En Francia, la fosforescencia había sido estudiada con entusiasmo por Alexandre-Edmond Becquerel, un científico fallecido 5 años antes de los hechos que relatamos, y cuyo hijo Henri estaba presente en la Academia durante el anuncio de Poincaré. Henri Becquerel, quien contaba con un doctorado de la Sorbona, había ingresado a la Academia a los 39 años de edad y, tal como habían sido antes su padre y abuelo, era director del Museo de Historia Natural en París. Al escuchar las noticias de los rayos-X, Becquerel, fiel a la tradición familiar en el estudio de los fen˘menos fosforescentes, decidió investigar de inmediato si los cuerpos fosforescentes emitirán rayos similares. Su idea era averiguar si la fosforescencia del tubo de rayos catódicos de Roentgen no sería la fuente emisora de los rayos-X. En la sesión de la Academia del 24 de febrero Becquerel ya tenía resultados que presentar, y lo hizo con todo detalle. Usando sales cristalinas de uranio, que se sabĦa poseían propiedades fosforescentes, dispuestas como laminillas de manera de formar ``una capa delgada y transparente, he hecho el experimento siguiente: Se envuelve una placa fotográfica... con hojas de papel negro bien gruesas, de modo que la placa no se vele por una exposición al Sol, durante un día. Se pone sobre la hoja de papel, en el exterior, una placa de la sustancia fosforescente [las sales de uranio] y se expone todo al Sol durante varias horas. Cuando se revela la placa fotográfica, se reconoce que la silueta de la sustancia fosforescente aparece en negro sobre el cliché... Se debe entonces concluir de estos experimentos que la sustancia fosforescente en cuestión emite radiaciones que atraviesan el papel opaco a la luz y reducen las sales de plata''. Becquerel pensaba, erróneamente, que era la luz solar la que causaba que el sulfato de uranilo y potasio emitiera, además de la luz de la fosforescencia, radiación penetrante similar a los rayos-X.
Después de su primer informe ``sobre las radiaciones emitidas por
las sustancias fosforescentes'', Becquerel continuó la investigación,
ahora interponiendo una cruz hecha con lámina de cobre entre el papel
negro y las sales de uranio. Lo que esperaba ver en la placa desarrollada
era la silueta de la cruz debido a que la radiación penetrante no
sería capaz de atravesar el cobre. Pero, en febrero no siempre sale
el sol en París, y así ocurrió el miércoles 26 y
el jueves 27. Al
no poder exponer las sales a la luz solar, Becquerel guardó la placa
fotográfica cubierta de tela negra en el fondo de un cajón, con
las
sales de uranio encima. Como el sol seguía sin salir, el 1 de marzo
reveló la placa, esperando encontrar una imagen muy débil. Y lo
que
observó fue un hecho que, en sus palabras ante la Academia el lunes
2 de marzo, ``
Becquerel había ``descubierto'' la radiactividad, pero su explicación era incorrecta.
Becquerel siguió experimentando y poco a poco fue descubriendo algunas propiedades de la emisión radiactiva (aún no bautizada así) que la diferencian de la fosforescencia. La larga persistencia de la emisión radiactiva, observada en placas expuestas a sales durante varias semanas, era un misterio sin explicación, así como la ausencia de efecto cuando la irradiación se hacía con otras sustancias fosforescentes como el sulfato de calcio. El 18 de mayo de 1896 Becquerel presentó un nuevo informe a la Academia resumiendo dos meses de observaciones, en que declara ``he sido llevado a pensar que el efecto es debido a la presencia del elemento uranio en estas sales''. Propone el término ``fosforescencia invisible'' para el fenómeno. Después de ésta, hay sólo dos comunicaciones de Becquerel relativas al fenómeno, en noviembre del mismo año y en marzo de 1897. Evidentemente, la radiactividad no tuvo el impacto inicial que había tenido el descubrimiento de los rayos-X.
En diciembre de 1897 una nueva serie de experimentos
que harían historia comenzaba en una bodega de la Escuela Municipal
de Física y Química Industriales en París. Allí, el profesor Pierre
Curie daba clases y ofreció espacio en su ``laboratorio'' a su esposa,
Marie Sklodowska Curie, quien había decidido iniciar su tesis doctoral
en Física en la Sorbona. El tema, el estudio experimental de las propiedades
de los ``rayos de Becquerel'', fue probablemente inspirado por el
trabajo que el científico británico William Thomson, Lord Kelvin,
había realizado a comienzos de ese año en Glasgow, midiendo la ionización
producida en aire por los rayos-X y por las emanaciones del uranio.
Trabajando con sales de uranio similares a las que había usado Becquerel,
las observaciones de Marie Curie rápidamente produjeron resultados:
el 12 de abril de 1898 comunicó a la Academia que todos los compuestos
del uranio son ``activos'', y también los del torio. La observación
llevaba implícita la noción de que esta actividad sería un fenómeno
atómico, postura no trivial en una época en que la estructura atómica
de la materia era añn un tema de discusión. Como Marie Curie no era
miembro de la Academia sus resultados debieron ser presentados por
un académico, en este caso, el Prof. Gabriel Lippmann<>1
Los avances siguieron a gran velocidad. En 1898 se publicó el primer trabajo del neozelandés Ernest Rutherford quien, en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, comenzaba a estudiar las propiedades de los rayos de Becquerel. En este trabajo, Rutherford descubría que existían al menos dos tipos de radiación: ``una que es f cilmente absorbida, que por conveniencia serí llamada la radiación-alfa, y la otra, de naturaleza más penetrante, que será llamada la radiación-beta''. Diez años de trabajo intenso más tarde, Rutherford y Geiger podían declarar que las partículas alfa eran ``átomos de helio''. En 1900 P. Villard en París, trabajando con películas fotográficas expuestas a las emisiones del radio, descubría que de éste salían radiaciones ``muy penetrantes''. Su naturaleza no fue inmediatamente descubierta, y en 1912 todavía Rutherford postulaba con cautela que rayos-X y gamma podrían ser un mismo tipo de radiación. El asunto se aclaró definitivamente en 1914 cuando Rutherford y Andrade observaron la reflexión de rayos gamma de superficies cristalinas.
Espectro de partículas-alfa detectado durante la
reacción 248Cm + 22Ne a 116 MeV. El grupo de
8.63 MeV son partículas alfa emitidas por el
isótopo 266106 que se forma durante la reacción. En
este trabajo se descubrieron dos nuevos isótopos,
el 265 106 y el 266 106.
En cuanto a los rayos-beta, en 1900 los Curie midieron su carga eléctrica y la encontraron negativa. En 1902, W. Kaufmann, quien expuso rayos-beta del radio a campos eléctricos y magnéticos (así podía seleccionar los rayos-beta de baja energía para sus medidas de e/m, y los de velocidades cercanas a la de luz para la investigación de la relación entre masa, velocidad y energía) concluyó que la masa de las partículas negativas encontradas en los rayos de Becquerel coincidía con aquélla medida a los rayos catódicos; es decir, los rayos-beta eran electrones.
El haber identificado las emisiones no explicaba el fenómeno y pasaron más de 25 años desde la observación de Becquerel antes de entender por qué algunos núcleos son radiactivos. Grandes incógnitas acompañaron el trabajo experimental de estos años. Las preguntas más importantes se referían al origen de la energía -aparentemente inagotable- que se libera en una emisión radiactiva y al significado de la vida media característica de cada elemento radiactivo. Ahora sabemos que las respuestas requerían de conceptos no existentes hace cien años. ¿ Cómo podría comprenderse en 1898 el origen nuclear de la energía radiactiva si no existía todavía el concepto de núcleo? Este nació con el trabajo de Rutherford de 1911, pero no fue hasta 1932, en que se descubrió el neutrón, que se pudo comprender la estructura nuclear. Desde un punto de vista teórico, era necesario conocer la equivalencia entre masa y energía propuesta por Einstein en 1905 y las leyes de la mecánica cuántica, generadas cerca de 1925, para comprender las transiciones nucleares que originan la emisión radiactiva de partículas y radiación.
Entre los trabajos experimentales que intentaron resolver algunas de estas dudas podemos mencionar la medida por Pierre Curie y Albert Laborde en 1903 de la energía liberada durante el decaimiento del radio; usaron un calorímetro y encontraron que 1 g de radio podía calentar 1.3 g de agua desde 0 a 100 grados Celsius en una hora. Esta noticia causó gran revuelo y fue la causa del gran interés del público mundial por el radio y la consiguiente fama de los Curie. En relación al origen de esta energía los autores están dispuestos a aceptar ``una fuente de energía exterior [al radio] de naturaleza desconocida''... Ese mismo año Rutherford propuso una ``ley de conservación de la radiactividad'' según la cual este proceso no sería ``creado, alterado o destruido''. En esta línea de investigación, se realizaron estudios que determinaron la independencia de la radiactividad de la temperatura. Pierre Curie repitió su medida de energía liberada a temperaturas de aire líquido con Dewar en Londres, Marie Curie hizo lo mismo en Leiden con Kamerlingh Onnes a temperatura de nitrógeno líquido y Rutherford puso una fuente radiactiva en un aparato explosivo y comprobó que no había cambios en la radiactividad a temperaturas de hasta 2500 grados C.
En relación al significado de la vida media y el decaimiento radiactivo, las explicaciones de comienzos de siglo se basaban en la posible acción de factores externos que, sin embargo, no eran afectados por la temperatura. En 1916 Einstein, en su estudio de la emisión espontánea e inducida de fotones por transiciones atómicas comprendió que la ley del decaimiento radiactivo (similar a su resultado para emisión espontánea) sólo se podía entender dentro del contexto de la mecánica cuántica. No fue hasta 1926 que Dirac realizó la derivación cuántica del coeficiente de emisión espontánea.
En 1928, George Gamow e independientemente Ronald Gurney y Edward Condon descubrieron que el decaimiento alfa era un caso de efecto túnel a través de una barrera de potencial, predicho por la mecánica cuántica. En su publicación en Nature, Gurney y Condon cierran una época diciendo ``Hasta ahora ha sido necesario postular una 'inestabilidad' arbitraria del núcleo; pero en la siguiente nota se se¤ala que la desintegración es una consecuencia natural de las leyes de la mecánica cuántica sin ninguna hipótesis especial''.
A la reseña anterior se podrían agregar muchos más ejemplos de descubrimientos en radiactividad que han estado asociados a avances de gran significado en la física moderna. La explicación del decaimiento beta, por ejemplo, que llegó a poner en entredicho la conservación de la energía en 1910, debió esperar hasta que se descubriera el neutrón (1932) y se desarrollara la teoría de campos para encontrar una explicación exitosa en el trabajo de Fermi (1934), y la confirmación final al descubrirse el neutrino en 1956.
La desintegración radiactiva sigue siendo, un siglo después, un área
de investigación interesante. En 1994 se publicaron más de 200 artículos
en investigación básica relacionada con el decaimiento radiactivo.
Modalidades poco frecuentes de decaimiento se han identificado recientemente,
como es la emisión radiactiva de