIÓ' altos. En tonoes se puede hablar del cstado de neitación del 'lOmo. El relo mo de CIne al calado flUldamental transcurre en un 1l1p11o de _lO-a I '1 viene acompal'lado por la emision de ondas dClC'lrom a8/l~icas.

y aqu! llepmo. 1I w ncepto de ellatllO que dill el nombre a la nueva lcorla. La radiación que el alomo emite o absorbe durante I U transiciO n Cillrc los e.tadO$ con energia E, '1 E, liene una fl"O<'Uencia estric:'-rnenle determinada V '1 la enerlla E, - E, _ Irv (don4c ¡, e. la romtanle de P1all(:k illl&l a 6,.6. JO - u J '1, O b ien, 4,1· 10 - '. eV "~ Esta pord/:ln de radÍllCiOn $e denomina C\WIt o de radiación electro-ol E$ao:esarin_tumbno ........ u... n _ IIDidad de medida "1& eocr¡ia d el 1II....do de las pania¡Ju elcmcntllca qllC 51! cIcoomiAa. ekd"",w:>t,jo leY). Un elecuonw:>ltio es '4"":1 a lo e ....... a4q~"id. PO' la f""icula de a 'JI'" P'I!.... hla I.
Inso-rte....,. ......, relKlOlIC:I:

r ",V_ ' .6 · ro· " trp _ 1.6 ' 10 - '· J. I KeV _ IO'eV_ l.6 · 1O-'"J, I MeV _ tOOeV _ t.6 ·1 0 · " J, ( ()eV _ 10 ·.V _ 1.6 . 10 - 'o J.

magni:tka

(1

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totÓn . El impulso del folOo ...

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El " tomo d .. hidró,eno puede emitir UII cuan lo con una tnergía mbimll de 13.6 eV, cuando el protón capta el elec1rón, y del pun de ello el 'tomo pua a Citar en Citado lUnd.amental Eltcet el cuanlO de r.tiaci6n Roentgen. Durante la tnl'ltición enlre los nívea u.;ilados pueden tambim emitirse totones de luz vi liible.. Para upHcar la estruclura de los .Iom," mis complejos ~nl"Cl de muc;h," decunllCS,la mecánica c;u.nlica se vale de u.na caracterlstica absolulamente c.pecial de las pIInk:ulas demenlales la cual lleva el nombre 6e "espin" (en iQ&l&;, el verbo 10 IJ'ÍII .ignir.... "hilar" y, también. ~&irar"l. El cspln Ci UDII c:&nICIemlier. pullllJlenle N.ntica Nya esencia radica en que aWquier particula e\emenla] posee momento intemo de impu.lso. Para el dcctrón y el protón bIt es, = 1/lA (It _ hfh _ 6.5 · 10 - " eV · I~ Para UII' terie de particuias e:! espln se elpresl en p" r~ enteras
~C on el m01lltnlO mecinico de impulso es1i relacionado laml»l!n el mo¡nmto mllgntlioo. La panicullI a un imin pequeño que le orienta a lo !arso de las lineal de fuerza .i IOb re la milDl& acllla un campo masn~M;o utemo. De no ter por el ... pin semientero, en el ' tOlDO complejo 101 Z elec-troncs(l" cantidad ... isua1al nlimero a tómico del e!emenlojse encont.-.r\ an en un ni~eI de enerab, el mAs bajo. A. los fermiones aemcjante oonducta Cl ti prohibida por el princ:ipio de uclusión de PaulL Dicho principio enu~iJ. : •• ÚIIpOrum q¡
ao... r..ico indio que danowo que 101

de' hll. IOn parllcllla. de ~ &ae ". Mil larck (en 1\12. ) 1111 trabajOl 'ue.on ~ Iiüdol PO' A. EinJk1n. •

C IIII~lI ot

periódica. ellilio. semcjlonlc CO$& es impos ible. Uno de }os electrones debe ocupar el nivel t i,uiente. No nos d.etendremos en las reg/u de completaei6a de lo, nivc:1cs de eaergia de loJ dementen c:oMiderando que el lector Iy CO~ por

el WfloelCOlar de qwmiu.. !M:ñakmo. que la radiación de los ilOlPO!l m la repon visiblc(véue la ti... 21 viene detellllitwb por la ~n de los dCC:lrona enlre lo. nivt:lu ·ucitadoi i uperióre.; en 111110 que para in"adiar lo. rayo" X es oeoc:aario queJa 'v~ ~ el e~ón ,!IO' forme en uno de \os nivela: ¡nferiorts, ea la llam&da e'!\'01!1lR interior del llolDO. oj """"" (, . •\:: .En .eI aiJUiezlte capllu» ... ~emos pIIpI r .dirma~~ " '~ , "hudJu;H que d.ejan <2l la sU$lI\I"ICia las partlc~w .catpdat.;,·:.....;

~

DE LAS PARl1cuLAS

CARGADAS -t .!. IONJZAOON y &XCfTACION

MiR la rlf. 6. En Isla te rePfOd\lClll!l'J las hucl Lu de ... ~"k:ulas Yilw .. lrave. del mir:r _pio lO una plac. (Olosrl6ca. EK.ialcn folo¡rifku con nnulP6a upecial de hasla I mm de espc:101' (o Ka, cic:D _ mil que ni /u placa. ordinarias). IeNibles .. \as ~nkuJu cargadu. Primer&ll'leJllC alu pI.acu M IOmetco .. irndiKiOll, 1\IeIO le ~Ian. y el invcstipdor, '4li'IWlOK de W\

pI_.

micro¡c:opio con aume!llo ordinario se convierte en tatito de las traDS!ormac:ioncs , CIIWtrofct q~ toOlIll;(ZD en el m.ic:tomundo. Lo

que vemos CI una Cotoaran. y. dac:iJ'rada l. c:u&l, baJla cierto puoto. es bill6rica. Sucal.i6 que en 1947 el fllko in¡lb Po_eH 'J sus collboradorp, examinando placas irrtdiadu, CllCOlllraron b~lw aollo", .. la rqm:~tcntadu CIlla r1l'lra. Fueas! c61110 lue dcseubio!rta 1111.1 de las partleulu delJltJltala mb inlcrClaJltes.,d IJ1CI6n Il,del tuaI ... bllremot mas tan1c. ~OmemD! Olft 'I'e:t .. la ti ....... Se Ye que I.u blMlUu de I.u ¡.rtkulu no 100 idbllic:u: WIQ .00 Iineu ccmlinUQ de distinto ClpeIOI', 7 OII'V c:stáa conttituidu por putllOI ailla.dOl. Hay en b. plllltol I '1 1 unas partic:ullridadea ¡n.le_1a del col'l1ponamiento

de w ¡grtk:llIu. Ea dic:hCM puniD. la trayeclon. c:ambi. brlllC&mcnte IU d ir«:cibn, hecho q~ .. primera vista, contndice l. le, de 1.1 COfI$(rvaeión del impulso. Se puede IlIpoocr que en ulOl punlOl han uUdo cierw panlc:ulP, 11. o:vaJI:I no baD dejado . UI II~U ... en 11 placa, .nutrando . 1miamo licmpo l1tI& Plrtcde 11 eneraJa e impulso. Con el fin d.e QOntes~r a Iu PK,wtat q\IC .~ 1;1 _ r i o compr.:nder qlolt 1;1 to q ue IUoedc: (:OfI!a JUllUlciade 11 emu.biOtl (y, en

--

'10. "~""_. . . . Io

Icneral, eon la IUltancia)cuaodo;¡ ulIIvés de étt. pasa 1111& pllrticll~ CommoemO$ por el caso en que: • Ir.v~ de la 1\IIt/mea puan la pankl>1I ca od protÓll, ya conocidos por nosotn)... con,una cncrp 'dc varios MeV. En CIItcCUO &105 'YlIADO con rdat iva Ienlilud, lCII~O ¡jc,mpo, al pasar juniO a los itomoi, pilra ~c1ar 1111 ~pujO,,~ con 111 c:ampo c16c:trio:o. los electrone. y-ltansmilirlca pI'nc d" Sil mersi!: EJ electrOa ya p u l ' un ni"li¡ dcen~ mb aho. 11 !»en salc-YoIaDdo del

llomo. De este modo, 1. - cncrgb se invierte., en la. aeil~C>t:I e ionización. l..aI pérdidas de c!lerp en cad.a IctO",de estc"i~,~ peqlRiIu oomparaw eon 1a~~f&i" tot.l ·de:Ü'p;iI~\lI,j(ql!'t~.~

pesada choca" cOnIJ"l , \lna~.ooJila · 1;lc"" eI ~C!octróll~ fSe ...~

oonSi~e ... r ' que Ii 'susi.ncia frena $uavemente' '1' 'la partk:u¡a" i'~'i3 trayectoria de.fa relul\.ll -prÓ"ima>a una I'OCUI. A'(Ji! buindO&e eftllD

cuadro tln apro:timado es rácil oomprendet' que I.at pérdidas de metal_ - 4l pO. unidad de camilla 4;r ton tanto mayora cuant o _no. cala Y!'b:id.a(l de la pt.rtleula y eu.anto IM)'OI' m su car"" 'J la dclllidad de lot c\ec:lrona en la su;s"neia. Una tdllci6n e.ucta f...e oblmida por Nic:1s Bobr 1 tiene la li¡v.imle Iortt'l. :

ll.E

,J..4

Ax

"',11'"

- _ _ ---,- ·(..Z)F.

(I~

Aq\ll .... y .. 100II la mua y la earp del electrón, I'eSpectiYalDmte; z, I.i OI'1a de la r-nic:ub. (en unidadCl d e ca rp del electrbn. po r ejmlplo, pan el pro1On 1 - 1. pilf'& la panicula o: I _ 2. elc.). y o.la velocidad de

la panieu1lo. Aho ra ana licemos las magnitudes que atai\m el medio : .. es el 'n úmero de "lomos por unidad de volumn de l. sus tancia, y Z. IU numero albmico. Por consiguienle ... Z es el DUmero de electrones del med io por unidad de volumen. 1.11 fu nciOn F depende de Las propieda· desde la 1IIIIIncia y de la velocidad de la ~nícu¡a pero ~aria en grao do baslante d/:tlU. Ulilicemos1a (ormula (19) para ~mparaT 11$ phdidas de mc:ra;ia de las dil'cfftllell plrticulu que vuelan t.ot:I UII& misma cncraja inicial. 'Por éjemplo. de Iot mesones j.I. y de Jos prOloaa con ua.a enerpa de 10 M eV. Comn medio lomemos- una pt1icu1lo de poIiclilmo con un espesor lan .010 de 0,1 mm.. los prolones perde .... n en CSII pelicu1a O,S MeV . Por CIWIIO la mua del prolOn supera 8.6 w:ces., iiprodmldamm le, 110 del mesón 11 (esta ultima es ¡pi a 201 .... ). pra una muma m.-r¡la el eu.arado de l. velocidad de la ""n¡cula IiJera debe ter la misma canlidad de VCOl:S mayor que el del pro tbn . Oespueiando las diferencias de F. obtendremos a partir de l. (br· mu1.l : -(AEI Ax). _ (A E/lb). :8.6 <:: 0.06 Me\' . las partículas

"

pe:s&da:l, Y Idemas con un yaLor de

J mayor que la unidad (1) 1). pierden r.lopidamenle su encrpa. Cotejemos aqul 101 recorrida. en el .i«: par. las diferentes paniculas : el protón con una energlB de a MeV, _ 2S ml ; la ¡»nlcu.la .. (z .. 2) con una ene.,.. de .. MeV, "'" 15 cm: loa frapenkle de la flSiOn del uranio (Z .. lB] con um' mergía de 100 Me"', umbim 2,5 cm. La difaenda es coloul Y. por supuesto, bola influye m la e\ecc:ibn del deu:cIIX" para uno u otro problema, ul tomo, a nces, permite .... mbién dittin¡uir la naturaleza de las partlculas. l...II panicula ionilante datl'\lye los .Iotomos, y en la sustancia aparecen eb;trOMS libres (o iones). R.,.ulta qu.e la ene(Jla qUe flsla consume en los gue;s .,.,a rOrm&l 1,111 ¡Olo par dt iones depende de un modo muydtbildel lipodeps yde la especie de 1& partícula. As;, por ejemplo, pera el tite, nitrógeno y ¡pes iDerua didi a enelpa CODIliruyc 3S eV pot" pareja de iooea. La parucula lJ con una enerp de l,S MeV creara en 11,1 eamÍllo enea de 10' ~ de iones con UD a l'arg& lotal de - 10 - '4 culombjos. Como verema. mIL!. adelante los r"ieos aprendieron iI repl ... con 81an precjlibn lCft1ejanles cargas. &. muy imponante que en los lICInicooductores, tala COfIlO d FrtnaDio Y el lilicio, la eoerp de fonnación de lUla W'1idad de calla sea, apro_imldamente, d¡"~ vca:l mc:nor quo en lo. ps"'. &11. cin;unstJnda delermina las ventajas princip&b de los llamados con tadores criltalinos., o s.crniconduc:1Of'e5, pllCSto que una u rp 10 ~ mayor puede fe¡l5tl1lnc con mucha mayor ua.ctitud. Volvamos ahora por un ralo al rnCtodo rotopif"lCo de regislro. La cmub>én en la plKa rOlopirlU 51 eompooe de ¡elalina y pequcños cnslalct de plata halOlUladL La parUf:ul& que pasa ioniza k>I.Io lomos en eslOS cristaJ,ca, destruye lu moléeulu y rorma CI"I centr05 latmtc:s de ims ....... Dura.nl~ el rcvelado los oentros Ialentes fonnau ¡plUIos nellJOl de dilftCDSioocs IDU7 pequcftal (oerca de medio mietómdro de d i.lomelro). Por W'1idad dc J«Orrido uoa panícula lisera crea mmor cantidad de tales ¡ran05 que lUla pcaada coo la miRna ent:rpL Debido a ello la hl.ldla del metbn Ir pauce casi continua, en lanlO que la del clcclrbn le aprolima a lUla linea de t~ AdcmlJ, al flQal del camino, el decuÓD qllil: perdió IU cncr¡ia se; mucYe' . isuicudo ·lUIa· lrayectoria muy, tortuota, rocordand,o las añdiídutu por'un laberinto. bu paniculas petadu en 11,1 inlCfaoei6n eonlos clcetrollCS se desvlan poco. En .euanlo a .\aa paníc~ ncutru, ~.~mo ~ nalW'4 ~ no dejan hUCUas,ID~lalpl.ca, El ~odo rotou.toflCO proporciona rn~ inro~.. ÚI.!FrW.aate tanto ac:cru de la yclocidad de \aa JIiIr1kulaa, corno de su mUI1 y earp.

"'\al

0&.:" PtaolOAS POli. 1lA00AClON

Cuaodo las ~locid~Q sOn pequmu 111 p"«icula en vuelo tiene liempo para iormu y ""citll. los 'tornea. Pero CIIlllIto IIIÚ ripido es su vvc:lo, 'anlo momos tiempo le queda p".a t.al intcfaoci6n, y \os procaos de ionizac;ibn oomioen~ a ceder la prioridad ' a oua. mecanismos do pb-dida de enerjia. El primero en que nos deten. d.entOl lleva el Domm· de radiaeibn de frenado. • Lot FlliooI dU'lllIte mudJOI 'añO. obsenaroo en 01 vidrio .lma centelleante malldla verde que apareda bajo' la a.::eIbn'de II/l ,hal,'de . rayos ClIOdicos. Pero -entre la obseriacióD y la C(lmpreruión habla , aCm UD iliriO trecho. , .. ' Una larde de noriembre de 1895. Guillermo Conrado Rocnl8tn, !hico de cinCUClltl dos de ed ad y profesor de 11 Univenidad de WuftlburlO en Alemania. bajO a su laboratorio para pfOICJuir con las invatipciones de los rayos catbebcot. Düerent~ bUtoriadorcs de l. eimcia oI'recen distinw ve1'Siones de aqueDo que le ()I;UlTió a continuaci6n. El propio Ro=tgm no dejó me!llOria al¡una merente • este acontDCimic:nto histórico y en cuanto a OlfOl tmi¡os no los habia por,uan lo IlcimtiftClO le piaba trabajar en J01cdad. A rajz de ello lo (¡niC
,

a

"e(U

"rayos

Roealpn ~.

iQut obslkulOl no inteJllOllia el investipdor ea el camino de es" I1Idia.c:ibn! En la pantallllapilreció b, ima¡en de los hUQ05 de la mano ; es que par. el nuevo tipo de rayos los tejidos blandos enctatnente, resu ltaban tr&ll$parcntes. Cincuenta dia,. o, cincuen" d\al con .'" respect iva, nochc::s. casi l in interrupción, Rocnllcn H los puó in...:stigando las pl'opiodadn de los rayos X.

mu

Va el prim~r artic ulo del cicntirLCO recorrió, lit cra lmenl~. Iodo ~l mundo. Pronto fue tn.ducldo a lod os los idiomll ~ur0p"Of Y publicado ~n fo rma d~ rolleto. El c;jentirlCQ recibi. milc$ de carl.' . Muy pronto los rayos X c:omn>Uron a IpliclJ~ acti"amenle en l.a medlcin. pilo" diaposticar y 1.... I.r una serie de enfermedades. koentgen se con"in'''' en el primer laUl"eado con el Premio Nobc:l de ~1sica. Este le fucentregado en Estoco!mo el 10 de dieil::mbre de 1901. Sin cmbarSO, el dendrlto no pudo CJlplicar la na'unlc:u de 10& enign!Qeoi r.yos.. Mls .ú.n, el gn.n r..a basu el lín de Sil vKb no reconoció la e:Ustcncia de decuoncs. Mientras t.lnto. pretisamalle frenado ~ el vidrio del tubo prodlláa los cuantOS duros : los rayO& koenlgen, all como cuanto. nUlS blal\do5, o sta, 111 ha verde villible. La particull. irrumpe en La slISlltIcia y c:omieoza a frmane por f$ta. V. hemos teñalado que \.a Uf. . que !le mueve con una acel«acilMl • emite ondu electrom~icu. y la intensidad de esta emisión 0:5 proporcional. La mergi. de los elWlIOl una vez mu se toma a eo!Ita del frenad o de la carga. De aqul, precisaJDente, provlcne la dcnornj¡w:i6n del proceso: radill;;tm de frenado.. La acelen.ci6n del mo_imimto en el UlDPO del nilcko es tanto m.yoreuanto mayo, es la carp del nQclo:o Z y menor la mas. de l. partícula (11'" 1/ M}.1kbido. ello l. intmlidad de la radiación depende de la mua como 11M', y de l.a carga, como Z'. La mILI intcmacs l. n.diacÍÓ!l de lo. elemones que fuero .. a pan.r 1 una SUS\.lll(:ia pesa4a. por ejemplo, ... plomo. las ptrdicl» de mergj.a n:laciooadu Q)G 111 radi.a.c:ión de(renado!)llra particulasCOlJlO el protlln o .,.r. .. Ucleol mb pcs.adOll $C deben tener en euenta tan ,.010 pera putk:uw muy r"pidas que llegan del cosmos.

'11

"l.

t i .AOlAClÓN DE vAvILov_ClU:J:ENXOV

El si,uicnte tipo de radIaCión de pvticulas urpdu ripidas lleva el nombre de 1.. cientirlCOI que lo descubric~oJ\, es la radiacibn de Vavilo~-Cherenkov. &1.1 se engendra en una ' ,tuaci6n rISita muy inlelaa.nte et&a.Ddo la par1l,cula en la , ustancia aU.fWI a una vclocid.;J.d mayoH l.\IC IadeJ.IIIL .~ trata, por l upucsto, dc la I'CI~d de la·luz cn, ~ , ~io

e....., que puede

$C'

yalias .woccs menor que c-

.. 31'10' mi\. Pr;ro, ¿';Wil os La nabn de que la luue reUrda l' .,.,ar, pot ·e~p1o..

a ItavQ. dc apa ,o vidrio?

, ia..oñda e1ectr~ica,.al i;lcidÍl: sobR!-una IUJtaDcia, obli¡a al e~. a osci.)a¡- ~n un. ~ iaual a 1& de I.U ~ilKlooes de

su C&l!:!po. LOI electrones ~Iantcs, a ~u v~ emiten ond.u eleo::uoma¡n.IÍC3$, y al carqpo resultante en cualquier pu.nI O se halla IUmandO lu amplitudcl de lOdos CIItOS mU1&llÜaJcs. El euadro en 111

"

conjun~o

se repre.sen~a de tal modo como si la eoergill y el r.npulso ~ransportadoc por la onda eomenunln a moverse en la SUS*ia) ñÍl lentamen te que en el vaclo. La relación entre c y e... ...K denomina índice absoluto de refracción 11. Para el yidrio 11 = 1.5 ... 1.1. EstO signi: lica que la luz en (1 vidrio ay.nza Il la ve!ocidad, e, .., " .. (1,1 , .. 2)·10' mis y una pilnicula r:1pida pued( adcl3ntii"la. Por ejemplo, el elretron con la energla de cerea de 300 Ir.c V, al irrumpír en el vidrio, dur¡¡nte eierlo lapso. ~~ntraB; 00 se haya rr~a4o: y. ~.~td~ \ su co(rgla, Vuela con la Yelocidad p>c. " . ' , ,.... ! '~>J ' '''~. De acuerdo con la teoria de'Ma~w_cU, uoa cargag!-!e !t1!)~~~Ii !: forme mente no_debe ilndia •. En ,ef(!C.t o: eslo, es v.t!~~![ ~~~I~~j" y para. el mo~lm_to en una -sustancla .a, la 'vcloi;:idai! .. p..,-o;¡ ~ ...·_. Ahora bien, SI v> c...... la situación cambia. ·". ~ " La particula cargada polariu el m<:dio en su alrededor. Ésta desvía 1Q5 el~troncs del átomo hacia un lado, y 10& nÍlel<>os ca rgados pos.itivalJlente, hacia el otro. Al vol~er al estado inicia l el álomo irradia ondali elcc'tromagn~ticas. Si la velocidad de la particula es UlC'nor que c_ ... , el campo se adelaota a ella, dando la $Cñal a los áromos de qllC' llegó la hora de kponers.c en march a-oY a raiz de que la polarización de los álomos por delante coincide con la traycc~oria de la part icula y por dcttú es de diree<:ión opuesta, las radiaciones de ~tas.al sumarse, se ex~inguen mutuamente. &. I:iUJIbio,si ~ > c ...... la sim etria se a ltera. Los átomO$ por delante no licueu tio:mpo para polarizam y surge una radiacibn que $e prqpaga en rono. sirviendo de v~r1ice del mismo la parlicula en vue lo. El surgimien to del cono luminoso es otra particularidad interesante de la radiación de Vavilov -Cherenkov. La particula que se adelanta a su hu. JC asemeja al avión quc vuela ,on UIUI velocidad superior a la del sonido en el aire. En el illtimo caso se origina una onda de choque que !le propaga en cono en pos del a~ión. & el llamado cono de Mach. Hallemos el Ílngulo de abertura del cono luminoso valiéndonos del modelo de las olas de agua. Se sabe que ~w JC propagan con pequeña velocidad, y un buen nadador puede dar alcance a la o la, mientras que una lancha l. puede ak:am.ar y dejar atnU. Esta es la razón por la cual no nos e$ dirl(:il rtgurar que: vamos por la orilla con una ~elocidad Q mayorq"" la de la ola ".,. y, a pequeil.os interval05 de tiempo, arrojamos pio;l rccitas al agua tranquila. Dade los puntos de caída, en circulos, parten las olas (lig. 1) Y la en"olvenle de é$ tas repres.cnUl un ángulo de magnitud 20. En el tiempo f recorreremos el trayecto AS _ ~ ' I Y en el mismo tiempo la perturbacióo ondulatoria desde el pUntO A l1egar~ hasta el punto e : A e = Dolo ' /. De aqui, cos 9 _ v... !", Hemos anali:r.ado el caso de ondas en el plano. EIl el

"

es....;o. el 'n lulo d~ a~rtura del cono luminoso de la rad;~¡On de Cherenkoy es 0;05& _ ' ..... Iv .. e/np. Suponiendo v/e = Il. obtendremos dllfm ithtarnentc I

1;019- ,,~ ' Se ve que pt.1t. ~ < 1/" esta ex presión pierde el .anido por euanto el «I5CDO de un in,ulo no puede ser mayor que la UIIidad. LM ~idlS deene rJiade U1la pIltlaIla ~aeonapondicnles ala radiación de Cberenkov wn mil Vco;e!I malOra que lu pl:rdidas para" ionización. No obstante, los de"'ClOrt:S basados ea el efecto de VnUov - Qxm¡ltov obllWieroo una amplia dlfusm m la flska d~ 1... parúculal de alw aw:r¡ju y de los rayos <:ÓIfnieos.

y

~~W ~odehB~~

Por primera yez esta radiación la. obst;rnron Maria y PieITC C urie, I;n _ pechar I U naturaleza, eu.ando 10 botellas con preparados de radio dc:Ipcdlan una luminiso::erlcia azul cdelle. Ello t"va lugar en los lAot 19O1)..t90S. En 1926, Ma11et publicO al artk ulo ~~ja del a.,... 'J d~ sU$lUciu orpnicas por aoción de los rlyos pmm.a~. El cimtiflCO 0\)se ..... 6 la Iwnin~ d~ 10 IoOlucÍoOnes pero no pudo COdIprutder , ,, naluralC2.a. La ..ompleta inveslipción u perimcntal 'J la do:p;:ripPlm loÓIie.I del decto de Vavíjo'f'-Cbcrmko v no;ae en los allof 1!l)4-19)7. Serpi Ivino'f'ich Varilov, iJuipterLSicoJO~ia;J (q ue en 19o'S fue ~Ie&ido ~idmle d~ la Acad~mÍII de Cienc:i.as de la. URSS) e:acometld6 a 1\1. IlSpirante P . A. Chermkov invesli¡ar la luminiscenc:ia de las soluciones I C\I(l(IaS de vna de laJ Jales de uranio. Las mol6culu de \a " 1, Cl
..

contro l. Se sometia a irradiación agua en distint05 recipiente.¡, se irradiaban los más diV<:n05 liquidos orpnio;os. introducían en hu $oluciones ad iciones e:!I~iales " IiXlintoras de la lúm inisQencia, calentaban los líquidos ~(esto l;unbi~n ~tingue la luminÍ$Ul\Ciaj.. ¡Pero est. no desaparecía! MAs a ún, $U compocicion espectral, lu intensidad, así como una serie de propiedades DO variaban. EntoACel V.Vilo" formulo dO! deduof:ion,H impatUnw.im..,: 1. La radiación no es" li¡ada con la luminis(qlcia. 2. AqutUa scdebe.• los deo.:lr.om.:s r.pidos que. se eni~rañ.de.19
rue

w.

., InsJituto de FWao P. N. Ubcdev do 1.1 Academia de Ciemiu de

la U RSS.

Capituto 5 EL FOTON y LA SUSTANOA 5.1. EFECfO FOTOELtcralCO \' EFECI'O COMProN

En d capitulo anteriot, al hablu sobre el paso de la radiadon doctroma¡néüca a tnoves de la IlIStana.. recu,..;1nOI al cuadro ondulatorio. Sin embargo. cuando roe t rata de una radiación de frecumeia muy alta (por ejemplo. de los CII.IntM p mma). la f" ica dbiQ. yaes inc:apar.dee. plicar muchos(;y, ade'll)Ú, Jo, principales!) de los procesos operlOdos en e.IIta oea.si6n. Aqul es oblip torio hacer lIJO de los COIKeptOl CIIMlicOI, euminando la interlllXÍÓn eon !tomOll y nUclco. de perllculaJ .isladas de luz, o sea, de los fotones I;\Iya encrgia es It." y el implollso, "v/~. El pri.¡nern de los tipos de esta inter-aetióo lla. el J)Omlm do: erocto fotoelbctrico. Dicho efecto consiste en que d fotón incióe sobre el átomo abso rbitndose totalmen!e por este último. El re!lOmeno viene acompañado de l. c~pulIi/m de un eloctrbn de energia E. : E. - II.,, -Eo ;

,lO>

Eo es la energia que es .preciso com unicar.1 electrón para arranea rlo del alOmo, es la energía de ioniz&ciÓG. La tcoña del ckcto fOloelearioQ rile erada por EiDlleia. A principios de nllCStro sist0 el con tribuyó mochisimo a la aparición de la mecánica I;\Iánlica. Sin embargo -y bla es una paradoja lrute - huta ct fin de su vida el cienl llioo 110 adm itla las drdua:iones detinilivu de esta leona. El ef«:lo fotoel8;tr1co 110 puede lrarucurrir en un eltd rón lisiado. fuera del c:ampo dd 'Iomo. puesloquecn CI!e c:asodejlnde cumplirle simultánnmcnte las leyes de la conservación de la energia y del impulso. Una pane del impulso del (Olbn debe ser admilida obliplori.menk por el alomo. y CUIUII O mb fuene esa enlaudo el electrón, con IInta mayor facilidad se cumple esla condición. Est. es !.I.' raZón por'la,eual el 'efect o fotoeléctrico, con lIUIyor probabilidad. ·(j·ene' IÚjar,en.los elecll'oncs de lu envolluru in}Criores, ui como en ,1Ós;uUtlcOJ con~Z_ lI'ande. La prolYbilidad del ercelo roloclCctrico alsiliinu)'C'.oon 'el " umetlto de ' " encrp. del fotón.. Mú adelante nOll ' interes ará tambien el llam ado erecto rOloelb::trlc:O ulemo, o cfo¡:to fotocmÍSOl:. que viale acom pallado con .Ia ;xpubión de 1011 eloctrona de l. slIprñJcie del mel.!. En este caso

E" .. ¡,.,,-E....

(2 1)

donde E.. , es ellr.b~jo·dt: sal ida,

1;$

decir,

ell,~b.!jo

n«esario Ró'ra

~~~::rn;J~~C(;:~!~ ;,. I:':~~¡~ '~:n:~~: ~~~~:,;~,¡:) es decir, 00 enlazados con determinados Atamos. La.s eru;rjíu

~

encllentran en el d ill.p¡I$Ón desde 2 ha$ta 6 eVo De este modo, la tUl am¡riUa puede a rrancar Un electró n a panir del QUin (f, .. '" 1,9 eV). mien tras que I.aro superficie dd platino (i:,.. .. 6.,3 eV) debe $Cl'il umín.ada .para alcallZlT'aK fin con rayol ultravioleta. El eltCClO de impulso durante d efecto fotoclectrico eatemo admitdrl, mctal como un toOo ilnico. El .i¡uimte cot", los plOOClOS de inte~ión de la- n d iacil?n dtclromalnaica C()tI la s.-stanela se d enomina rimo C_plOfl. "rtllTO Complon en los upcrilMntos realiu60. d urante los años 1922- 192.1 Ocmottrg que el cuantO
E._ hv, -Itv"

In,

P. - p, -fl, ;

(23,

11, y P. son , respeclivamente, lo. impu ls.os del fOlon Inles)' dnpu;,s de I~ dispersión; P. n el impulso del elC(tro n, y E" su c ncrlÍa c;lli tÍQ. u probabilidad d~ tul d i, pcrsió n disminuye con el aumento de la enCl'8ia del ~Uanlo. 5. 2. RELACION DE INOETEI MINAClON El erecto Comptoll permite ilustrar una de lai tcyC5 mis 1150mbrous del micromuooo ; la reladim de indeterminación. Ya nos ~m05 en<:ont r!ldo ton el hecho de que la meciniC3 eUAnta prohíbe, l ,·«cs, la ~.ti.atiOn tontinua de u,.. ...."'itud, por ejemplo, de 111 Cnc:lgia del electrÓll enluado en el IlIomo, Pero ~ mi1ma introdllCC, adnnu, rcstriccion~ e n cua nt o I 111 pG$ibilidad de una mediciÓn limulT ~u Uleta d e alIURa$ ma¡nitudes. El! la lisiea disiea no lurlia dud a Il¡u nl, puesto que, ..1 llber la (OO,dcnlcU. eUCllde unl parüeula, K podil, en e l m isll'lO ¡"SlI Ole d~ tiempo, con twok¡uicr precisión muli. Ilmbib\ IU impub.o. En cambio, ...

"

med.niao eualll ica afirml que esto, en principio, es imposible:. No 51' puede realiur un c~perimcnlo en que el error de medkibn del impulso IIp, mullipligdo por el error en el eoncx:imienlo de ¡a rooTdcn.acla dJ< fuera menor que ti constante tk Plandr. : (24) Está claro qac Aes una ma¡nilud pequcMlima, y ta rclarión (24) no tiene importancia alauM pan 101 WCrpol maerolCOpiWl (¡ran· del) que IlOl rodean. Filultmonos un exarabajo de t a de masa que se arrastra con una. vdcx:idad que hCmN mcdido colI Ulla precisioll de 4~ _ I mm/l. Entonces, la indeurmin.eión en cl valor de 11,1 implllso 4p" m4D - 10-- 1r.a· mil. ¿Nos Impedirá esto acuo IVcri8111.r la palieio" cueta deJ CSCIrabajo? La incertKlumhre de principio en el conocimiento Oc la pocic:iba del escarabajo C<)JUtituiri no IQCnos que 10 - JI ro, ipero a 11.1 .aeste n(¡¡mro es trece órdenes menor que las dimeruionu del nUeleo . tomieo! Ahora bien, en el mundo de las particula. eLcmcolaLu la $ilUllcibo ca.mbia, '/ ].a, rcladón de indekrminación comiefWI a desempeñar un papel impor tl nte:. Esta relación fue formulada por uDO de los rllndAdores de II rnecinica euántica Werner Heisenber¡ en 1927. A continu.aeión inscnamos IIn fragmento de JU arlÍ<;ulo que, cn compólracibn con numcrosu u¡Klliciones posteriores, 51' plCSl'nta como mU( ho mis 'uriDlo '/ scncillo. Hei5l'nbcra somete a . nálisis un experimento -mentaleoc:amin&do l dctcmlin.r la coordClMld.l de UIIA partícula. "Si queremos pollC1' en daco qut le debe entender euando se dice -posición del objeto-, por ejemplo, del elcctrbn, es occa&rio rcrnitine :. determinadoJ e~perimenl06, por medio de 101 CIIaLu 51' tiene el propOlilO de bal~r 'a . p05ición del electrón" : de lo conlrario. Cite proceder no tiene sentido. ~islen luf",icol CS elpcrlmen lOl en 101 CIlIles, en principio, puodc delennin3rse la Mpalición del dc:d rón" y hasta con tan la precisión como se quie ra. Por ejemplo, illlminalJlOS un c!cctrbn y lo c¡tlllll.ina~ a Iravcl del microscopio. Si 51' vale de este mCiodo, la pm:isibn muima .Jcaruable en la dclcrmin,¡rión de la po5ición ~ime plcfijada., en lo fundamental, por la longitud dc ond.I de la luz ulilim4a ~I. Pero, en prinl;ip;o, es pOIiblc construit. por ejemp'!O¡ ÍIn' lDii:rOleópió de ra,/o, y, determinando g)!I su a)'lldo la po?sicib'nicion'·laeüdiit.(f dé.scada:' Sin emliario, en esta medidón es eSé~j\uiia 'l:uQlht&ilc~ scé.úñdofi'.i,' a U.beT, el efCCto Compton·., . M

'" • 001 Si .1a ,,",i;¡1Id de onda ele hlZ es ~b" con ... dimensiDna dol objcu> •• omip,do, la imap obtmida lCSUIQ iIIIprócila dCbj.. do ál ~ OII di!iÍocd6n. C'id.nlO ""'flOr a 'el 01+=10 y COn CUlnll m&YOf PIloc;'KHi 4tlermlR.l ..... ronlnn.OI, tanto mmOr debe ... el •• lOr de' ), ·1i. "CD CIÓlresponc!entil, mayor el •• Ior de v~ (1<1"", Jd <>" IC>r.)

e. nece..no

En el instan te en qUCtc dcte:mUna la poaición, o, en olr.U ptlnb.,.., en el il\ltan te: en qw: el cua.oto de luz es desviado por el el«ll"Óa, este Ílltimo YllrU. de Un modo dilCOlltinuo 111 ilI'Ipubo. _&ta variación es lanlO mis fuerte, cuanto mellor es t.'IOlIaitlld cI.e:ondade la luz,util;u.· da, ell otr... palabru, cu'anto mu 'aha es \.a exactit ud con que ' se determina la poúo:ión , Eata o:. la fazOO Oc que cn.d ,momelllo ·elllquc se C:OOOCl: t. posición del deCIrÓD, el impulso puede:ler determinado , tan 1& 0011 UII' preciDóo basU. Ia.s lIIIIIIicudes"oorrapondientes I semejante var1a<::ión diSCD1llinll.l.; de este mocIo ,reNlu q~~ culntl mayor procUlón- se detc:rmin. la poIicióo-c:on tanla' menor pneisiOn se c:onoce el impuIJo, y vioevena Relacionu ,imil.re. ellslen umbitn, para ocru ... mq,nitli(les cultnticu. ''''I\' por ejemplo, IacinOet:erminacióll -eI\ ' lI~difa:endl{de :, energias del sisteml El y E.¡ medidlU en 101 mornmlOl de tiempo 1, y j¡ .ti: vmeulad.. con M _ 1) - r, por medio de l. rdaabn M

•

6{E.-E,14l ... h.

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Cuanto menor es 41, l.nlO rnu considerlble puede ser 11 ineerti· dumbre en 11 t:ncrgil de trlllllición del sistema entre el primero '1 el $Caunda estadOl_ EumiocmOl el Ilpimte ejemplo. Su~pmos que: el i tomo le baila en estado de elloC'i~6n cuca de lO · .. dcspub de lo cIIII cmile Un folÓD y pasr. el estado fundameQw. EntOIlOCS, la indeterminación CfI la _1'!1a del folOO que ha salido (sea quc $l' propia _rgia es igual, dipmol, I /Iv _ S eV) ser.

6(hv) ;Jo

En

6,$·¡O·'·cV·, lO' . . _ 6,S·IO·" eV.

Q.SO .., dice que el and>o del ni",l ucitado Ikt ¡ torno 6,S· 10·· eV o Por lo mIo, bu (:1 un valor mu, pcqudlo en comparación con la propia energb. kv. ~ro. con et desarrollo de la rllic:a nuclear se: deKvbrieron p&rticulu que recibieron el nombre de: rt_l1€las cu'jO tiempo de vida CONtilUyc 1 .. 10 ' " ... 10 · u s. En esle ""JO el am:ho de la tC$ODlnei. es de cerca de lOO MeV, EsU. ma¡nitud ya es companbk collla tnaJI de IIU pattic\llas (IO J MeV). Ruumiendo, Joe puede decir que a plror de la relación de indctenninación pa .... el tiempo y la _rpa se inflen: que en el estado de uc:it.ación b. a.remal a>inticos 110 tienen IIn. ener¡ia estrictameole de:termin.ada, sino la tienen difusa en 11 m'8J"lÍlud r .. ;Jo 4ft, donde ~ es el tiempo de vida del sistema en t.'Ite estado.

Cite

r~

JI

5.3. PREDI CCiÓN DEL POSITRON

Eltertc\" Iy ultimo) procno de inleno;ión de 10$ cuamos g.am/'llll la IU&1~ncillleva Un nombre que, a primera vista, puede pa recer eJllrallo, el de ~pacimi<:nto de pare$~. lJo dcteoeiÓR de este procao c:.Uaba relacionada ton el dexubrimicnto dcl poa.itran : otra parúcula elemental. Tend~ que llpi1narnos un poco del lema para relatar la historia deeltedeocubrimienlo Y. ademh, de paso, dar a tonour al Ioc:tor el Wj llllt\l!lleOlO mu original y _btO$O para rtsimar particulas~ldlamos las palabras de Rutherford). Este instrutl1Cnto fUI: la wc:i.mua de WiLson Sueno, eomcllQCmos por el V¡lli<:inio t«>rieo. N icLl aohr. muy parco en UpresiOMS de en t usiasmo, Dama loiI.ños 1925- 1930 ~edad de oro de la mecánica C\llintka~. Dijo también : " Hubo que superar numeroso. ob5ti.culos ames de qUoC el Objcliyo oc ha)'a aleanudo, y, palO eL tiempo, y a l tomo suele luceder, el hilO d«Uivo fue lo¡ra.do por lo. ma jóvenca .. ntu oosalros~. En 1925 E. Schrl)dinger cumplio 38 años; Lui5 de Sroglk:, n añol:; W. Pauli, 2S; E. Fermi, 24; W. Hei$efJbu, y P. Dirac, 23allO$ o;ada uno. El21 de julio de 1927,el estudiante de 111 Universidad de uninarado Lev LaDCli.u. que tenia entollCCS dicwu.lewc (i!) aPOI, publiQ6 Sil primer trabajo el t:ual, mh tarde, se con'iCrtiria en un parufo obligatorio de los curlOl de meciniao t:uanta. Ya parad allo 1927 se el.&boraroo 101 principios fundamoentalel de la DIIC\';I "ieno::ia y se crea 111 aparato ffi¡ltani.11co. La mecánica cullntica establecia tu leyes de la nl tllralcu que aclan en el &eno ócl 'tomo. Sin embar,o, por aquel entoooa, esta cic:ncia CJlI inaplicable a paniculas qlM $e mllewo con velocidades pTOJ.imu a la de la IUL Era preciso dar el. iluiente paso y un¡r>Cllr 111 moc:IInica Cllántica con la teoria de la relatividad. Esle paso lo dio Dirae. ~Por halxnne Mdlo esenlor no se delx pensar que yo nllnca aspir6 • lener IIn orleio di,"o~. Esta broma de Ikmard Shaw la hubiera pod ido repetir enteramente un joven de Bristol que upin.hI. afiúín~meni¡t d~ 'destiAo de ingmicro eloc:t ricUca)''K coorirtió en autor d'1!i uc~"M¡ae.f &sc.lxilaáUH de-la fil~ del &ilio xx. Su '¡jeíñilÍfe'Comp'lCroera P¡u¡!ÁdrÍcft1
H

•

rl vorttia .. .~ Y. lote todo - afuldiria mos nosotrOl - _

excepcion.ales

.~~

y he ilqul. .en enero de 1928 P. Dirao; dedujo la crulCió!l qlJe detl:citx el oomportamiento de 101 electronn rápid os. De la ec:iiaeión de Dinr.e lO!!" derivab. la ui~tC1>C:i. en el et«trl"i del bpQ, de · un

,momcn fo magnétic:Q.; la miil ma upli<:lbá al¡uoai ·¡Seo;uiiaridao:lel'dl li e1ttllCtU$a de k» niveles de enei¡ia m el átomo. Todo 'ataM~bic!i! w ';)a tt uaqon adm itía .oluci0"fl 'm que el e.lectron podíií~r u~

mer¡\.a chiéiK:a nep,liya.

.

", ~

.:

Trcs adOs, aproximadamente, los teóriool dehrotieron Wbr\ atas solueiona ~no fi$K:a$M, hasta q ue el propio a.utor CiíC&\irón. ~;k' la d tuaciÓn .nada. No eooemos ~ ,,~uJ ~. ~~~~~ 'J .010 cornu.nic.u_ sv deduoeiOn ddioiiiya : 'de Kuci'do con"Dirac ( 1 93t ~ en la naturaleza, a l. par con. los clcd.rones detxo c a tir panic:ulas por todas 1115 pro piedades idénlicas al cleo;¡r6n (por la masa, por el tspin), pero con carga positin + ~ Si CII ta particola m tra en contacto con el electrón, las dos de&apar~rln: se aniquilarlo, 'J la masa de In pil rticul.s, de conformidad coo la relag ón de Einstein E = m(', se I •• n,rormar' en enc: r¡l.a de 101 cuantos lIarnma fo rmados ;

.1.

e· .. e - ... 2y 10.5 11 MeV +0.51 I MeV_ I,022MeV). Se podría decir que nadie, ucepto Diñe (peTO n\ SIquiera él. ma nifestaba especial sc¡uridad). acc:p(ó Cita inlerpretacion de I.u !IOlucioDCI ne¡ativas. El pun to de ~ista del joven cientl rlCO no lo campanian " i Niell Bah, ni tampoco Wolrpna PaulL Pero llego d año 1932. En los an. la: dc la nloica cxperilTlCnta l este afio quedo marcado de un modo lot.abnente especial, co mo el año de muchcK descubrimientos lrascm4entalcs. Lo denom inabln ~año ck oro M, ... 00 ck tu marllYin:u~ 'J, m'" tarde, recibió un calirtca tivo mas eienúrlCO, el de "año de l. c:JIplosiÓll informat in M..\. Devinieron aoontedmimtot m,b imporl. ntc:s : el descubrimiento del neutrón y 11 dc:teoción m los uyos cósmicos de 1a prilTlCu de las .ntipartic;ulu, del positrón.

H

5.4. UN O-rscUI,IMll:NTO "CASUAL

M

Con frecw.cncia se die!: que el positrbn fue encontrado calual 12'IenIL &cribir de ata IOrna se hizo c:asi lradiciot».l En efec:to, Carlos AlIdenoD qu)m, preci$AlllUlte, fue autor de este diKubrimiento, reallzb uperimcntO$ Meuyl. rml.lidad contistfa en medir el eIIpe<:lro de cneTPa de lO! electrones que se forman en la a'mOstera yen los maleriaks a conteCuencia de 11. radiacibn llepdi. del CQflIIOSM . No se trataN. de niogunos positrones (electrones podtivos, 001II0 se lo. llaman. ea aqucllOt lilas). La posibilidad de un descubrimiento casual, aMolularnenle casual, skmpte se nos presenta como muy auwiva. 8.ufl tan 1010 diri¡irse a la litentura de cie!Icia·!ioeion o recordlr dooeou de libros., en los cuaJCI un hombre complr:tatnente ajeno a 111 dmcia, al mltar cuuallD!:llte en el laboratorio, hace un de1cubrimien1O adlDirablc. Se dan muchísimal >4rianta. de la trama. pa-o tociu rimen unidu por el ho:;:lIo de que no guardaJI reJacilm al¡una con la reaüd.ad. Hablando QOl\ propiedad, los autora, en 51) m&yorla. ni . iquiera pretenden haoenc acero Para ellos es me:r&Jnel\te un medio que pel'Dlile introducir a ¡lector en el mundo de la r... tuia. Pero inc:lnso /1. pc$Ir de t U voluntad a 101 lec:torC1 Jcr; da la irnpraiÓD de que tambim en la "ida (¡eI.ro. muy raras Yeoa!) es poaible semejante . ituación. ¿Fa. KUO, C&$UaI que 8ecqucRI dese\lbrio la radiae'!ividad ; Roc::ntpn. los rayos X. Vnilov y Cberenkov, l. "radiaeion de Oicrenkov M ? Euerionnente, aparc!\ta que, en erecto, se 1r.1. de Ul\.ll CIIluaJ)dad. Pero, por ' 1&0, prco;isamente • ellos IC1 toco esta suerte e:u:cpeiooaJ. E~ Í$ten tt'IC1lCionel bastante num~O$&s de que IoIlWeo. advertian l. accibn inusitada de 101 ra)'Ol catomeo.. Las placaa fotoJ1'lfIcu que te rDCOlllraban oerca dd tubo de desearp result. ban veladas. paIIr de estar ~nY1JCltas en papel Opl.CO. Si, lo . dvertiaro. pero no saCillN.n de ~tos ~bos conclusibn . I¡una. y 00 se trataba de perwnu oct$ion.les. sino de fisicos enn rnombrc mundial. Se neoesito l. c:apacidad de obJen'acilm '1 lA prt par!KfiSo! de Roentaerl par' DO sOlo adYl:nir al 11 oscurid l d la lumirii5ceñcU de los cristales de bario. lino tambiCD tener pnpanild. una pánialla recubic:r11 con una sal de eSle elemento. Prec:inmenle • eSte dmtllico le ~rri b la idea de IOt t,;perimmtos ori¡ioaJe,: '1 orimlaQ COI) euctitud • nelam.:r la. propied.dCI de la radiaci6n. El 'hombre de c:iencl. '1 mósofo rra~ Bias Pascal en un. so l. !fUe IUPO contestar • las cuestionu que hetnol discut ido con .nterioridad:

"

-l..o$ descubrimie:nto.l cu\1llks te lw;en por 1'IlCIIU:! prepartdu - Lo mismo aJirm&ba .tambié:n Ernesto alltherford: -"La' eientia ft

•

ava.nu. puo a puo," el trabajo de ruaJ,quier ponoaa depende,del de . us ~ Si • oídos (de lino Ilep el rumor ~f.:IUI dcscubrimie:nIO Jubilo e ioes~o, di!\ax. ·COO1o una~piodn t calda; de! cielo, se poode: ctlaf·scJuro cit que é!Jte madu.rO· oomo;múl!ado·dc~ la· inf1~nei.'que ejeroen unas pilrfOn.. so~re

OITU; .,:es~~!O~

etta. in1Iuencia rmproca d. que abre po.libllidaCk,nntraoi'dinariU: para el prop'lIISO do la cienc:ia. El'i:l ito de ,101: ric:!ltificos 1I:~(
•

s.s.

lOS IAYOS COSroucos y U

CÁM4Jt4

DE WIlSON

SegUf'!IlC1Ite, t0d4 el mundo COIIOC:C el electroscopio, esle Instrumento escoll!", Si lo car¡amOl, las hoja, COD el tiempo, caen y C$lO tieM tupr . pesar de: \o bien que esté: .Íllado et -.oporte y lo hennética que iCa \.Ieaja. Se nep .1. cor.::ll.1tiOa natural de que en el , itcsiempre h,., porWIol"Q de carp, 105 io- . y $U eorrialte dcIo;vpel electrotcopio. ¿Cu.l es La procedencia de ctlOl iones? El mtCIIlo de eOlue.lllr • es.. prelunta desempeilO IIn pl pcl import' Dle en el descubrimiento de la radiacibn cO.mX:1. A principM¡lde nuestro ligiO, dnpue. de baber Ikio dQCubM:JU la rmW:tim.ct, la sif\lKióo, ,1 paroc:u, $e aclarO. Unr. c:antidld ¡lISienifictnte: de elemmllOl radiacti_ ltelllpn: estÁ prexntc ti! cl ludo, en 101 mllma de los edirll;:io-, en los ma!eriala de 1.. instaJaciones 'J, finalmeotc, en los prope. nperil1lCntadon:s. A la atmÓllerl van • pIl',r SI$C' ruildivQ& (aunque, por e~rto, le dc:scomponcu. •.Iopidamentc). Esta radieci&n que mne de lodu partes conduce, preci,*lDC1\le, • l. ioniu.ción del .ite. Al mismo tiempo se: perfeccionaba la lecnica del nperimenlo. 'J 101 il\llru rnentO$ re lativamente simples .., vieron l uJ( iluid Ol por Olros mis

com plicados. los electrómetros. lo, eualH podi&n ,apl!!.f en 1 <;0'1' de a ire incluso 1. presenda de variu docenas de iones. Deseando aumentar tod ...i. mas ¡" IClIsibilidad de esto. il\$lrumenl O$, 105 e*tr6metros le rodeaban de una capa de plomo que ablOrbia la radiación u~rior y lo dejllb;!.n "¡ durante vano. dias para que en el interior del aparato se descompusitr. n los JIIscs radiactivos. PeTo, a pesar de todo, la corrien te de descarJII seguia Ouyendo. Se promovió la hi¡Kolesi. de que & U"avés del plomo penetraba la rad;.ciOn encrpc.. de las roca. te:rrcslrcs. Y por cuanto el principio de nueslrO si8Jo t,.rlSCUrrib bajad . ipode asombrO$Ot bilOlen la navq!.acioD a~rea , . urpo l. pregunta , ¿por que no despegar de fa . uperficie de la Tierna, alejánd ose con ello de , 1,1 radiaeiOo? Esle fue, precisamente. el proceder de ka cient íficos. Pr1meramellte trataron de milizar 1, Torre de Ei lfd IJO() m).1TIti ta rde, en 1909- 1910. K . Hacc\I;cJ subib en Wl globo a la u lun " "",ca de 4 km. Si n emba rgo, 1a5 más prccisu enlre laJ prlmeru med iciones no rueron lu de él. si no laJ de W. Hess U km). De . cuerd o con los datos de este: último, la c:orrlcnte de ionización d i.m inuía al principio para, ¡uesa. ereerr r i pidlln1eOtc. A la altura de 5 km esta cornel"lte ya rcsult!!.b& tres vca:s 1Ila)'Of que en la . uperficie de la Ticrn.. Hcss eJF.presO la suposición de que exilte una rad iKi6 n penetrante dc io nización que viene desde arriba y le debilita por la atmósfera. En el periodo de 1922 a 1926, los IrabajOI reaHudos por un ¡tupo de ftricos noneamcricanOl encabezados por 11.. Millibn en Slobos $Onda (atoa: se elevaron halta 15 km de allu.a)...¡ como en lOnas montañosu y bajo el agu. d>eron la posibilidad do: establecer con euclitud que robre l. Tierra. proviniendo del espacio uni'leMla l, incide una radiación desconocida. Millikan le dio el nombre de cb$utica. El rMlodo Oc iorW:aeión ya no $UVia pll.n. comprender la naturaleza deat. radiacibn, puesto que registrtba la co~enc ia (la ionUactÓII) que podia habcnc: producido por lal diw:n&s ca UIaI . Con el fm de avanzar en el a tudio de los rlyos cósmicos los nsieos tuvieron qtl(: TC<:lIrrir • un a pan to que ya u ístia en aqucU. I:pou, se trata de la etma,. de niebla de WillOll. Fiaul"C1UCcomo asciende: IIn /lujo de lire húmedo calentado por la licrra; :En ,\u 'c&pas más' altas de ·l. Ilmósfma lu muu de .ire se Cl\pariiJin eyo' timultáneamente. se eNrlan. Abort, el vapor de asua le cllCÚCntr.a y. en Cltlldo IObrcsatur.do y comienza a condensant dan, do lugar a:la' formxion dc s ocas. Decimos : Mel ciclo.cst' cubieno por "n:. iltblin l El protctO de crecimiento de tal sotas en el vapor JObresatundo resu ho " nada $enciUo. Po r ejemplo: los cicntirlCQS ellabltclcron que pa ra. la ronnacion de la niebla !,On· nllCCSll i"ios ~ocntros de c:ond<:T\$&Ción-, en la mayoria de los casos. pcqucllu

mu

M

•

..

plniculas de polvo. De 0tto modo, en dClCrminadu condio;ioncs, el vr.por, dW'Wl te UD !icm~ ,considerable, qul!'ia sobrsl.tlltadq. • T.mbien C.rlos Wilson se dedi«l al e$tudio de aJos prob~

Mas tarde contaba 1. 51lI amilDl qU! ya en Sil jU\'C!Iiud "habü .dÍlljrado el berrnosia.imo leno mmo cuando la. niébl. Qfa l.pe.reclJI, Ílfa desaparccia, .. medida qlle loa nujo:, de aire ascendian .. la, cresias de

lu monalLa s de Escocia, o bien, dclCelldiao .. I~ valla. "F¡j~. precisamente Wilron qllien dcso;ubiio que no sOlo ... par1kul.u :de

polvo podían c:onvertirK en centros de condcDJffi6n¡. l ino tambiCn podían serlo lo. iones form.dotal irradiare! vapor sobtcAluradOCOD

rayos X o con olros tipos,de ,idiae'iories (alf.,'bet•• p'1l1ni.,j;"'ocs. iub de Ir.blljar en II$lC ¡CmII "rea de 15 .~ «ni pt~ oneru aciOrl .. \111 fin 6eknn inado '1 la habi!md de ñperimenlÍldOt'" inhetentes .. él (WilSOll en célebre por el ha:bo de 'lile rl miAnO ~truía cui lodos SUI .pantos), el cieDúrlCO ueó un nuevo instrumento para registrar \u panículu. Le dio el no mbre de ~d.mar.

de

n¡ebla~.

pero muy pronto 101 upcrimenlado=

.. Uamarla Kcamara de W ilson". Ahora e:~p:mdremOl, en 101 rasloS generala, el principio de 111 fll/'leionamienlo. ValitndOH de: un embolo o dQ¡fra,IM, se hace nmentar bOllCllmenle un YOlu.mom lleno de vapom de . I¡ÍlII liquido (111)10, Ilcohol, ctc.~ Dicho vapor, depurado minuciosamente de pol'lO, se encveratra ckrto ralO (0.1.. . 1 s) .... estado .obJct.ltundo sin c:ondc-nArse. SI HI esle Íf\JIante a IIIves del wolu.men pasII volando UDa ptr1kula dejando la huella de lonef, en lo. Í11limot comie:lW.n a macndrarse l01U. La tUJC:lla de la par1icula Jlep. a IICr visible y puede ser foCografllda. Con Cite Iin la pared (o las paredes) de la ckmara !le hlcen Irant.parcnta. luCIO, c:on bastan tc rapid~ a C(ltta de II oonductibi]idad tbtnia de las paro:les, la Icmpcr;alura del vapo r se elevl y Las low cku~lI. Ha1 que volver a pre parar t. cimara para el Irlbajo, 1 esta preparlcibn ya requiere dcc:el"las de SCIWldos. Precisamente en ello radie. el inCOllwenientc princi pal de l aparato, posee un ~lic:I'Ipo mueno ¡rInde", como dicen los ftsicol. Sin embar¡o, IMes de: que ilUtalaclonel rnú perfectal IlIIlÍtuyt:ran la -cúnara de niebla" lran5C uniaon deceDU de .1\0$ y d io tiempo I realiur (lOn ella descubrimientos IObresaJientel. Ell1 es Ja rnOn de que en 1921. Carlo5 Wilson, por flI -melod o de hacer visible la trayectori a de las panlculas car¡ldu con la ayuda de J. oondensació n de vapor", obtuvo el Premio Nobcl de (lSiea _t• comen~.ron

mu

•• El prildpin .,..~~IC,r...uc oimplo del trabtio ck 11 c'man de fticbll (IP descriclción le da ineluso ... 1oI. manualcsck .. ~) .... "fOIile ñqu.icr;t. 10......... 1. _ idea _ do< Iu d irocultadel 'Ptas J lÚu :a, que .... 11. .. du ..... te su conotruoc:m J P""'" • "".",.

De nte modo , los IiJi~ pudieron Ob6eT'\'iI' con .IU pr(lpiot (ljos las part1euW 1 determinar mu.chu de . \1I caracle(.tica5. He aqul en las fotos la, '1IlIellas de Iu paT1ículas tt, mientras que en otro lugar ~ ven ctCUU 10las que deben IU formación a los electrones riopidOl. La diferencia se expHc. rkilmeole Ji le bOl! UIO de la rormula apro.limada ¡»ra UII número N ele i01lel que se: forman en el trayecto de I c:m (vWe la fórmula (1 9)):

sruew

N_

H

,l/p' .

Un electrón ron la tnCrlla ele 5 MeV se mueve. prácticama:lte, a la veloci<4d de la lul., miCDlrU que la velocid.d de la partieula 11 que POICC la mhma cner¡ia es 20 vece, menor. Ademis, didla ..-.I¡¡;ula tielX una carga do. vecc, mayor, Empel"o. la c1mara todavía no pennitía medir la cncr¡la de los electrollQ ri pidos nl distinluU el l iPlo de la carpo Po.- ejemplo, el protón qUe volaba a la velocidad ~.::: e dejabl unl huella id~ntica a \.a del electr6n r'-Pido (a pesar de que la. cncrgla del prot6n dcbia. superar cn lOIXl vccu lA del electrbn). El sillliente eslabón en .... eackn.a de awntecimicntos elt' vinculado al nombre de D. V. StobclUlo. El .ioYco ftsico Lc-ntnUadcnsc decidió u1ili:z:a r la I;iomara de Wilscn para fOlolr.f"wr lo. clectrones de retroceso (ltamadof lambi~o de<:trolXl Compton) que lpareclan en ti gas.1 itrad íar la elmara COn raJos Y (dedO Cornpton~ Al rMCIir la curvatura de la tral'CCIOria de 10$ electrones en las foto¡raf.as !le podia bailar SI) impulso o,. Por Ihora, no no. detendremos en la illY'esllpcion del efecto Complon la cual, de por .i, propo rciono resultado' de extr.ordinario interés. He aqui lo que ucribió SkobclCsin : MEn In fotograflas, de vez cuando. se delcubrian traJ«!OS rectos de pa T1i<:ulu de origen dc:sc:4noddo que ...si no !le desviaban por el campo mapltico, pel"o que por f\I Icción ¡oniunte no se distinluian ca lo mis mlnimo de los rlyol ~ r.pidO$, lo. cuales taml;lÍ!n se podlan YCT en lal mism.~ rotografias. La¡ observaciones ulteriorn publicadu en 1925 pcrmitierOll establcccrque la aparic:ibn de tra~tos de ~jar¡tcs ......)'0. ultn.-~~ 'iló:estaba ·rdiciání4,.. ai muc.ho IDCIIOI, WII el pUo a trave, de la Ctlí,aia?do~·WiÍl'bn ·de .io" rayÓ¡ y1. qu~ it' tiene " la vista un nujo de ..ti.íéiilai qu~·.trtVleM ·l~ atm~:, .Eslas erln tan ,ri.ptdu que '~o se deJViaban en el campo rclatiYamalle dHlil de la cltnarL .t:Io. Skobelum demo.tro tambitll, qUC! la ioniu(:ión crcadr. po r la radiiCi6D cOi!Iriüca podla lenerAl nplK:a.ci6n "O las ':panicula. ult ... . c.' ..' • .

cn

o, Roc..erde Ju f6rmulu cid _panado l.l.

J8

I'H. En una K ric de roloplll"lII s oblenidu por Skobelwn K

veia todo

un n\ljo de partlc\l1u ... pidas. Ésta. retibierOll el oODlbre de cl!aparrorteIJ cbsmi::oa. . RCI\lrnieDdo. podemol da:!r 'lile rueroo mI~ lal elJlaboncl,Oe la eadea. 'l\le ooDducia .1 poIitrba : • l. Se dac\lbricroo los r'YO$ cósmico. y K c:aetarecio que CD.r'" c;ompoAdáa cotral! ~kulN~; , 2. ,Se creo el ¡nllrumeJlto, la camtn. dc WilIoD colocad. co,C1

campo magnetioo. El unicoioconvenimlc oonsbllam Ql!1I: ~~ ~~ era loda ..... pequcfto y 00 deaviaba. los Mra)'Oll \llt ... II ,~ M

•

5.6. EL POSlTRON y LOS " PARES"

Va hemo. hecho mcoobn del nombre dc Roberto Andrts MinalD. Er. un IiSico mevlDle que cn 192) obt\l"'o el Premio Nobd · por los trabajos sobrcd atudio de la carp demental de la electrici· dad (e - J y el efecto fotodktrico Como _daban AII ami,O$, en Millihn • OOIIIbtnaban (adc:mú: de otrOl rucos exoepc:iOlll.a) dos cualidadct que di6cilmc:utc podíaa puu inadveT1idas. La locuacidad qlX! "«día mudúsimo de la nonmo media y \lna dcK;omuna¡ mt\liciÓl'lli1lica.. Ipora.mot: si a ... pri¡ncra ew lidad I \lya dl:lClnpcM a1¡UD papel en el c!cs<;ubrill3.lcDIO del POfilr~ peto en evanlO a la .¡unda.la misma reliuho decis¡., .. Enlerlldo de 101 caperimmlO! de SkolJeltlín, Millikan, innxd¡al.lnM:nlc, eneiflo a lUlO de sus colaboradoru, Carl05 Anderson, comC1lZ&r las invatipc:i.ones de la radiacion c6lmk;a empleando la cámanl de WillOl\, pero colocada en Iln campo ma",etIoo mucho ma.. intenso (lO veces mllyor). Ello rcq~rI .. por Ilna pane, dominar el aRe dd OJIpenmcol o, y, por otr .. med io! tecnlcos inUlilldos para Ilquclla époea. V be aqu\ q\le te oblllvicron fotOlnlIias, en las cllalcs '" w:lan las trayectorias curvas dc paniculas cOsmicu. La densid.d dc l. ionizacibn y el radio de cuT'll tura de:: la trayeetoria, todQ ellQ testimoniaba qu~ a l&unu dc ellas HIn inherenu... IOf dcdrones. Pero, ¿Cómo podl. eaplican<: la .parición de huellas oon CIIO'a tura ·mllltar", • ... llChl.S~en ltfltido opuesto? ¡El nÍltncrode estas hucllas en tas fOlograliu era . prolimadamellte t:I milmo que el de tu de los decUoaes t La primel1l su posición - y, ademÁS, bastante IIIIUl1l)- colIsbtia en que CstOf era n protQnes. Otro 1ipo dc l. earp lIev.ba. .parejado otro siano de la curvlturadc la tray",ori .. Pero Ja in ..... ulpci6n dc las fo· tO¡r.rIl1 condu,joa la concl\l5ion dc que la c:apleitlld innizanle de lali pt.niculu poIilivu er. prtcticamcDte illla! qlle la de 1M clcctronc:.'i. Por coruiilllenlc, • .., velocidad $C Bpro~im .bl , la di la hll. el impulw M

•

"

era grande y en el campo magnelico CsIU no debla", des,,¡arse como los electrOJles. La. unica eonclusiOn : no ..,n protones.. La teJllnda COIIjetura consistía en que las ~partículas iTrea:ularet~ eran electrODCI, ~ro que yoU.tJan en direca on cont nlria, desde abajo hacia arriba. Entonces Al"I
"""'D.

Como re$uJtado, AooCT$on, en 11132, supuso que las nuevas partlculu no eran sino ~e\ectroQCI pot.ilivOJ~ con un amaSl '"o y una carga + l . Sus pruebas cncontrarotl pc"onto una CODtinna.ci6n convilllQCnte o:n los uperimenlos de Blac:ltetl y Occ:bialini. EsIOS cicnllficosdcmostrafOn, ademb, que la aparición de los poIIitrones en la d./ura estaba relacionada con los chaparrones de la radiación cOsmiel. 1.0 más Mlrprendtntc I1Idieaba no tanlo en el dcscubrimic:nto de u .... nueva partit;yj a. aunque en It. rllic:a. especialmente en aquel periodo. é¡le era un acontecimien to di importancia trascendc:ntaL 1.0 que Ji Pflsmaba en este easo era el becho de que le descubriera la parllcula pr~ .. c:n 1113 1 y en cuya emlcneia nadie creía. ~La mcloom te transforma .", \liolin Eaw son 10 palabras del academico S. L VayllO\l. En UIWl de SUJ con~erac:iI. ti uplicllba ci proceso ;",w:rllO a 11 reacción d~ lniquillcibn del poIIiuón, cuando ~l ~uanlO prnma en \lucio entendra d par dcx:tr6n + pasitr6n ! M

•

y-c' +e- . Eltc proceso de tra nsl"ofl1lación del umpo electroma&llCtico en malena fl,lC delCUb~rtc cui limultllneamcnte cn 1933 por cuatro ¡n¡posde rui<:ol : ca·Francia. Alemana, ln¡lalern y & Iadot; Unidos. EJ.ist~n do$oondicioocs indispcnabb pan.ellI8Cimicnto del pu. La primera retide en .que la enorp okl cuanto ¡l1M"Ia debo! l upcrar la ¡I Um.IJ$!C. w :~¡lu en repoIO, d~ 101 CQmponaÍta; del par; .

. .

.

E,>2III.,.tl~I .02 MeV .

,

La l!Iu!,!da .f'Dnd~6p <¡i la .~.i. de 1111 DiId~ o ~lectrOn que Ocbe .driiitJt, ~' li el c.~ ~ c ~~¡ia r de impu~ De ctro modo se il}frin¡irln ¡as le)'u,¡d~ C;p1lSC",.aci6
.al. lector). Y 110&01$ nos limitaremos ,al u,uimte r-iento. Sicnlpre se puocIe ~Ic¡ir un IÍl I~a

'"

de

rd"en:nc;i. -tal en el '

que el

impullo lota l del par formado sea i,uala cero. Para el C:\lanlO pIllm.a q...e vuela a la ~loc:idad de la IUl ~ impotible elegir talaislema. Es~ es la ruÓll por la que se hao::~ indispmwble la pRSeDCia de luuen::er ClICrpo al cual dio;ho cuanto pud iera tranamitir parte del impulso y ene r¡l.a. Ahor. poócmot termLnara ta larp di&rQión rJfCtomu al·paso d.e los cuan tO. pmouia tra~de '.sustancia. EI'nacimientqde Ioj; pal"es eloc:tron-posiltÓll explicO UD efecto iDconi~ble COlI1 d c~ . 1.t. invali&adora le cncontl'llion en 151)0. Estos atudiaban.e1. JliLS!? ~~ .. radi8cióo pmma dura a trava :. d illintOl mat(riüa :6e:sciI~.~. UlUI at.oreióft Inómalamcale fuerte 'de 101 cuutOl. ..MuCb.o.,marÜf qu.. \o pronQllio;.aba la te(lrla e141e:11.tc.. lE.! aq\leI \oll ' aOot 101 rllii;os, "Y,litndOlK de la med..D;c. c:u.l.rJtia, podlall ule"""t con ~ laa prOCCfOl cooaD el efecto rotodb;trieo r el doc:to ComptOfl.) Los cákuk>l r el uperinlentooomenuron .. coincidir pknlrnCntc dcspub del descubrimiento del WQer procela. Es raeil im q;inar q\le en e:1 calO de que AlIduson 110 bubio:n. descubierto - a tiempo~ el pOIitr"On, 10 Nbrian podido hacer, lin duda .. I,un a. aqlJCUos quienel atudilba.n la . bion:ilm de: 101 cuanlOS en la ' lIItanci s MeV, el nacimiento de los para. Pero. en general, la interacción de la radiación pmma con la aUSI.ncia "'" muchos órdena mis dtbil que la de las plInículu urpdas. Si es neasario debilitlren 1000 _ \In ha! deC:IIIIIIQS con uoa energia de 10 MeV, el espesor requerido de la .¡¡Slaneia seri en el caso de agua 3,5 m r en e:l uso de plomo 13 c:m (para las partículas CI con la misma mts 6clpd«~ energia, la capa de ' JUI deben. Kr d iez mil _ 5.7. ANnMATUIA

El dcseubr imiento del poaitrÓ!l por prirMra Ya permiti6 echar un vistuo al antimundo. Pero ya en su adm irable trabajo del año 1931 Dira<: baec: mención de la pOIible existentia de un. particula como anliproloo Poateriormenle, la. lIf;ícosllepron al. conclusión de que • cada \In", de lila nurnC1"QlaS partículas elc:menl ~1es ClI islenlC$ le

"

~ponde

su ilDlipattleuta con la lrIu;ma mUa J el mÍlmo e.pi n, p!:ro con siJ:nOl opu«llOl de la CIlrp y de! momento magnttico, Se dan ea.sos t:rI que la panicll.l.a y la antiparticu la coiociden. Eslo tiene lupr para el euanto prI\lnlL Al enc;ontnnc la pattk:u1a y la antlpartlo:ula. ambudcsapal'eccJI: le Miquilatl.. En alecuo le enamdran CuantOll gamma (u tI!!U partic:u:l.u). En ocuiones, el poIitron qll.e V\lela cn la lustanci. no se aniquila inmediatamente con el doctrón, sino forma con late \lIlSisleJlla lUlido, IUlI e:spocie de "tomo 6e bidrOpo en el cual el positrón h_ )as _ de protba. Semejante •• tema JIe\r.a el IIOmbre de -~itronio~ y vive lUl a~ de tiempo muy corto: 0IITCa de 10 - I J. Los siguientes pasos al ant;mW1!lo - cl descubrimiento dcl antiprotón y del antintutlÓn- fueron heebex tan 1610 al abo dc un euuto de .ialo- ha (XHI$Ciuir ate rrn se nocail6 cmr aceleradoR5 de panic:uLu de alIas CDcrsl'" En estas máqUÍJlu (&obre ... cualo::s habla.rc:mOll rnb adelantc:) fueron obtenidOl tambitn 1011 prirnerOl I.Dlin/x:I_. En 191Q, I0Il eietttiClCOlllOV~icOI.iDletizaron el nIK:Jeo compuesto de dos I.DtiprOlODCII )' VII antÍlleVlrÓII. o _. ~I IlIIliNoli(>.J. Aunque el relIIto .obre la II!I limatcr. puede co:ntinuane toda.,.¡. durante mueno tiempo. tencmOll que proceder a IuIblar lICoIIn;a dc 011011 lipoa de interacCiOn. En cuanto a la antipanleula, el Ioelor vo"'e".I oIt IOlnetlsta en las p/Io&inu del Plecallc libro, en el Cllpitulo -Radioquímic:a, el Sol y el nC\llrino~.

Capl:tuJo 6

EN EL SENO DEI: NÚCLEO U. LOS NIUTltONF.S " ~ FUERZAS M!aJ:AIt~ Una ,.u deKubkrto el n(,,;k
si¡u5enle paso: comprender; en fin;Cie cucnl.U, qut'hi.y cij-d ~~~ríof '

de Este. los cxperimcnlos de Rl,Ilherford demOlliaron 'qiio"'~'citp"

posjlivaen el oÍIC:Jeo Ia' portan ~' Panic:ulis ~Ios proÍOriili.' Siri'i> crñbargo, cuando se hadan tnlenlOs de ex'¡)ticar 1&·éórri:liCi6n:cúú'i~IP carga y la masa de nix:1cos I'nIlÍ complejoi 'lile: ' el de 'liidl"Ó¡e¡ró/ inmediatamenle . ur¡ian difICultades. Si los nix:1eos COJUlan de protones, ¿por qut, entonc;cs.la carga del núcle:o de helio es dos veces mayor que la del protón, mientras que su mas. lo es cllatro _ ? &14 ralla de correspoadencia aparece tambita para olros nix:lcai. Enlonces se supuso que a la. par de protones el nUcJeo conliene electrones. En el núcleo de IIclio hay cuatro protones y dos eleclrones, Jos cuaJes, precisamel!tc, compensan la CIItg& de dOll prolaocs. Los nix:le:os pesados contienen mayor número de do::trones. Al pareecr, esta hipótesis explica la estructura de la malcria, pao l. mecinic::a cuAotica, que acababa de aparecer, $C opuso.1deseo de 101 rl5icos de "meter por ruerza~ Jos dectroncs ca el núc:leo< En electo, si el electrón se encumtradmtro de este Clltimo, entonces, l. iadelelminacibn de su coordenada Ar no puede . uperar cOllsider.blementc las dimcmiolles del núcko, digamos, 10 ' ,. m. En este caso, los valores mínimos de iodecerminación del impulso 6.p "'ltjlJ.r:::::l0 - l 0kg·m/l (de conformidad eon l. relación de indetenn iaación de Heismbcr¡) y de l. energia del electrón AK :::::: ó.p .,.;;o. 20 MeV. Para retener el eJc:,;troo en el núcleo la profundidad del poro de pote!ICial debe superar ó.K, C$ dear, M1 < - 20 MeV. Pero las fuerzas el6ctriClll a la distancia 6.1" .. 10-'4 m dan el v.lor absolulo de mucha$ . - - menor. De este modo, si los electrones se enC\len lran en el interior del núcleo no es deltooo comprensible q~ es lo que 10:$ reliene atll. Sea como ruere, la hipótes is protóniro-electrona se mantuvo durante lID periodo bastante prolongado, hasta que en cl memorable: año 1932, el disclpulo y colaborador de Ruthetford, Chadwick, descubrió el neutrbn, una part1cula neutra con una masa próxima • la del protón. Casi • un mismo tiempo rI&ieos de distintos países: D. D. IVilJlcnko de la Unión Soviética, E. Majorana de Italia y W. Heisenberg de Alemania. llegaron a la ~one1lJ!;ibn de que los lad rillitOli, a partir de Jos cuales JI'

n

forman 10$ núcleos at6micOll , 500 1011 protones y los neutrones. film eslin Ugado. por las fuerus que la ciencia todav;1I ¡¡nora. Desde es te insl.8.ntc, preciJamente, loml su principio la ciencia llamada rl$ica nuclear. Ahora ConQlamos mis detllU¡,damcnte el neulran. He aqui Su ~cana de i4cntidad ¡.., carga elllctriea cs (suala cero. ¡.., mua a de 939,54 MeV o¡ (D !»en, 1,6749 · 10· l' k¡) lo q\>l: en 1,3 MeV supera la man del protOO tia diferencia COJl$tituye ecrao del o.WJ. El cspin es de t{2 4. El neutróo es una J*rticula
•

M

,

voll'fitemoS al problema de lu cranaformaeiou. de 101 nucleonn ftI el iñtcoor del núcleo 'J al d~ la déaincc¡raQ6n -bc:t.. mb!tra. .la!Ito, ahora. coDlmuamnOl n_Cro relaCo, en pocas ptlabru. .ob~ ;1u jiropiedadel • 101 nódeol. Debido al corto a\eanc:e de las fucnu nucbru ,la.s ~rtkyJu pcreibcu lI.D Il0l0 a IUI YeeiDot mil pro.imQL En¿ e.-te lC11t!!fo 4 oúcleo le ~ era aI&o a 1101 lOtI de apa, en 'la'c:OIllu¡m~1u tambitn miran ca aeei6a rociprou' lOIamcntE con las imol6!;was

veeiD.., y las partkulu que le CIIC1II!:IItrUI ea la IUpcrfiae de la &OI!~.

ruen.u de 1enJÍ6D , Pft-o el Dix:1en 00 Cf mnaracnle uaalOla;i:i uñi. aot.a caipda.' e!l

Mafanaa~

por inlroclucinecn I U inlerior~o las

w~~

rivaHDn. pupMdo entre Ii. las (uenu de w.ceiOiI 'J las fIicnu ~Iombianu de tqlUbiOn que ~úan e1tlre }ot protonel. A medida queaece Z ¡Z Cf el nftrntrodt prOlones en el mieleo. o sea, el nlÍmerO atbmico) Iu fucn.u do repuldlm le inlalliflClll, lJIatfu que]u (uerzasnuc!eara .ipen .iendo OO/IlIantCII. &ta t i la ca.... de que los nUd_con un Z muy ¡nnde(Z :> 100) puan a ser ineslables: las el6ctricu 101 daprran. En los nllclcos liFfOl atables la CMtidad de prolOl'lel 'J de neutrones es apro:rimldamenle la milml, Z _ N. 'J en los pesados N _ l,óZ. Seria ¡nil mncrnorar ....rios IhrmiDoa rdcmatcs a la re1acilm cnlre los ntUlronCI y protOl'ltl. Aai, por ejemplo, 105 nix:lcos con una CMlidad loul idblica de nucleoncs A .. Z + N (A es el número de m&UI)fC denl)ll'\inan~; los de calpS iguales Z (los núd_de un m;,mQ elemento qulmico), pero con un numero d ¡'!into de neUlroncs, lIe .... n el nomlmi de !$MoJ:"», 'J los de dialilu o Z, pero jlual N, se /Jaman J$6t""OJ. Para 101 elemenlos le han adoptado lu siguientel!l deli", ... ionCl : ~ t.lmbolo del eleme:ato). Por ejemplo, lHe, !Be. ~~C1, ::Ar, ele. La cantidad do núcleos establcs ct menor que la de inestables. AetUolllrnmle se eonoem cerca de 350 de los primcrOl, mÍtnlru que los inatabln cuerlllll con m" de un miU.r. La enorme ma'Joña de titOl se obtiene en aceleradores y ra.clora; son is6topos radiactivos IrtirJciates, a diftrencA de ]os naturala : el uranio, radio, torio, ele. Va antCII del dCKUbrimimto del ne\ltfÓn RUIMrford ~aticin6 quc si se detectaba \lJII ~nic\lla neut ra, tita lCrla un ma¡nirlCO inmwnmlo pafa el estudio del nileleo atOmino. CoII anterioridad a 1932 los r.k:o... en la ml'Jorla de los ca-. utili:taban para el bombaftko de tos núcleol un solo tipo de proyo:til : la partkw. ,lfL AhOfa podían bombardear la materia eoA nctlIroncs. Aunq\IC la intensidad de los primeros manl.l:lliales de neutrones en pequdla, las propiedades de la nUCV& ~flk;u]. <'OI'lIfl'Cft'aban esle inconvenientE. la cual

ruerzaa:

La 1.\lSCl'llCIa de la carp permite l.] Muu ón ACeI'Cl.I'K l.] nilcle<> 'J penetrar m ti coa ">11(1110 lI\I.'Jor facilidad que lo puede hAcer la pl.rtieuJal.lfl.earpda positivamente O el protón. La iDterao¡:ión de Jos nCLltlOlles <;oro 101 electrones del medio es mll'J debi\, 'J la Ion¡itLld
u.

EL D[SC\)Ia.tMlEN'l'O DE FUMI

Hue varios aDos., t!II WIOde 101 i1I5litutOldc: MOIáIacceJcbrb \UUI otimpiada pira Illumrt()& de 101 grados IUperiores de 11. acuda ICCUDd.ri... Entre los prob.,ma.s propI.IC$lOI r""nbf, el .i,Wm!e. MUna fuente de IJeIItroone. iml.dia UDa plaao de pI.ta, dllllpub de \o " cual slIlCtividad se deten'llina oon un oontad or. Si cut.re la fuente 'J la placa IC coloca UD pedaz.o de parafana, la Idividld de la plata ft

aumeata corWderablemen!c. Er.ptique lISte fenbrncno Ipro si UlUiCD de los participante. I;()fItcltb COI'lUtartlClltc 1. ella preJUllIa, pero la misma es un leStim
66

laCIIba). iDdic.l.ba un número on. ma)'Qf, Ofl menor d.e particulas ..mitid• . El n de oclubro: de 193", por II m.adltta, c:qmo ~ Fermi, tl rec:omtDdb colocar CIIlft el ciliDdro y 1& f_I
,prdimint.reI .

1(

"

<,

Se compararon ... indicacio!x:s del OOIIlIdor CG . ~ . ~ -~ parafinl y Iia -11, mi .iJualdad. de~ "' ...ckm4I .~ip~~ ..., ¡I::!' panfina aumentaba , . -actividad· de . la ~ta, CQI_cien ' ,1!~ ;;:,

-Al priJacipio.'pcmt quc'., habí.

esltopMd~ :dJ~~~y'I 'qUC

" fue dc!nostrado que .te ~CDto .taba ~~ ,preci_OI por la parafina. A titulo de liIu-os intel'JlUC'los en el anlino de kM ReUIlOnes cnsayanJOl OU"IS 11II"'na... pero no lAlrt\an un efecto tan pIIdc C01I)() la parafma. Pata DlleltrO ROeIO conicnte de comida. y dctc:a1llO nlleltlU o~_ .plan &icDdo p&nII n.osotfOl un cniama ,bIo!UIO Dapua de la conUda el enigma dcj6 de eKislir debido a que ea este Fermi eocontro la apljc:atj6n de 10$ knómeoos operadoa. En 101: uperill>mtos del JNPO de R. La panicula choca contra el nUdeo dispenAndosc de una fonn& el»1ieL El! eslC ca&O I U ~f&ia ciMiica Ka dismlnu'j<:.. tomo promedio. en la m.a¡niIud (AXoIK,J_- UJ(1 +- A)l. Pan. Jo. ni>c:1eIK peudOl Cita di.smi· nucibn el insi¡nifleanle, 0005lituyendo para A_lOO un 2"; ' de la enerJia iAEiaI de! DCUlrbn. UD cuadro c:omplet&mc:nle dirlmlo IUIJe CUlIlld.O el ncutrOn a t..riesa Un medio que contiene hidrbamo, por ejemplo. la parafina. A cada. colillbn con el prOlOn. la ptntida media de _r¡la COIIItitU'JC la mitad de la inicial, '1llDa ..rtlcvla con K . _ _ I MéV _ i t arll cerea de 2!1 irnpllCun con los n(Jcleos de hidrópa,. q\IC I U ene rpa le hap prolima I la del TnOYirnienlO Imnico. que coMtituye 0.025 eVo La interealaci60 de la parafina mtre la fuente r la mucsua pennitib trandormar el espectro de energia de los neU1roncs. El

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o, las m.... K dan en ""idld.. de _ I

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Cu. m".l :

número de neutrones IalIOI aUIQClIIO muchu _ 1. eo c:ornspondmcia, aurneol6 wabib" prvt.bilidad 6e Mr cap,,"adO$ por .. plata.

u

<.OS CAMPOS

Nos bemO$ rderido ala captura de los nevtrOIlC, a IU intcraoci6D con ioI núclcor; y a la. flaenu ialtan~ ¿COmo puede conoebirH el campo de estu (uerzq! Para IXIIIten&r a esta PfCIUllta teftClrcmot que retomar .1 eleeuomaptismo. Oeapubde. la cn:aciOnde la ruec:iJUca QlutiQ 1OI1i1ic:o., a finales de la dbda de 101 20, OOmenzatOn a dabotaf la cIectrodilláalica

cubuea. Durante m~ dOI esta dencia era la m.U oolltlllieUl:llte Y exitosa de todas tu tcoriu de las JMortlculu e1cmc::atales. l..OI m~odos desarrollado. en la mis.... 1CIO'ian de modelo ,.ra la deseripci6n de otro. tipos de int_aociÓD. Desde el punto de vista de CIlla tooria el campo de l. car,a Q un eonjunto de ,",,¡uno. doctrom.a¡:n~iQor;. fOIODeS, que, iniaten\lmpidameote, se irradian y at.ort:oen por la putk>.ala. Puooe como u ata . estuviera rodeada de una aureola femuda por éatOI. La natunlcu. de di"hoI ew.ntos no el del todo com{u¡. Pan! DO illfrill&ir .. ley de la. eonservae;6nde la _raia (¿de d6ndc, dipna.,., el eIDc:trOn en n:po&O puede..,;ar l. para emítir Dn c:uan107). elliempo bI eDtre la emisiOn '1 la absorci6a del fotbn le limita por la relKi6n de indetmninacioD 4E · <11 ... .11. S. pneúameDte la inddenniucibn en el VIIlor de la encrgill del elllCtr6n la q"" permite u_tir al fotOD. Si 4t es pequeño, 4E el: bailante .... ndO!.. A de la mnJia Mdifusa~ el aanto,aw vez. puock cacendrar e1,.r e~6n-po&itrOa (ji. c:t.r. . dclIe (;OJIICrvanel). Ahora raulta que el campo dcetrOlNl¡roétic:o .. roneibl 001*) UII QO!IjUDIO de fotOMa, electrones , poIIitroatl q ..... . . . . - y deupareccll. Lu ,.rUc:ulu, Qlya cJ.il~ es ~JIIDda por la relaci6D de irMktenninaciOn.l~aD·el llombn d, 'rinuaJe:. (po.ibb). No le puedctl_n:Ptrar•.diniaatllente. Pero .t:.Jta eomUDicac·• • carp IUI& ~ratA tu~.p.te ·y ~~~to! ~ ooD~... ~ ~~ de la lÍIiIq'Ia ~,cqq¡9.::~r p&r~ .que naIl$D. • R, Fey-DItY;!I <:n:O un método patmte de ~pqon de Ja In!~~ de ~, ,,,,*.u!t.& ~ l. I~ !i$1 CUI)I)O. ~I ~ ~ di&~ Upa ~ .~ ~ , YI!fIC \~ ~ ... t 1it:DC 1UP,l" .. dispctti6n de \ID ek:eIf611 en d otro. Su. B*lDiuno Q el sipiplte: d ~r ~~, irr*i_~ IItI fpCón Yinua1, ~ ~ lo ~~ 'l. ~ eaemodo. las ~íe\J.!u entran ... aoci6n n:dproca.. Por ~t90 101

eDerP

_,a

.

ckctcone. ~ ,inlcrcambi!r t~lo dOl, '(1)10 tres y ,,!II II~ mayor defo!ODa. Pero cs!,?s prO(:esouoa .~ vezitlcnO¡¡.P!f!l'.I!P;!~· Durante,el tiempoAl c1Joy~lI !'CUIrn:,Ia.di!,U~ . ...~ ~ .

.

.~~

caso.1E "AcIAl., ~ ~ C(D ~JI1l5O dc!Jol{in cs'¡auall!

pul!ldc .r.~ ·polq~il.o S~)¡~a, . ~!~~.,A~ , ~ cort"UpOPd,e aI. ~.4e_q~, IQ$ \d~~ i!'UÓflllC de catra.D en.~ m:lpr~ ~~~~ I'!.~ 1 .~ _~ • , ,Abora, _~, . ".. ¡lI!~O~ r~. ,Ji9 19~5 ' ¡J. ~~ . ... YO> , ..... ó la DcI.~ "oo d' ~ " ~I 'ti ' "Udb"í1M!w,';t;; .)&pO . a\ll'~::_ ~, I . Pll"" ,1:111 ! • .c : q~ ,':7 ' . ~ ... ...' . ", ', ~.

,~!:nde .~~r::u,~,a}ft~AuCm):':::.IT.~~I~~I~~~. •

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PPl!

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q ., ~ .,',...."• •~ .•, ~~ ~ .,

los DudcoGCS, deben tener, obIiplOflllmaJl.C:- ,~; ~:. ~ •.¡"y>l rlldemM, lejos de le! pc;qud_,," Oc lau:,!!luI¡r;:iOllCl}.~ Y.~w~.~ta

resulta".aproltilnadalDl!Dte iJual .. 150 NeV. Tratemos de ihutrar c:sta tcÑs cua1italivilIDCIPtc,

a.poyUdonOl! en

la

RlEión

de

indetcrmioaC.iOo de la coer¡ía y el tiempo. Si la mua cid cuanto es ",.,¿ .. ISO MeV, fIIItonQl!:l, cuaDdo el nuclebo emite semejante ~r1kula virtual, la indeterminación en la cncrJIa 4E debe ser mayor que 150 NeV. Ello conduce a la limitaeitm en t;empo de la exi$lcncia lid

CWUlIO:

41

•

6,5 · IO- eV· . 4 10 - ~4 UO.IO'eV ::::. s. lI


Elte el el ticapo colloedido al UlUIIpOn-oor ac la inlcl'1K:(:iO!l nuclear. I~UJO e1I al (:UO ck qu~ ~ le mueva & b. ~eloddad ck la luz., la .diltlat:ia, a que al euanlo .puede a1ejane del ftUt;IcÓD, IW supera R < ena. Ea ellDlCsOa. l<. Su m&SIl es de 139 McV. De esk: !DOdo, dUTaI1Ie larso tiempo el nudeóo lIc: c:oncebia COCIIO cierta lIub!: titi!ante formada de mc:sooa 11 y pilla nuclcón aotmud..Ón que apandan y desaparecían. La inlenlcciÓfl fuerte le realiza intm:aIQbiaodo mesones 1[ virtuales a pequdlas dis-

"""".

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c:oJTeI'

del tic:rnpo 1", haces de panlculas en 1", acele-

PJ<;.. .. m.,or- ¿., 0-1« .........1 .Ittadoo. ~ M F . _ u•

.........

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rldons le w;o:lerabao hilllta enct¡l... cada YCI! m ayor... y los CJlperimc:ntadores pudiero n peaetrar oon la villa a profuodidadcs cada va mayo«:s en l. INteri.. lI.esullo que el mecanismo de la inleraocibn fUII: r1e es muy oomplic:ldo. El intercambio de mesones JI: es tan 1010 la primera apro~U\IICibn. a\lnque, por cieno, eom:da. en la dctcripcibn de Iu fuerz::q nuc\c:uCl. Los mesones 11" no son Ql3nt05 clem~tak.l del campo • _ janu. de lo. fotones en el dccuomapeti¡mo. A.I ilUll que los n\IC~ ellos CIItb cOllltitui· dot por UIIQ pardculu oompletalMnte Clpceialc:s:]o- quarb, y estos Il.ltimoll, . 1 enlrar en . cción reciproca. intercambian loI cuant o. del campo que llevan el nombre de , ' - s {de la paJabr. m&Jesa M¡lueM que IIpi&ca ~eoIa'"}. Ea etle p1rTafo hemos diJeutido mucha. euo:sUone:s dillcilca. Pero lo princ:;pal que K debe ealraft de mo es que cu.alquiu iateraocibn ao es si no un iDtercambiode partíeulu virtuales, micnuu q\lc el c:arkler limit.t.do del alcanoc de un tipo determinado de fuerzas IClltimoo.ia 'l"e \as partlculu que IransflUen la interaocibn poMlCI'I mua. M . COrtiER\I .a.OON DE LA CARGA BAJlONlCA

Coa el IÍl:mpo aumenla Cada \la m M el número de parúculllJ demmlales ooaocidu. Y para mayol OOIIIodidad de I U elallficaciol'l éslas le alirwl, aeaim difemltes ind:iciOl, CII ¡rupoll, Y a etllOI Jnlpos les invenlan nombra. Asi. por ejemplo. a l00u Iu parúrol ... q\1C toman parte en l. mtenc:cion fuerte K les denomina ~J. Los had,OfteS K tIIbdividczl el!. dOll clues grandes.. Los mU lipOl., oon \ID capln cuyo ... Ior sé upres. en nÍlmerOl enleros de 11, te denominan _ _ l . En. \u p41giruu de CIte libro ya JI.(M hcmo- eDCOIltndo rol! repremltaDlel de esta clase, 1011 metOnes 11". LoI hadroDeI pesados, euyo apln c:I semünlCflJlI, forman la cl. . de barl_ •. A bla pcrt~ Jo. nuelconell : el neulr 6n y el prot6n; los IlIItil'ludoones: el antinculrOa (6) 'J el antiprol6n (~), ..1 como om. PlnlClllas, por ejemplo, d hi perbn lambda (lo'). etc:.. Al iD_tipr 1011 procesos que se operan COIl las partku1u elementales, 1... lWoos llepron a la wllCluai 6 D de que en cualesquiera colisi0D5. detilltc¡.IUÍoues y, r.,.a:¡oncs de nacimiento liempre se eoMer\la l. .ituieDle rila¡nitud : el Ilillnero de banones menos el nlll'nero de antibafuín-cis.' Pór ~ejahj;t"o:ío; al dellhlC¡rUX; 'te lranl(orn'Il ' CD prot6n 'J miabn 11 ; durante la delUlte¡:tlCibn de un neulrOn libre lpanai~"obliploriatDcnle: UD prOl6 n, 'J el IDCSOO .0 aoelnadD haJu ar.ndll!f _r¡iu....puede m¡endrar taD . 610 el par nucleo n

~=uc::~::n~ .:;~:.os~:.~~t, ~i ::~'::.~ m~ pII n lculu. o. la ca,. tota l, para todas las crUwolnacioMs ro

conocidas, pennanc:cerá constante : en la na~lIraJe~ le cumpl,e l~ Jf Y de w nsc:rvaci6n de:: la carp barióni!:a. Desde lueao que el letnUno ~Cllr&a" empleado con arre&lo a 1011 bariones PO eS deUodo 'iroertádo : ~ConYiene subrayar que, a:ij;fere~.'de:1iI arta C!~1~1¡¡ .~ri9nica noerea campo eléctrico. su alrededor,Y.no.sim ~. r~l.e, w.~ .~ -,., quier acdÓft de gran ak:ance.. Aquella limpk:menk se collStr,va .. (LB. OtilO). ¿Con que precisiÓD; K"eumplc' cst¡¡ley>y cxis,tcn o no procesos muy ,raros, en que esta le ilÚrin,ia1 , M

Es~:~&Ijn,tal

b,,*ron g~ c.m cxpe'ii.~fádO;m: ·VolviCrifp i~

ojos hac;:ii'el protóD. ~ .cl _#a~$Ji~ro ,?¡;"(r~ ¡óí liinOOis,'j ellel ~ ID'D . ños. El interbl hacia el problep"La de la estabilidad del protón cobró nueva rllCfU m reJacion con lQs intcotos de la -gran unificación- de las interacciones e1ectromagnwcas, débiles y ruertes.. En las nuevas tcoriu fe resolvil:l"OlI lo. prooe.«lS que ~rlan llevar Il la dcsintearadólI del protón con c p = 10" ... 10' años. A.ctualll>C!nle, vario!l grupol de experimentadores anunciaroll su desintegración del proIón. propósito de mlentar descubrir Aparecieron también las primeru indicacioDe$ sobre la posible e.uslcncia de la misma.

la

u.

¿po. Qut SON OUlLIS!

Los ptOOC:$Ol na. rioptdot enue 10f, c:oooc:ido& cD el murtdo le desanollan por iml*to dCI .. iolcracc:lba [",,1, por c;cmplo. los de
rIICSOn"'"

lipot.

1) Uno de 10& IlCUtrOIXS en el niKleo le ualllfom'l.llll1l prot6n y $O! maile un dec:troo Idcsinle¡ración 11 - ); n-p + e -. (26) Ea C'\Iide!Ile que durante csta desintqraciÓIIla cDna» en reposo

dtl'ñitCt'éo precursof E", debe l uperar la -t¡ia en RJICI'O del nc.cleo

hijo - (d~ndleñtc)' E h m'" que en 111.,0;' _ o,SlI MeV . ~ Y.-;'~o. bÍbládÓ sobre 1& mis simple de Iu daintepon«l' -. ~rc la dCl ~lrón libR. , 1enumerar las propicdaGa delllC"lluOn en el ~Pí!uJo lII!Crior. (ED a le Q$O,Ia _ra» q...e u desprende .E", ,- Eh ,.: ., ,3 M~V H in\lie"~ en !a formación dc=1 electrón 'J la ellt;rp a"n~ia de los producto. dc= Ja: rcaoc!bn.) 2) El prOlÓrl que forma paMe d~ lIi composleión del nc.clco se

"

desc:ompooe en \ID nC\luón y un pcxiuon (daJntqncion 11'); p-n.e· .

(2!)

J) Finalmclllc, el nocleo, a 'ir:a:s, Clpt. el nW prlWmo de · loS, dcctToncs . tOntioDl: (Clpt ura rlec:trbniCI) tra.rofmándose en otro. oilcleo roa UD. carp meiIor en una unidad : ,

.

p.r - -o ; t:n

elte u,o l. panícula

P DO .fe- ilndla.

•

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1.L ENIGMAS DE LA ·DESINJ'II:GUClON" ~ "

:. ", ",-.,.)

,.j}. _'

La i.nveaílpclÓft de la dc:Sin'&IP"ac:i~ P;"Pi'#~~~Ia~W IlIIl.e 101 fisiCOl una dc pr'OblCUlaI dilkiles. En primer 1Jam-, colUutula un enigma el e:spoctro roatinuo de cne:rPI dc los doo;u_ cmitidOl (fia. 9). En doo;1o, a l núcleo hijo (dc:socndimte), durantr la dniDlcsraciiln, conapondr una parte insi~rlClJltr de ener¡ia. Prictk:amen tc. loda la difelucia Epr- E. - lile se consume p.... la creacion de la -ef'&ia eiMtia. del e(e.ctr6cl, y ella ma¡;nitud e:s QOnIUAte. AbOfa bim, en el experimento te oblenaha el cuadro RprClCl'ltadO en la (11- 9. Se ina4iaban doetfODel de aI&laQuienl cocrp.l ha¡tacirruenerp limite E ... ::t:E,.-E.-lItr. Durante la dQinle¡raciÓD 11 no 10Dia Iqar nada pllRCido; IllIíuI volando plfÚculu 11 de una o varias energiaa deter~adas. Por ClI. causa. te supuso que Ja eulpi la IIcru: el ~l.Dtia] : !ti pif1ÍCU1u P pierden S\I cncr¡la cuando all1lviel&tl el material. A ralz de eUo el espectro de rayas ¡nidal fe e11lurbia. Con el fin de comprobar esll bipótesis Yarios Irupol de c.perimen ladOfe5 realiutoD Jos lJamlldOl experimentos Cllorim~ric .... EaIOl se llevaban" cabo de la ,iguicnte maneta: el preparado radiactivo se colocaba en un c:alQrhlletro de paredes lruesu, de manera que \as particulu 11 H abioibi_n por completo en cUal. Diebo procadetdio la posibJlklad de modir la ener¡ja despren. dida eR UD tiempo determinado. Una 'Vez eollOcida la actividad dd InllMonl;'1 y, COD ello, el numero t01a1 de del;uoocs cmitidoa., se

.cric:

.

, 7J

'00

1000

UOG t.N

cak\l.ló la ener!!i", correspondiente alioli. pateic!lla ¡J. Los uperimentadores apeaban que tsta resllltase prbliDUI a En ... pet<.l IIna trq otra va obleniaD \IlI valor dos vec:es meoor, aprolimadamente, en c:orrapondcncia con el especlro re~lado en la filo 9. TI~t»éa uiltla otro eniBma de la de$in!e¡racióo ti. Consisria en que en etle proc::c$O no lO!: CIlfrIpI".. la ley de COtlSCrvaciiln del momenlO de impulso, El ellculo de los upitICI de loa nfaelooa pr~ e hijo, .,¡ como del electrón p;;apado pouÍl. de relieve el ~d~flCir del momcfllo~, &ote d~JCit conllitWa como minimo -1/2', Aprol imadamente por ese Cll10nccs Nicb Boohr pronW!db IU frase célebre: ~C.bc espmu de la dcsintclP"lCibn p !!.IlCVU sorpresu~, YaI esle preciso molDe!!.IO WolfJlllI Pluli eneontro una brillante salida • la lilu.ao:.ibn creada que propon:ioob lnIkjo a loa experilnenUld_ p8.r1 mucho. años en adelante, 1.3. HACE SU APAIIJOÓN EN ESCENA.

EL NEt.rn.fNO

El 11 de ocIubnde 1911, en Bnuclas, se inaUlurb el VII COII¡rao de Salv. y. EllOS mcue:otros ÍDlemac::ioDab de dealmeos ckxticado. al estudio de la e:tIOJClura de la maleri. Icm.n IU QOIJ\ienzo en d do 1911 , Ell .queD. ¿poca, el inseniero invCIIlor bella Emalo Solvay que lwlbia inventado un mttodo bar.tode obtcocibn de la sosa, el cual le ilatlla proporciOnado ¡nades riquezas, por primen. vez .,í¡nO loa recunos ncocsar1ol par. la celebración de _jallle eDalCfllro. La rel.aÓDde 101 ¡.nici¡.nles en el VII Congreso, al ilual que de 101 anlcriOlU, ca una 'vetd-.dera Mtslclar", Aqui "aurabao tanto 10& 1l5iCOl de la vicja gmeracióo : Maria Curie, Ernesto Rutbe:rford., Nieb &ohr, como eicnllrlOOS mis j6vcneI pero ya cilcbrcs por IiUI descubrimienlOl: J, Chadwick, p , Dirac, E. Fermi, W. hu!i, T. mbim estaban pI"CSGIlet 10:1 M.poIOt trell~ y Federico JoIiOl-OJric. &101 últimos cspen.ban I U lumo para infonnar sobrc fUI D\ICVOS trabajos ea el campo de la rlaK:a Dueleu, En aquel entooc:es. muehOl, se puede decir,cui lOdoa,u<:epto Bohr y Pauli, ponlan la l.bor de éstot ·en tela dejliidG' ~oal cah9« muy poco tiempo (1&11 ~o u_ tres 1IleIICS) ,el malrimouio ~JojiQC.curie tol'p"mdíó .1 mundo con el deseubrimimto de la radÍICli\'idad .tC.iftciaJ• ., ·;El ConllCSO: hiw el 'baJa_ de ml.lChu c:onquiltu de la füica Ilude&(, Eutre e~ fitun.ban el modelo lKutrono-protboico del nÍfdCO, el ~brimK:nlo del positrÓII' en los ra)'Ol CÓlmicoJ y los trabajpíoon el ¡tbtopo pesado de hidr6geoo, el deuteri o, cuyo mjcl~o cion.Jti de un' nculrb:n y un prolóll.. Fuocionabll 000 ICluridad el

uta

ciclouon, DuevO acelerador de paro,""",s dc:lDmt&la pesadu.ProcásameDte CA los trab;,.jos de CIte Consrao rue rqis.tn.da la hip6tqi. de PIouli lObre la cx.istcncia de UDa n~a partkula «m propiedades uombrosu. Por pr:imera ~ la enuncio ITa: afios antes, en dic::icmbtc de 1930, en UDa c;:atU diri¡idla 111 conferencia de fllic:on cdebrada en la Univenidad de TubinIL Es.. c:art.a. que ocupó ~ IllPr m la hiltoria, COlllCDZlba y termiDaba In! l"onnI de twoma: "Qucri!io&. .moru y $dora ~~UVQf.. Les ruc¡o ~ .COII "akOOba en éi 1II0lnClltO mia eómocSo para ~, ál _~~q1lC ka cuuqo ata carta. &te leS informar. quit7ó 'he ~Iraao' uo ClIcclmlc medio pul salvar la ley dc ta eonse:rncjoA.dc la cncrPá y otolcncruaa es.. dUti~ _rtada .. . fllc modio ..-.ilCa en la pcniblc. nistencia de particulat elldric:aMIe ~neuítU! ..ciu~¡ ;oY a 1!aDWncultonca. (<:;&be recordar que la p&ttk:uIa a la euallc quodo lijado CSCe OOlllbn IQedcteubiert. alcabode doIa!os.. NOfa4d AlIlor.) ..• El auieter CDDliallO del espectro beta Ilcptl a lCt ..om¡:nmible si. se IUpoM que dw-ante l. desilltqp"xion bcu COl! c:ada dc:cuOo se aIlite cscc neutt6n, oon JI partku!aridad de q ue ta _ de I1 cncrr;ia del ncuubn y del eloc:tron es (;(IlI$Iantc ... Decste mod.n,qtICrido puebk) rad~;vo, cuminca y jllZpCft. Por dcs¡n.ci .. DO puedo prCICDtannc en Tubinp pr.rsoDdmentc pues mi prcscneia I'lui CI indi'pcDllblc con roocivo del baile que tcndri.lu.¡ar en Zuridr. en la noche del 6 al 7 de d~brc. Su 1CpU0 terVidor W. I'auli~ . Como bcmoa ~to, PauJi COIIjelUJO que durante la deaiDlq:neio.. beta le emite una partlellia J'O'«IdOf. de ah. capac:id.ad de pmct...aoo y mb iDalrapable que el cuanto ¡IJDRII. & Ia partleulll no la pueden rdaler tal paredesdcl c:alorlmctro y ...... te 11eY. consigo parte de lII.encrllia.del impulso y del momento dc impubo. Pronto, el t~nnhlo ncultOn fue . .. tiluido por d de aeutriDO. La paJ.a.bra "lIcutriPO~ (en italUono, es el diminlltivo de llCUu6n y s.ipifiat. "'DeulrÓD pcqucllo, pcqueh partlcula IlCUlra;Cfluo ea _ _ de 10$ IisiODl de la mano de Enriqllc Fenni. Al principio. blc la empleaba en COftvtrsacinoes no nf",ialcs, mis tardo. ell 1\13 1, lo hizo du.nmte i1I conferencia de RlIII\a dcdigufll • la.fltica y desde am CSle ta-mino se dHundio por doquier. La nucva partk:ul. coIDCrIZ6 a dcsian-nc OOn el limbolo .... Para el momento del Congcso de Salvay el lICulrino se aflatl%O COI! buWltc ctI la concieneb. de 101 flsicos. & tOl dieron crédito. la existencia de UDI p&lÚC\Il.I que canó. d.. ~II elktric.t., ten .. una masa muy pcquclia y. en lenc", ~ p;t.11:Cia como .; hubien lido creaela por la nalurale:za especialmente pa... esqllivar • los c:xpcrime.ntadorcs. Era necesario e.!Cribir IInl vez mU lu «Ullc10ncs

rtrtneU.

"

de b. damtclBCión beta (26). (27) Y (28). ¡ftuoduciendo en n_p+e- +0 desin~n jI - , p - n + f·

+" desinte,rac:ibn P' ,

P+f

+"

- _

n

eap(uflI decuomc. .

en. ": (29)

'JO! {J I'

La ratiRcacion dermitiva de la lI~a pI"ku¡" _ en el do 1934, al apanw::crelaníc:u/o de Enrique Fermi sobre la ckliuktp'lCión

....

7..4. noRIA DE fERMI

En d anlelokl meneionado, Fermi. bubdOlC CD la hipócesis de Pallli, dcu.rrollb lUla teoria euantitaliva detallac!a de la c1c:ain1o¡raciÓll belL &w tcolia rile estr\ll;tlJl"lda pnr analngia con la elceuodinllnieL Mi. por ejemplo, Fcnni IlIpIISO que d d!:d:rÓll y d ncutrino IIIOCn CD d _ t o de Iksiukgadón m v.n mimIo punto, a l i,ual qlle los C\WIlot 8IJru1II irndiadol: pnr lo. nlK:lcoL Para ¡" intcnocióo debil el cieatilico iDlrodlljo la COCIIIIta.ole G '1_ ~ftabl el IDlsmo papel que la carp dcmcntal r en lo. ~

doelrOftllJllécklOl: y, apoyáodoK en dato. uperimentalea, ealculó au .... Ior. La leona de Frnni pcnniti6 calcular la romaa de loe; Clp«:Iro. P y relacional la eceralalimile de desinlcJ1lCiól'l oon el liempo de vida del núcleo radiad; Yo. En esta lcona el ncutrino poeela una Ql r... y IUI momento ma¡n~lico ¡111m a cero, una m ... en rcpoao, también

igual a oero (o bien. mllcho melIor que l. mua del electrón). y IIn el pin 1/24. En Jot; . b SlIcesiyOI procuraron moOirteac esta teoría, co mplelDC1ltar '1 hI.oerl. mü compk.i- pllOtlo que par«ia 'lile eTl dcmu.iado "ociB. '1 no dccribla Ioclof; lot d . 1Of aperimmtala. Pub !.In lapso bhWItc larJO ~ de qllt: 101 Ibico." eorncnciuao de 'lile lodu ettN adic:i_ se buab.ul ea upuimc:ntos err6neot, mierllru 'lile .. cantillO a.di\>Úl.llOo "COl"I tanta oe:nai por Fen:ui en pl'ccUa_le el corra:IO, .. [;á_leona' de \Firmi DO' dice nadalCCna del mec:&Dismo de iaténk:iy:a!:'ioCfta de-lOi alaPIOI dd'c:aiilpo d6:bi1, considcraodo que ,d ~neulrino(y el eiocuón naotII en el punto m 'lile le enc:umtnl él .Düdc'6n.'oe' Clle-rnoClo, b" és 11 pnm.. .proJ.im.Q6n ~Ie lurlCilnle1' ,pU'~I" eüCu¡Ó de JOj'" próc:dos coD ' cnc:rJiu ' rda" tinmco1c pcquéüt:-. "la; dCsiil'~n bet.! "Pero el tiempo irín'icüi-il.,.,.'1 ti drbdo de rea:Ó;iones conocidu ni DI alaIcs Pal1iei¡:i&t:ia'D'lntci-"i"ó n dMli):se::.-mpliabl ".,.u.lalinamcnle. AI\, por , jCüjplo,' reluhó' qUe "prcciuincñte' cilt., Interacción condic:ionaba l.

"

desintc¡raeibndc 105 mesones)1 1- Y Il t , de lat partieulal ex.tnl'w~ ete. El afln de ir adelante y fonnllw la teorta cu/iontica. chocó al priiX:lpio 00II grandes
IlIOn. única de ;nletaccioñet dhbiJes y eléclr~.

,

7.J. INRlQUE n:.JlMI

,-

,

'.'

El nom!".e ·dc·Nritoa .enll. rodeado, de ·léyclldu: La~mb ramos;. CIItre é$t:U' Mi refiice .a ta, " má'ftzaDa" qu¡' " C;e.y& "del /iofbc:lI" Y/~": puC:Slamcritc,"íirvió de impulso 'al dc:Icutiriiniento" dC la1-Icy:-,jt la¡tl1YitaciÓD universal 'EJia' kycli"da la ;ep,ti6" tOC:Io l'-él ) ti,Undii óOli1I:iwIMo Por Volia'trc 'i temiiiiaodo po¡'IOialCiCs'~;dC Mark ', Twain. T.mbib ciistc:íÍ ' Jcyeñ.ru ÚtCOOS"" CifiiñiiidU. 'pií,} ejemplo, III! consider. que 1a.s ;nvestipcione! \experimmtaJes de Newton empcuron ya en la escv.da, cuando' n para mcdlr la fllOna del viento. saltaba cn direocilm del viento 'J en contra de este, comparando despub 1u distancias salvadas, La ~técnic&~ de la realización de este experimento hace recordar, en gran medida. otro cuo ocurrido en la quinta dllcada de nuestro $iglo. El upcrimcnlo fue realiudo debido a aJ80 mucbo milos serio (y penoso para I.a bu.rnanidad): III! InUaba de l. explosión atóltlKa. El 16 de jlllio de 1945, CtI el sur del !:liado de Nuevo Mé:lico, cic:ntif"K:OS y militares norteamericanos llevaron a cabo la primera uplo$ioo de llna bomba atómio.:a. Lo. obscrvad~es quedaron d0::5IUlIlbntdol por la fulguncibn de la IUI.,y al cabo de 30 ilCgundOS h.uta donde III! encontraban llegó la onda de choque aa-ea y un "bramido II\Onslruoso~. SMo una persona no oyó el sonido de La explosión : era Enriqlle Fenni. Laum Fefllli cxribió en memorias: "Toda su llCJIeión estaN. centrada en arrojar pe
s.u,

"

el mundo; el etpDci.alilta ea la teorta cvbtic& del campo al rato le convenla ea experilDtDlador qu.e invcstipba la in.kraa:i6n de loa

nculrODeseonla sustancia, elC. 1':al VI:I!, el que mejoT ellCribicra a(:Crea de '11 rnae!ltro fue Bruno POOlecCJ"O. CoDCluiremos el relat o IObrc Fermi citando Wl frqmc:nto del &I11c:u1o de Poatecorvo: "Fcrml l icmpre encon.tn.ba el e:nfoq\IC mia t1mp&e pau la IIOluciOn de tu latCU pdcticas mia eomplicadu. Y en lo que respeda a las inveatigaáODCl de eatkter fundarnenul. len granOcs probletnu elegi-

dos por Fcnni siempre devCDiaD MrKilloI, aunque o"a IleDCmc~ claro eln, aólo se revelaba 6espu~ de que él los ruolyla brillantemenle. La upiradbn • l. aenciUez era UDO de los ru¡OS mas ea· recterlstiOO5 de IU penooalidad. En una oasUm. ócspués de UD :ocminario ea el que intervinieron Icóriclol ..• Fcrmi dijo dirigiéndose

• Scsre que le amtia complctammte deprimido poc 111

iDcap.:idld

de oomprender de qu~ le trall ,ba 'J u n 5010 la ú1illna fruc : ~En ello. pm:isammte, ronlliste la teoría fcnniana de la desintcgrw;i6n beu.ff, le «Insolo halla cieno ptlnlO ff ,

...... u LOS DETECTORES Y FL NEU11UNO

ea ...... ' MATERIALES

CENTELUANTES '

NEI:riRrNo

y DESWUIMIENTO' DEL

-" ...

''?''~f.l' ;¡ ·~'c

1.1. ,OOMO REGISTRAR EL NEUTRlNot,

'T'

.,

. 'r .'~ En 5ujuvenlud Pauli tenla pan amiluui con .,laslrÓDOtDO Wil~

Biadc.. Algún tiempo, incluso, viviuoD en Una mUma casa. Y IIIl11 tarde, Pauli, muy emociOl)oa.do enlro en casa de ' u IIrnigo eon las uguicntel palabras: ~He becbo hoy una tma horrible. Un fiaico I~orico nunca debe bacer nada lelMjante.. Heaupuelloalgo que jamb Itra posible comprobar CllperitDtfltalmcnte Como habril adivinado el lector, se tratab& del neutrino_ A Baadc se II! ocurri6 en cJ acto que podía propol'lotr 11 Paoli lIJIa apuesta absol llllllllnlte segura por una botell. de ehampdl•• Se pu.so .. aflJ1llM que el ncutrino seria registrado en vida de eltos. Su apuesta en. segura pon:¡lIe si el MUlrmo se regisuaba despué!! de la rnw:ne
,

°

~rlÍa

y el impulso.

Uno de 10$ primo:ros en r"liur Citos up:rimmtos fue el flSico $OviCtico A. I. Lcipunski en 1936. Dichol uperimc:ntOlO reveslian

c:aracter cualitativo. Más tarde, A l. Alijánov y Al. Alijaniin propusieron ro:.alizar el .iguiente elpcrim~IO. Dulllnle la Q ptUTa clectronic:a del nUelen 79

'

ClalpIIll.lllblo IIDI panicv1a. el nculrino. El natura l que en este cuo el núcleo uperimcnta I.In retrOClClO, moribdOlC en dirco;ión opuesta ,la del vuelo de eltt part\culL Todo. los neutriDos tienen la misma -&ia. como asimismo ]0. IIUcI_ de retTOClllaG. &cOi pucdlCfl $C. regiuradoa 'J la ma¡il, medid ... Los fltiCOl IOYikKloti DO lograron pooer ea prklica los experimento. ea ~tibD; la luetnI 10 impidió. Ea 1942, el Dortcamcric:ano AIlea te '1.lió de una idea anüop. nallando el apnlroenlO 000 el ¡,btopo berilio-7. El getll;Ú«! obtuvo la dlslribuelbn _rsttica de 101; n(¡d_ CII plena eonapoadeacil COII los pron6ltioo. del dlculo. Muchos npcrilmlltadora 1OmClier0l1 Uombib • (:OIIIprobeción la teoña de Fnmi en que all1eUtrillo perteoecia el papel fulldarncnlal. Pero lodo ello no era siDO tatirnonlos iodin:clOL AH '! lodo. el "'lIeutrinow podil .ún lIer zne:ratneIIlC 1111. juqo de paJabru tOmado QIIC encubria la infracción de 1.. leyes de I;:QlIHrndón C'II la mletaccibo debiL Una delllOAneibn 1I0i wOCl pootIa leT dada por un experimento en que al. pa.rikula ruc ... tqistnd.ll tejos del punto de su nacimiento. El hocbode bailar en otro punlo la cnerJia que ('alt,ba es ¡Keci!&Dlentc lo que dcrnotlrltla la maten.Udad 'J la realidad fiJÍca de l. particl.dl que la IrLnlpon L Poner en práctica UII aperimcnto de CSle tipo rcpu::senllba una COSI eJOtraordinari&mentc dificil, por cuanto la teoría llipoma que el neutrino canoe de todo : earfICC d, mua, d, carp, de momento magnttico. Esta pt.M\alla no " eapu Ik ionizar ni d, excitar 101 itomos. mientras que 101 ddoctOfe!l de panlc:ulaJ elementales son

M:nsiblel p«lCisameTlte a 1011

pt"oc:eSOII

,lcclroma¡ntlleot. O aro,

!le

quedaban dugios d e la Illuiente IDdole: l y si el nelllrino tiene una carga minúscula. mueno menor que II del electrón? (Nadie ~bl c:rCdito a esta suposición puesto qllc lodo ,1 mllndo .. rel. en la ley de OOMenración de 1.. al rp .) O bien, el I\oelltnno tiene Iln momento magnetice, pero I.mbi~n muy pequefto (en esto era mis rkil .:roer). y si no hay ni '0 Iloo ni lo ot ro, enlonnes el neulnno es un rC"pl"CSCntlnte Mpuro~ de la. ruena dHlile:t, nn propiedadn electromagn~ica • • lplRu . Eslt panJcula puede revelar su prcscnc:ia .ólnen el t:atQde trañaknr, por med io d' la intera«lón debil, pane de '.Il cer~ I panic:ulas· CI.!)&dU, 7 t.t.. 7' podrln rc¡islr1lOC. Lo ilDicó1 (¡úe qti~ cta IIlUat' un procetO ade..uaGo. Y fa en 1!1J.4:p.,. 'dcK\lbrir la pr_oN del nClltrino, M: propuso en que bite eRtn. en inter.ocibo Con el hidro;eno realizar la (coh~ ,!OS PrOloi1a) 'i' éñrendn. 110 MlllrOo Y \UI posilrOn :

ram.

(J2)

Por mudJu c:ara<:leristieas, estl ramón tenl. &110 Itrflc:rivo,

En primer termino, tenia que desarrolla~ obliptoria~nte (hecho que no se COIlOÓll de antemana pana otra¡ muebol procesos el neutrino).•De.acuerdo, ~n "los pr:i'néipi9s !iíia;)¡¡: ,eriera{e$.f,l el! r p()libleel pr~(29), o ~ la desill;te&f8cióa del pe!1trÓD t;f! Pfot~P., " dcc¡trbn .y I).t:I1trino, m lonoes, indispensablemte, eKiste 1am6ién la 'reaa:iÓD invena (32). , . En segundo tumino, la teoría de Fenni presa¡iaba que en el flujo de neutrinos de pequei\as cner¡laa, digamos., imldiildos Clurante ' la ~desiDtegrtlción P de los nÍldcos;! 'l á- probal)i!idad ~cIe'-e.le JM".oc:eso es mucho mayor que la de' cualquier otro. ~ •. , En ~ra:.r termino, la ~ dol pa'~!suJa1 ~. !I(~.I:l"~)~?'.C!:,~u~i
.• ron

81

:

ITao n(¡mero de otro. prOl.>C~ Se ha requerido el Irabajo de muchos . Aos parllprender I destlcar los aroolocimicnlOS rdac::iooadOl con el ncutrioo de: entre los dc fondo. buindose en .... ¡.niculandades cspecifica. de lo. primeros. Por eIll razón 'ilar el conocimiento de lIS filen te, del fondo en los experimentos con el neulnno. Empcocmos por orden. 1.1. RiACTORf.S NIJCLEAJI:ES

COMO FUENTES DE NELmUNOS

10I primeros Inlento. de reptr.u d neu\.riftO .,. realizabu con lyuda d, fllentc:s-de radiadividad na!!....... Se /miaron a albo IlIla gran eantid.d de npctimcntol. Con I'reeueneia, en álOl se Iltíliuban actividades monnn (1 eKlla de aquella qx.c.). En 19305, Nlmiu lratb de delCrminar el número de iOl)C$ q\ic: el oeutrino enllend ra en el .ire. (¿Y .i la pl.ltieuta tiene momento IDIgnkico1) Trabljb con una fun te que oonlema 5 11 de radio, y el n(¡mero de ncutrinOl irradiados por ~II en todas la. ditca:.ioncs era, aproximadamente, de 10" paniculu por qundo. Namias 00 duc!.obrib la ionil.lCibn. Del npenmcnto se dcducia que el recorrido de l. partícula halta la intcnr.cciba con loa itolDOS del lire Jllperaba el millbn de kilomctror y, por consisuimlc, IU potjble mol'l'ltnto magnético a'I mucho.s brdencl menor que el del electroo. E12dc: diciembre de 1942, bajo la dire«ibn de Fcnni, m EE.UU~ fue pIICIto en funcionamiento el priJQCf rtlt;tor nuclcac. En la UniO!l Soviética el rCllctor cornC!1%Ó 'a trabajar el 2' de dieiernbre de 1946. I...CIIlrabajos 101 encabezb Ilor Vuílicvidl KlIlchitov. Pan la Ibies. yla tbmic:a llegb UnI nueva era. lo que, por supuesto, IIall6 también

al noeutrino.

En t'! reactor, despues de I1 captura del neutrÓII. t'1 ni/deo dt' uranio-23S (o de plutonio-239) rDiona ton dos fraamentOl. Loa ·fra¡. menloa formados, al prilX:ipio. tmiten nelltronca y, luego, eu.a.otQS pmma. o:on la panieularid.cJ dt' que este.- prOOCIOIIlt dCSllrrollan en UJÍ' Iit'!nP.o: m lly. bteYe. ·Squidamtllte., lkp t'I. tlltllO d t' 111 disinle-

¡srRc!~acs .~.~

.

•

" ' Eij' /I;11iim'O.' mrdio, cada lino de

loa fraJ.IDCnlOt upcrimenll la ·&.in~ÓII p,trcs v~ y, pi:ir 'tonsi,uimte, d!lflJ'lte UI1l fISión lC .iriid~ tei·; · rieulMós.o\fSu. ' ericr¡ias ~. ulÍt'lliSt'n dt'!de O huta

>lo ~V,;~ el ';(jincito ru.livÓ de)ank:ulll con -r¡ia .,ande n

i"muy'Jpeqpcllo."Si la 'potef)l;i:' dGJlitactOf e. de 1 000 MW (lo qllt', J(~1a ~temporlln"ea: no ti un búmeto muy e"'vadO), 11 apacio a!Wndame., caa. "¡gu ndo, se: c:miten N _ 2 · 10'· MUlrinos. Esta i\idÍl¿¡On~- Plra la l:IÍIIl'soo absOlutlmente transparentcs w paredes,

"

la pr<)teC(:jbn , lal plll.nehaa de honuilbn y huta d propio ¡lobo tl=rrl quco, I.rra!.u-a consi¡o cerca ~ SO MW de potencia: de modo que I.quill. cxprel.i ólldc Malen tl.r la (:Il!e~ puede '1,I$tiiuinc: o;on plena ruOn por Olla. IDU rll(:ne: 'Mo:.l nllU el UnivetfOM. Sobre un ·o:ktoI:toc dispueslo 1. la dislancill R. _ 10 ..• U . m de la zona aa.iva del raeto. incide UD hu. de Mulrinos coo _ ·.0" partiC\lla.s 1. lrav. de I cm! por lquDdo ol. El muy diflC:ll litul.' ef dct«tOr 1. una d isuncia mU CCJl:aDI. debido a la ncQCSidad de proteprx contra otros lipoa de radiación del reactor. Loa fi lÍClOt obturienm 1m potente 1IIInIn~ de neutrinos. LoJí~ ahora impona llt. eran lot dd;l1!;IOfI:S. f.stoa: iban dCsanol1áDdólc' inioterrwnpidameote,y 1*1. detoc:u. los neUtriao. v.1e CIlMWOD'IOS." mas d iveraol lipcM de mstnunenlOllw1a '11M: qi..d6 dUOquc'·el'bi!O" se debe apc::rar del método de. otD tltOeo. U. UN POCO DE HISTORIA En una habitación OkUra le enc:uantta un hombre. Se ioclia.ó

~bre 1m pcquci\o aparalO observando a travf:s de una lupa las fuJ.luracioncl de la luz en UDa pantalla de wlfuro de ci nc. De esta manera euenla las Plnleulas alfa prooedent.el de un prepaJ"ldo radiactivo dispul!lto a nriol rnmme1rol de la pantalla. La lut origi· nada por una pattleul a es tan dl=bil que d invcstipdor ticm: que pctllUlnCOCr durante hOH$ en la olCUridad pIIf'I. '11M: los ojos se aoostumbren 1. d iltinprla bit1l. .. Ésle rue el primero de 101 detectoret de paniculll demcnlalQ que lleva el oombre de eSpln tlrlscopio de C rookes. Precis,uncntc con ayuda de este Instrumento fue d«eubierto el nix:leo alórn>CO. aaro es lk que dicho lnalrumcn to se ..... l. sOlo para conlU acontecimientos .. ros, dos por iCgundo, como mhimo. T ampoco era posible efoc:tuar observaciones du.r8nle un Ia~ IIt.ltan te prolonlad O. Ruthcrford record.b. que no era capaz de a,uantar más de den minulos, al C<\bo de !:Ile tiempo los ojos le cornena."'n • la¡pimcar debido a la len$ion por lo que tenia que descanJ.l1. Como campeón del laboratorio en !:Ita cluc de dePorte le colllidcrabll Oc:i¡cr. P«o tatc despn:ci ó SUli laurcles de campeón e invcoto el lubo de de,"". en 101 pses, el contador de Oc:iJCr, que por WI lar¡o pulodo desplazO en el uso

dio~

~ lo •

.. Aq "; tnld cn ~ la ley do d.isminuci6n QOn d 1;U&dIldo ele la Por CUl.tlIO loo . ..., ..... 110 _ re\cnidos por amJ"" obstiaola . ... de j c... • por "JIIMO es

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N 2· 10'· .----- lIO". " R' - -.R -ll SIlO)'

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pra.cl;eo el mao6o de rullutao;ione. denominado llIéIodo de CC1Itelko. En 1944, CUrftll 'J Baker ~ptaroo par1I eonu,r los «ntc:11eos UII ;mllumento elOCttOrUco llamado fOlomultiptkador que registraba los ~tellos hIlNIIQ&Oa. En companoci6a «m el horntn:. el lotomu]tipli~r poKia w:n.ta;.s ¡lIdudabl.e&: rapidez. fi.bilidad Y mayor ¡et)libilidad. La luz provatim le de amo pll'l;';lII. le transform.ba en imPlllso clbctrico 'l. 5CguidalTlCllle, uno. aparatos electrónicos espco;ialc:. conl.bf,n estOl impulsol. Detde este momento. el melado di: centelleo;¡ rCftabkcido comenzó IU marcha triunfal en la fisica nuclar y l. lisia de las partlculas elementales. En 1947. K.llman sUltiluyó la p;inu.lla de sulfuro de ~¡tK por Un ~rislal de naftaleno, tr.nl pal'cnte pan. IU propia r.diadbn. Ahora la luz partia no de la . upeñlCie. sino de todo;¡ el volumen del crista l. Se o;¡frcx;íó la polibilidad dc registrar no sbkl \.as plu'\bJlas alfa dc rK~mido eorlo, sino también \.as radiaciol'lCs beta '1 gamma. Por c~rlo. CIta (¡!tima se . bsorbi. mal en el nanaleno, por ~uanlo ata SUSIr.ncia tiene el valor de Z demasiado pequeño (para el c:arbono Z .. 6). Sin embf,llo, 10$ nuevlll deseubrimiento.s no se hicieroa esperar, y ya ca 1948, Ho&tlIdler puso cn claro que el ~1i5ta1 de yadurosOdico Nal (eon Z efllctivo i¡ual. ~ coa pc.queiIaJ impllRU$ de u.lio ca un mapUlieo ma\.trial o;cn\eUeante para b r~ÓD pmma '1 da una fuJ8\1raciÓD lumin05ll mllY inlellSL En un pluo breve 5C el.borlron mucbol tipos de mauria\el centelleantes. Or¡' niCQS: cristales; líquidos. materias plÑIic:u.. lnor~ : crislales. Aparccieron dc;tcetores espco;ialcl de ntullanea. El método de centelleo encontrb una cantidMI muy .... rilcl. de aplicaci()OCS. Actualmente, te emplc.a en scolosla, medicina, aancllltul., ctc. 1.4. COMO SE TJlAf'oOSFORMA EN I.UZo LA ENERCIA DE LAS PAR:I1CULAS

YI a eonocido el cuadro del paso de unl pat1klll.l car¡ada a u .... es de l. IlIIlancia: tsla deja en 1" hudl,: ' tomos ioniudol '1 lW:iladOl. DlltaJltc IU u~ic:ión uutado f~w 101 i.lo~ e~it~4qa pued~, jr~iar CIlItItot, '1 kn ioniudot.. ~pe..- da:tr~ (~~) ~, iP,aI~lc.,.i~~. De c:.tc 'I!IOdo, llDa p&nc.-~ •.1& enet~ perdida por l. particu\& le trlJllfOrml en hlZ. Pu. el material cenu:lléanlc ca "¡'mportlllle que éSta parte su lo IUrlCimtell'Otllte \VUCli y q'Úe Ia·luz nOK-.btorba en la 11H~!lino ~ Nlp fuerl de: 111, ' i¡ní'ltií, tayCildo ' d.. -el! ·fóiomu.1lipl¡Clldor.~ LOt iprOCClQl de Irlnsfor~ión de la entrJia de la ¡,artiCula en 11Ii. Ii: diícrcnclan c:Onsldei~blemenle para 101 " J!l.lI,leriaae" · centelleante. o rpnicos e inorgi.niCOll. Aquéllos $01'1 bastarite complejo. de modo que ha$lala

{C(;ha atrae la atelKibn de los eienlílico¡ 11M serie de detalles .no dilucidados . Asi pues,'IIR8 parte de la e~r¡ia de la pirtÍ(;lIla_,E se Iransfo~o <:ti ener¡ia de la ha AE que: puede salir fuera de los nüir¡enes del material" centeUcanle. fJ hecho ,de 'eulln grande es esla"parte depende ~_~' unl!.. .er1c de lactores, en particul...·• ,de la nlluralcu del mat~ial . .;er.teOcanle y '~ la ctasc de 1:& partKul.*'.'Paia los electrolÍcs Y,~pa.ñ; d _ cristal m/is "elieaz~, el yoduro .odico.l!J!.f Ees ocrea de 10"4 y{par~;1?1 cristal de antraccno (C,.H,o). 4';1.. La ' rpayO~ de' 10$ II)a~~ o:cntelleantes a baJe de'liquidos .y· matcriQ plisiicu;dan ,el yoüor _de AE¡E denlrode los Umilesdc ,1 I 2"/.. El rcstodc e~l1a· .e ·,*~ ~PlT. el registro, Sin embar¡o; es ilé: .lIma,impona!lCia.el'q\lC ,lalhlz; ~ .~t; de todo, tra-nspo"ne informaciórb aoen:a de'(la 'cnerjla' déjada ,pof -Ia o partícula. &ta circunstanCia. permite Uaduar el eontador valimdose de fuenles coro encr¡ia conocida para, luego, determinar la de IBa particvlai iOYeStigadól$. Mas tarde habl ... emos de cómo es esto en la prktica. Eltiernpodeemisión de cuantos de Iw: porel material centelleante ea bastante pequeño. Para los cristales inorgánicos la mayor parte de los cuanlOl ellCll~. los 10·' s, y 'para las sustancias orpnicas, a los 10 ~ . 5. De este modo, pueden registnrse podes actividades ¡ in temer que las fulgurxiones provenimtes de lasdifc.rentes paniq¡Jas se superpongan. (.$.

tL CONTAOOR

m:

CE.NTELL'EO MODERNO

Analicemos ahora, oollS«:utivamente, cbmo 111 energía dejada por la partlcu1a en el contador de centelleo se lransfomlll en señal eléctrica. Paca elle fin lijCmonos en la f'8. lO, en la cual viene reprc:senu,do el esquema de UD contador de centelleo moderno con el cristal de Nal. Supongamos ql.lc cien ClIIIIIOS gamma emitidos por el preparado radiactivo CC1io-111 incidell wbre este crittal y que vuelan uno tras olro en un hazcalrccbo y pa.lll e[o, La cncr¡ia de cada uno de és!O$ constituye h,, = 661 keV. Al'Cri¡üemo. 11.1 dc:atino. Ci.d.a uno de los cuanlos, a ¡uisa de caballero andaDte en UIIII en=ijada, debe seguir UDO de los lre!I caminos: producir el ereao fotoc:ltclrico. experimentar la di. po:rlión de Cumpton o escapar del cristal sin entrar en interaocibta. Abor. bien, el caballero andante elige 11.1 camino aleDicndOsc al deseo del aulor del cuento, en lanto que las probabili· dades de los p!'occsos con los cuantol prnma se determinan por la . , A veces, también, de .. ene'l!Ía de La po,fu::u\a. Po. a bo, • . fin. .m....."'. no abo,da"""", posibihdad.

.51.

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energía de Costos, así como por el material del contador de cenlellw y sus dimensiollC$. Si tom;LlnOI UD ~rist&l de espesor 6 .. 5 cm, entonces, 9 cuantos produQfán el efecto fOloelÓClrioo, 68 se dispersar"" y 23 volarán a traves del aislal sin dc;'r energía. (En general, cuanto mayor es 6 taoto menor el la probabilidad del tercer pt"()Ce$(), y la rc1acioo de los dos primeros depende tan sólo de kv Y Z del crislal.) En el caso del electo fotoelectrico prácticamente toda la encl)i. del cuanlO se trllnsferirio .1 clectrbn cuyo rcoorrido CJ muy pcquei\o « 1 mm). De este modo, esta parte de cner¡ia, de iomediato. quedará en el Q()otador de centelleo. El cuanto que ellpcrirneotb la dispcr5iÓD de Ccmplon perderá, en término medio, 230 kcV, dcspuésde Iocual 01 ... vez Icndri ante 1; tres posibilidades. Con la pr.rticularidad. de que ahora su cnugia es menor y la probabilidad del erceto fotoeléctrico es mas alla, elc., etc. Lo, prOCESOS que hemos descrito se operaD durante un lapo mucho

-

Fin 10.

u. _ _ tU...-u.._

menor que el tiempo de de!ICxcitao;ión de lu mo\eculas ucitadas del oontador dc oentelleo. AhOfa ~onos en la p;mtalia dd ilClector de amplitudes, instrumento que pilrece como si nOS; permitiese ver la,distribución de enc rgiu de los impul$olluminosos que SUlllen en el 'cristal. ' EI' rayo 'ellictrónico pinta -él cuadro representado en -la fig ..,1L El pic~1lf-1a dcr~ha corresponde al'easoen queloda la cnergla del cuanto gamma, ,igual a 661 teV, quedó en el eriSíal. En esta ~oc:asibn ' los impulaos luminosos son pró.imos, por. su magnillid. En .Cambio·, ri~ekeu.nl0 éiperimentó la dispenión, escapando del cristal, ' !os ... imRuIsot lUminosos engehdrados por los clcctrollCl \€omPtoh,t~drá,(un; .'{~l9.r· ' rDenor: Son prt>ciumente ésto. los que formall· la.,~coll~.izquie~,*,,· espectro. De aqui se ve elararnmte cómo se puede graduar la escala 'energética del selector valiénd~ del pico de la absorción total Retornemos a la fi,o 10. El cristal está colocado en una caja metálica fina . tmvés de la cual penetran libremente I0Il cuantos gammJl, pero nO pasa la luz. Por un lado de la caja ésta denc \lila vcntanade vidrio.. Por los dcmiu, entre la caja y el cristal se CllCllentra un renector: eu la mayolla de los caJO&, polvo blanco de óxldo de magnesio. &ta cstructW"8 permite concentrar cn el rotomultiplic:ador la mayor cantidad posible de luz. El fIMornulliplicador es un instrumento $Cnlible. Su fui1eionamiento SI; penurba a temperaturas alta, o muy b.jas y en la zona de Qlllpos magnéticos grandes" Puede quodar destruido 11 gran , des presiones; etc. Debido a ello, a veces. surge la _ _ idad dc alejar el cristal del rotomult ipticador. En cs.IO$ caSOl se hace uso de los conductos de luz uno de 10$ cuales está representado en Ia.t fi¡$. 10 Y 12. Es Un .. illMlro macilo fabri cado de platico transparente con sup:rfocics pulida.. Sus caras rrontaJes estan unidas con cols óptíca, una al vidrio del cri$lal y otra a la venlana de entrada del rIMo-

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De este modo la I\IE, a lrafts del conducto de 11011'., M: oono;cntra en la vmtana de cntrada del fOlOmuhiplkador. EJte último. en la mayona de 105 ~ oonsist~ en lID cilindro de vidrio bombeado huta aIl;lnu.r UD . Ito vacio y dcspue. IOldado La. l;lra frontal oputIlle • la de l. veDtruu. de entrada CIIti etravesada por los con tac:IOI ele los electrodo.. El fotomuitipliudor en el contador de: Cl:nldleo deImlpeoa un papel doble : u..n5forma el impulso lumiDOlO en eléctrico pa,., luego. lD'lptificar este impulso dCdrioo. En corrClpOJldeneia coa eUo en el fotornuitiplicador le utüw.n dos fcDOIDCllOS flSicot : el cfocI:o fmodioctrico, la cmiaiba electromc& secuDdaria. El cuanto de luz. .1 ItraYeNr la l'Colana de vidrio (a veces, de cuno) cid 1'01:0muhiplicador inQclc.obre el fotocltodo. una capa l«lIitrallilpart:Dte ql.tc n:eubn: el lado interior. Actualmmte, se han elaborado muchool tipos de focodllodos y al la mayon.. de lo. tuOI tIItos lit f.brican a base de 101 compueltos de metales aleaIinot con antinlonio. Esta capas apeeilohnentc- IICDSible • la hu del oc:nlcUco, pok)'cDdo UD trabajo de talid. pc:qu.clio. Debido al cWo fOlodb:trico exlerno, los <.'Uant o. arrancan dcarollCl los cuaks u acclerlll por l. tCllliÓII aplicada (enfO<:álndosc lim ulúncamente) en el inlCrvalo ha.la el . iguienle elect rodo, el 1" dinodo. La . uperrlcie del dinodo está cubierta por una "-lStana. cuyo cocCJc:iente de erniRón tet:llooaria (} (n doo::it, d n~o de dc<:trOr\l:l arrancado por un elecu on incidente) CI ,rande. El ... Ior de: (J depende de la ener¡i a de los cI..:lro_ primarios . icndo, a pro~nw!.amcolC, Ílual a ) C\,qndo la tenai6n aeeleradOf1l es de 100 V. l..o$ eleclrones arraneadOJIC diri¡cn a l 20 diDodo. aoele1bdose por la ICDJion aplicada, y todo .e vuelve a n:petir ..~d fotomuitiplicador DeDe 10dinodoa. al6himo electrodo. d 'DOdo.:b~. por lénnillo medio. )'0::.:6 ·10- eIeclrolle& en¡endra· dos tan .~~Io por un dCdrÓll '~o del rotodJodo. La fi¡. 10 reprClCll{i,litambim el mnodo de suminisuo de temión a los

d«trodÓ1 r .del

rOlom ultiplicad.o r

c~plClJ1do

una

fuente

(11::': 500 ... ,2000 V) Y IIn d ivisor a ,partir de tetilleno;l... El ¡mpulso Jiléctrico del ánodo ¡lega al eit'Cllito elCdronico y, finalmente. a la del "lector. . El contador de am Iento dctempei'ló un papel importante en las

pentaRa:

88

invl:Stipcionc:s reJ;u:ionadas

~on la lisietl nuclear y la fisig¡ de las particUla1 demenlalcs. Se puede enumerar loaa una serie de destatados .UperinumlOi " donde le hizo U50 de ·ale illltrumenlO. l. Descubrimieotodel antiprotón ydel entmeutrón (eJ(peri~los de Selfa y
U. MATERIAL CEN1T..Ll.EANTt

PARA IL NEl1fRINO Ya DOI hertJos rdcrido a que los aí'iOl cincuenta fueroll un pmodo de dcsalToUo impctuOlO de la tflcniea de cQm.puto por medio de a:ntellco. U atención de: loslilico5 dediadOl a la caza del neu1rino se cen1ró, al principi
El problema cid foDdo preoc:u~ no solamente a los liJiOOl que se dc:dican al estudio del neutrino. Ademu de los lisicos, le ¡weslan lambibl .lmC.ión 1011 químicos, bi6Joa011 '/ tbcnicox. La exactitud de cualquier l"I'ICdicibn de uno act ivida d pcqueb ,iempre dep.mde de en qué modida le lova alcDuar d fondo. V para atenuarlo, es nca:sario con~ ~n SIl naluralcza,ul como las propiedades de las ~niculas que 10 coastiluycn. Se podriall cvoca:r muclloa CUOI triAa en qlM: el fondo que: no ~ IUVO en cuenta le tOlDIlla por un de(;to, el cual, en realidad, no e_ist;... Esta circunstancia conduc:ia a l'Uu llados completamente: e,,.6000$ de la, mediciones. V nadan notici&s SCDSKionalca, a vec:a de vm mu,/ cona, pero a _ l.aIes que, pr& ~rutarlas, JO ujgian a~(lIJ. l P.... oeullar101 Cuos semejantes pueden encontrarse I.nlo en la historia de las inveatigaciol\CS del neutrino, como en los uperimcnlos dedicados a la dainte&nci6n bet... El -=Ior recordará que bell'lOS babL.do de que la leoria de Fenni IC somelib varias voc:u a revisión '/ que la "co ryqp." '1 com plicalN.n. A ello oonl ribuyb en ¡raOO bastante cotl$iderabJe el hecho de ql,lC! no se Icmn delridarnmlc en CUCllta los proceso& del w,ndo. En rlll de cuentas, aparalos m1s pcriectos coofllln.ll ron la gcn.ial intuicibn de Fenni. La primera componente de l fondo esl.i relacionada oon la radiación cOa.mica. Va IlOl hemoa referido a que ésla se pudo detectar JIXi.i. a la dcscafli. de 101 e!eclroscopiOll, aJi como a ~ COIllratiempOll que dep&raba a los lisicot que en el si¡lo XIX e.perimcntaban en el campo de la electricidad (por ejemplo, a Ch. Coulomb). Pero lleab el momento en que los rWcos esc::larcciuon la c.a\lA del fondo. E! inalrapable "ubotcador" se coovirtiO en rJeI aliado de loa rlliCOCo AntM de crear los aoeleradorcs de paniculll elementales, los rayos c:6smicaI eran el único IDIUIUtial de: radiacibo de aran eroer,ía. Lot uperimClllos 0011 estOll rayos po&ibilitaron b compre!Wbn de muchas 1c)'CS 8CDCf'11cl1 del micrOlllulldo y el deKubrimicnl O de nucvas part¡CIIla. elementales : el poI.itrOn y los mesones 11 y Il. l.o$ IlsiCOS'5OViitk,os-D. v .,SkotJC!ttJn, L. D. Laodau, l . E. Tarnm '/ otros jnvcstipron '/¡,. ujllicaron up ~ fc:nó_ inter~ntÍ$imo : los C/Ja~ ebsmicoL Mla .tard~ryol"CRIDOII al problema ·de la

que

tádiac:ibo ~'y; raientras ta~t9. é$ta DO:I interesar! tao sólo como rueolt(4t!1 fOQdo en loa Clpcri~1OI; Cl'ln los MUuino.. Los nujOl de JM~W ,Proveoimtes del colimos iocickn &Qbre la .frontera de b llmólfera tenalte.. AqucUu de las ~rticulu que poseen ~rt<:icnte ener¡ja '/ at&ll en condiciona de evadir la profunda trarnJM : el

campo magn~lico de J¡¡ TII:TTl, se dirigcn veloca a la SUperfICie de ;'nuestro planeta. Yen la ac:ión recl¡:rrOCll con 10\1 núcleol. de oxijJello y nitr6scno eDgendran nuevas panlcu.las. ¿Que es,enlonca,lo que registra un observador en ellaboratori07 &te ve que l. radiaci6n se divide én tres componentes: lO!! eIeo::trones, positronc:s y CIIantoa ¡amma re'p teSentan 1, componente bl\irida; las ¡»rtlCuJas que .. riici¡no en la' interaoción. nuc1ea't-lo,~ nuc:leó"" y mesones ¡¡ -ion la componente nuclear, y, filllllmenie, lo. melones l' positivos y neptiVO$ .on la ' ci)'mpMerotc duri.. 'Ya lOiI--!;rOpios nombres lu¡ift'en la posibilidad de proteger el'deteCior ocmlr'' 'CIId.a una de estas componentes. La blancta se .• baorbe por- una ~PlhdC plOmo de 10, 1$ cm de C$pesor (prOtecC:ioo' puMi): :Mb' diBei! ;CI. librarse de ti componente nuc:leu,' pa.ra sil atisorci6i"se DCÓefitaii'2~ó 1 m de hierro, o bien, de I ~ a 20 m de agua. Por este motivO, 'aj se ofrece tal posibilidad, el del~or se ubK:a eD un local subterrioeo. Quedan los muoocs (mewnes 1') de grlIndes energtu que ¡xneuan profundamente bajo tierra. La luo:.l.. oontra btos II!: libra por medio de la llamada protección aetiv" . Se trata de rodear la il!!ltaJac:iÓn. sobre todo por encima., ya sea con rceipientes que contienen líquido oentelleante o con placas fabricadas de plástico oentelleante o bien con contadore!. de Chcrcnkov o de go. Los mesones que a .... lWln el detG;1or prioci. .1 pasan con gran probabilidad a Ir,,~ de tos detectores de prOleQ;Íón activa, registrindose tri estos últimos. El árcuito electrónico capta el momento en que los impulsos del detector principal y de los de prOlecx:ibn coinciden en el tiempo y refiere elte acontecimiento a los de rondo. No se consigue suprimir por completo el fondo me5ónico, puc:sto que la e(lCIICia del re¡i~tro por la ploteocióo actin no pI.leOe llegar al 100-/.. sin cmbargo,se lo;>gr. w$minuirto en CCDtenare:! y miles de ~ooes. Ahora debemos relatar muy sucintamente robn: el fondo de la radi.ctividad natural. Lo, demcntoa radiactivos naturales estÍlo pre5enlcs,cn estado dis¡xuo, en todos los materiales de la instalación. de la prolec:eión, o:J) el .. ire y en 101 propios uperimentadorcs. (Se cercioraron de lo últi mo tambi~n valiéndO$e de gn¡ndes cooladores dc centeUeo, al medir la r"diactividad del hombre. Esta constituye cerca de 3000 particulas por segundo.) En la naturaleza eaisten tres familia' de elementos que posecn radiac!ivid.d natur,l, de ur;¡n io y radio, de lorio y de ao:linio. Cada familia es una serie de alomos q ue experimentan una desintegraci6n conseculiya y se lrao$forman en OIfOS elementO'!, miembros de 1.. serie. T ambien se dan iilOtopo¡; radiactivos aislados creados en la a lmWen por 1, radi,ción có~miCl. que no forman parle de esta s ramili3.1. Por rID, hay un isótopo muy adverw paa una serie de e~perimenI06', el potasio-4O. La mayor

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\lranio'J lorio 'J de "K... Oade' hula 9 MeV le oblervu ptoo& .ori¡inadol por las pertlClliat. aira de Ias'impureus intc:mq del c:riltíI. Se debe pn::sw atcnc:iÓfl a la e:Kllla de ' rd~ puu esl¡a es Jopntmica. Dicha eICab. se eli¡jo para. IIlOSUU mejoc el rondo en la Zona de altas 'C!lC!JÍ.a'. ~ no_l;c:r. ~ debido a q\l~ 'al, pü.:~ dS _.!! _ llÍa de IU MeV a la de J. MeV, el fo ndo 4ismlnuye 30 veéq;. eareocr.mos de la posibi lidad'" de ilustra rlo. , .Lo. niaii:riaI,es Ótntclleantc:t ó;"'nioos C:Oniicnen ~una cantidad m\lcho menor de impUrczas radiactiVII! que !OS c~aleS iAor~ Col) ma'Jor frecuencia. &U foDdo estl relacionado oon la rad~ q~

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tc:fOI: r tipo de] ' 01)(10 prda rda<:iOn 00II la pf9Pia;ruc:nle de IlCUtrinos. oUruate la rlli6n de }os rrap..coloS de 'urañio,eci'¡a"zoaa del reactor se emiten las m.i.s d~ partlculu . oe- -ellai penetran a uavCs de la ptoteocion biológica lot cuanlOl pmD1.il 'J nelltrollCS r'pidos. Si COASideTamo. que: CD los kx:a!e protclidOl del

ad,r...

reaclor el numero de lIeutrOOCll ripidos es cien ~ menor que: la norma nmitc: adrru.ible par. el penonal, la probabilida4 de que lC&rI rea:itcraoo. en un detector con malerial c:entelleantc otpnieu I-i",e lliendo todaYia liD millÓII dc Veocllll&'JQI" que para el neu lrlno. Ella lupcrioridad debe OOmpe:aNrte 0011 una prQt-=!ón complementaria. Ea que c1rondo rcIacioJIado con d uabajo del reactor m UDO de: los IDa. dcaaplldabb.. No puede modinc scpatadamellte del efecto, deseonectando el rQttor, como se bu:e para Ol rOl fondos. SuIV' simuháne&malte con el IIcul rino 'J. por lo 1&1110. debe lenerse en cuenta con mpccial metic:ulosidad. , .... LA TAN ANSIADA VICTORIA

Lo. rlSicos none.alMricanOl, ReiDa 'J Cow.n, conlribllycron 11 que Pauli pcrdicM: su apuatL En 1953,. atl» rl5ieo1, por prilMta ~ el neutriDo IcjoI del l\lPt de oacimimlO de elta plrticu1a.. Para ddcctar d Y dIos lit Valieron de la reaa:ión invena • la desintclraci6n beta del IICIItrÓfl que hemos d ilCU tido al prino:ipio de C$te QPltulo : ~&istraron

(32) De fuente de ncut rinOl l irvió un poten te rca<;lor nl>l:lu r en el centro atómico de Los AhunOl. Pira comprender el prinQ¡rio del ~gistro euminemtll la lig. 14. El ne\ltrino que plMe del reactor incide sobre el btanco que el un recipiente de plistieo Cóf)n 200 litiOS de I IUL En el '11,11 esÚl d isuelta una N I dc cadmio CdO,. De la interacción drl neulrino con el hi·

"

drbgefto (p) se fonnan un DeUtrón y un posilrbn, &te último en .. prActica deceIet. inmediatt.mtntc, entra en 1. rcaccibn di!' araiquilacibn con un dtclrbll del !Dedio, y dOl aw\IQS pm!IIl. cad~ uno con 1& energia de O,S MeV, .-Ien vollndo ea H'IItidos opuestos."El' blIUICO en lo suflcieDtemente delgado como pan. que \0$ cuantOí eso;:apadm de ate dieten en Jo. rmpientc. con el llqu;do centelleante : instaladoe a ambot Iadoe del blanco. c.da recipimte tontiene 1400 linos de tiquido. SU IUpc::lf1CÍc interioc estl recubierta de material rcRcetor con el flD de que IOOl'C los folocltodos de los 110 loto;i: multiplicadores que Mobservan Mel recipiente se collOl!ntce la mayor cantidad p<»;ibk de luzde oentebw, Pua nivelar el nu;o luminoso, IOf fO'lomullipücadores cstln $Cpuados del rlquido centelleante p<>f 101 eondl.lelOlllumi~ y .,.....to, , irve dI! matcrU.1 el disolvente puro (Iin adiaOOl!ll ccntel1eantes~ La primera noticia sobl1: el registro de Jos neulriOO3 Ja cnv\an 101 cuantos gamma con detenninada encrpa que son producto de la aniquilacibn y qucse reglatrao simultloeamente ea 10J detectores. .:& esto ,ufriente? No, n.o lo es. A pe$Ilr de que el deteetor!le cncontt.ba protegido por plomo y borrn.iSbn. el n.ÚlTlcro de impulsos del fondo que itn.itab. n la apa~ión del positrbn el) el blanco wpetaba tndavja deoenas ck veoes cl efecto esperado. Esta fue: la ruóa dcque se hiciera necesario rceurrlr tambiM " los ~ serviciOlM del neutrón.. ÉstC " retard " ripidamcntc en el "sua-en varias millonésimas partes ck scsund.o-y le capta por el níxko de ,;admio. El cadmio fue introducido en la eomposieilm del blanco precisa mente porque capta con UM probabilidad muy srandc los neutrones leolos y como rcsultado de a te proceso irradia varios

C'IIl.IltO$ ¡;amma coa a lta energía. & lOf '''''''~ w,.", nn a pat~r en loo: detectora de centelleo Abara el acontecimiento dutaa.rIC 6e1 fondo

•.

,

I

de qua 00II pucltOl entre áilOa. La masa total de la instalac:i60, ademU de la proceodoa exterior de plomo, upcraba Iu 10 t, m~~ que el cómputo de acontecimientOl iaJtües constitWa nada más que 1,7 unidades en llna bon, es decir, ¡4O uni· dades en 24 horul A la par de ello, el niunero t01.l1de ruc:dOlles (l2) en los 400 litros de ' l1li\ debcrlá kr de 2()00. Esta disminuci6n del efecto hlvo lu8" • ral~ de que luchando contn el fondo !le ¡lIvieron que introducir detnaliados crjtQjos PIta la sdeeeion de los acoatcQn,ientOl útües, con lo cual ti: nducia la d"w;:aci.a del rqi.stfo de loa ftClltriDOS. Citell'lOll liD ejemplo ¡¡r.pk. El cuantO pmma. producto de la aniquilacibn, puede pomkr pan e de su enerala en el blanco de a¡\I.iI '1 puede escapar Ocl detector de centeUeo dcp,ndo en me taa só],o lllla pane de ' u eDCrgla. Por cuanto se tl:leo;ionan los acontecimientOl ],o. C\IakI producen un impulso que oorresponde a las perdidas de _raia en el detoeto. i¡uaks a O,, McV, el circuito decubnico DO lo ctokula.L La efitK¡¡ del rqistro de los ncutn_ JC Cllkullll» '1 ti: oomprobab& en eapcnlllClllOS de control, Se rulizO un ¡tan nullXco de éslos.. Por ejemplo. para 6etc:rminar la componente m1s pc:1i¡r0$8 del foodo : la provenienle del fondo del re.ctor, entre l. lona activa y la ¡nsulaci6n re intéllM)rUa una proteocibn adicional macizI¡ , Dkha prOleoc:ión debilitat.IOl nujas de todat Iu paniculaa, a ucepc:ion lid neulrino. Y si esla. pan~as. a pear de todo '1 dc una forma inp:niola. imitaD los acontccimÍCllIOl obscrvadOl , Mlonccs, el número de aoontmmicnto. en cuestibn disminuye.. El rnultado tranquilizO a los fltiC05 : la maplitud del erecto qued6 al nivel de 04(1 uoidade. en 24 h«a .. El npcrilllCllto, j .... to con Los cO$&'101 de coatro\' duro 2OlI' hor ... el decir, cerca de tres meses de tiempo nelO. La cxactitud del upcrimcnlO no era muy g.rande, mas permitió

afinnar que La probabilidad de La interacción del neutrin o con el proton esta en coocordancia oon Jos pronbriticcadores n:gistun los destellos luminosos producidos por los cuantos galDma del pota$io--4O..)

Durante los años 19S9-l968 1m srupo de liIi(.(W encabcudo por Reines esllnlo OC\Ipa.doen preeba.r los resultados experimentales de la iu..estipción de la reacción (l2~ Simultincamcnte, comenzó la pn:puación de otros e.llperimmtos OOD neutrinos procedentes del reactoc: la biuqueda del p-oceso' de dispersión del neudino en el decuOn (intcraa:Km (ev) (nfJI '1 el estudio de la intenloción del v 00ft el núclDO del átomo de hidrbpno pesado, el dcutefón. En el prill"lCT caso fue construido uo detec:tor de centelleó de ~bilidad única. en su gtnero del cual hablarclIIOS bfl!\lemmtc en bu pigin&l siguientes.

1.9. EL NElJT1lJNO SE DlSPEASA EN EL El.ECTaON

SobR la mesa se: encuenuan dos pequeños volúmenes intitulados "Bibliografljl del neulrino~. En estas voIilmcnes están reoo¡idos los titulo. de lOOOS 101 articulas dedicados a esta partícula en un pelÍodo de tiempo de treinte ai'loL Año 19lO. La primera carta de. PI.lJ.Ii, único trabajo de ese año. Año 1934. Ademlls del trabajo de Fcrmi, rden:nte ala teoria ck la dcs~tegración beta, 20 articulos más. Crece la popularidad de esta c;n'8!!l;tic!-.pa~i9l!1a 1:. .IU ear~tct ~U:lÍoso impulsa a los cienlilicot l.. cr~J I!-.. mp apt\!l~·bjpótc~. ! p r ~.ien!-P!.~. -réOrla neutlÍnica ~c la luz~l(YO" nú~~, ~fante ¡i-fiick.<~ m&ajos). , " ÁñQ.,,1.9~. OI.ra.;JIn!Cln indirecta dc' Ja
"

del famoso articulo de ReyTIC$ y Co.an, "ay UDOI 60 tnbajos ~ Puo I&ep .... lIon ni q .... en la. r.ic:a del neutriDo comienza I 1IOIllr, ~ vet ·eon lQ&yor fucna, un nuevo ,tema:, se di!IeUte. 1a posibi!~ de dlwmibn.!;IeI· neut.r ino en eJ' elearon:.t Entre 101<236: libroe .y articulol publicados en ....1%4 'muchos Al ;refieren a ~¡¡'w pr"oeoso. El mamo alIo le publiW tam bien el libro dd aadémieo -

M. '" Micko, CII el ~ .. .1-..01: "AlIIlque el,mllilil ddlllado 'de

..

I,,' ~ilidadet

q... · IIC:~·

debi40 a la eUItaÑ de la inj.enOC:iOtl. (Iv){eV) .rpcucnWa· m~. 1a

sil~ÓII " pe

meter al. pljaro ,eft,,·1a ¡eazuda

UI~, ~ ~o: IIO>~

obstapte,. ,la. m.cUllibn ' de Io$rdi~ efeccOl"'_'
•

(3)

« dC(:ir.

se e.pera que el neutrino q .... irrumpe

le

dilpcna en el

electrón perdiendo pIIne de IU encrp_ W desi",1 Ill!Clltrino eoo 11M c:ntr¡ia menor que 11 deL Y~ Si bien eL procao de clesinlqnciim iaversl (Upaimcllto de Rdaes y Cowan) se doduce de Los principios limo. ma.senenLes. de 1, existencia dispersiÓD..:!cL JlCUlrino en el cloc:uón de InternaDO le conocia mucho menos. Por supuesto, \os ftacoe I nhelaban que. por analosia con la dec:trodin1mia,lIos flltna5 dl:bllel condu;enlll 1 unl especie de efecto ComplOn en eL (1,)11 el papel del C\llnto ¡amma lo deRmpeibril el De\llrino en dispersiÓII. En este C&JO le _briril La poaibilidad a un aran lIÍ1muO de prClCCSOl intcresantbimos (por ejemplo. II creación por eL ncutrino vobQte de pares cler:ttórt - poIitrtm). de IRQ ...Lor para La rlSiClo de IIos pulK:uLas d emmllles y la utrorHica. La reacción (33) IC descubrió eon Uf' cte. fidedipo veintiui:s 1Il0l dcf.pub de \os Cltperimenlos de Re1ftC$ y Co.an. y calou:e añot después de que 110 idea del registro fuera pub li cada por Reines. Durlnle Cite periodo iba vcrirlCindosc l. crelCión Y eL pero rea:iooamimto del delector. IsI como La IC\lmuJación de ,"lIltados Clpe ritDelltalcs. La probabilidad de La dispersión (Ya ' )(Y'c -) pll"'I Los neutrinos pto«dcnte. del rucio. CI docenas Oc 'iCClC1 menor qlK' .... deLproceso \i + p .... e+ + n. Como producto de reacción into:rvic:ne eL electrÓD de retroceso, circulUitl ncia que no perm ite aprovechar un sistema tan eomplejo de s.elco;./;iÓn de aeontec:imientos últih:1 y de atmua·

de"

"

d60 dd fondo eoa\O se biein'a

al

d experimento

d~

a .,inl!l y

COWaD.

Si IMmlnCK un detector de cmlcllco bien prote¡ido de c:icn ¡itrol d~ eapaeidad ,ituado en )¡II n)¡jo de -nClltrinol

de

\O'I~/mlJ ·1,

rl!l)¡hará qllC~1 nÍ>I'Mro Oc diapanio_ de I~ ncUtrillOl en el electron·' . sed. en &1 de cinco lllIidadei por bora. MierJtru tanto, el rondo, en l. regibn a la cual colTClponde el nil.mcro principal de neutronea. u dc.;ir,
>

•

..

rlcctrbo con una cncrgUo de varios MeV, con pan probabilidad, cabe enleralIlPltc en el malcrial centelleante plutlco. ' CUando .. la instll!aeibn Uep 'vil Qllnto prruna. este, en la mayoril de 101 easos, IIC rc¡islra en la protco:ibn a,¡:tiVl"dc yoduro lIOdieo QUe, en forma de capa rodea el ptistic:o por lodOl '!os • lados. Se cnticPdc: Que cuando eslO time: Iup,r en Iot tTÍSloo de' prOl:cocibll., dapu0t05 por la. c&ras lalerate., el Uilema lo rcpír. como uo imPllbo de rPod o. A.bOl1l bien, .tel oclucllco H ,Oriam,. ¿ii, uno c;Ic los condl.lt:tO$ de l\!lo lcOmo $ti PU~ .d.iitm,uicrlo del;imPu~' producido.por cI .neutrillo? En esteCllMl SIl hace Usodd hechó ,dc q..,.;' 105 impulsOl iúmioosos pl'QVCPientcs d.c:1 ti.. y ' del ,gJA!.C'rjji, 4 ' ¡;cntclleo pJútEo son dilerentel en aalIIto al carácter _de su incremento - y dilIninudOn en el tiempo. UD ,ciÍ'evito 'cI.~·' especial lo Rplra. considerando el primero como rPodo. Finalmente, si el cuanto ¡amma entrb en inter&CCKln en el propio material plútico., mtollCCl. con gran probabitidad. este hecho teDC!ri lupr PO' medio del efecto Compton. En este QJO el C\WIto dispcnado le • • n:¡jstr.do o tra ve.l; en el ddeC1or. Y c:uak:aquiena acontceimicntos dobles se considtnul relacionados oon el foDdo. El detector estaba. rode.do de una protoceiOlI pasiva: de ])101lI0 Yeadmio (para absorber los neutrones). La protoo.:eibn activa c~tcrior consistía eo un recipiente con IDU de d.OI toneladas de Uqwdo centeUeante al el cual, ~nte, $e $Umer¡la toda la imtalar::ibn.. Toduestli mcdidu permitieron reducir el rondo en decena, de _ y descubrir el erecto. Con el reactor ooncctado el calculo de 101 lCOI'ltocirnicntOl uniu.riDr! arrojaba el feluhado de 47 unidades en 24 horas, y con el duroncctado, 40. La direrencia entre estor., illAl a 7 unid-oo eo 2
""esa,

Clpitu&o :z LA RADIOQUIMICA, EL SOL V EL NEUTRINO 1.1. 0TaA VEZ UN POCO DI: HISTORiA Encate eapltulo nos enteraremos de los experimentos en los cuales losdentírlCOs$C las in¡eniaton para extraer de un volumen ¡rande de sustancia cantidades infimas de isOtopo radiactivo. En los operimentos &e utilizaban metodos qulmioos 'J 8$icos de separación 'J w historia ya cuenta con mu de Ochenta aios. Pioneros en ~te can¡.po rueron Maña y Piem: Curie. Como 'Ja ",noce el k:t;tor, dios lograron utraer radio de los desechos del mineral de uranio : UDl décima de gruno a panir devariastonc\adas de roca. Tambibi fueron )os primeros en introducir en la práctica el control radiometrico el cual permite comprobar hasta qué punto es buena la calidad 'J plena la medida con que se realiza esta extracQOn, Los invenigadores aprovecharon la circuDStancil de que con el aUlllCnlO de la conc:mtracibn del radio en los preparados ereda la radiactividltd.

Como deleclor se utiliuba un electrómetro Clf53do; cuanto mayor eu. la corriente de de$carga., tanlo m/lls intensa resultaba $Cr la ionizadón del aire y, p"c!r coosiguiente. tanla mayor cantidad de radio c:ontenla la muestrL Cuando se habla de Piem: y Maria Cum no se puede dejar de dest.acar que Sil trabajo que duró cuatro años pan. siempre quedad en la hi' torta de la fisiea como ejemplo de una labol' desinteresada y abnea:ada. Los dentilicos se vieron ante la nca::sidad de 5Upen.t dirlCUltades vinculadas no sólo con la elaboradón de los mCtodoa de CJllraoción de un elemento ~nocido huta Ctllonces, el eual adcmb,se CJICOIltraba en el material inicial en <;:¡Intidades tan ínfima.., sino tambitn wn ausencia de 101 rCCII1'S01 maleriales necesarios., de u.n local adecuado y de umentes. RCliulta queell UD paQ europeo iluslrado nadie estaba interC5&llo en estos eJ
lluvia y &in oiolJUDO' dispositivos ; .010 contenl. viejas mesas de madera, 'unaeiturade hierro rundido cuyo c:a\or DO era JUrlCÍeDle y IIn clIo(Znado que con tanto gUSto utilizaba Picrre Curie A Yeces. desde ff

•

lOO

la mañana hasla allu horas de la larde Maria Curie (que a"umíó el cumplimienlo de la. mu dinciks operMi.olle$ de eJ.tracción) daboraba .la materia prima rodeada de h'umaredu de pscs a<:J'C$. ~ quc ;cl matrinionio .Q¡ric .~·¡dc - baslanlt ,fama entre .tos hombres óc ·cieDeia ·:fllUlccscs. '" ~,~ _ Nou de el.traiúr qlle en Iillibfo'de4.iead~ ,i -.~ pQdres 'Eva'Cu.rie

recordara cOn lJ'fIItI\l"Il Jai(palabras: "Allo: RcPüblii::a no 'k~ baQin 'ralta cic:nti6cl.»~. &taI palabral fueiop -pronu..cilúSas 'coi!,cieIÚiIós dC 'anterioridad a los acontecimientos que describimos. acxmiPai1iñdo' ia 'sentencia de'muerte a ,Antonio Uvoi. icr, uno' de 101 rwidai:loia-de-la qulmica. conlempor{mea.. " , ~i', Ya en el primer a1\o de IU uabajo los Curie dc:séubrieron que el mineral de uranio conticne dos nuevos dementos radiactivos: el polQ!1io y el radio, y ~ra 1902 cllos ICplIratOll el ndio puro y detcnninaron seJlÚdarnente 'u peso atómico A = m. De este modo se dio ini<.:io a los mModoII de extrag;jón y IICparaeWn de preparados radiaclivOf. Dichos métodos comenzaron a deJIUToUan.e rápida" mente.. El relevo lo tomaron Irene Curie (hija de Mana y Piure Curie) y ~ esposo Fakrico Jolioc (al abo de " arios años de trabajo conjuolO oornc~ron a firmar empleando el apellido comlin Joliot" Cune)_ VI. hano. becho mención de la intervención de.mOl en el VII Olngte$O de Sotvl.y y del dCiCIlbrimiento de Ja radiactivid&d artifICial. Ahora abordclOO$ utaa cuc:Mioncs m.' detllllad&rnente.. Los elposos Joliot realiza ban experimentos con cl polonio. Querían investigar IU radiación beta y con el rrn de absorbe r las partículu (l que lel molestaban colocaron entre la fuente y el ddoctor una boja de aluminio. Este absorbió por completo Ja, parti~uta5 alf... peTo ahora el detector empeZÓ a rql5tnu no lbIo electrol\C5, ,ino también po$itrona que el polooio no emitía. En el ConJlUO de Solvay se hizo un informe al respecto. En las invcstigac:ioncs sucesival se puso de manifiesto que si se retira la fuente de polQ!1io, l. hoja. durante cierto tiempo, sigue emitiendo positroacl. Fue entono;a; que lo. C$poIos Joliot-Curie Ueguon a una conclUllión auda>:: la.<¡ JIIIrticuJa.I (l que bombardean los nÍldws cl.pulr.an de éstos a los ocutrona. mientnls que clJas misma. se absorben, Cpmo result&do se forma. un nuC"o isól:opo r&diadivo, el fbsforo-30. Este. SCluiclameDtc, se desmicara irradiando poIÍtrorICI. Esta rea
'"

y, después,

:~P

-

::Si + e' +

v.

Despuésdc cllo por primen vez fue-ron prollunQad¡u lu palabras ~radillCtiridlld artirtcial Pero una o;osa a; formar una idea correcta. y el oua cosa, completamente distinta, prestar demouracionc:s convincentes de la cenezade esta ider., Y loa r!Siros. para un tiempo, se: con",irticron en quimicos teniendo por objeto lICp8f;tf <.tel aluminio el r6sforo formado y, eon ello, obtener II! pruebas necesarias. Era tanto más dificil hacerlo, por cuanto isótopo radiactivo se desintegraba con una vida media cerea de tnos minutos, y JU elttraocion debla lle",arH a cabo con bastante rapidez. Ademlu, era prioctic:amc:nle imposible separar varlot 'tomos radiaetivos. Sin embargo, le podia primero añadir a éstos una cantidad ponderable de fósforo 00 activo que pooICiac1l\Ctamente las miamaa propiedadea qulO1iau y luego efc«uar la eJtraocion. El fOsforo-30 acompailari por doqukr a JW ~hermanos~ estables, los álomos del rOsforo-31, los cuales, mb tarde, recibieron el nombre de Mponadoru". Cuando e!lta lI1ClodoJoaía fue realizada y le consiguib que tOeO la actividad positronica del rbeforo separado. E! descubrimiento de Joliol-Curie parec:e romo l i abriet"a de par en par las puena, ante los investipdOfo::l. Aumentaba con rapida el nume-ro de elementos adiacciv05 artificiales obtenidos por irradiacibn con partlculu 1;1 y neutroncs. En la conferencia leida COD O1Oli",o de la rcocpcibn del Premio Nobol Federico Joliol-Curie se refirio al incremento del num~T(> de estos elementos cuyo comienzo se debe a Maria y Picne Cum. Ulleriormentc:, los: mnoo<» de la radioqwmica lIe,aron a ser muy variado,. He aqul, por (;emplo, uno de éstos. El blanco se sornelia a irndiacibn oon neutrones, pane de sus nuc!(os los eaptaba y se transl"ormaba en un isótopo mili pesado oon el mismo número de protones y la 1ltÍ$ITI1 estnlClura de la cn",ollura electronlca. Al parecer. la ~Iida.d ,de las propiedades q~micas de lo, núcteot precursores e, hi~I ..no(Pennite"separarlcs. Sin embargo. dos cienóf"1OO5, SzUard y ~I~, prestaron atenciOn al becho de que si se irradia, digamo.!, una ,lql~n de.pem¡.anganato potbi.oo, ell1lllllpl\e$O'55, después d( eaptat.;un.¡neulrOn; ,se .transfonna' en manpncso-S6, ,irr.dia cuantos gamma y, éomo resultado del retr9Ol:S0' escapa de la rnolkula.·"hora. si la solU;ción se IiItra, lol átoD"lO$ radiactivos del manpneso-56 quedarán en el filtro. Unicammle, al principio, es necesario añadir a. l. soluclbn un poco de ponador inroluble con lal de que, en adelante, H

,

Ú¡2

teJ'Ct quc 'fer oon CIIo lidades lallgiblcs de _uncia. Emplu.ndÓ csk mé'lodo fe 10&1'0 extraer tinlo ti; doro:-J8, como el br~,et¿ O ... ndes dirxilltadcs Sllf¡iet'0D" al CJ.ltKr phllotUo dér'"w 'a!iió' irradiado QOII ncUuOM$. 'El pJllIOlIlo in· neca.'riO: p&rá rciolvir c:í iuomico,t tobre el ciiat"cñla uñib'a sOmtiea ua'báji,¡;o¡. much'O:t dentlfiooa enQbezadoi'p.oHior Va.uicvidl,Xú~iov.; Pew:' eífecs un tuna pañ unlihrÓapá!te: Y OOsotrO:l,1lncniOi'4l1e ~óivei'.f~ ncu~oo y tela~r ~~ ·sé aI!ó~¡¡a la ' rí.~ioc(uliiuca ~ '~ ... experimento. (:OfI nta partlcu1a.

iW'0blim...

,

•

U . EXPWMENTOS DI: DAVIS Euminemot la dcsin~¡ra~ión beta de 1100 de los nudcones (rala:i<'ltlCS (29) '1 (lO)):

n __ p+e · +v, p-n+e' +y , En el primer cuo el IIUcIco emite un dotttóa, '1 en el RIIIIIdo. 'u anlipartk:ub : el po.i'trón. SurJC una pR:luota nalural: ¿acaso son idtcllicxM 101 nculrinos y '1 ii qllC ~rlici~n u Citos procesos? Hablando en tmcnl. cllI<:lIlrino debe: tC1lCr su an tiptlrllQlla, pero la Rllu ... lc:u. era capaz de ~81Ksdas de lal INIllCJa qlle v y " ooincidic:sco. ~nticamcnte. Semejante hed\o tiene lu,.r, por ejemplo, par. el InCIOD nO o el cuanto pmma, La M¡uDda p«:Jllnta C$I.Í. relacionada con lo siguiente: ¿culles $O"- prccisamenle.IOI rulO. que distioluen el neulrino del anlineutrino? Los mismo:l., (>!)ligatori.mente, debeD delCrminane por las ~nicularidldes de la intcna;:ión d~il por cuanto el Deulrino no t~nc Ql rp, Di tlinpoco momctllO map!ético. Tao 1010 los up::rimeDIOI podían dar respuesta I Cltal preguntas, Analicemos ahora Iu reacciones inversu a aquellu que acalnmos de mcnc:ionar : y+n-p+e -, Y+p_n+e· ,

''')

La ~IJIIDda de estas raoc:iones ya 1>01 es conocida (vease ()2)). E. el prO«:$O que observaron Reines '1 Co'IIIa eo el nlljo de prOl:Olkntes del

rClCtor nucle.ar, Si en tsle fluj o transcu,", tamblen la primen r~ón (J.4~ le podr. Jacar la conc:ll1$Íon IObre la identidad de y 7 Y, Y viceversa, .1 esta reaa:ión no le ol!$ervue, Cite hecho permitiria afirmar q\le y y" son pt.rliC1,llal difcrenlQ, En la natur.k'.ta no tllislen blanooa de neutrones libres. Sól" se puede tratllr de oDRrvar el

/03

ptOCClO (.14) en 101 neutrones lipdos en nUcl_ alómicof. En el caso de que y .~, el nilc:!eo coo Z plQ1 OOC11 '! N nculro~ debe trallSfO~1K eo un oilcko nuevo ea el eual d o(amen) eSe oeutr()!ICS scri. en uoa unidad menor, y el de ¡wotoncs, en \lOII unidad Ola'!O •. [)un.ote ella IratI$mutaciÓII escapa un 1010 e\oc:tróll, l' «pirar dX:bo ¡WDOe$Oemp/eando, diJamos. el ~odo de cealdleo CI uo ptqblen!a del mismo orden de OOIIIplejidad que la ddeocioo de la d.peRioo de{ De\ltrino CD c:I dcctróo. Sin ~bar¡o, al CIta OI;Pióo .. ylUló la ori¡jDlll idea upuesl. en 1946 por B. POIIlccorvo. El cicltl1leo propuso utilizar como blanco IIn )\quido qUe contenía doro. Por l. acc:ion del nelllrinodcl reactor elllomo decloro-37 (tenllK ~ntc Otrl. ve%, 1; ve v) debe lralllfonmmc en 'lomo de arlbn-37 :

v+:;CI_!:Ar+e-

e'"

/v + n_p+e-) .

a ar¡bfI formado es radiactivo. TalEndo el tiempo de vida de cen:a de 30 dlas, ate: se: dclinlc¡ya, es decir, uperilDcot. la g¡ptura eleetrónka. &11 es., prc:cisarru:lltc. la reacciÓII dircell : ~:Ar +c- - t~+v

(3"

(p+c · _D+V) .

E1lC1ctor .d... ierte que 1.. oruadoDel OS) y (36) 1011 iDv.:ru. en el caso de que: el lICulrioo l' c:I .ntinc:utrillO tcan idéntico.. El .rlón el un lIS inerte:. No reacciona «In la '''MlIlci.. del blanco, por 10 lanto, le puede intentar atraerlo, introducirlo etl el

detector y relim.do. Lo. upcrimento. roeron llev.dos • g¡bo por R. Da ...is y IU' colaboradora. &101 duraron .... rios . nos, realiDndOlC primelo en el reaclor de Brookhavc:n (1 9SS) y, ·despuk. ca el de nn.Il-Ri ... cr (1956-1959}. Ambol rndOU:l se eDCllcotr.. n en kK EE.UU. En el CUBO de eMe tioempo iba peñeccioniondOlC (JIlul.tinammte la metodoioPo de ulracciÓII • partir del blanco r 1. de{ rep.uo de los "lomos de .r¡ba-31, en tulto que el propio blIIIco .dquiru. UD volumen eIId. l'U m.ayor. Sin enlba.rlo, el C!!Iucm. de{ eipcrimc:nlo plt1DIDC"CiI. in ..... riablc. y CÓDliI!i. 'dÍ.lo .ijuiCilc:. Un RlCip;entc. que COfttenía cerea deJ I m' de ¡X"h:lc;!rw:.o :~e qllerÍo (elo:). liquido utilbado para la limpieza 'quí~ d~ 1.1 veuimenta, se ·ubicabll bajo l. tielTa, no lejo. d, UD ·r eactor m rllntionamimto. Pre\'iamcnlc. se IntrocJuá .. en ble oerea de I cm' ~c .. rlón ordjnario. El SU i1CO'i. de port.dor para loa .tomos radiactivo. que se formaban.

s.....

1'"

Durante ",no, a - . do. mescs. el liquido IC dejat¡.& ~ 1m pa... aculllular ~vi.dllli, luego wmcnu.bI. el pr9Qldimil:!'to ck ulru:cibn.. En el cuno .de variQ horu 1 lravob del vol:_ "dd (eQpieote se bacía puar bclio. ,E#e último, ~ forma oepciqucl.P b\lfbo.IjalaUlvaaba el liquido y-lanbl." dcl 'mif,tIlO kM "oaibs d8

' oll.Sc:-~.-!.. ara .-- Ic.clhc:lio .. ~ be.auouuiba , . ~ ~lIm.i' .,"" . de Cl
I.r¡Oft

hab:laremol mb dctaUadameD.te en el si¡uir;ntc capituló). t.. actividac! ",pUad. e.II CitO' experimentos e:!I cui diez v _ menor que la esperada en el (:U() de que v I!! Y. Este valor de la ac:tivMIad le debía 1. los procao. de fondo c:lI)'1I rueate principal eru 1., pa.rüeulu CÓlmk:u ripidas irlcidcnles en el blaDeo y que daban lupr 1. la (onlllu;:ibn dd IIJón.-)7 como nsultado de 1u reaocioocs oudcwes., por cjc:mpio: p+uO _ul+J' Af . Oc CIte modo, el resultado oeptivo de kM apcrimc:tllo. de Davis demostró que ., yvton de naluralc7a distinta., \II1II condw:ion de I lIma imporlallcia pe.ra la física dd ncutriao, Un cuo de cate tipo, cuando la eonfinnadOD de 111\.1 teoril{Y " vI y la r~Jllucíbn de otn. {v '" vI esl'" relaeionaw con la Calta de observación de cierto proceso no es, .Di mucho meuos, &ceulmte. Y pucIIo que meneionamol los uperimenlOl oon IUllltado ncaativo, el lulor se penoil!'" dCle!XtK un poco eo este lema.

U

SOUE EL EXPERIMENTO CON RrsULTADO NECAnVO

En eierta ocuión alpit:.D ool¡ó en ellabon.lorio lIJ'Ia lIojl de papel Whatfl"llll. Cada uno pocI.lI acueane y escribir lo que le inquietaba. El! lo fundaltlellt'" las inKripciooes ponian de manif"ato d cooocimicuto por los colaboradores de lu obru de e5CfÍloca humoritw. RetU05 de Haki: ("Usted me coneda po¡ mi lado bueuo, ¡Ilion. me eonoc:eri por mi lacio '1 de MIli: Twaio se alternaban COD frases ¡raeiosas saeadu de 105 periódicos o, muamc:DIe, coo 1.. que coot4lÚ1o «rores de impreota. Con la n~a ¡DSII!a~ibo dcllaboratorio tn.bajaN., principalmente, BCote joven, de modo quee,le "periódico mural" 1111 g~MrlJ se llen .~ con rapidez de ma1eriales. Pero pronto dejaron de para tilu. TranloCllu\an

maIon ""1'

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scmanas; prim~ro, \lno, fallos enigmiticos sustiwla n a otros no meDOS enigmáticos, de5pu~, la instaJal.'ión I:Omenzó por fin a funcional, pelO el erecto q\lc todos esperaban, a pesar de todo, no se observaba. Precisamellte por elle período en el m\lral apa~ó el bastante conocido aforismo: ~EII dilicil captar UD 'galO negro en una mancia oscaua. Ellpecialrnenle, si el gato en eUa no está". Ef8 muy tarde, ya no teniamln rllCnU para tcahaja r, ni optimismo para SCI\lir con los chistes, y COffiellZllffiOl a recordar los experimeotos ell l(lf, cuales hemos buscado alBo, 5in encontrarlo, es decir, Jos experimcJltos con rcsultados negativos. Claro est'" no se tralaba de 10& experimentos en su variante mú: simple y triste, relacionada con errores o con una falta sUlenUtica de suene. Ni lampoco dc.l ractor que 00 depende del experimentador en absoluto: el cierre: inesperado del tema. Se trataba de que el r esu ltado neptivo de un experimento indica oon rrcc\lCn(;i . que $\1 prcci$ión todavia no es suficiente o que la bus<¡\leda no se dlldú,a en el campo adecuado, o bien, q\le unaa callSllll cxlrinsecu enltlldCatan el fenómeno. En semejantes c:uos este e.perimento no es sino un peJdaao que se debe supera r para proseluir las invcstipciones annándosc de pacieDCia y de nueva melodolo¡la, o bien, instalar en uno de los numerosos senderos de la ~icncia el signo; "Prohibido el palIO". Seguidamente, le inició a enumerar los casos en que las bUsq\leda! carentes de hito prepararon grandcs <:IcKubrimicnt
tarde sobre el

""

10$ fllicoe, in<:luyelldonos tam~ a nosotros, no prataron atencibn a la hipólcsi$ de Ruthedord. Pero la misma notando bajo las bQvodlU del ecliflCio del laboratorio de Ca.vendish donde trabajaba Oladwi.... , y etlI eompletamcnte natural y jU$to que tuera aqui donde te pll5iera el punto final I.l descllhr;imienlo dcl, neumDo,' Lu ideas 'upuestu al¡una vez por nuestros otnaCItrO$ .. tant~ 'por to. ,yjvos, COJ!I(l por aquellos q\ll!. nO$ han abandonado-nlllDlirous .VCIfD~1e evocan a \a melDDria y se: olvidan en sus Iaboratorlo,; peaetl'&lld9 consciente o inoonsc:ientemenle en Iaa menles de qUÍCflcs ' !oiempce cstán prac:rI\eS I.lli. Poco a poco estas ideal madu .... ó.y, enIOnDes.~.se realiza el dcscubrimiento _~ ¡ . El multado negativo es importante euaudo pe.r:mitcJintitar c:iima mágriitud I\siea: Pueden sc"if' de - ejci1ipk; ' ·Ios' -~illrierOsoí upcrimetllOll en que se buscaba la masa dc;1 llCulrino, ohteniCndosc par. b.ta ralric:ciones cada vez mb euctas. Filialmente, nOiS hemos acordado de los c:l\perimcnlOS cuyo resul· lado negativo forma la. bascde" irnqa¡ moderna del mundo. Varias person~ I.l unisono pronunciaron el nombre de Alberto Micheboo, el primero de 1M científICOS noncamericanOiSlaureado con el Premio Nobel Un experimentador que dedicó IU vida a un solo cnsayo. A los veinliléil .ilos se hilO c:éJ.ebre: el al!Cra de fragata A. Mi<;:helson midib con ¡ran cllClillld la ~Iocidad de \a hl1. Luejo, dedicb mucllot: aliOlI el eicntilico a elaborar nuevos innrumentos y pm:isar los militados Oc sus mediciones. Su idea era confinuar la tcana del tter omnipenetrante e inmóvil y determinar la w:locidad del Mviento de éter~ quc sopla en la Tierra durante . u DlO'ibniento por la 6rbita. y no dellCUbria lal YieaIO. La w:locidad de l. l~ no depend"1II del movimiento de la Ticrfll. A 1ft teoría del eter le fue asestado un pesado golpe, Dc5pués de uno de los experimentos el aUlor, oomo jllstificbd05e, elICTibio que el efecto no te habia observado 10 que, p!}r supuesto. no tenia nada de bueno, pero, el e~pcriO\Cnlo no era inutil, por la mera rubn de que en el cuno de! trabajo .se habla inventado un nllevo e interesante instrumento: el interfcromctro. Pasaron 18 alias. Albertn EMltin formulo la Icaria elpeCial de la relatividad uno de euyosuloma, dccía : la ~Iocidad de la luz no depende del mtema de rerereooa. Al hablar de los npeOmeutOl de Michdson, Einstein los 11amb ~cxperimenlos que desbrozaron el camino pa ra la leoría de la

seíuia

M

•

relali";dad~ ,

Especialmente mucho se hablb aquella tarde a"rca de los recién comenzad05 intentos del ¡rupo de Duls de rqistru los neutrinos solares. En los primeros eKperimentol estOl no fuerCJn dcteo;tados, hecho que dio inicio a una gran cantidad de diferentes CQnjeluras e, incluso, teorial.

'"

u . BúsQUEDA DE LOS NElITllNOS SOURES A enorlna lemptn,lUr.lS (de dl:Ct1llll de millORH de ¡r.oos) '1 presiones eoJ.oults. en lo mas profundo de lu estrellu !le dC$llrroUall rc:acOol'les termonudcarct- Son .acciones de combinati6n, de IIntms. o;w.ndo el bidrOscno "te qu.ema~ '1 $e forma helio., el_tos mU pcudOt. He aqui el cjl:mplo de uno de )os ciclol de CItas TCloeiona: 1. 001 ptOlOIlQ le transformall en núcleo del ifOtopo pcsIIdo de hidril&eDO, el dwterbn (o dellton) : p+p_d+c +V . 4

2. El proton '1 el deuto" fQ!""IN.II el oú<;{w dd "tomo de helio-l:

p+d-tHe+y . l . Dos núc:l_ del belio.-) f.wonan. tr. lISformb dotc en Mli0-4

y

proIO~ :

~Hc+ ~He_~HH lp .

Ea evidente q\ICd resuJtado linal JCri l. lransformacibn de cu.&lro prot OReS en un núeleo de heli0-4 : b. parúcula el bien c:oDOcida por 1I0s0llos. Ea esta panlcula b """"leones vienen empaqucbd05 mlly densamente '1 poseen una c:on$iderablc mcrp de ent.ee. Debido 1. ello en Cite dejo se liben enerF": l. ¡.l1c priDC:ipal eJI fonna de calor (ceTQI de 20 MeV) y UIIa parte mloiml se lITUUI por el I'IeUIn.. no. PreciMUlCtltc COIW mU:Qoncs-aJÍ lo c:olUÍdcratllos t'ilioos Y los u troli.icol - repfe5egtan el manantial de la enc:rala cslclJ.r. En efecto, el dcsprcDdimiento de cllcr¡\a en 101 PfOCellOS terll'K)nlldca"" es irunelllO. A tllulo d, c:jo:mplo podemos Cllkul.r el CIIlor que se: cSe:t:prcndcdurute 1.& I\nt~i$del helio a partir de 1 a de bidrOpo, Su cantidad ser. IUr~te ~n haoer bervir un pequeño 1.&10, Dilucidar detallad_te [os procaos C$lelaru ea un pro blema de aran inlerb e importa ncia. auo CItA que las mindal de loos cienúrlCOl se: dirl¡eft, Cn primc:r tennillO, a la cst~u. rnU cm:ana, el Sol. Es de fkil oblervaaÓll. y )os

PIOS ~Cf'Cnlc:t a 1.& capa IUperlic:ial de nUCIlrO Astro ac: Un obcealdo 7 coiDp¡.o~do reilcndU veces, ,*0, l'I.W: es )o que oaIrte ea IU úíteiioil So1.&mmte-
Jiu "-'cx:iOnes !inaOD''''¡''''' C$ que lranscurren aUí, y. que cualquier la enorme mua de I~ eatebr,

.t.:d.iaéi'on " .tiKlrbt~

A 'c:..ceW6o di: .. radit.eiÓn neutrlnica. &tu partkulal alr.vicHn

lo;WJOS los ob&tkü1oS~ con ¡., misma fKilidalt con que la luz visible

pen¡;tr. ; '-rl~Üael'.idii.o limpio de 11$ ~Cntal'lu. Los ~c\ltrinos Ilí=vail mformllCiÓl'l &Cerca de!ot. procesos inlrlCllelu"l y pueden re¡iJ.tra.ne

/08

en la Tierra. Mas aunque nasllemos acost umbrado a que el valor dd efecto en los uperimenlO$ con los · l\el,ltrinos es muy peqveño, en d uso de los MUtrinOS aolIIres esta insignificancia auya Mte 'todÓlIos récords anteriores . • . Esto no depende lanto & 1& inlcnsidad del Rujo de ueUtrinoli solares que inCide sobre la T~rrf: (a Cada oc:nilméiro 'cuádiá~o'de siipe~ficie (!el planeta' oorrapoDCk: aPr~J;imadlmenle, de SO"a' SOinil millones de neutrinoa por íe¡undo), c:omo del"hec:ho de que el apei:tro de energia de estos neÍltriJlOll es muy bl.&.odo. Y i:uant'o más tilalldO'es el especlrO, tanlO menor es la probabilidad de ta inÍCl"lIC:ciOb'di:~" oon 'Ia sustancia. Ademlls, para ·une. r~ión que ',iene IimMa.l"dc ·~ sólo puede resultar adccuida u'na' parte inrti6a c1e1~niíjÓ!·tbW' de neutriÍlos. Si se aprovei":ba la idu (n-Op\icsta' pOi B. '. ~tC:,::or'vo (Jk¡'éj' 'eI -SoI irradia 'pn:c:isa~te v y no Y, iaual que el' n:actoi', y lOs primeros deben provocar 1& transformación del eloro-37 en aTgÓ!i-l7) resultarA que en una 100'Clada de sustancia durante dos años ¡deben formarse I ó 2 álamos de aflón! Pero sea como fuera, el grupo de CJpcr1mentadores con R. Davi. a la caba:a emprendió la búsqueda de los IlCUtriDOI solart:s. Sus uperimcnlOl, iniciados bacc unos quince años, no se inlerrumpen h;lsta la I"ccha, '/ de año en año aumenta la atadlsl:>ca de 1&, particulll9 regist radas. Para poner semejante ellperimenlo era neceNlrio, ante todo.libranc del fondo dc radiacioocsatrln&e<:aS. Aquí sólo COIIvcnia aplicar el método dc la "fuerza bruta~, o sea. internanc al máximo pO$iblc bajo la tierra, ncapaodo dc la radia~ióR ~ót.n\ig. Por esta ra:tónla iT\5talación ae ubica en una mina donde anleo¡ se clllrala oro, a la profundidad dl: OO:!1":I. do: un tr.ilbuv:tro '/ medio bajo la $U¡letlicie. Es una enorme ciskma horizontal euya cabida es de 3,8· 10' lilros de líquido (C J 0 4 ) rodeada. de una capa gruesa (!e agua que disminuye el flujo de Iaa paniculaa de fondo proo;cdentes de lu paredes de la mina. El ,is lema dc utra<:dón del . rg6n a pan;r de helio y dc 1.0 eliminación de impuru.aJ extrañas ocupa una!lllla l ubtenánea apanc. Los resultados de Iaa primeras medi~ioD$ll podíon Uamal"$C, sin uagerar, desalentadores : el nivel de actividad presagiado por los asttolisicos superaba. decena, de veces aquél qtIC se observaba en el experimc:nto. i.A dónde, al fin y al cabo, se metieron las nClllrinos? Primeramente, comcnzóel alborolo en las confcrencias 1i5icas., y en las re vislas aumentó bruscamenle el número de artlcuk.- dedicad os a los neutrinos solares. A continuación, la ~ahola se Iransmilió a c
""

Pt:!0 con d cor~r del tiempo 1011 lisicos dcdieadOll al estudio del IICUlfillO realiza'twl nuevOll ctlculoa. promo"an hipótesis inluuanlcs,'1 el IfUpo de Ihvis prOKlU¡'.1IS clperimeotOl. Se pllSO de maoifieIto que 101 pronÓMiI;o$ t~ eran uccsivaroente a1los. Al mismo tiempo, la euctitud eslad'lStic:II de 101 primerC5 uperimartot CrIO ailn muy pcquei\a.. Poeo a poco, el .... or CXpcr1IDC11W medio rue aumentando. En la .dualidad, la .itllKiOO no tieoe lID upcdo t&JI drlOmátic:o, .UlXlue eslá lejos de oonaepirle la pica ooncordar.;i.a de la teoría '1 el uperilDCllto. Ta¡nbtéll lo. sovieticol trabajan tobre la creación del scfVicio neutrinico del Sol. Lot encabezall 0 , T. Zauc:pin, A. E. Chudakow y A. A. Poma1l.$ki. En 1977, en el n«ledel CiIlCll.O se cdcbró la Confenncil. Internacional pan la A.ice. del Nculrino (Neutrino-71). Uno de Jo. d'J.a1 Jos part¡eipallt~ ell esta conkrcncia fueron invitadOl a visitar la primera etapa del obten_torio nculrinico que acababa de iu..ugunne. En la profundidad del desfiladcro de Bakun H interna en la roca UD túnel.. Su lon¡jtucl total debe constituir urca de • kll'L A lo JafJ.o dcl t6.oet ettin .itlWla.r. .....Iu uperimcolalal - CMODeI cuevas dc attirlciak:t '1 locales de 1OtrI0fC$ dimcuioncs - que ha"n ... _ ~ de ~odo reducido. En 1f)71 oomenzaron lu lIIedicioDes ell la primen aala donde fue instalado WI lCkIcopio de c:enteJIeo capu Ik rcgi¡tcar l*rtlculu ea-icu ripidas. Los delC>Clora de neulrinOl solara se cmplazaran. clI la leJunda uJ. que se corumkl ell el extremo del tlanclala profundk1ad de ccrca de do. Ülómctros bajo la cumbrcde la mootai\a. La inplc capa de .ustancia debilita millOOCl de _ el flujo de maoncs CÓlmicC5 en comparaciÓII con el milmO en la IUperfldc de J.a Tierra. Se .upon. qua en la ala ttablljaráD simult1neamea\e variOl detectoccs de DcutrinOl de difcrcntCl tipos lo que pcnnilirá ¡nvesti¡ar el e$peCtfO de lo. MlltrinOf solara denlro de Ul1(lt Hmite. mP amplios que en los c~pcrimcDlos de Da";" Por eoosilllienle, fe ollcccrá 11 posibilidad de obtener mil información sobre 101 prootSOI O9I=r&dos eD \al profundidada de la, eArdlaL

r.ioos

u . EL

NEUTRINO POLAJUZADO

/,EI eitVdio de la intcraoeiOn debll oomcmb por la búsqllCda de J.a

~. c1 '.iII!pWto '1, e). momcnl.o de lmpubo q~ Callaban ClI J.a ·~'!teii.pÓIl betL.Ya hemos mencionado lu l*\abru pro!etk:u de

Nit:!i..Bohr: ~Cabc,apcnr de la dcsinltl"'CÍÓIl P nllCWu IOrprcsu • Sii,.;~l]ar,oJ ~ jOco prob&ble' que el cientlrlCO fe hubiert. i,maginado el cntusl~lmo con que la interacción débil oomcnzaria a c.umplir esta predicción. Volviendo a pá,inll anteriore .. qucrcmOl R

•

110

recordar al con 'la

oonleO'ad6n no resullaron lan evidente. los rllicol nonc:amc:rieano., y Yanl OIunl1ao. Élto. lraaron de npIJQr un ren6meno incomprensible que .urpa durante 1& dc$intepaci6n de I~ mesones K y analizaron loa dato. uperimenlllcs Rfcrentel a la fimelri. npeeulu. Se pulO ele manirato que elistCII pniebal convincerJtes de ésta para las interaccionel ruenes y electrOllla¡n&tieal, mientras que para tal dtbilel no habla taln pruebu. Lee y Yanl le dceidiCTon a prOItl<)'I
infr~n c:k la. ¡Imetri. pcrmilió • Landau, SIlIam, Lec Y Yallg enunciar, easi simultáneamente, la leoria, de acuerdo 0011 la eual el csptn del antincutrino siem¡m esta dirigido según el impulso, y el del ncutriDO, en contra del impulao. lal como lo muC!llra la tia.. 16. Si renejarnOl 00 .. partícula de este típo en el espejo, est .. se trDnsformara en Dntipartk:ula. Esto se debe D que durante la rcIlcxión el impulto cambia su sipo, en lanlO que la ditcCld6n del giro 110 lo hace. Anterionncnlo:, la OOlllCrvll.cion de la paridad prohibia esto, ahora la restricción ae ha suprimido. La nUI1VD leona presuponía que la inlenux::ion dÜlll se IIOTIIcte .. UDa timetrla lIl1a cornplcja. Para ba. simlllt1rocamcnle cOn la renea
U. CON$EKYAOÓN DE LA CAIIGA urTÓNICA

Las partiwlas ligcru quo: pa.rticipan en la intefa<;cibn débil -el electron, nelltrino, mesbn ~., sus Intiparliculas- ree\bieron el nombre de Iqulflt s. baminando lu reacciones lXlII la parüeipacióa de éstas, los rJJi,cos Ilcpron a la conclllsión de que se puede introducir un. malllit].ld caraeu:mtica para eua, partlculu: la carga leplónlca L En la labl .. se d .." 101 yalores de I p&!& una serie de pa.rtícula:s.

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(111) ,
En lodas esw reaccione., al ;1\1111 que en ID.! procesos (29), (lO), (32) Y(34), la luma algebnica de 1&5 I;lirp' I dUfallle lu Ilansformaciones de las partlculú queda in~atiable. Debido a ello, la listl de las k)'Ci de

eoostI'YaciQn se comp!e\ó,c:on IlIIa más, /1I,ky de ~rllqC'iÓ" dt 111 alr//II kpfÓf1iC4 Al cabo de cierto tiempo e&tali:y.fue preciuda y hecha máa compleja, de lo cual hablarenlOli mios adelante.

C.pltulo 3 COl'TADORIS, CÁMARAS y SORPRESAS DE LA IN1T.RACCION Otan. 3.1. DESCAR(¡A DE (¡AS

Con Mnla frecunlCia los renb~os que lienen la mil",*I'NItunleza te diferenal.ll uno del otro de la (orm. mis sorprendente.. A los marineros de la nota de \lela les sumerpan en un pasmo supersticioso los fuegos que a¡"ueda .. silbilamenlc duruue hu tormentas '1 hur.eancs en los mástiles y obenques. Tenian el .$9«10 de anlorch.. 11 esferas aeDte~ntes, udiclldo IXH\ una lllma aulenca cl\uqueanle.. Por el nombre de una igk:5i11 en Italia, en ~ya I'\lj.. durante la intemperie, se encendía a menudo una antorcha llemcjanle, el min~riO$() fenbmcno tceibib el nombre de fuegos de San Telm o. Se: crda que el ba rco en que le enocndian estos fuelOS no naufraprla durante II ttmpa,*,Un asombro no menor despertaba tnlle los viajerus la lu ron. boreal MuehOl cientlr.w. intenlablln de resolver IU enigma, enl .... ellos también M. V. Lomonbsov, quien l uponia, oon plena ra~n, qu.e IU aUSl. reside w la "tuerta elbctrica~. IV los zigu'lICSdcl rcl.mpllgo en el ciclo nQCtUJ'Do l '¡Cuinto trabajo «1$10 ip,vC$tiprlol V lodos eslQS ren~ y otros muchos, muchísim .... por ejemplo, l;as lamp&rilJas parpadea.nles en el tablero de una m~uina CO!IIputadora no son Jino In multifacétiea. manifestaciones de la desearga eM:ctrica en los gasea. HilCt m'" de SlCtenla .fIas este fenomeno comcn~ a ut¡l~ en los irulnunmtos que repllTan 1M partieulll$ elementales. En dlaboratorio de Cl.YendÍlh durante muchos arw.se realizaron trabajOl para el estudio de la dcso;arga en los gases. T.mbiCn aquí, bajo IR direuión de Rutherford, en 1908, fue eonstmido el primer ooatador de .... &te no parecia muy complicado: un troro de tubo metAlieo cenado por los dOl c:lltetnOl COQ tapones hechos de material ais/al!te.. Por JU eje el tubo tenia estilado un .lamb.'e (hilo) cuyos eatremossal¡'¡" a travl;t de los tapona. El ai re se ntr&la del contador huta la PJe&lón de 10 alO mm de Hg.)' entre d alambre y las parcda dellubo se apticabill \l."'" alta tensión de OUQ de 1000 V. A trava de una fiM ventanilla especia l en el COIItador irrumpiaJI particulu aira (ean frecuencia, el mananlial de éstu tamb~ se disponia en el interior), ioniundo el.i...., de modo q\lc l urgla la d~rJil de gaJ, y el impuho de l. earric.nte que pasaba a través del conlack>r podía

'"

registrarse. RulherfOld y Gci¡er cmplcabln csle ilUtn,¡menlO ~n sus nperimcnlOS y b It les pcrmitl. ~gi&tr" con lqllridld cenl~ní'rts impul_ por KpndO. ¡Ni OOIIlparlr se podill ~n el l'ClC\lcn!o_d_~'.kis centelleos y l. pcrrtWlcna. durante muehas.honll en uñlli'._bi~óii oscura I.El detecto!" dc:.dc:sctrp d! JiIlIi cobró íi~ r¡~l,1b. ~~ ; co el alllO de UIIII SCnt de .ftot lit .ba pcrfcu!oundo. "lI'Ib~o la conr.,ur.ción de los cleetrodot, busaondo lOs í-qiinCDa &: t"Dlljo mb .decuados y los pSCI par. el relleno de ¡OI oOñtadOl"eá..~ :;e1c. Hasala léc:hI ¡e ha eradO una lI\ultilud de ti'pot ck:eIt'os deui:tofts:: Éstos compi\C:n exiioumentc con OItOl cóñtai:lOfa ~dc "'PAitku~

df

elemcntl.les y $011 Oc: Implio usO .en la fi~ n~, m ' l••;flÚmiei, acoIo¡ía, ..,.,wc;n. 7 en la técniC:.. ~~- . 3.L TlP05 DE CONTADORES DIE DISCUCA DE GAS En los distintos contadora: fe utlUun difcmllea tipol de de:sc:arp.

de ps. y ea conveniente, . unque $U. de una fonDI muy suo:in.... conCKlCl" la fiJ:iea de este fenómeno. lA lis. 17 npteImll IIn contador Oc: JIU en dos proyeo::iOllCll (UIII YiJI. I.teral y OIra fronw~ Entre su hilo. que,irve de cl~rocIo potltivo, el anodo, y lis paredes dellubo (dtodo) una blten. crea la difercllOa de potencial 11. El Clmpo en el interior del contador tiene el "poeto mostrado ca l. lig. 17 • la dereeha. b te es no homoPneo. con I1 particuwidid de que 11.1 inlcruidtd ene! " nodo es mayot que en el dtO!lo. A cUo eorresponde una mayor de-n,idid de lu lineas de fu.eru junIO 11 hilo. AllIliccmos . hora el trab.jo de este dellClor de panleulas en el caso de qllC el va lordo:: 1/ il'lCTcmcnle paulatinamente. SeI que l. plrl1cul. carpd. va • panr , 1JIU eu.ndo l. tellll Ón .. es ¡¡u. l . !;tro. Entonces, 101 pares de. iones y electrones fo rml dos se neutralizan 11 cabo de un lapso pequeí'\o de liempo, o sea. K pToduoc 11 rccombina~ión y en la resislenda R no le ofi¡ina el impulso de coTTiente. Si hlo;emos

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no. 11.

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aUlnCllta. 11 (fI.. 11) oblig¡unos a los iOl'leS I moverse en dir=:ion del Qlllpo, bKia el tltodo, y 101 ekc;lrones, en contra del umpo. hacia el .inodo. La rtloddad con la c:uaI estos se mueven, diri¡idamenle, b&cia el doc;trodo se denomina ~~ tk deriAl. Por cuanto 101 iones JOrI mil" de . . - rnq pesados, $U ulocidad de deriva 11& mucllu " melIOr. lA U:nIiOO apúc:ada no pcnnillri rc«>mbilLal'K • todos los pilrCf, y por la rt:Sisten.c:La R n llirt la comente que allnlellLl con el crecimiento de .. desde cero hasta " L' En el tnmo donde la telUÍÓlI vatta desde ", Mita ". todos 101 io~ formados en la b..ella de la pilrtkula Ilepo a ..,. o:Ieo;rrodOl, y la Clrl' completa que .... por la ll:Iistencla It coll$li.tuye Q .. IN, donde N es el n(¡muo de patn de ;onCf,. La corriente ya 00 dc:peodc de l. lensibll (la llamada torric.nle de .. luraci6n~ Un detector de JU que tr.baja en este rtaime n llcva el nombre de c"'-'~ K IoIIltQCi6n. La ,.... limpie enue las cáma.nl de ionizacibn oonocidu es el clec\rOJOOPio. Cuando esle se 5Qme\C a irTadiacKm, el lire dentro del electrosoopio se ioniza convirtimdote eu eoodLldor. Ul latDmillas se junWl. En el capitulo aaterior yl te ha dcacrito que \os apOlOS Cwic, valiéndose de elte iIuul.amaIlo, detenniftabM l. .iPtelUidad de r.diaQón de los preparldos de ~io. El elec:trOmelro le utilizaba en la geoIopa ca la protpeccibn de minerales radiKUYOlllllelllrQ no lo despb.u.ron detClCCQte mb pcriectos. Con freeuenda se emplean clmaru de innizacibn con electrodos paraldol plaooa, tales que el Clmpo elCctrico .ea bomnamw. Por mtdio de est.. el cómodo «piole" l. ellCfpa de las part\c:ulu cu,'a longitud de recorrido cabe por oomplcto dentrO del yolumen selllible, por ejemplo, de los ln¡mentot de la rlSión de DÚlCIoof; ll'II'ados(cl rooonidD eD el aire"de 2,S cm. praion normal).

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Reprelenta a1¡unu dir.~II/ldcs el becho de 'lUC: el impulso
electricidad deben cmplcanc ~pUlicado~ ' cleetr6nicoi cspÓyialcs. En los primeros añ'os, euando los 9etect.ortS "de~iomu<:i6,n ~~~h aeind~ IIemejantes instrumentos tod. vla" DO 9istían, Y ''" ,fi~ ¡,iilimbin para alimentar los conladOfCs \IlIa tensi60 'II$1 ~Lt&~y.,por coIl$igu.k:nte.~ olrÓs tegime~ . dc"~, de _P':' -~ . -...1:-.,.,.,1

Por e;ta 'r"Ubo puejDOI" • .1. descripción de los,~ quc'le prodUCClI en el ¡as al-vulár la telUiBn el contador'tri los 'ii¡niícs"de w~ a '" (vea.:: la fl&- 18). .'

en

Esta neva el nombre de región proporcional. y los detectores que trabaja.n cn CSIC rcgimen se denominan C6ft1A4jWts proporciQfll/Us. Abora el ~po en las proximida.des del hilo multa suflCimte para que los electrones mue dOl <;OÜIionc$ leftp.n tiempo de ~nc huta la enerRiB E igualo mayor que el polencial de ioniadón. Con cierta probabilidad ti electrón que embistll ioniza el Iltomo, .n.nea un electrón sca.Ilwlario. oeste ül.tlmo se acelera. etc. El prooxso $C acrCdenUl en forma de avalancha, basta que los electrones $C acumulen m el hilo. U. catp total que pasa • tray~ de la resistencia es Q '" KfN,donde K ael factor de amplificad.Ón ea ull medio pscoso. Dicho l'actor puede yariaJ: desde UbidadeJ bast. docenas de miles, en dependencia del rqimen de tr.bajo. Lo imPortante es qllC Q aip licodo proporcional. E Y lleve in~ción wbre l. energía dejada por la partkula en el 4eccctor . '. E) primer COI'IIadw de Rutberlord y Gci¡er trabajó en el régimen propordonal. ltelPstnba tan &610 La n4iacióo atia,. por cuanto la capacidad de iorlizadón de las ~/a beta lIS nwcho menor y, corno yll hemos setWado, 105 amplirlC&
'"

nwtron~

se capla n por ICM nÍICleos de boro· 10:

' · B + n_·He+ 'Li,

(.1)

o 10$ de helio--l : ~He+n_'H +p .

En el primee QI.iO las partio;ulu au' y el nCM:leo de lilio amostran u.na enerpa de 2.1 M~V. en el IlqUndo, 1", prodUCI.CM" rcaocion timen oma rnerlla lolal de ::::: (),8 MrV. Puesto que ICM rocorridos de las pattit'ulucargadu que H han formado son mu.y po:queftos '/, las mb de lu veces, caben por compldo dc!ntro del volumen IIID,ible del contador, el espectro de cnerpa de Jos acooteeimientOf originados por la captura de ¡DI ncutrona time cl.upecto de un pico estrecho. Dicha cirrullllancia percnlle distinguir fkilmenle loa ICOIItecimient06 ncutronkos dr cualesqu.iera Olrn$ '/ reginn.r eltas particulls por medio ck eontadnrclal boro o al helio en las tondkioon de fondo

gamma c:ollliduable. Dejc:mot a uo lado abon. la rqlón de tcouiono que lleva el nomlm de rra;i6n de proporcionalidad tiMitada '/ r«wn.1IIOS a las maanitudes N > N, . Ea este rC:gimm la amplitud del impulso ya no depende del nu.mcro inio;~1 dc i~ fato sr debe a las .ienlcs ca-. Al aumentar la tensión ea el contador o;tct;c tambien eonsiderablf;mcnle el nCunero de folones que inciden lObre el alodo y lUYallCll\!, de ate fotixlectrones. Eatos, diri¡itndose al 'nodo-hiln, provocan otra vez la avabocha. irrad il.n otra vu fOlOf\el, ele. Si bien en el conlador proporcional los prOOCIOS IoCCUlld.riOl l'e\Iestir.n un o;arácter de amorti¡uación, ahora la descarga n mantiene: a si. misma y le denomina dcsc..r¡a "lil_tenido o desear.. 111110..0II1II. El contado r ~o1YidaR la ioniucibn primaria. Sl,Irle una prelunta licita: ¿de qut modo esta dcsa.r¡.a ocu '/ el detector vuelve a C5lllr liSIO ptm el trahjo? Ilesulta que todo reside en la pc:qi.ICfta velocidad de dC!Iplazamienlo de los iones posilivOL Mientru sr acrec:icnlln w avala neb.. de C¡"II011e$ y fOlOnes., a aqui:1111 la falta licmpo para alejarse mlldlo del hilo del cunlador. y • lUCdic!a que la desca.rp se ', c:\e$anoUa fonrIIP 11m tOI'll() " alc ,!na especie de R(unda- de calp lposLtiva."La' in~idad del campo _a~edor del hijo dia;minllYC y .1a dcsearp se ulin¡uC. Sin embarlo, pueót volver a producine cuando 101 ionct positiyOS UeJUcn a lu ~rcda del QOJIlldor (citodo), • tcniiiiÍiO ,lujar IU tlCu!tllizacibn.' Otra vu fe colcndrariD fotones cfé provOc;l.r .IIM. avalincba. La dC5C1rp secundaria n ;~yi~~ytKa pO.:C.i:reuit~ &pec:~.e..utinto~es, o bien, d nlroduciendo en el contador, ademlls del ¡;u bjsieo (Por ejemplo, el arlon), allún p. po li:'lómico(vaporc, dc alco hol, de metano, Cle.). El

"Q:PlK:n;

eJc(:tr9nicos

118

papel del illtimo eoft5i$teen abwrbcr fOl0nell y neutraliut, durante b

colj#On, los iOnell del ¡as bWeo. No lIOII ~dremos en e5tos pt~ teblando tall ~o que estos eoutadortS ~i2MIIH%1.ÍllÍOf'~J" lwI ~ncontrado la más ~p1ia apIQc;ón. . EII191) Gei]IU, por primUa vez, hito usO dc IIn contador ton una delcarp alltOllWltemda, y en 1928, t:rI cltrablljo de Gei&ei Y MIiIkr;

bic~pmllWllO ~tO$' ~us~ ~_a ·Ja~~~!!i.

que loJ detectora que uaba~ CJI este o:aIII~ ik daealP- ~ se denOmillCfl con rrccueDqaJ OOn~~ " oe.rw..~~I.Ief/:pi ~ 9!1.'~ 'TtOOSlo prOpu.19 u'ladir al.lu básico del coalfodor v~r de alCOhoL La 'deJQ.rp pscosa alliomaiitcnida en el cion~r GclIf!i~riiili:VeS­ corona: ~~ie ,la ~P.(~bli', ~'~~a:eii!to~~-;

;.na'desear.. en

de IenlUlI$ danzantel de fllego o de guimaldl. 'haminosas, $Ób'M las cuerda. hÍlmcOu de los baroo. te atribllía in li Edti1 Media. ' la in'· Ituenci. de S.n Telmo.

J,,3.

CONTADO. PARA LOS NEU1'tJN06 SOI...UlS

Los a)l'lladores de lIS se empleaban y $i¡um empkindosc ca los Cllperimentos con los neul.t'i!lo.. Co" su .yuda K re:aliuban experimentos referenll!S al retroocGO de lOiI oi.le\eol y le obtuvieron pruebas indiroetal de la uistcoeia de los Reultil1Ol, te lIeubf,n a cabo las medicio!ld de la mua de la pan~ v y, rlllalmente., y. ell los últim o. tiempos. lo. contadores proporciooald rel\euos con belio-J .ylldaron a descubrir comentes nclltru, tClDa del que h.blaremos al final de este libro. V, micnlraJ tlnto, cumpliendo nuestra promesa, retomemO$ • los experimenlos con el IICIltr1no solar. AIÍ ]Í\Ia. 101 ~lom Oll radiactivos de arlon· l1,jllnto W(\ el ¡as ponador, 1Iepban al C(lntador. ¿COmo le puClk re¡islratlo' ? Cu.ando el UIÓO·11te dcsinlqfa d.ndo lll¡ar • If, rormacion del eloro-111e operan procaos bastante coroplcjos. pero lo que DOS importa a 1I050IIOS es que como re5u1lado de éstos escapa IIn cb:llo.. de cuer¡ia muy pcqudla tU keV). El recorrido de este eloeuon en el p.Ii • presiDa f\Onnal cotIlliUlye llnas décimas partes de milimcllo. En .:urrapondcneil, puede C()llSlruiTK IIn ",,,lIdor de d ime~ pcQlldIIs, y e.anlo mc:nor ltI el tamaño del conladOJ. linio menor es JU rondo propio '1 tanlo mb l1cil es prolCjerlo oonlra If, radiactividad del medio i mbieoll:, El rondo pcqlldlo y l•• It. erlClci. de registro son las c:ondidoM' neces&riu para la IIIHitacion del detector en,t ales uperimcolOl, '11 qlle en toda la irlllalacion un 11010 átomo Oc aflbn aparetll., por termino medio, una vez en Irl:$ di"".

'"

lnJcncmol abora la deteripción de l. roDSU'OOCiOft de UDO de 105 contadora utilizados {el deteelo r esljo pnfccclo~ ooru.I&DlclDaHc~ Su voh.uDca era rnc:no. de I cm'. El atollo cs"IM. hecho de ~no l\Ipcrpwo fundido por WUi teaIoloSÍI especial, con el rlll de rodudr en la medid. de lo posible el comenido de elementO! con radiaetividad natural. La C!lVolturle.lI;Icriot: del contador -también de matcrilllupcrpuro - cradc CUArtO ruDdido. ÉIu: te cnconm.k rodeado de IID.1 capa de pt"otoc:cibn puiVI (en 11l1li terie de cKpcOmcnlOS se empleaba _ro)' ul como de mercurio. &ü ituta1attOn. entenme:nlc, .ecJIDODlra" dentro de un erUta! muy ¡nndo de yoduro tOcIko que ~ de prou:a:lba acti'l'L FiNhncnte,se utilizaba lambiCu la tetluad .. <:apa de ptote0:i6n activa: 1111 cerco de coatadorea de gas proporcionales qlW:i rodaban el erilw. lnvohmtari&mmtc, üep • la memoria 11 exdaDw:ión de lino de Iot inritados c:ltr.lllje::lw .. la c:of1rerencia ~Neulrino-7T. Este c•• miGaba c:oo placer la Mmalriolhk.~ (mufla;a ru •• de madera qlX o::onlicnc Olral de menor tamai\o). la • • lllIIba y dclarmaba y, po,- fin. profiri6 coa aleJlÚ.: " ¡Atino qué ea eslO! jEt un modelo . imple de madtn del dded:or de Davisl~ LoI acontodmimto. relacionados con la 6esiDlCJrUiOo 6cI &rJÓ!I-)7tcteleocioubala.~. dOI iDdidos: por 1, "'plitud de lo- impuJ_ Y por l u rQOlU. El primero es bQu.atc eoaIpR:l2libk. El eoIIt&dor es proporeio...' Y. debido .. coo, en el ~tO de e1IerJia 10& impullw:6e los ckc:1rones con UDl e&>erp. de 2,8 keV 4cbcu 1_ la 6e UD pico ulÚtlrio. Mientru taato, el rOl!.do distribuido por lodo el diapasón _radico de un modo IIIU o mellOl unil"onne. En lo que. rerltreo lla invc:lÚpeión de ~ rorna Ikl impulso, ata ptOp!)f"Ciono resultadoa muy mle_tel. Supoll8&lDOl que una ¡.rueua ripid.l del fondo, ti puar • Il"lvb del. contador, dejl en éste la misma nlCTlia que 101; deetr_ proa:dmta Ik la desi.ale¡rKión del llJÓn·J7. Su trua puede repesa>llr una c:IIcknitl apaQad.a de iones, ca tlDlO que el elllCU6n forma todoI ellos JODeS cui ea UD punto. Al dcaplnane en el campo elDctnco cid c:ontldor IUlci, el hilo y eopndrar lvalan~hu en 111 mtclfltO. Iu <:l1"JU dehidu l la partícula· r.pida cra.liln un I~:'~ p'rol~· GI. ell¡ernpo. l UIlQ.UC l. Ólnlidld total de ÜectriCi4a:d "'''''lIClla millna." De' ate modo los im ulIos . , "_~. GI,:'\.Ibí;¡;"·' ,e'." .,,~ , .... ' . P !C'~ dif~l",! p?rJ.::ro~a (I~I ~re lll~to tI!. el tIempo. Y 11 btos te =~ .anr. ,,~IOII!1pecWa. es' posible lCpfJ"aI" el decto y el

ronna

est.

• " IkbMto a:~ la miOdidallollÍadu y el uablljo de mvcbos ~

~ el detector, el foDdo 41=1 contadot en los CJlpcrimcnlOlo del¡rupCI de Davi. lIelÓ ' ser de ¡O,S _nlOl en )S

eocatAI..iado • / 20

dial de mcdio:ioll l V no olvide que en los priJN:1'OI experil!lftllOi dedicadolal aludiode la difercocia enlre v ylt rulizados en 101 M Ol! 1955-19S6 ale eonJtiIw.. de )O a 60 unidades dia riü. ).4.

CÁM.UA DE CHISPAS

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Va et hora de puar de b. dcscripObn de UDO de)()l dete9ofes ·~ ionizac:ioQ mu peque&os. 1& de .uno de \OIIIIÚ "udes.. &te: se emploó en los Up:t1ma1tOl COQ los neu.trin.oa/~ ~~r.a<\.ni YJ~ dilllCnsiooa de UD dcuctor de C$le. tipo te ~~cn .~_~u.'

gipntetCU m1quin .... con cuya Iyuda los Ql;icot r pegey~n ~lc Y!;!.1 . 'mayor profundk1ad en la IlIItaDCÍL Se trat. dc .vandeJ camar~ 'd e. chil pu. V en cuanto. la dno;a~ por cliilpu. de telUro. no hay petsollll que no l. hay. obse.......ao. El rayo <:aJo 10m WI irbol alto. Tma¡¡inémoDOiI que el t iempo se retarda y podelDOll YCf el w..dro co!lleCUtiY
de inmediato. Despues de haber suministrado la tensión, en la huella de la pal1ícula oomicnun a de.arrollarse las avalanchas., btas se transforman en "slreamer" y entn: las placas salta la chispa. La chispa repite la trayectoria de la ¡)articula si la última no formaba un ángulo demasiado grande con la dirCllCiÓll del campo en la dUllara. Una ""~ terminado el impulso de alta tensilln, también termina la deseargL ¿De qué mado la elCClrOnica obtiene la seNIl de que llego el momento de enviar a las "minas la alta tellSión? Con cite fin. delanle de la camara(y, a veces, por detrÍl5), en di=ion del \lucIo de Las particulas se colocan COJIladores de ~iger o de centelleo. i:.61011 regisUan la particula y la seiial sobreesle acontecimiento pone en fun¡;jonam~to el sistema de alitnenlaeion de alto voltaje de la cámara de chispas. De ordinario, la c8martl esta construida de tal rorma que los el«:trodos se encuentran en un rocipjtnte con gas, con la particularidad de que: una pared del feCipiente es transparente. Entonces, se pueden rotografiar Jas chi.pas originadu al pasar la partieula y, utilizando vanos intc~alos de desearaa, observar su huella (tig. 19~ De esle modo, la a.mara de chispas perteno:oc: al lipo de detectores que pennite observar la trayec10ria de la panícula. Dichos dClcctoml Jle\lan el nombre de loJ dI! traraJ. En una. ",ric de experimcntOlIa cimara se inlrad ... cía en ... n campo magnético,este illtimo desviaba la huella de la partícula y por las foto. grarlllS se podia determinar $U impulso. En 1011 pt"imeros CJ:perimentos con IOllKutrinns realizados en el acelCOldor Jos r.sic/» hicieron uso de la camara de: chupas. y esta les ayudó I dl!$CrUbrir ot ra MSOrpreu.~ relacionada eon v. Antes de pr<)OIlder a relatar cUOS CJ:perimcntOl pongamos al k:clor al comente de los pt"oblemall discutidos. -.Illp\;':_

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HIPOn:sLS SO'RE DOS TIPOS DE Nt:UT1UNOS

Desde 19]7, cuando en la composicion de la .-..liacioo ebslniea los fl$icos delC\lbrieroo la se'lInda panlcula elementa1, el mi:són 11 (la primera, el positro., como fooord.rÍl el lector, fue ckscubiena en los rayos e6amicos un luJlfO MIeS), (nlllCllmcrOll m~bOl Ili'i~:- Su deteodoo no fue tao i~po:rada pIIn, 101 1tlI.pet'.tad_~, ~ la aparieioo del posittbn. 1M den4ficol dalle hace mucho tiem~ sospeebabf:o que 11 . compoocate dura de la ~::<-~ c:om;taba de cieno tipo deseoaocido de ~ ~ e&rp ,,-wu,

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Losraroo demostrll este hcdIo. A conlinuad6n. _tn el ~ !le diez ~OI., aproximAdalJlClltc, el mnóa l' oeupb cnl~ 1q partlClllas elementales un lupr ajaIo. a nll: de que lIc: COlllidCf1lblo q ue ésta es, prMsalDCDtc., 111 partíeu1l ntic::inad. por Yubwa qlU: traosflefe la interac:eion nllClear. Po r fin, en 1947, fue dac:ubierto al. mesOo x que reSllhó ICI" cu.anIO dc estu fucn&l. Yel mesOn l' le quedOlimplenM:olc como analo¡l. pesada del clectrbn (.... ::::: 20~) creado por 11 naturalo:a con una finlllKlad Iott.via incompn:DSibk. Los Qc:ntific:os mvestiplon atentamente la teaoci611 de w des.intqraci6n, durante la tllil l se en¡eodran pIInlc:ullll ~, llCutriool l anlÍneutrinos. Por ejem pl o, plUa un O'1uon positivo le tiene :

,, " -c' +v+v. ( -1) .... (-1)+(+ 1)+(-1). P or deb.tjo de la. .lmbolos de las plrtle\ll.. panKipantes cn la reacción se inse rtan Jos vllores dc sus oa rgu Jcptbnieal. Antes y desp~ de la desiole¡radón Jasuma dc los números es idcntÍOl de I cuerdo eoo la Ley de COl\lCrvación de II Clrp ICJMonka. P ar<:l.lCfÍl que la desiolegracio n m un positrón y dos ncuuiDOI no Ci la úniu posibi lidad pira cl nlCSÓn 11. Tam~n se 50metian a ellmen los siguientes proeesos : (43)

''''

En estos prooeso. DO $& iofrin¡en nin¡uOlll leyes de conservaciOn y Jo

ilnicoquc los difer.ooci.a de '" ~
l1J

1 (44). Retul!ó que, por ejemplo,.

K_

W(foI-e+'J)

- 10-)... 10 - ' .

W(foI_e+Y+~)

ConIcnzo la bUlqueda de estos ~ Lot ~baJ\, pctO no 10. enconlraboln. La restricciones I"CSpecto al valor de J( d.isminllian c:ilda ya.: menor de 10 - · ; mmor de \0 - ' ; 10 - 1 01 , etc. La nalllnJez.a, o,",lnad.mmlc, probibia 1.\ muón ÓCIIiQte¡Rfsc en c!ccuón 1 CUlillO 'lmma. y preallmetlle para uplicar esll probibKion 101 (.neo. 1.lIpusieron que uislm dos lip<)$ d~ neutrillOll : uno es conCOmir.nl" del electron (v,). 1 el auo, del mubn (v.). Durante la de.inlegr.aólI del ncllUón 1 del rrlCIIon lit - !le en¡endr." dikrenla InlinellmD05: n _ p+e . - _¡.¡ -

+~.,

+v~,

1 la IcaOCtQlI de dainteJTloCioD del !liaba l' debe escribirse en la forna

('n En ate.:aJO, en yez de una

Iepl6nica ptWkn introducirse dos: la elcctrooica, l.. 1 11 mu6nica, /•• ut tomo doa leyes de la COII$el"YlCibn : cdml 1 I:J.. - ton.SI. La tabll prcsaul loIi nIara de atu Clrp:il para los distintos \cptOnC$. cal'l

El. -

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A~' ICIt ~ de dainlegnci.ón del muon en positron en cl~IrÓD 1 dos pDlitr_ (44) IICrill pro-

1 iüaftío~pmm. (431" o , .1

De ¡cuerdo cOa los da!,," del aAo 1979,

,,<

1,9· 10 - lO.

bibidOl aUIoIlÚli;amente por \u nlK>'lUI leyes de la consecVKi/)a. La hipótesis podia c:onvcrtirse ea un hedIo firmelllCnle ettablecido tan JOIo deJpui5 de su ocmlirmacióD uperimealal.:; El uperimell.lo S-ra EStudiar La dir~ ell.U'e .v, J" v. f~ ~ primero mire los, Upc:rlmeuIM ,COI 101 ne\lui.ll.os rea.I~lI.5, ,at· ao;duadora de alw CACrJiu. Su ·idef¡ (per!eI*Ía a IJ. p()l!~) I lIJItI'Ía 11 posibilidad de observar La intenoción de v. c:onla, ~ (anllopmc:nteal uperipw::nIO de ~e¡ne!I y·Cowall.p&n. Y,). ~i,du~lIote la in.teraetiÓft do'lIIte tipo nacen moonc:s r no .. Cllaend ran.dcC:trones: C$le hotbo K lViri de &moslraciólI. de que V,, JI: V,. ~- ....f , > .;-.

3.6. EXf'UIMENTOS CON LOS NJ:1JTaINOS

EN ACD.-EaAOORD

Con eulDta frecuencia boy da se pueden neudla r la. palabro: aeelu atiÓII de Iu partio;ulu., aoebadOl, acclcndor aipalPOO. Pero illCluso en el voeabularin de los rmco. etW paIabru a.,..meron Iwz reLaliYalN:Ille poco. U .... yez mls la hiltoria _ hace rctoru.r al año 1\1)2. ti ú'Io do 01'0 de 101 apa1l!1e11tot. J>N,eiu,lDtIIte ate año "'" (1IÍcOt ;c--. J. Codroft Y E. Walloo. q~ trat:.jaball m ti laboratorio de Rutherl"ord deai.D.1q;raroo d nUdeo de litio-7 utiliun.do protOIlClt _Iondoa hasta merpa. de 600 a 700 keV. Hablando con propiedad, la idea misma coD5ÍS1ente en qlle ea el campo elCdrilxl la¡ partleuJq carpdas se podian aodcrar buta .Jiu ener¡ía, se di,.;utb. y fe puto en pñctiea en "\!ario. laboratorio •. Con diez .IIM ¡:le anterioridad a ntot .contocimiealos. en Pet lOlfado, que todavia 1'1 0 se babia raublcl;ido del hambre y d desbllrlld\llte provoc.dOll por La ¡UCITa civil ct'i 11.1.111;" ruc ruadado el Insln uto del Radio. El jete de l. Seoción do AIica de ette Instituto, L MiIo ... U juto OOD d ettuodi.n!e V. Rukav'atmikov proputieron IIClCIerI.l' Iu pe.rt1euIas aira hasta varios miUonet de dcc:trOtlvoltios YaliéndOK de .couadora de alta tellSión. Siete li'IoI dapub. CID el otlO conlin del muDdo, ca 1M Ullivenidad de PtinoetOl de loo! EE.UU~ Vao d~ Grulf eRÓ UII nuevo tipo. muy intCltsaJlte, de ¡enerador

~t.t.tico.. Éste pcrlllitia obtener una diferencilo d~ potcnc:ial oo ..... nll, al principio. de centc:naTCS de m.iIca, y en los modelos ulteriores, de millcme& de voltios. ~ ctikrmcia de poteDCial aplieada.

• un IUbo de vado podi.I aceIear iollCl de hidrotmo : protones, o ioou de otrOl ¡asea. Sin embarao, fIIeron precil.amcol~ Cocktorl y WaltOtl quienes. por pcirocnI vu, v.~QtC de un l.OC~n.dor, realiuron un dtsa!brimicnto en la rlSiCII nuclear. Los protones i" \lmplan en el niKlco de lili<.>- 7. I uperand o IU reti,tencia culombiana

(ésta fue l. eI"I'. de IU aceleración). y lo ··desprrab..n", lo dcsiolc¡r.ban. Como fesultado de l. reacción le rormaban dos pIInieulu alra. Auoque, al crear , ulparato.los in\IUl¡p d(N"~ in¡lesoet tr.taban de reducir al mbimo 1011 IUlos. utilizando en ¡nn medid. latas ....ctu de pOeta. y otl'Ol "'In.5IOII- de esla Indolo:, . in embll'lO. asi 1 todo. la ~quina no n:lUlto banota. Di lDumo menos. '/. anno pc:n.$aban sus COftIIlruclores. CI1I IIIU,/ voluminosa (COSió 1000 libras eslertlllU 1 ocupaba una habitJ,c:i6D bastan lc: ....ode). El milJDOtilode 1932djoY<:!ll pror~r adjunto de la Un~ de California E. l.awuooc OO(u ... o UD bu de protones acelerados hasla casi cuatro millol'lC:l ek:dron ... oltios. El hu A tia del prime¡" acelerador . nul ar, el ciclotrón, CONItrWdo por este c>entifI<;o. En el aoelerltdor la. partlculu le aceleraban por el campo electtiw y el ma~tioo torcia IU trayeetorill. De esta maneta el b.u podía pasar múltiples vectII el inlC .....;uo ao;:derador. Se mO"iI ¡¡luiendo una espiral' pI.na. .cumulando 1:fIa:P '/ a UlIIClItando el ,.dio hasta que sali. fuera de Jot limites del campo magn~ico. En kM primerOll modelOl Iu dimc:miOl'lC:l Oc L.. c:a.naru acekradoras etan de 10. 12,5 o;m. EJ acelerador fue montado e:mpkando tubilOll de fldrio. plaQ$, Iaae. ele. Lue¡o, una compdia replo 1I invmipdor un nnan de 74 toncladaa que iba cubribxioK de herrumbre en un almm n. &to permitió liCdef'aT Iot prOlOIlCS bast... MeV. !)eMe mod o el reclin nacido aparalO hi:o MI .pllridón.l mundo. y eomc:IIZO MI .... uoe • puo de ¡)pnle. Cada c:inco al\ol; las encqlu de las partieulu lcelerad •• ercc\an, .proKima4amcnto:, IO ... ecu. Surslan ori¡inales Ideal ,/, en pos de ellal, IIC creab. n nUCJVOl tipoll de aecleradoreL Lu h.bitaciones :le sustituían por u lu, lUCIO, por h.nlare.. LJegóelliempo en que fOlamentc desde un .... ión era posible fotosnfw d acelerador en JU oonjunto. La l uma de 1000 libru eslerlinu se eompktó con tl l número de ~I'OI a l. dcredta que la COOItl'lloci6n de aa:luadorcJ Ilc¡ó • estar al alcano: tln .610 de loa pIIises mis rieo&. Pero tambim /:lto. le aúnan ...,. CIear nue_ ¡ipntes.. y CJ\ laJ mlqwnu más modernas le creaD haces de neutrinos '/ se raHun eJl perimcnlOS con CSIU putieulu : en el aodendor del Institüto ~!Flaica de Alfu EnefJiu (c:en:a de l. eivd.rod de Sirpujo.... ·1iD '!:iO"URSS) ; en 'el tineroCasOuón del Centro Europeo de IÍlve,Ci~~- N~ « Suiu.); -·en el acelerador del Laboratorio ~.:aonál Finñi (EE.UU.'). Sin embt¡'.o, eslo. siJlnles, en loa cuales ¡¡;..}iról&na' JIII~.ieetehln·'huta l• . eoctal. d.e c:eotenun de milca .de miDónd'·dccI'r on·.·... oltim.; .p.rceicron' en la·HceII. lIÚIJ tarde, y. desPuli--' de"q~ ruer-.-n ' , ealilado. los primefOll experimento. con los neu'triñQl.·Mlentru que; en Iquelll' época. en 1962. 10. experimentos

11'

lLe"dos a " r""lo en ,,1 ace~dor Oe Brook llaw:n tEE.UU.) para:i.an sorpt"'ndmlCl.

El bu de protones ace~ se: des"'a "n llII momento determinado pOI'" un potente illlpubodd campo mq.ntlico. Sale.dc la dlrnara dcl _lc:radoreayendo sobre ,,1 blanco que, hIobitUIIlmentc, ~ mioe de berilio. Du raDI" la interacc:ión de ]01 pn;MOIICI o;on .1a ,ustanda se: cnlendran mesones ft y-K riptdOl. AI <".m del blanco r dc$intel1'l'H en peno ,vuelo en un I\lnd de "lICio etP.fcial (por ejemplo, en el acelerador de setpujov ate es IIn tubo.de.v ado de ~CI. de 140 m Oe IOP8itud), los mesones emiten lICulrinos de aha eMrJia:

!l . . ..... ,, ' + y~: • - -11- + v.: K t ..... 11· + ".'-.y K -:-~ II:'-+-'tool' ' A contlnw¡dbn,d hu de particulu incide 1Ob«l la.protooc:lbn P.&Jjiva:. En Brookllann para este fin se utilizO IIn blindaje desmonlado de l1li' viejo navlo de JllCrT8. El cspe$OI" de 1& proteccibn con"it\ila Irea

mr.troa. Debido , ésta el nujo de pal1ÍculaJ de inlcn~on rverte tI<, K. p, cte. ) dimlinlli.l lA 6ntenes. l.oJ mesonct detenidOli en la prolCOCion, durante" desintesradbn. tambim _iten nevtriJlol. Entre estos se: cnevenlran tarnbién los d coc:trbnicof. (por ejemplo, duranle la desinJqraaon ck kII mcsoDCS ti). Pero los últill'lM poseen IlDa mer¡la ~almente menor qve los llllcidos d\iRnU: el .. udo y QO $OIl imponantes pata el UpcrinleQ l O realiudo. Si e.iltcn doa lipo!! de DeUtrinns. el muOnico J el electrónico. ellCCk:rador CI un manantial prkticamcn le puro de y. y "• • Ahorll debemos Ki'lalar qllC los elperimenlOl en el U'Clerador se diferencia n m\icho de 101 rcaJizados en el rculnr. AlmClue en el primu calO el nlljo lotal de neulrinos es mll~ho. ordene. menor. la. prOP;!\.'I ~rtK:llLa.s poseen IIna cncr¡ia miles de "«
r

117

gf:nerO, C&p,aotl de da, cabida a una mua enorme de alUtl.nQa. así como dittiq:uir un aconlecilnimlo neulrinioo del fondo y el ll!eSÓn nacido del elcetrÓIL PaR replru el. llCutrino se neoHilO un. vo lum;nOl& dl man de chupa. mis de dic:z loadadas de IUltancia. Dicha estaba constitu ida por diez sea;:ioTICI ipales. y por los lados y por arriba la rodc.a.ban detectores de proleocibn activa destinado. a dismin",ir el fondo cbsmico, cada ICClCi.ÓII, Idemál, comeouba y lenninaba con contadores de arranque. EDlre lo lCCCioneI u interponlao paralelamente diez; pIacat de a luminio de I,S m' de hea cada UDL UI ptacaa KmllD de eleccrodOl y 1. . .¡araban intenrab de dCKar' .... fJ neutriDo podía. eqeDdrv UDa ,.rtKula carpda liFa - un dectr6n o un muÓD en. el mllteriAl de las pIacas- '1 tita. poseyendo pan energia,llra_ba vano. intcrvalOl de ~ Para dbminuir el rondo •.tIlo le lOUlIIbao. en consideracibn],Of, IIOOIItcc:imientOl cuyu trua. u oriaiuabanen el tnterior de ¡alcc:Cibo, es decir, aquellos <¡!.le se debian a UDl partlcula neutra. AdelllÚ. K IIClfirionaban lal panícu.la.s que voboban formando un inaulo mellOr de _ota Uado. respoelO a la direa:i.ÓII del. hu. de neutrinOl. 1..01 muoDel pod\a.o dillUr.l",irK de 101 dcctrDt1e5 por 101 chapuTooet car.clerislioos de ¡articula ~ aurpiQ en la cámara. Se rqistraron J.4 lCOUtccimientos maónic:os que mpondiu a todollOl criterio. de la adec:cibn. Eatre dneo. pudleroD blber apuecid.o .. roatl del fondo CÓlmico. En el caao de que 1/, • 1/•• el. númcrn de aconlcc:imicolOl produc:idOl por 101 eleccroncs tambien deberla llep.r a uQOIln:mlL Peto atos no se obsH'laron. &te becho permitió a los a",lora \lellr a la con<:lusión de que elQ;lOn dos tipos de neutrinOl. En el e:JIperimenlO de Brookhavcn la estadlilial no era IflInde. Debido a ello,al cabo de IIn dio este experimento fue repelido en el. Centro Europeo de Invalipci.bo Nudcar donde 11Inbien fue utiliDda lUla clm... de chispa de mucb.u toaeIadaJ. 1.(8 e:JIperiJQentOl cooflml&llXl los raullldos de BrooItb.avea en míles de aeontecim.ien tCM rqiltraodoI,

a man.

.tos,

Capitulo .. DtSlNfEGRACIÓN BETA DOBLE. COI\7ADORES A BASE DE SEMlCONDUcrORtS 4.1. ISPEClAUZA.C10N ~

En elli&!o XX los fisiws se dividieron dellili!iYamente en tcOiicós experimentadores. Y esta divisióri se proru'ndiza .cada · ru .mn

Tanlo en la·fbica experimental, como en la tcOrica aIÍlI'leDta'-él .nill~r-o de direcciones. Y a los e$p:o;itlIÍIIlaj; en nI~OS obsroicos ym;sblicloS les r",ulta dificil oom prmder unO$ a otrO$. La causa es de todos oonocida ~ C()(I$i:¡:te en el volumen colosal de conocimicnlos ~a acumulado ~ que sigue ereciendo como una bola de nieve rodando cuesta abajo. Cada vez con mayo r frecuencia se puede oIr o leer que en Duestros d'ias. en el campo teOrice, ya no aparecerá un nuevo Landau. Di, tanto mb, un folieo como Fermi. Un conoc:ido rJSic::o norteamericano escribió al respcclo: ~Pasaron los tiempos de Faraday con $U Andenen _1 y de Rutherford con IU Key"l. Uegó el tiempo de 10$ ",fuenoscoleclivo ,. Deplorar esle hox.ho lignifICa deplorar la segunda ley de la termodinámiea. Peroeslo no quiere decir que no puede haber cieolilicos de brillante indivicl.UIIlidad. Cambió el caricter mas no el valor de la preparación, en las uni~rsidades. de semejantes cientificos lilicos ... ~ De este modo resulta que el joven que emprende el Clmino de la ciencia debe haOl!r una elll(lCÍon. Existe una multitud de causas peuonale:s (y no personaJes) que condicionan su formación como leórico o experimentador. Por supuesto, que a nadie se le prohíbe eambiar de especialidad. pero semejantes cosas ocurren raMlI veces. Seg(m he ob!lel'\lado, los teóricos se convierten en experimentadores con mayor frecuencia que al re~i:s. Sin embargo, en esta opinión podia repercutir la parcialidail del autor del presente libro. & que en el rolklore rlSico u bte la leyenda &obre un cicntlroco {teórico de cale¡oria mundi al, uno de los discipulos (avoritos de Landau) que muy decididameDle interrumpió Sil carrera experimental. Cuentan que cuando prcparPba su tesi, de graduación lenl, que poner a puniD su primera insl/llación, en cuyo interior debl~ mantener el vacio. El asunto no cuajaba. de ningun modo: en la instalación . , A.úslCntC de M. Fanday. 00' Aristtlll<: de E. Rutbcrford . Se,.:.o Iu pclab ... s ck este "01 "",jo, ..¡S1et1U: de t.borato.'" COI .1 Imperio 8tit ~ftico"

~Ilimo :

penel .... ba a ire, étCa, como SO! dice, M¡otaba" ora en un lu", r, o", <:JI Olro. Su. com~ñerQJ ya se .costumb.... ron al iflQ!a.nle ,olpclw de: la bomba Ik vaQu y, al "tu del traba;o, veian la luz del laboratorio encendida NuU altas horas de ¡., noche. TUDSCum.n tu semanas, petO la .ituación 5Clula ¡¡JI, cambio& esenciales.. A,i stluian lu cosas halla que:, un bucn dia, del l,boratorio llegó un estruendo y el resonar de vidrios rotos. L.r. Icnle que acudió precipitadamente encontró , 1 joven físico &entadO en el ! uclo en medio de casroa de vidrio y trozos de hierro. SoDrelll apeáblemente y IUjetaba en III mano un rnanillo. En respuesta I lu prt:¡¡untu el ruturo acadtmico declaró que decidió, con fírmeza, dcdicane a III tcor1l1En el tercer ClIrso del institulo )os ruturos l'uicos wmienun a espocializane en direrentes campos de esta cicnci&. Se han creado diuin w ~Iedra.s para aquellOf quienes se dediquen a los experimentos y para los que se oeupcn de la crución de detecto~ &10 es lXlmpreosib!e. Tod o el mundo líe ha acostumbrado ya a que lo. modernOl experimento. físicos son imposibles lin iMtnlmentOf eompleji.hnos. Con frecuencia eslOl instrurnentOf y aparatOl IOn de dimemiones cnormes (n:cuérdcMCI aunque sea las c&maru de trazas en 101 acc:leradores) y, adem'" I Ucreación y el uabajo en los mismos requiere la panicipaciÓll no sOlo de rlllcos, lino tambiea de iDscnieros, tbcnims y cieDllficos de ouu especialidades. La Dlluram revela IIU stlCI'c:to& cedicDdo ante la pujaDD de kM cafuen05 mancomunados. El muy demOllrauvo el ,¡picntc ejemplo. El articu lo ~biendo cl "¡)Crimento coa IDl nculrino. en Brookb.vcn,.¿e1 cual hlblamo& en el capitulo I.nterior, lo úrlllllron siete t Ulores.. Uevaban la prilNlc1I. entrt: atos Ledermln y Sc:bwarU.. Pasaron yariosaños,y UD numero lan pequeño de autores, u a¡indosc de 1m trabajo dedicado • lo. ClIperimen lOl oon los OC\Ilrinot eo el a~rador,Je conrirtió en un hecho rara. YaK him habilual un. lista de nombra que ocupa un euano de pa¡¡n. impresa. En el dc:scubrimimto de las corrlcntes neutru en JI inteneción débil (sobre CItaS corrientes hablarelllOl mas ildc:lante) parliei pllron : ea 1m trabajo_ 55 coautolU ; ea otro. SI. Asi p"c:s, Ia.crceiente.upecialiución uta relacionada también ¡;on el aumento d;e su.' ook>ttiVIlf, d~ntro de cuyas posibili
IJO

n)(:IOOoI08"1 inoo:spcradllS. PM cuanlo:. dio:"'" uperimcnl CK no rcquerian pstot uorbitl.ntrt;, invitaban 1 in~tiJ..,dorcs de I ~ nlis d ivel"fOl pal Jc$. Y 1", raultao.los .•. P~ro 1'10 viene al <:aso :ldcbnurl>O$. U . CUANDO DF.I. NOCU:O SAI.[N OOS 1'J.f.CfRONES

La predicción de este proo:;e!O esd relacionada con cI 'aombrc ~~ Maria Gocppcrt· Maycr •. teórico q\IC

hi~

una van

aP!ln~n

a la

física nuclelr. Aprolimadamente un ai'io deapues de que E. .Fcmliror; mularll la tcoria de 111 desinti:¡raaon beta, M.uia GOCppeTfCM;fCi: ' publicó un trabajo en el q~ plantuba la Posibilidad do/este ~ Prmemos atención ala ti¡. lOen la que !le: ~cW{lIn -le), ~'IPaOs' cner¡éticos fund.nlColaks de 11"($ riúcIeot ds6t)a'~j' "OOn::lÍlil cof)$C(:ut ivo númuo de neutrones d«rociente '1 inl' n((milro.~de~ protones creciente; (Z. N); (2 + 1, N - 1) '1 (Z + 2. N - 2). La destnIqración beca del primer núcleo para formar el iIe,ulldo mi. prohibida por la 1~'1 de la comerncibn de la ener';" 'la qu~ el estado fundamental del último se CrleUClltra mj¡s arri.,. Cil la escal1 de mcrgiu En cambio, la desintc¡racióo beta del pri~ro en el ttrO:!ro 1)() wicnc prohibid.a por esta ley. El prOCC$O puede tCMr la ¡.j¡uienle fMm" ;

,<8, Dos neutrones del núcleo se lr&Mforman slmult.lonumente en pro tones, con la .,.rticulaooad de que en este caso $lllen Jeptones.. Este procao lleva el nombre de tUJUoffflTOC1ÓIt Nf.!l dnblt. At rajo 1.. at~ióo de )os rISK:OS porque pOOll servir p&rlI comprobar lit le)' de la eons.enación de la CIIrp IcptÓniet.. Sigamos el curso de 5111 rlwllamicll t()$. La reacci ón (48). en priJ>l:ipio, puede lener dos mecanismos internos o>. El primero es la. lransfonnacibn independiente de neutrones en

'"

~(Z 'J)(t"H)

o> Do Pon\C<;:O!"YO propuso umbitn un inlc.nante, , 1 Que no nO. n!fcnn!mo •.

l.erc.:r

I\ICa;nismo,

", ~ y

protona;: n_p+t- +v.,

n ..... p+t

+ v..

2n_2p+2t - +2v,.

(."

Ahora, pOr un rato, supongamos qUt la ley dt la conservación dt la ~rga. leptónica no existe.. En esk caso se baa posible el segund<::o mecanismo para la desintegración beta doblc. Durante la transformación del primer ncutrón no sale un antine\!lrino, sino un ncutrino. Y Cstc, como un catalizador, provoca la desirltc¡nción de{ segundo neutrón : . "'.+n_p-+e- . Esta reacaón sólo se desanolla con l. participacibn virtual de v• . En lugar de cuatro leptones escapan dos : u.n;camcntc eIoctroncs (50)

Se entiende que el «pcrimcnto de Davjs dedicado al C'1tudio de la desintegración beta in~rudcl Ar-)7 ya con'ICnció a 101 fisicos de que no 5C podía esperar ulla infracción considerable de la ley de conservación de la car¡a kptónica. Pero, di¡amos, ¿una infraccibn parcial.? Si se logra Rgianar el proocso (SO) esto tendrá conse<:UCl\ciu muy importantes., ya que en los últimos tiempos, en Il:IaciÓD con el problema de 'u, "Otan Uuilicación~ de 1&5 interacciona (de la débil, eleo:.:tromallléctiQ '1 nuclear) se discute el problema sobre una alteracibn - aunque ¡nruna, pero, as; y todo, uoa altcraciÓn- de U, conscnación de las carps bariimica '1 Icptonica. (Ya hemos tocado esta c\lCllión al hablar $Obre la posible inestabilidad del protón.) Al confrontar cotll: si las reaa:iones (48) '1 (SO) se puede 'lCr cómo distinguir 1& dcsinlc¡ración con dos neutri.....,s de la dcsintc¡ración sin neutrinll\ll. En el ultimo CIIQ la energia total de los ckdrones sicmpll: lera conslanle: ósta se determina tan sólo por la d iferencia de encrgías de los estadO! rundamentala de los Oúcleos (Z, N) '1 (2 -+ 2, N - 2). A su vcz" en el primer...ca.s.o los clectrones poseen un espectro de mc:rglu cOntinuO. PUe.'lto que se emilen.adcmb. dO$ antincutrinOL Ge,bc 5CñaIar, lambien. que la Oc:I;mlegr.aÓfl sin neutrinos debe transcurrir con mucha mayor celeridad. Aproaimadamcnte. un míllbn de vecu.máJ r.ipido . i v. y v. hubiera n sido idinl ico$. Y . i la lcy de la C9l!5Crvacipn de la. carp. lcptonica se infringe en I ~ de ca$\)$, cnlonas. djcz mil ' vcocs mu ri~o. cte. A raíz de cllo, el CJlpcrimcntador que demostró la b:istencia de la dcsintc¡vación sin JJ1

ncutrinoo, podia obtcncr la eval~ de la euc:t~ud de esta ley, el decir, la rdacibn entre el tiempo dc vida del nftdeo nticinad9 por la lfOria, l iendo a~hllalllClltc idéa1icos 'el neutrino y el I nliQoC.lltrino, y el tiempo de vida obtenido por Yia upcrilncntal : t,.{v._ ~.}/'''p ,

Si IC anaUla la ~_ de fos ~opos le puede ~nt,.,r_~ de IIn oenl.enar de nideol '- ~~, 4c , e~pcnmtIIlar, _su, puesllmentc,la desinl~ÓlI beta doble..Sin m:I~o, p.? muelw'i>caUlal, la mayem. de!St(WJ ~o ~ ,iryé; a.lo.·ü P!l .., '.\ Dcspubs de , 11M Idcu:ibli" -dejiróu . ~'~~i "'~_iCi Lo$ prim«o. txperimeD~~op. reill~_p_~, _ Desde aqueUa ~poca .gn¡pos de-ftsieos en 100:0 d, !Il"'~ .. 'de II~, vez fe&nudaron la bUlqlleda de éste prOOMO. La rrolllera de Iá uxtilud IC apt.rub& cada vez nW Y ahonl ic C!IáIcJ1ln1 en la rq:i6n de tiempos l_' mayom de 10 1• ai'los. Elto .iplrlel que en liD ¡nrllO de l\l.Jtancia initbll puede tnltXl1I'rir unadesmlegradón por año. Y ea ~rio ubcT detcdar tU:s ac:tividadef. Como .Ió¡ico, le impone la idc& de Ira caminos posibla: quedArse_tado y ,,"ardar durante mlKhoc a6oa, ' IImallar la mua de la IUllancia,1I Iricn, haeet \o l1.li0 Y lo o lro. Y, ademU. «In todo dio, u bcr IUprimir kM procesos de rondo.

'Z

4.3. nl"F.RlME,VfOS cr.ot.Oclcos

Varios ,llIpo. de experimentadorea (entre ato. también algunos ¡¡.ieos tOvi~ticOl) hallaron un camillo oripnal, Irtlciu al cual el tiempo de espIinl dura miles de millones de a~OI. Se IObreentien.de que 101 propios QenÚrlOOl todo este tiempo 110 estuvieroo presentes. Simplemenle. elepan un mineral (cuya edad (uera «Imp.a.ablc COfI la de la Ticm) que t\lweseel isótopo precw1OI' (Z . N). o ICI, el isOIopo inidal, y bo.ttelba n en ~l lo. ¡IIOmos del prod\ll:to (h.ijo)(Z + 2. N - 2) IC\I.I1lllladot alll durante CIte trI()ttTIe IapMI. De esta forma se inVC$tipbln Iu tranUciones del Kkni042 en criptó n-82. y del telurio-I)O u &CD<'>n- llO. Prec::i_te Jo. inerlcl Q'iplÓlI y ~enbn se podlI n lep&N c:oa f!:lativa r.al~ del mineral. inc¡u¡Q Ii . v tontenido en iste resultaba ~. La muestrtl le trituraba. y 10$ pse& le d iripD a un inilnunento especial, el dpccttbsrafo de masa. En éste tenil lu". la deterlllinlCión de 11 tompoDc:ibn isotbpioCll del au inerte. P or rqla lIeneral, se deKubrla que esta COf'Qpo$M:ión se dirncnciaba de la comun y corriente qtIC se em:uentrtl en la ruotllralez.a. Por ejemplo. en uno de 101 ialtimos y l umamcnte rscrupulosos Clperimc:ntos se

a-

JJJ

sometía a investigación una meoa con alto contenido de telurio. Se dcscubrio un exceso muy U-nde de xenón-t30 ; $ 11 proporción constituía un 70"/0 de La cantidad 'Iotal de J
sc:'mieondUt:lorcs.

lladc: el ado 19S1 ba$ta la fo:o;ha los invcstigiUSorcs aumentaron la sensibilidad de lo~ u:perimentos, apro~imadamente, icien mil v«;es! El! el cuuo de estos ailos, en V~riRS ocasiona, p"reeib 'I."e la desintegración sin neutfÍnUI ya se habiR de5cubicrto. Mas a l cabo de poco tiempo, los u:perimcntos efectuados con los mismos isótopos pero oon una mayQr preeilió!l refulaban c:stOl resultados oplimistu. u "mbirna evaluación pata el tiempo de vida de los núcleos respecto. la desintcgraclÓl! lIin nc:utrinos se col\$i&"ió en,los t~NjOS óét·~siUPO de fWcos .itallanos pajo. La ,d,irecaon de ,E. Fiorini. En el ejcmPo.""dC "estM ' IIIVestiPciollC5 ilustraremos el trabajo de los oOot¡Ídóres Oc '"diación conb:cionados a' bale de IIt:miconduetorcs. Pero. pilínerumente, u:pond.rell"lOli el principio ron que lit: regiSltan laa ,pi.i11culas en cllot detectores.

• .• . OONT,u)()R A BASE DI! SE.'IotICONDlICTOIlf:S

Los ~ontadora
'1 cuanto mb b.'¡' elIla tcmp!f'l.tllra del cristal. La partiwla o;arpda. al pasar, ioDiu.la. átol1>Of., '1 en la uo;oo P-" .pIo...,,;en QlI"1lU' libres. El campo ... ~esúra ~ en difCfen~ ~lIidos y la. seaa¡ el6c::uica que se ensendra en me caso puede rqistnne. La propiedad de los contadora a buc: de smUcooclllC:toru qlie

mb atraedvo time palillos rJSicoses la posibilidad de determinar con una preciti6n muy grande la enera!a perdida por la panlcula en la zona de la uni6ft Un buen poder de resoluci6n ener~. Mucho !nejo¡" quecl de 100detl:lClornde oeutcllco o de ... Qmaras de ion.i:zacibn p - . Pan. mudlOl problcnaJ es imponanle que dllr:an1C el rqimo de Iu p&rticulu de enerPu pró. imu le Kp&fm -se resuelvall- Iu señales ptovenicula de C:stu. Por ate motivo, los contadora temic.onductores, apczw creados., totnen.úron a emplearte muy amptiameate. En cuanto al in.tOllveniftlte principal de estOl delectorel, we consisle en la pequeña catJlid.d de llIItilllCia lC1I el volumen KnSiblc, de modo que DO Mm id6neos para replr.r particula.lde .¡tAI enttglu: con recorrido .,.ndc. La 1C5al del puadc: 11. particuJa en el detectO( es pequei'IL Así, por *",p1o, la parúo;Wa G< con una cnerp. de 1,$ MeV fonn. eo la traMicibn p -n lIniI carga iguala 1,6 _IO- 1J culOlllmo.. Si 11. capaci. dad del detector es de 100 pf, el üuJMllao de IcmióD ni la ..!ida Rri. " _ Q/e _ 1,6 · 10 - 3 V. Con el fin de medir coo JJiI1I precisióo 11M. ICMI de esl. iDdole x _itó CODltNir amplificadOnlll espa:i&lel con UD ruw:1 btjo de Nidos propio... AdemN. para reducir lo. Nidos dd propio detector. los contadores de germanio le cnrrlllo hastl temperaturu muy b8,j ... empleando para ello nitr6g~o liquido. De 10 UpueslOK 'le que 101 detectores I base de KmicoodllCtores es convmienlC utilizarlos para determinar la encr¡ia de laI panlcvlu alfa o de los rrqmeotOl de la r.ioo de demealOl pesadoa. Coo "1& filIalidad. la unióo p-II le ditpone muy aen::a de la supcñx:ie Gel tootad«,' la profuadidad de v.na. mia... para que III panicula no plle en Nlde &U eDerpa en el material de este illltnunenlO. Vali~OICi de UD ~ de tIo, detectores de ,ilicio le puede hallar "lIIbib Ia._ ~.¡.rra~ to. El esquema del CIlP.Climcoto liene: el .igy~.le ~~, En', e1 ~C:'lIllno de los r~gmentOl fe inluJ)O!le el prirnu coDlador, cuyo,espesor 4x ea solamente de unu ,deoenal de micru" de lDDCIo, td rquc l. particula en vuelo.deje en cite . 610 una parte pcqucl. de ftI,enMJia. Si volvemos 1·1. f()(mub (111) (,,"5C la N .41),.' veremos que eo la distanci.a. 4x ... pC.-didu de CJIetp -aEIAx IOD in_ma,tc proporciooales al _drado de la w:l.ocidad-de la parúcula. El wJundo oonlldoc fe dip: hUlaDle ~lOr·

'-11.

/"

do~ (de varios millrnclrOl). de modo que en IU unibn P-II.1a partku.la se absorlM .por Gem plttQ. É!te , ainoe ·pafa la cktetminacibll, óe. 1!I

cnersla E -1/2-1,'. EI .produao,{~/.b)E, pan. lllIa "rp~ . del rrq;mtnlO (bu», de la f~ s,1e(1.imliudOl~ depende soI~te·. de IU nIUL Y.ata IIIIIM ea posibl.e dc ·bllar. De ate.modo. CDtre los l prodlldOl de la .flSiOn se ~OB isb;topcl' eon ptopiedades, nuo::learea mur interaanter. ,tot: ejemplo,.e1 iaQlopo ,de belio DCt~c¡
ordinario~ Por cuanto d . i!OtOP.o ~o cm ~ fC!!&rP1o,c;4e~ neutrone.. ésle se desinleara en uoa dkima pane de Iqundo irndJan'::',. do clec:trooea. Lo, detoctOn::1 de Fl'lnanio le emplean (:(XI frecuencia para 11. elpec:tl'OllMlria pmma. AllflquC dichos m.lnImentOll reqUicICII enfriamiento, lal diflClllta6cs ÚUIiCU te "n compensada po!' la

mucha mayor cfocia del rc¡istro: tamo Z del 8'CnnuUo, como su supenn n aleo grado las miSIllQ ~tudCI para d :il1icio.

denl~ad

U. 2L f:XPERJMIlIn'O DI FlORIM Al principio deestecapilulo hclDOl didlo que eo 101 UpmmeOIOS dedicadolal estudio de la dcsintCJIllcibn beta doble la. inI!al&ciones experimmtala 00 sorpllnden por .111 dimc:nsionel. Por ejempJo. la ctman de dtilplll y 101 QOn!adoret: de centelloo en el uperimento de Bardeen, Wu y ot rOllenlan una longitud decerea de dOl metros. Pero la in.talacibn rl>C bajada a una mi .... de 600 m de profundidad para proleJl<'rla de la radiacibo ~ lo. experimento. del gn¡po de Fiorini con el detector de ",rmanio te realizaron en el Laboratorio InlctllKional de 1011 Rlyos COsmic:os. Bajo d mu allo de los piros I lpinos, el Monte 8111)(0, pa$;I I,In tÍlnel de Cl$i dooc kilólDClros de yr,o q..e ulle Ilali. 7 F ... ncia. A cuatro kilOinctrOl de d iltaDcia de la u.1i
natl,lraICl. Tr ll' 1. panfina IIC encuentra una cllpa de cadmio,

~1Ibtolut.mcntt. ~gra~, el _ir,

qut. I.bsorbe toh.hnentt: '
1en10&. CoDIllI loo; cuantos pm..' IUoCha u.,. protc«ibn dt. plomo. Al principio x di$pone U"" c:apll de plomo corriente, pero a te, por N mistllo. puede contener iltlpureu.t de Ulllnio o torio. Ademi., con el d_rrollo de la indlJlitn..l.tOmica 'J dt. 101 t.n"yOIo I.tbmiool m..chOl materiales usuhl.ron ~eontllminl.dOl~ por l. radillcti_ ltIad. Para d hombre esta radiactividad pUl. comp[ctam.mtc inl.dverlkl ll ,/11 que es « ntcn. res 'J miles de veces menor que el rondo natural, sin embargo. puede resultar peligrosa para insuoll.ciones de rondo tl.n bajo. &tt. es el motivo de que bI C&p;i irllcrior de plomo es especial. con un ni\'CI bajo de ndiactMdild. A menudo, este plomo se: obtiene de las planc:h.. de didio metal que o:ubr'ian loI tt.choc dt. !OI .n tiguo. edirlci", (!¡les!&¡ o c:astillot;). En los si¡los transcurridos los elementos "diac tivosQOl1 lclIKlos en el plomo dt. Citas p!l.nc/ul I tuvieron tiempo para. desíntcgrane. '/. porotrl. pIIne.ClI.. planch.. ftO podl.n hlberse ~eontaminado~ de lo, materiakl modernos. La. il1tim. opa de la prOlca:iOIl pasiva es un a de mercurio purificado milhiplCl ~ por !k$ti!l.c;On. Y fin" mente. el eorubnde 1. ¡nSlalacion es el dctCC10r de germanio. A IrllvCs del conducto de rrio la bltja tcmperllllrll . detde el VI.IO de De.... r wn nilTOgeno liquido. K 1n.lWIliÚ• • 1 cris,,1 de ¡crmanio. & Ie crislltl dc$empellahll un P'lpt:l doble. Por UM pllrle SCf';1. de:

detector de 101 dectnmel que K rormaban, '/ por OIra n I. su manantiaL l..II OJClti60 relide: en que el ICTmani o nalu ra.1 contiene «1'(:1 de 7.S%de germanio con un pelo "órnica ¡JUl.I. 76. E.le puede

..,--..,.. .,.... .........

FlO. 11. LoI_ 4. lo _ _ ".,.

1M

ul

muwormane en selenio- 76 o;on l. imdiacjon de dos electrones (en d caso de delintesr>lción ain neulrino. IU ,!;l\erp 10la1 ~· de 2 M.V). Pa ra Iol e~pertmenlOIIc loaró'culliVar tin criuIHiniOo en tamailo '1 putcU de 68..m 1 de \lOluJllCtl. Oichq ,~riatal posda .un· c¡¡gdc:nle poder de molución c:ner¡tlico. -En sus trabajoe.,·el JI1IPO~. fiorini p~tl el espC!Cuo cncr¡élifo de lo. ~lecimiet)tos ~lradOf : num~OIOI picos pro~!lieñ'tes <1e dire,~. 'clelhcn~1 i"'iactivos. Peroc:t\ la rqibo Oc 101; 2 ~eV, siendo el Uen)P9 l,otll~ .obttl:Y~ción iauaJ I 111 dlu (¡ !), no se,oblervó pico I\POo..,~~.~!lMI·djo la posibilidad de afmnar que, aun.cua$.b ~~o. 4.9.Qk Iif nculfioo$ IranSCUrra.,~ta le,prOOuoe o;on una vida ql!!:kIbreJI!,a:)oS 5. 10 1' a~1». ba ley de l. o;onsernci6n ~ la c..-p.lcptboica no ,.,: inrrinSc con mlyor fre<:lWlcia que en , el ·0; '1% de , Ios,.cuos, Mlual!llmle, • la bUtq~ d. la dainlepaci6n betl doble $e dedican _ de diCf. ,",poi, incluyendo 101 de I\siooI soyjlo¡iea&. Lo!: cienlí5C06 que t~jaa en KKV '1 en el Labontorio Nmrtnico de BUd.n ya hin obtenido resultado, de lIta precisilm. Pero, Jam<:nlablemeole, tOO,vta DO hin detectado este prooesn.

"'...... ,

COMO "ESTÁ ESTRUCllJRADA" LA INTERACCIÓN DtBn. .'-1. ES llORA PE HACU BALANCl:

T .....nswl'rieron cincumla afiot -WI plazo que se .~rc. a la dvraeibn de la vida humana- dad", ti dla en Que Enrique Fenni, por primera vez, dio. la nueva particula ",1 earifta.o nombre ¡caJiano: "neulrinO", Du ..... nte e5t05 ai\of 101 ñ!i.icoa '" afanaron por no perdn en balde el tiempo. lAFa;fOU IOlISIIcar • la rulluralcu muchos $IlC1'eIOI relacionados con el neulrino. Resulto que muchas propiedades de estll particula priTllUo f\llllon vaticinadu y m" tarde obturicron confinnac:ibn uperimmtal. & 10 le rálCR tanto a l ptOpio hedaode la uiltcuo;ia elel neutrino, anuo ala Qtcutlltaocia de que en la nat ullIJeu K dan de. tipos difo:renlet de ese. puúcula : el ncutnno "'\lonieo '1 el dearbnico. Hace muy poco (DO bemo. hablado ,ún labre el parúeular ) se ha aftadido .. MIOS el nellmllD 1&\1 (vJ que ac:ompab en 1.. reaoc:iollCS ,1 kpl6I'I t deleubieno en el acckrador. S i le IORlI en eondduacibn qlH' C*l1 ...... de las mcn.c:i.onacLu panirolu lim~ ildemiu, su uspectiva antipattk:uJa, raulla que: el nUmero de mie mbros conocido. de 1, r.milia 4d neutrino lkp • aeiJ. No hay plena darid..:l c:D la cue:llibn de paI'1I q~ ncca.it a la naturaleza ieis pIIniculu invisiblet(y Klim hu OpiniollCS mu pesimistas, en pnenl. DO cmte eluldad alsuna). LoI n,ieoe: Invcntaron tI termino Marga leplbni¡;a" y prOYeyeron cada ~ rtícul. lisera - cada kptbn - co n I LI propi.o marbete. De este modo, a~recic:tOD III.mbolOl oomplemcntariot en 1.. dcsi¡na¡;iollC$ de los direrentes mn,ltrinQl! v.' to.. v•. y• . Lu invcstiptiones ban dcmostrado que la ley dc la eonservacibn de la carp. Iept bnica K cumpk COI! pan eu.clitud. Por ahota, su ¡nfraocKm no K reveló ni siquiera en 10J u:per;meDtos mis metKulosos. T amtMn K vcriticó otra ¡mdiociOn que. a primen. vista, parecía .umaQleTll e iDveroámiL Como RCOtdarl el lel;tor,lOI uperimenlOl baa O::OlÚarmado el ~" de que la iqtcnKlCibJl dtbil no <:onurv. la paooad~. u,-/ proocsos: que dicha inlcfaOeióQ .obiema tr.nJCWTerl de distinta fon:D.a en DlltSUO a"lundo y Cft d tdlejado especu1anntrllc. A reSUltaS de cUo, el!; Iu pll&ina.s de l;u revisw .paroc:ierotl .... imiSOIlM de 101 nCLltrilKll n"I rOTlna de bolita YOlando y ¡inDdo alndedofdc I U vector vcLoc:idad o de bIIrrena enrOlRndose en el espacio ("bIt la lis. 16). Ilustran el bech o de qLle el espin de Ja p&~cula esti oriC1lIac:lO eD el espacio no de LIRa m_nc", 'ub'l.ari_,

uo

sino Cltri«atno:nte en din:cción (para. ~, y v.J o ~trictamente en o;o.ntnl de la dirección Ú)llra v, , v.J del~movinueDIO (del· impulap}. Ppr d momento, todos loa UperilDClltos Ikvadot a .cabo_collfi~ este cuadro. Al mismo tiempo, queda todavil UnI enorme c:aotida(l·de

trabajo , ~."'!Ido muy KluaJcs Iu !ineu·co...:lusiv.¡ del I~o

dclacadtmióo M. A.. Martov MEI neutrinoMac:rtIU ba;cc mb,d~t..a luslrOll : ~A IIU.tro coalCinporineo .1e a -dilicil.adivirw .,:uij. es el vcrd~cro lu.pt que ocuprui d IlC!vtQoo ea 1& .~del'Jvfuro:~.D cm'N.rlo, Iu propied4des de ei.., pa.rúcul&;>- IOII' WI · ~~ y peculiarei qllc' es lólien. pensar,.que la -n.tW'.laa~ ba "cr~o~iel ntutrino 'lmiendo Presenlc. unol '~"fIttCS~ pro.fundos y, por!&bora~'Ei'o muy cllUOII par. nO$OIf05", U. J.l'(t'UACClON

, V qu~ re sabe reJpedo, la mlerla:iÓ1l dtoil en la cual partio::ipt.d Dcvlrioo1 lA. o:onYenadóII'lObre este: prob~ la come_ Cn la priJncra paN ,elel ¡m:seII1c Ubro (eapitulo 7) y ahora tt.LUemO$ de cootinuarta. Duranlc 1&rlO tiempo pnmaDOCi. enignúJito d mocaniJmo con cuya ayuda se rcatiut.. ata iolcnccióo IUpo¡u.lble ele la clcsintecr-ciOIl de los lIX:IOotS Il. 11 Y " , de 11M reric de otras puf¡cu..... uI como ele la dispcniOn (por ejemplo, la dilpenión del. neutrillO en d dec:trim). El rad;o de .oción de las fucn.u d6bilcl CI húimo inelluo en comparación coa l. escala nuckar. Eall últi ....... colUlitu)'C 10 - " m, Y el primero el menor que 10 · " m. No es d~ eJlr.Au qve rtlullasc muy dificil ~di_mit" cu"cs partlCUt.1 tranlfieren inlel.ociones d6bilcs, elelCll'lpcñllndo el mismo papel que 101 cUlnlOl ¡amm.a. en la electrodinlmka. 1.& leerla de II desintqraeión beta que publicó en 1934 E. FemU hiwen este IeIltldo tan J6Io el primer puo. V. bclDOl.maJadO que fue construida por 1.lII1op con la electrodinlmica 1. pOIIteriormellte, ",sulto qlle con plena razón, En C\Wlto al .-.nillllO de: 10 fucn&ll debilca, la lcon. fenniana u&miNlba el pl"OCleSO de lraAlformarión de los n ucleont!l en d niodeo, &$Í como d ...amiento de la paruCllla P , ckl pcutrmo como si ftjClC dc:$de lejos. si n prcst.Ir inlere. • IUS detalle .. Se COMidcrat.. que lodo K dc:Ianolla en . 1Ift punto. Semejanle IpIl'l1im;lC:iÓII era válidl mimtrU re tntIt.. de II dc:sintegnción beta nuclf:;lr con SUI enerlilS relllivamcntc pcqucñu « 10 McV). .... rc.spual. ddiniliva. la pre¡unll lObrc lo. C\lan!Ol del C&1I\pD debil fve obtenidl d~pués de habenc creado 1& lenrla única de las interaociol>tt e1t1C1roml3ll6ricas y débiles. A e"a ¡corla lporta ron su

'"

IOI'-jo numen. . . cienlifi«lll. e/me 10l t;\1ale$ el papel principal pertc~ a S. Wcinbe,.. Sb. Oluhow y A. Salam. La aocibn se desarroUa cn una región del ospacio miles de veces menor qued núcleo atbmico. "qui.le 6esin telraeibn beta del neutrbn tienc el a.rpoc:to repl'aentado en el diasPrna de la na. 22,4. El IIeIIUón, al transformal'H en ptot6n, irrad ia una partkula, el ~DtO cid campo cUbil, que lleva el nombre de"~ ~orid" {W - ~ & 1. panicula 1",lIaporta UJllI cup ne.. I; .... y se desioteara en electrón y neulrino. El rtdio de l. mtcnl.ccióo dCbil el pequeño, y esto lisnirlCll que l. man del bosOn W u muy srande (del orden dc 10' McV). de t.Dllformidad DOn lo discutido y. en la P's. 70. El sep1Jld.o miembro de. la familia de los boioncs vectorialea W " loe puede. ver cn el le dil¡rama que reprelCDta le dclinlCJRCi6n del mUÓD pociiti'Vo ¡.L" (r... 22. 11). Finalmente. m la leona Mlrperon dOl bosonc5 m.... nla 'Ie7" neutros. Pero blos no le ponen de manirleSto por leparlldo, sino liiempre en combinacibn con el otro. Su deapluarnLento da lupr.m primer lamino, a le par1k:ula DCII lra ZO de mua .... nde., y, en ~Ddo tb-miDo, el CUIJIto pmma que ya. ..onocemOl con l. UIUil en fcpDIO ipala cero. Mientras Iaa dist&IKUS mtre In paniculn fOIl pequd.... eI iDtercambiodc W -, W" • ZOode cuanlOS"1 cooouoc a ji"'" fueru de interac:ci6n. En cUo SI: tl'lanil)csta la naluralcza Una de ... fuertQ débiles y elel;:tromapicaJ. &tI$ interneoen con le c:arp ~. que a ínuca por MI IDilInitud y esti mKioMd. nwdianlc la c.tpres.lbll G _~'IItI:" oon .. COIISIante de Fenni de intcraodbn detriI y le masa del bOIbIl. Pero be aqul que la dista llCia mire las panit;\11a1 le hizo mayor que el radio de las intcraoeionu dhbilll&. Ahora el intercambio de botones 'Vinuales aa dificultado. El principio de ioocnidumbrc prohIbe a estas partlC\lW de mua ....1Ide una n islmcill dUClldcra y la. probabilidad de que penetrar. a lf&lIda distaDciaJ es muy pcque!L Ea este cuo Jk"Van 'V CDtaja ~ cuantos pt'llma que DO poseen masa. Las illtenociones e1ectrOJDqllCtica y débil, ÍlNeo por IU IIIluraleza, miradu Mdcsde fuen~, parecen rcprescolar diferentes tipos de fuenu.

",vico

:-:::.:j',\--:j'- '\..::./' pf'-- \p \~. ~/ ~\~. ~.I -

al

11)

el

El bito de la leorla unica radicaba en q\l.l: e-Ia podia- resolver OlrOl mll~~ problemas complejos CU)' nposieión DO' bubiese llevado mr,¡,. tejos del CODtcnido de eslc libro. l.OI prOCUOl ql,lC le pue. den nptic:ar por mecüo del intuelJObio de bosona·UlpdOl W - ,. W' te hablan obtcrva60 ,. eshadia40 antes .
5.l.

CAMA&AS DI: BUtiIlIJAS

r

La teon. valiciD:lba la existencia de C'Orrientes IIWtrll, ~ uunto de 101 nprrimmtadores .ometCf este V.UatIlO a comprobaciÓD nperimental. la wrdad es que inclllSO con IUIlCrioridad en la. inlcna::iana ~ lit bou:sc:aban o;orrientcs neutras, fin emballo, estas búsquedas no le vieron o;oronadas con el e,¡ito. Pero ahora, Oln vez, todo el mundo se IefIt!. lleno de eIItl»Í&lmo. A modiados de 1911, en la pRnaa l patecib 11111 o;omunlcadón del Cenlro Europeo de Invatiptión Nuclear (.quella misma comunieaeiÓD que firmaron ~S fttiCOl de 7 UuIÍlul05 y seis p;tises difeTCtllCl: RFA, Bel¡ica. Suiza, Francia, ,,,Iia e InaJaterra) informando que Ia.C'OtrienlClllt:lltru se hablan desc:ublerto. Se ¡OItO lutcc:rlo utilizando detc:ctorcs de los g¡alc:s tOO ...!a no hc:1II05 dicho nad. ; se lrata de las cimaru de br,¡rbu;as. &t.. oatin intcrpucs"l en el camino de Iof; haen CIlscndrados en los me gr.n
n,icos IOviHil;OS. La c&mara est;\ rodeada de aparatos &ulliliares. su vo lumen se mide en decenas de metros CÍlbicos y la masa es de cer<:ll

de 3000 IODCladU. Aquí bay imanes a lrav" de cuyos polO\! se han practicado canales para fotovafIar los acont~imieolos. hay instaladones especiales en loscualel iC obtiene hi
LncadenitaJ de burbuj u que marcan la huella de la patticula que pasO volando o naQO

le

fotosnrUlll con varios apilratos. EsIO oc hace

para ratablo::er después dicha hueRa en el espacio, según la~ tres wordenadaa. Seguidamente, Ia$ fotogra!\u se envían para su proces.amíento. La clImal'1. en un día, puede proport:ionar decenas de miles de fotoUII!íu. Y millones de fotogralias, anl.lalmenle, en todo el mundo. FolOgral\u, fOlogratlas, fotografias. Aún recientemente mile\; de personas en \os laboratorios. en mesas especi.a.les. anali7.aban las

fotograll.5 a tram de microscopios de p'0yt:cclón . J. Aqu\ " llevaba a cabo 1. selección primaria de 10&"aconto:cimieotol que interesaban a los Iísicos. A coulinua.cibn, entraban en ItIXiÓn iaSlalaciones automatizada. y semlaUl(lmatizadu unidas a ordenadores ripidos. El ¡>feciw medir las longiludes de las trazas, rcsuble«r el aspecto espac;..J de los acontecimientos y muchu, muchisirnas cosas rnáI, Al lin y al cabo, los investipdolU obtienen la infonnaQbo necesaria y puecko coostnUt gráficos, rcaUzar clleulos, conlirnJar algo y algo refutar, FJ costo de este prOOCillmicntO, jWllo con la aeación de los aparatos iDdllpensables' en este (;asO le mide en números de liete y oc:bo guarismos. resultando mas CQ!toso que las propias cllmaras de

burbuju, Exllte, además, otro problema, El procesamiento te queda a la za¡a de la infonnaQon sllil1ininrada por las c(omaras. Y estas deben estar paradas una parte de $U tiempo, o bien, trabe.jar para el ~atthivo", itY lo que MprescnU mantener tales archivos?! Lu difiCultades son muehas, pero qué eno rme puo adelanle pennilieron baa:r a la física las..ámaras de burbuju desde la época en que el joven colabandor de la UnÍYenidad de Michigan Donald Oluer conatruyua la primera cámara. No tenia nada que espantara. Su parte principal la comtitula una ampolla de vidrio llena de éter cuyo. YO,~_men era b!n &~. de 2.S cm', ,~ Hquido se encontraba a una t~P.!=t~.u_ra
le

enCllen(f'l. en estado IO brccalentado.

• , 'Accualmalle, se A""''''Atizan tambitn lu prIme.a:¡; eu.pU del pro.:csí.mienlO."

1"

¿~

, Ignir¡go eslO? Pa .... qltC comience la ebllllicibn del liquido,

adema. de la lempen.lun r presibñ correspondientes, eI '~

_

tambiall;Zllllf .... modicioues PJllra~Ia.~ba d~ burb)/ju df vapor. Sr c:oQOOt qlle 100, qul.mic:os de:ade,J?a: m\.\l=bo tiemp!) Ilti~Con 'r C$le 00 lrozoa cortados,de tubol,~ ricino d;e potceUDlJ:ol~ .­ M el!. el forado del 1Mtru. O sea, lec Uamadot Mebullidom . Eñ istos l ptreoell burb.ljtl~ '1 la ebulliciim ~ sin pet~ ~~--: Si no se J(ICUI"le , eslU nxdid'5 de prea.~ ~111!I!Io ~,,' p\uo,. liberado 4e ps, epl~, ~ .alcanar ,11 !.e;zt'PS!I;'Iln!•. ~; ; ebullK:lbn Y·"I\II" , umct\ll1Jdql, !lleem,aI!lCll~~ el ?,pof le.¡.f prlIWt tln .010 en 1ft luperflCie. , ·E;I liquido se ~~!U , ep: ~u.do:;:, sobreealent.do. Filialmente, como resulttdo_40S la .¡:vidbi1 4Cn1~ de : ~ de Qcru. inquJ.ridad, tu burbujas podrin fonn.a.tM. El proemo K deatrolla de unl forma "iolenidima 'J. muy I rRelludo, el tlpbn .. dispanl htcil el teCho, y el matnz. Iw:it el iUYeltipdOl. En la cinurl de G lucf el pa.pc:1 de MebullidOCQM K ui¡alb& I Jos iooes forn\adoI: en la bllenl de la ~1ÚCII1a. Dur&.lltc UII&I eu.a.tltu milesimu de lCJIIf'Go 1&1 b.ubllju x &em:eDubaa btstl dimeasiones Yi5ibles. En este lapso a Jos ioues no les daba ticntpo desplaurx a Ima dialaneia puce¡Miblc. y la cadenita de burbuju coiDCi41 uac:tamea1C con la Irua de la p&rtlcuIa. Después de lIabu Jotopúildo la buella x puede comprimir el liquido por medio de UD knbolo, Iu burbujas daapuOlXrln y el ;IIIU"mcnto de nllt.".o e$llrl ptepar.oo pilla el

°

lrab&jo. • Las primera.s fotog;r&ÍlU del muen que atrllUb 1I d mll"l JUCfon public-.das en 1!iSl. A partir de ellC momento torno lInI marcha. muy rápida el diklio y COl\5tn=ibn de diJcteDlCI ¡ipol de cbllru de burbujas. Su "entlja inC:UCSlion,ble Cfaevidcntc : el blanco poseil una cantidad ¡nInde de '\lStallCil Y. por toDIl¡u.ienlc, ulla gran probabilidad de ÍlIIena:ion mire bll ) la nd.laciólI pcD(:IrIIIle.. Como liquidos" utilizaban el hidrógeno Iiqujdo y el deuterio liqllido. así como liquidos de oomposición nW compleja : el propano y \os. freoMl. ID el traDlClll'IO de dioe:z ab Iu dimcmiOllCl de las Qmar3$ ina emau arOD huta un metro. Y 1& siJuienlc 6ecada conodujo a la <:reacion de "en1tdero:s gipnlcs. hablaodo de 101 cuale:I COIDCllzat!IO$

nlOeltro ",1a10. Las ..arnaru trabajaD sincrónicamente con los impul$os del acelerador. Ell1qWdo K CDCUClltra en un campo mqn.étko inl~ ruC;UTlltlncUo (al i¡1lI.I que el ~'-c:Ier de la huelll) que permite obtener la informac;i6n m» completa poIibk ~bre la parlicull .

14.\

~.

COIlJUENTL'i ND.JTJlAS

RetorncllWlS abono al uptTimeJllO con lo. neulrinoL Un haz de IICIItrinOl muoni005 • • 1 puar b. cama,. de bur'buju "'O.rpmeI nena con d iC2: toneladas de frebn, eotnba en inlnuci6n «In b. sustancia '1 cnzendraba putleulas secundarias. Hac:ia el venno de: 1973" .cumub.ron CC!llenares de: miles de rotosnlla. y de ,,"as se cli¡ieroo las rel&eionadu con 101 ncutrlno., Lu foto¡vallu sdeocionadu IIC ,ubdividieron en dos ¡rupoL En el priD:ler grupo se incluyeron los proc:cAOl en los euak:I, entre los productos de la reacción IIC identificaban leplnnes carpdos: los munllCl 1'. o l' - , Su aparicion ~ti relacionada con la.J corrientes Cilraadas en 1.. cuales como t, ansportadora de la interacción d.tbillnlerviencn los bowncs W· o W - . En clllCguttdo IflIpo IIC iDeluyerOft 1.. r""iones que no ..... acompañadu del nacimiento de lcptoncs carpdoe. (.. hse., por ejemplo, l. ti" 22,0:). El niunero de acontecimientos de cste tipo resultó poco menor que el de los del primer aropo, y esto era un. \eltimonio con.. inocnte de la existencla de corrieatc:l neutrt.5 y del boaón Z·, Este e"puimenlo coofirmabll Iu prcdi~c. te6ri<:as. pero los fisicos 00 le eenUan tranquilos. Una teoli. eSe earkta- lao fundamental deb\a comprobanc y recomprobanc de la mall
.'

"., F.

Reines detcubricroo la existencia de ... cotrienlcl neut,.$. Cada

"aundo.. por 1 ero' de IU perficie de CIta installlcibn irlc:kI!. un Dujo de:

2. 10 " .ntineutrinoa. Pichoftujo debla puar. primeramente, .t ....a de 111 proteccibn pasi..a compuc.ta. de p lomo y cadmio. despuls, atnvaar UD recipiente con mb de dos tonelada. de: material gentchea.ntc r¡q\lido, o sea. la p«ttec:don uti .... Y. 6nalmentc:, \0$ Ütúieütñnoi aJeantaball 'lió' parte ' oeottal oondc. 10 CODtadOres "P!opÓrc:ii01wesde&Ú, llcoóS de bclio-l, atravaablln un rcc:iplnle CCXI 250 Iitro.·lSn,u' jicA.d&Citn.ordioariamaltc¡pura. A dikteDcia del ~

conicnte iR Wya ' compnsicion (entra el iJ6copo' liaero de

"ft

•

,<6

•

•

'

ro.

•

drOgeno :H, en el agua pesada éste , - '

,

~it:1l!'

sustituido por eL d.euteljo l

.

~

•

El Dúe;leo de e;,&te ~!I~ ';l.ue ~a de uD., ~n y \I~:~I5'n Ue~a el nombre de~"eutb;rl.M {odeu~ón)y ~~!' ""n~, ~ rcwrdaf aL ~~(lr qu~ el, K~,.iDO~ d~,l, ~iet,9D. es, i~ , myc~B!' asl!Cdot, ~0&9al,~I"le\lU:,ó~.Su ~)~ ~a_~~~r~ll~ therk>rd en 1920, y el ~bnmimlo "pcri~~.~ ~~.. ~~~ se remonta "" año 1932. El.,..neulrón fue des<:ubKrtó e..n1n¡1¡i:t~ Y~i:} deutcrOn, en los Estados Unidos por el ¡ropo ,d e Harold UrCX't Obl~vo su reconocimieuto defioifivo el! el VU ,COPJre$ó illSOIv3.y q~ dio tambi~n -el "certificado de nacimiento~..i ney,tr~.Y hc"'aq~: q~ ahora dicbas partlcWu dc~ ~olver a entrar en ~, ~' esu. Ytt no cn el. sentido figunldo, sino en eL Iitcr41, • ¿Qué ocurriri. I!n este QUO1 La reaa:ión puede dcurroLLarae por dos canald. Ur.o de WQ:I vieDedetcrminado por corrientescargadu y consiste en que el protÍ>D que entra en la composición del deu!erón se transfonna en neutrón y positrbn , \i.+d_n+n+c· ,

(SI)

Si las corrielltes neutras cKÍ$tcn, es posible tambim uO proceso en quc d anüncutrino incidente rompe, descompone el deuterÓ!1 en sus panes inte8""ntcs. liberando el !'fotón y el neutrón : vc + d .... n+p+'í'•.

(S2)

En ambos ca5O$ 10:1 ClpcriO'lentadorcs debtan rqistrar los neutr(lllC$ ; dos. si tenia lugar la reacción (S I), y uno, cuando el deute,ón. simplemente, se des<:omponlL Con este objetivo, precisamente. los CIlnladores de helio atra'\lcsaban el agua pesada. Se bacia uso de su propiedad priDcipal : el registro erlCll~ de los neutrones, siendo al mismo tiempo inftma su sensibilidad flente. la radiacióo gamma. El fondo propio de estos contadores CSli. relacionado, fUI! . damcntahncflte, con lar partículas aHa de radiactividad natutal que ~pan de 5\15 paredes. El cxpcrim=uto que elponemos fue realizado el! 1979. No era, lIi mucbo menos. el primero enlre los efectuados en rUelQfCI con el fin de buso;a, las corrienlCS lIeutrlu. La bilsqueda CIlJDeflZÓ a partir de 1956, pero en aquclla épog. la sensibilidad de la instalación resultó ser ca~ cien mil veces menor que la neQCSafÍa. Hubo que cambiar la metodolo¡)a, y en 1969 este número disminuyó huta mil mienul..l queen 1974 quedaba por aumentar la IClIsibilidad

'"

tan &bID 10 vocea. Una vez más los investipdorcs reconlólruian la instalación. En 105 Qópmmentol dei año 1979, en mis de 100 días de mcdicione$ dd efecto y del rondo se obtuvo que el numero de aoontecimicolOlS originados por las wrrientes neutras era de cerca de 40 por dia, y el de lo. debidos 8. laJ conienles cargadas, Iproximadamcatc: 7 por día . El orden de estas cifras cóincidía oon los pronastiool de la tc:ona.

Cap/..... · ' NtJEV AS IDEAS Y NUEVOS DETECI'O_RES En lo. ilIIÍInoa a/lo. el nUlIICro de nuevas ,ideu, hipótesi. y proyectos de cxperiirlenlos referentes . Iot 'neu.triDOU Jejo. de reducirsa, a u_lo

~dcrablcrne.ntc.

"IncluSo ' \/.. ' mwneí&e:ión

bJ'eve de los llIumos butaría para UmBr lu. últi!Dü p6a:iDa;1id.nite libro. Por'eso, 'QOOIO es'lógico;debemin 0"!'iNIc aeiietd¡';colI>b 'fO~ mula MIllAs dtlallCt'. sobli pocaS!OOWMY'rIO "1iII· pOco~ duód"d..

cosas M• En C:SCc ' capítulo, rolo , loeareII1OJ .lIiés'~-problmi'i'; ,:1U oscilaciones Deutrtnicas; el proY.ecto DUMAND y lOs proyr:do.:'&'1a ulilincibn prkliQl de los neuuinos. U. ¿OSCILA EL NllIJ'aINOt En ctte libro bemos hec:bo meDciOD de muchos Dombta de

eminentes fisWos. Sin e:mbarao, entre todos éstos no se ha mencionado tOOavil aquel que puede Ilamanc flllldador de la QclIC:i. sobu las 0fci1aci0nca, Y con mU ruón ailll, padre de toda la filica e~perilDftllal. El. lecl:oc habri adi"¡nac!o y. que le lnola de Galileo Ga lilri. Entre las nulDUOIlU eua.lidades re\eYllIItet Od ¡taD rlSico italiano destaca tambib:J el qllC él sabia oblervat los fenbmcnos mú simples que 1 lodo el mUDdo pe.red.uI oomllncs y wnicata, y, basindoec en estas observaciOOl!&, hacer descubrimientos trucendolntalcs. Por lo yislO, u\ fue wnWn el (lU(I COII la5 oscilaeicmes del péndulo. Por IU IJIli,\Iedad es imposiMe comprobar la leyenda sobre el joven Qcotirlal de la Unn-cn.io:lad de Pisa quien, praenciando Wl olic:io en la roajaluOSll catedral, obooaVII.ba el vaiYén ck.tu loocf1lU, Iu grallW$ arda. de bronce con ~las. Ob&etvaba y calculaba el tiempo que DeOI!&ita.ba la aralia para su movimieato en ambas direo:ianes; mu tarde elte tiempo recibíb d lIomb:re de penudo de os.:ilación. a.lileo no tenia a TIIILIMl ninS"1I. reloj: ni ck arena, ni de agua, ni otro cualquiera, y para comparar los periodos de oscilacibn de las arailauuspeod.idu ceo a.dcnas de distill.ta longitud se vana de 5U propiQ pulso. Si, es impmibJe wmprobar la leyenda, pero se puede Jcer en \" obras de Galileo sobre los pCnduloa y sobre los experimentOfCDn boJita. de plomo y de c.orebo auspendidu con hilos de una milma 1o
",

1115 oilCilaciones. En la segunda mitad del si¡lo XVI I liuygens dodujo la ec\Iación lota l para el periodo de oscilaciOn del pCndulo ,

T- 2" y'ii;, dOnQe J es la longitud de la sllilptmiÓR. y 9, la aceleración de la gra~_ dad (de la caída libre~ La leoría de la. oscilaciones se lomaba Qda vez mas ClIensa, descriN e&da va If\llyor amtidad de fenómenos de los mas diversos campos y I U aparato ma.temátlco '" hacia cad. vez má.! complejo. Resllllaba poco tratar ~n IIn solo péndulo y el investigador 1I!IÍa con un mueUe (no de~iado rigido) dos péndulos, como lo ~prescnta la liS 23. Actualmente, Clita uperimento 10 ClIhibcn, con IJIUto, tanto en la escuela, como en woonfercm:ial en los auditoriCJI de los institutos; es sellCillo '1 hermoso, y a nosotros nos hace falla para sCJuir nuestro relato. Entonea. vamot a observar. Al principio dos péndlÜOS igu.ales cuelgan inmbviles u.nidos mlXliante un muelle. El asistente desvía uno de ellos. El primct péndulo comienza a oscilar con mayor amplitud, pero, paulatinamente, la amplitud de rus oscilacio,,",s va dWni..lluycndo, en cambio, ino;rancnta ca,b vez la amplitud de las oscilacioncl del sc¡undo. Llega un momento en que el primero, prácticamente, se para. mienltu que el SCfIundo OICIla con amplitud mlllima. A continuacibn el cuadro varia, y ].a altcroación prosigue halo!a que 1... O!ICÍlaciOIlCS se atingao debido a la

mu

fria:ióo.. Se pueden escribir lu ecUaciOIICI diferenciales de estos procesos,

1u ecuaciones pueden resolverse, obtcnibdose la descripción matemitica del cuadro que acabamos de "¡:>oner. Dichas ecuaciones son univenalcs en el sentido de qu.e describen el comporta~to de cualesquiera listemas de este tipo, SCOI. de péndulos. de d os circuitos oscilantes CQ WI QCjucma déortrico, o, simplcmmte, de do, 5;Jlemas; sistema I y . islem8 IL Hacen oonsulncia del hecho de qu.e si los IÍ$l.cmas I y 11 sooindcpelldientcs, entoncco, Jos procesos periOdioos

,flO. ll. 1'iotftI... - . ~ ... $~ ~ .. Ir/ftl "". lA"

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en mtos también son independientes. Pero, apeau entre los Il~ lI ~rece·cier1o vinculo debil. eiena jnleraoei6a, Ie'ori¡ina un·;pi-~ que tan bien podemos observar en el e~mplo de .~· pendlllOl. ~ ~erp IJU* del sisleina ' l a l sil lem. n , y del 11 ·al. 1, ' !.aJJIb;ée: realiutldo u.:ilaciortes. Aben conviene haC>er un .alto m el 60 del si,¡lo XX

,

pon

_ ... ""-

mu6nico to~, lislema ,con ,inemas u . tm iodcpendimlemcntc. mayor IICSUJIdo skterru. ea el reaclor .impkmcnle DO existe.) Pero los "Imimos mcdianle liD muelle~, e$ decir, tuptl_o. que !le da lIIIa inleraoeióa que infrinJe a _ didla ky. enlOftOCs, resultan posible l. tranaiciÓII V. "'" v'" o sea. lIu: oaeilacionetl neulrlnicu. El fllljo de I.Dlineutrirrol eJeetr6rtiros colJ1ellza.r1l a rflpracn1ar, paulatinamente, cien. mud. de too y V¡,o. a continuación, quedadn.oJo "',,"', IlIe80' se iniciati'uDa '''lIIiciOn invcraa, ele.. Todo se desarrolla como en el euo de los pendll~ lipdo.. Pan que Iu O$Cllacionct Je produzcan es indilptllsabk oua condic:iOIl importante. El neutrioo debe tener una mua aunque pequei'la, pero, de todol modos, finita, y, por eonsigujeale, l/y < c. De lo conlnllio, inclll$O en el caso de infnlDción de l. ley de JII OOlW:rvadón de ~ c:arp. lepIilnicll, Iu 'ranAcioDCI entre Lu direte.1tes npccioes de neutripOl rCltlJtulln prohibidu por la leorl. de 111 rdaotiridad. DesI;1¡brif Iu oscíb.QOftCI ncutrlnieu es de w mo inlerb. Su Cliuenc:ia 110 .610 . JlPlitlcarill que 111 ley de 111 (lO~acKm de la CUBIl Icptónic:a revine cukla aproliffllldo y no sOlo qlle el ncutrioo posee mIID. &te koómeno indicarla tambü:n que 110 Mlun.lc:za nos h:a rcp.ladó otro erecto utTlIOrdinarilmenle bCI"moto y que el homm filo sabido pttdClCirlo. He aqui cómo !le hlI tendido el .,ilo del .• ¡ En IIJI prineipóo. Iu o.ca..Aonee de ~ Dc~m.- ['-OP pII • .lDak!p. con JIU oocilocio .... cIoo loJ K ...... Iroo. ......, DO b.II.bl.~ """.... de .. _ "'timol debMlo . '1 .... COI! el dcurrollo de: ata ida se pualero:n de lIWIiI"oeolD rnuc:h .. pIIttkull ....... des inleresantes inbctnlCl tu IlÓIo • tu "';laQon- IOCUlnmc.... •• , En .I¡u.... ClI>ndic:ioftQo La t ......idb. poNIdc tu> Kr c.ol'Ap/e!.o.

inlroducid.. PO' B. POlltco:orvo _

¡JI

wnocimienlo mue el l ialo XVI y el XIX. Onde las lucerna. balancebdosc hasta lu eDOllllct inslalacioDCS colltempor. neas. y ahora, s¡pendo lu tradiciOOCl claboradu CQ este libro, el aular deberia puar a la descripci6rl del noperin>ento en el '11M: 101 fiJioos n:pUaron elnucvo efecto. Pero DO puede bac:edo. Y POI u/l.l callA muy ju.tifteada. Huta la lecha, nadie ha observado dichas olllCiJaciOMS. ~e WIIl tc:rie de datOl inditeetOll Que impulsaD a los úsicos a realizat l u búsquodL Ante todo, • tri.. de{ -defecto- de los IlCUtrinOIIlIOlarea. Como ya hcmoI dicllo, la mapitud die I U nujo que K n:Jistra en 101 e:ap"rimcntOll del ¡rupo de DaYi, ea menor qu.c la ~ de conformidad ron los c/¡k;ulol u u olisicot. & posible que de .te difICilísimo CIta cin:unltancia estA: fdadonadl COA C1pErimeato. Puede ter que tea convmientc corrqir o ... YCt 10& ~. Pero si la difctme:ia eUlte ob:jetivamc:nte, K puede esperar quecuSll camino desde el Sol hacia la 1'i«1'a pute de)o, DCIImnos v. K tranJfonne en v~(y.). ERo. últiDlOl no scrb capaces de uansfonDar los i tOll1()l: de dor:o-l7 en aqb;o·31. Poc supuesto, CIte problema K CKIiUe01ri COII el tianpo. Probabkmalle, dc:spIIb de e¡1trar en funeioftl,mie¡110 la lqUIlda etapa del b.botalor1o n~tñnic:o de la Atadelllia de Cietleill de la URSS siluado co el dafd. dcfo de Babm. Lo_ nucvot dctl!l:torcs de neu.lrinoa IKlIan:a permití"n coalcstar con nayor euditud ala pre¡unta acen:. de la eUstcocia de

err_

]u 0ICÍlaci0llea.

As!

biltqueda eoatinúa. Vano. Pupos de de lu mediciollCl en 1011 =oces o le preparan para tala medil:iOM$. Son 101 lisicos IIOrteamericanos de 1, UnÍYenid.ad de 1rviM, en California (el PUllO de F. Reines), los c:ientikol CIIropcosdellmli1uto de LaUC - LanPII en O rcooble (el &nIPO cncabeu60 po!' el laureado con el PMnio Nobd Rodolfo Mdubaucr) y ]011 m_tipdorcs soriHicot. La idea de] uperilllento oo nswe en lo ligWcote. Un detector capu de re¡i.mar el P'foocso de dailltepacibn beta invena v. + P_II + e· se situ.. 110 muy lejos del reactor. SU.. ~ ti=e:n lu&lr COII IlUfldeate rapida: '1 l u lon¡i1ud-n de ~ o ' cIca:aas de 1MIr~ cnto-. patte de lu parti""la,t ...ClIIU rccotrido buta el detector,lO ttIln,(onnaril el! "11' El neulrino lIIuónico,no pl'OYoca la rudn de dcsintc:gracibn beta ¡,\'el'1&. El ddectOT no Iot ~pcR:ibe~. En este callO, d nUmero de Kixt!Céiatitatot rqistmto. dismiJIIliri en ~parac:iba con los F"Ó5tieoi de la tcorUo. Un.. pnICba loda'lia 1.11." ~'YiflCmtc: Ypá¡~riíl'dc I~ Clt~ de Ias.osdiaci~ puede oblenenc núdien· do "I'espectro Oc coer¡J:a ,de ¡ot poIiuones prO'VenienIQ,de la dcsilF tc¡ncibn beta (y, por couiJUiellle, I.Imbiro de 101 antincutri nos pvCI,

l.

noperilDClltadO~ le oe\IpaII

m

incidentes) a difa-ente- diuaru:iu del reactor nueleat. El quid de La cucstion coDliste en que loa \lo poICCd ores de lran e1IerJIa, para con~rtinc cn ~,. deben rccorT«'timbttn una distano;:ia mayor que Iós antineutrino& con pequclla ene ...... l.OI iI!timos se MeJ;ljªsuen~' mU ripid.ameote. Y, al alejar el detect or, loa CJlperimenladores ' pOdrin oblernt cOlnO diln¡iau)"C el n'l/llerO de pOsiuOOcs C<}n p.:q~iia enerpa mllpoetn I 101 c· de encr¡i.a pOde. . I.4lIIUcoI del Imtnuto de Laue-l.ao¡evin I~on . a ca~ atIl uperimenlo haciendo uso de uña plataforma de fmocariil' 'Cii. mardLI., ea la cual batM. sido' montada I U imuw.ilm ·dc lil.lCbá looeladude peso. LI bíalqueda'de lu odaciooi:l .ltc~ POotco;:oiYo le ckctúa wnbihl ~ labontoriotl ....btcrrlDcoS ~""doóck ·~ rqislnn IKUtrinot .a.acidoI ea la a~ .. CII. ~a de ~.. en~... Se ditcutio WI J'I"07fICIo ea el que te lUpODii emplazar el detector a lIJl.I distaoc:Ia de oerca de mil kil6mell"O$ dd acekrador. El acelerador le CtlC:Ue1llrl en 101 E5tados Urudos (Batavia). y el ~Ioc, cn el Canadá. Debido a que el haz de neulrinol de alta -J¡ia. Q lo IUrJCientelDC:!lte etlrecDo, se puede csper&l" el reaistro del flujo de utal patliQllaa. Semejanle experimento permitil'ia advertir oteilaciolle$ de una loogitud muy gnnde. iNos queda CJpeTar 10& multad OlI

eoq¡¡,

U . Pll:OVECI"O DUMA/Io'D

LoI rlJicos obtenian y obtienen 101 conoeimil:nlOl rundamentales sobre la estnlClura de la materia valiéndose (le las panic
olK:lcar y laolO más barato y sellUfo se puede ~onslfu;r el reaclor. ¿Y cómo enteran<: d~ lodo ello? ¿De qll~ modo es posible «bar una ojeada al interior del apllnlo donde reinan coonroes radiactividide$, altas tcmpentura Y. con (rco;uencia. alta. presión? Están elaborados y seempiean 1011 mu variadosdetecloteS. &tOl rcptran l. radiuión, pero debeD estar situados en \11$ proximidades de la zona lICIiva del reactor, la zona en que tienc lupr la reaa:ibD en CIIdena de la flSi6n. Por cuanto mQ 1ej05 locW las putículII5 son absorbi4al por una protección especial, Pvc:s el necesario detener cJ "fue,o nuc:lellf~. Si, se absorbelltodu las pa..uculas a excqx:ión del DcutrlDO. Éste penetra libreme!lte a través de la PJ0\eQl;lQo y, como bao demostrado 1", 1isicos50~ po .... una infomlJlcióo inlel"eADle acerea de: aqueUo que se d _nolla CtI la ZODa activa. El detector dUpuato a varias d _s de IIIClros de dicba ZODa ved'" "eDuaAsl~ del reactor co la

"luz ImltrlBica~. LoI fiJiOl:)lllOYiétic:os que trabajaD en el laboratorio neutrlD.1co de la central at6mJca de Rovoo eslb i'ealitando abora este proyocto. Ya han obtenido resultados cspaaoudores. &1 posible que en un futuro muy próximo cl hombre, por primera vez, ohteo.p un serviciQ ¡xictico del ocutrino.

Todo ello. prcciumcntc, .yuda r. a dinin¡uir la. acontecimieotos utib mire 10& demb. Por eDOrme que JClI la masa de . .ua por ellciml del deUdor, lamlH!n aqul, a pesar de lodo. puoOen penelrU lo' 1II\1One1 de encrp .... inlente:.. Ot,o ~odo, oompletlrnl:nte iNllLito. de resilltt.tibn de los MuU'ÍnOJ de encrpa. mlly al ta, fllC propuesto por O. A. Alkariáo y a A. Do\lOsheill. Les cientl.6cos decidieron que ell'lCUtrino no s610 ., pueclc .... er" (por medio de la. rotomultiplic:adoral. .Ino también Moi," . 0, IfIU cucumcntc, 01, el sonido proc:edcote de.I chapanon de part1cu1u ear¡adat formado por la acción del neutrino. FJ gran dcsprendimicl:lto de _rala ero el clIapllrrOn c:oDI!r¡i..., tuperioret a 10'· eVo Pan cada acontecimieJlto ... 1 rP.Dcionar \lD pl'omedio de ~ bidroro_ La repradOo acllstklo ¡xrmite delenllÍD.If la encrpa de ,,(la intensidad del sonido es proporo;iona! a la liberacibP de enerllla en el chlparrim), el IU8.r de orisen del chapanOn y 1a dire<:don del nellttino. La dlll'...:ion del impubo del sallido es e~tr'Ofdin.rilmcnle pequeña, cin::unstancia que lambien contriblJiri a d iltinluitla entre 01.01 ruidot del mM. El cucstibn del fUlllI'o la forma en que le prCKnl • • a la iiUUlación ddinil;va del proyecto DUMAND y kili datOl illterJ!$l.Oln que ... )ovaran obtener to bre el DeUlnoO y sobre el UniYerso por medio di: ;:'IC. EsperflremOl que este futuro no 3eli mlly lejano.

6..]:

LA PÚcrlCA y El, NEunUNO Lu más divcr&all especialidades ya han "uimilado" y _ilIlCII "lIimilando" tu part1culu c\ementaks. Hace mucho nos hemos acostumbrado. que el campo de apliCKioll de 1. nsic.a Iludar ha ncpdo • ser ....; inabarcable. Conxnzaudo por tu coIouIcI cenlrales elb:tricu y terlllinaDdo COft la criminÚilica o el problc:nla del QOruóo artirlCial Mientras. que el neulri...,. IInl de: las poCII

parllculas estables tldc:mN del /'Iel,llrino. no $e duinte¡ran el electrón, el pr()(On, el o;\.IUllo prnrna y IUIi anti¡.rtlev.w), no sirve, de ningi¡n modo, para Ju riecesidada pñetic:as. En CSk camino la natiin.1eza CleO 11M t.rrera: . probabilidad ¡nfinuo dc ·intcDCc:iOn·cId nWlrino con la , .... tanciL Una bánen"quc durmlt; IfIUcbos &/10$ paredi illS\lperabllt. se sobrecIIlleDdcque el trabajo rt:ferenlc a la cra,a6n de ~ detectores de Dndrmo. fue CltiI ¡.n ÓlfOII ~'d¿' ¡¡ fiaici o de'. ', t~ : basta _dar 101 de1edOIU DquidOs' 4e cenleUco & ' araD ~ volwnen y el problema de dckÍ1niDIc:iOÍI de ' la radiacthldad ~dcJ ~ bomb~ No obfl.aatc, tocio eUó'.ó mn ,iDO m6tlo....eirca~ sOIunmle ca k:c a~' mb~recicnlCt $UfJÍe!on i4eaa~detiido '."'" lii"':t ....wes los "intOllvmicota dd MwnIlO pOd!in'a"eWiJif'Cn -iriri,OS Una meIamorfosis eoo que _ ~_ DO IÓlutiéatc cf¡ el mua!"-' do de las partio;:ulu elemc:ntala.. 1" " H apmOl ~bn lltJ sOlo de uno de 101 proycetos.. Ene lSIi uladonado con los problcmu de • ener,w.;. nOO",", Hoy en dia todo cl mundo conoce '1 comidcn hlbitlllla la palabras -ener¡Ctica nuckar~. EldibciI nn-ginatque IoOlII'nentC IInOldeccnios IlO
M

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~~Iocidad

prÓJl;ima a la de la ha. Este procao viene acompañado de una. coIos.al fullluracibn cuando la luminaneia ~iaible de la 81rella illltn!ttlCllta miles de millones de 'IOt'eL Los UlfÓDOflKM dicen: kF..nallO uoa ... pemova~, l. KqJkr, por ejemplo. en 1604, ob$crvó ~IC enlpcilm en 1& COnstclKiOIl del Serpentario. [)qafortllnada.lllC!lle, el primero de Jos tcJacofio. fue comlruido C:!I Holanda aocoai'los mis tarde,luqo, aparorio el anteojo de Galileo '1 tan sólo ni 1611 Kepler dio la dc.scripciÓII 6c1 ukloopio de I U propia iPvac:ión. HO)' en dia kJI 1II1IIl10l ban lomado otro c:ariL Los po(entes telescopios nm: KUelO Iu pluiaJ mis kj;uw., '1 las 5upemo~u IIC regislran, en termino modio, una vez en variol meses (anea de 400 erupcionct. CIl Jo. Wtimos 90 ailOl~ Loa rayos eOsD:licoe, por R/.S CIler¡jas, a4eJanlan, a veces, huta los proyectos rant_ticos de -.!cradorf:l. En aqulU", te CIlCUClltran, en ocasiones., partkuJu coa eDer'¡ía que: IUpera Jo. 10'0 eV. Durutc la tntcraa:i6n de Iu PfJ1kuIu COII la wstal'lCia intefUtcll.l' (o con 1111 molecuw de aire en la almÓlfera 6c la Tima) IIIIOCD tambitu lIeutriaos de ctIClJi,u superaltu. Por IUpumo, las partKulu ripid.u _ muy pocu '1, en OOfTCSpondnc:ia, el íoflJ1lll la ílllClUio:la4 de los IIeutrinos m¡tndcadol con E._ IOn ... 10' 1 eV (ca comp&radOo con el hu oñaillado 111 el lCI!lerador~ Pan, sea como fllC(e, IOlamcnte los neutrillOl de cncrJ!.u 'upuallal IOn ClpaOCS de tracr1lOl informaciÓII sobre las tegiOllCl lejanu del Univer.o. Pues, pata alcaazvlo, el n«.C:Iario Al~r diltaOC:iu de miles de. mi.1IOOQ de ÜOI-Iuz sin ~ a blotlriGol por la IUStancia ioteruldaJ. A4emU, valierxklec de. los ncutrinos .x..micoa, el poeib!c estudiar la interaoóón de aw partíCWaI con la IUStancia. en colldiciollCl de .lIom1C1 cocrJiu. Ahora, ,i el kd« ha leido este libro atentamenlC 00 que el autor k a¡ndeee). ti pucdcjuJat CODIilO mismo CD UDa apocic de ~accrtijo~. Por ejemplo, lIombrar, por analo¡ja con lo anterior. lJeI requisitos que dcbc.n satisfacer 101 de1«lotell de: ne\ltrilloa eósmicol y sin cuyo ctlDlpWnientO 00 puede obtenerae el bita. y en el acto comprobar IQ ~

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,l • .~ mua. de la flISUncia.

.+ ~ .~otel:Q6!' c;on~ el rondo. 3.

A~bll

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d!~tes

-ardides~

Pllra

dillin,uir

1U:qII1"?J!!L~to ¡..d;c:~ . al .DClItrino de airo eualq~

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~ '~fS,poco -~ q~.d Ioc:tor alc:anoe a adiYioar de que mau. ~",:!!~&",-"",~~ ~1 ~~"'" d)lujo de ~1riAO$ 'f la ~b.i~~~ de_~ ¡:qi~!nPó1L fo'I~,oqn 19do el optUniuno no le debe a¡uardar un cUC9to tl!,aypr que el de _vana. unjdadel por un milIbn deaftol, para 1:. > 10 TeV '1 ulla mallO del detector iaual a 1 L

Ll decepción causada por ata cifra DO puroe mitilP"" ni aiquiera c:on ..,. pronÓltio;o$ mh ra'Vorabla; sobre la lonte"idad humanL P'roc:llreIno$ _layar elta dUkultad abordi.lldo.... por otro !Ido.. Tomell'OO4 un mill6tl de tOMt.W de material OHItdle.nte y 'Varios miUolM:I de rotomultíplK:adorea. Sin emba.rJO, aqul, adCUlÚ de dificulllda técnicu l u.pn tambiCa dificultada filWKÍcru inl uperables. 1.1 ra~ón de temejantcdetcdor nldrt un ojo de ·la u ra. No obstanle, \01 rllieo. no perdieron el,bimo, y como rrvto de w rdlaiooes de los cien(jlk:ola~ d proyeQo de t. ~ón CII qua_ profundas de muona y ot\Itrlnoa. o _ , t'I ,pl.O)'eClO DUMAND(1as si¡lude 11 opresibn iIi&ksa.: Du, Al...",. ~ Nnari1fO ~rcrioPl). , LI pclfiibilidld de detectarlof owtrinos y mUOGell eJllu prolulldidades del mar fue cuminada en la U niOn Sc»itlica. Mb larde, en 1975, uo arupo d e Ibicos nortamcrKanos ql.Wl trabro;'M.o ctI direJelltes Wli"I'CnidadCl yell el uboralorio NKional de AoeIeradores promovió un proyecto a1l1lo,0 que, ~Q1CIIte, recibió el nombre de DUMAND. Seguidamenle, en la URSS y en los EE.UU. eomealh su elaboración más detlll1ada. Se formó uO oomilh de o .pn.iz.Ioción y lit convocan periódiol::atnentc cOn!m:nciIt: internacionl les que mSCUlen"" TCtullados de 1osQ)c:uloa, 101 expc,;mentos de . imulación y Iu ideal de deleclOfU ori¡iDaJes. fu 1977,11 ~ta U~jl/frfchukiJ -.1: r&itos dc Iu c:ienciu 1isicas1 publicó un raumetI de v. S. Ber~i Y O . T. Zatsepift dedicado al DUMAND. Nos pemailiremos apro\'eChar Iu dcseriptiones a m insertadas de 101 proyectOl de dot detectores. El primero es óplico. Fn el octano, , la ~rofundidad de S km ClIll $Ílua. do un delectar de 1 >oC 1 >oC I kmJ (lO 1). Ea una red ciibi<:a con un n¡.ciamiento de 1'-20 m. ED lot nudo. de 1, nd se fi;'n los rOlomuhipl.ic:adores. 54! SUpollC queel detector podrt instalarse eD un VIDe ocd.nk.o en las
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