El viernes 19 de Noviembre pasado, en la sala de conciertos St George's Bristol (en la foto), el pianista Richard Casey (1966), miembro fundador del conjunto de música contemporánea Psappha [1] de Manchester, ejecutó los 24 estudios para Piano "Rutherford's Lights" compuestos recientemente por Edward Cowie (1943).
En realidad, St George's Bristol fue diseñada como iglesia por el arquitecto Robert Smirke (1780 - 1867) y construida entre 1821 y 1823. Un siglo y medio después, debido a la disminución de su congregación, el edificio corría el riesgo de ser abandonado. Sin embargo, fue rescatado como sala de conciertos, y en Octubre de 1999 fue reinaugurado con su nombre actual, luego de importantes trabajos de restauración (en la foto).
Rutherford's Lights ya había sido ejecutada por Richard Casey el sábado 23 de Octubre en el Martin Harris Centre for Music and Drama de la Universidad de Manchester, en el marco del Manchester Festival of Science. Posteriormente, el viernes 26 de Noviembre se presentó en la National Portrait Gallery de Londres, como parte de las celebraciones por el 350 aniversario de la Royal Society. Recientemente la obra fue editada en CD por el sello UHR
El título de la obra hace referencia al físico neozelandés Ernest Rutherford (1871 - 1973), quien es reconocido y celebrado por dos grandes descubrimientos científicos. En primer lugar logró el ancestral sueño alquímico de la transmutación de los elementos. Es cierto que no cambió plomo en oro, pero descubrió que el torio podía desintegrarse emitiendo helio [2], un resultado que provocó un enorme revuelo en el mundo de la química. Años más tarde utilizaría estos átomos de Helio para bombardear una lámina de oro, lo cual le llevaría a descubrir el núcleo atómico y con él la estructura "planetaria" de los átomos, donde los relativamente livianos electrones (de carga negativa) se mueven como planetas alrededor de un sol, el núcleo (de carga positiva).
En la década de 1920, cuando Ernest Rutherford se encontraba en la cima de su fama, un colega mencionó cuanta suerte había tenido al estar siempre en la cresta de la ola. La respuesta de Rutherford fue
Como ven, Rutherford no se caracterizaba ni por medirse en sus opiniones ni por una excesiva modestia. Sin embargo, su afirmación de haber hecho la ola estaba perfectamente justificada, ya que desde Faraday, casi un siglo antes, que no se daba el caso de un sólo hombre dominando de esa manera la física experimental de su época.
Ernest Rutherford nació el 30 de Agosto de 1871, en Brightwater, cerca de Nelson, Nueva Zelandia, cuarto de los doce hijos de una familia de agricultores de lino. En 1895 obtuvo el segundo puesto en un concurso por una beca para ir a estudiar a Inglaterra. Sin embargo, el químico que había salido primero renunció a la misma por motivos personales y Rutherford obtuvo así su gran oportunidad. Ese mismo año la Universidad de Cambridge había creado una carrera de maestrías de investigación para estudiantes de otras universidades, y es así como Rutherford entró a trabajar bajo las órdenes del futuro premio Nobel Joseph John Thomson (1856 - 1940) en el Laboratorio Cavendish.
Desde 1898 hasta 1907 Rutherford fué profesor e investigador de física en la Universidad McGill de Montreal, Canadá. Fue ahí donde realizó su primer gran trabajo científico al que hacíamos referencia más arriba. En 1895, casi simultáneamente con el descubrimiento de los rayos X realizado por Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923), Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908); había descubierto las emanaciones del uranio. Trabajando sobre este último tema, Rutherford encontró que estos "rayos Becquerel" estaba formada por dos componentes. Un electrómetro conectado a un condensador detectaba la velocidad de decaimiento de la carga debida a la ionización del aire producida por un compuesto de uranio en polvo depositado sobre una de las placas. Rutherford encontró que la ionización disminuía marcadamente al colocar una hoja de papel de aluminio, y después muy lentamente al superponer capas adicionales. Interpretó este resultado como una indicación de que los rayos Becquerel consistían de dos componentes. Una de ellas sólo podía penetrar distancias cortas de aire ó aluminio, mientras que la otra lograba penetrar distancias más grandes. A principios de 1899, Rutherford sugirió que a la que penetraba menos profundamente en la materia se la denominase radiación alfa y a la más penetrante radiación beta. Al año siguiente Paul Villard (1860 - 1934) en Francia descubriría una tercera componente aún más penetrante y, siguiendo la nomenclatura de Rutherford, la llamaría radiación gamma. Becquerel encontró que de esta radiación, sólo la de tipo beta era desviada por campos eléctricos y magnéticos, y que tenía una relación entre su carga y su masa igual a la de los rayos catódicos de Thomson, es decir electrones. De manera que esta radiación fué rápidamente identificada como compuesta de electrones. El que las radiaciones alfa y gamma no fueran desviadas por campos electromagnéticos hizo que se las considerar de naturaleza similar a los rayos X.
Sin embargo, en 1903 Rutherford demostró que esta conclusión no era válida para los rayos alfa. Arriesgando el gran gasto de construir un poderoso electroimán, encontró que los rayos alfa eran desviados, obteniendo una relación entre la carga y la masa casi 3700 veces menor que la de la radiación beta y una velocidad de un décimo de la velocidad de la luz. Para explicar estos resultados, junto con su colega Frederick Soddy (1877 - 1956) propuso una hipótesis revolucionaria. En sus propias palabras [3],
La relación entre la carga y la masa de las partículas alfa dejaba abiertas dos posibilidades: O bién se trataba de moléculas de Hidrógeno ionizadas, o de átomos de Helio doblemente ionizados. Llegado a la Universidad de Manchester en 1907, donde reemplazó a Sir Franz Arthur Friedrich Schuster (1851 - 1934) quien había decidido retirarse para hacerle una vacante, Rutherford comenzó a investigar este tema, demostrando sin lugar a duda que la radiación alfa estaba formada por tomos de helio doblemente ionizados. Por estos hallazgos Rutherford ganó el premio Nobel de química al año siguiente.
Poco tiempo después de estos eventos, uno de sus estudiantes, el también neozelandés Ernest Marsden (1889 - 1970), a quien vemos en la foto previa, estaba haciendo pasar un haz de nucleos de Helio por delgadas láminas metálicas... Pero mejor voy a dejar que sean los propios protagonistas quienes cuenten como se desarrolló esta historia. Según Marsden [4]
Según diría Rutherford años más tarde [5]:
Pero, ¿a qué se debía esta sorpresa de Rutherford ante el resultado obtenido por Marsden?. En esa época se aceptaba el modelo atómico de Thomson, también llamado "Budín con pasas", donde los electrones se encontraban como pasas dentro de un budín de carga positiva que ocupaba todo el volumen atómico. El mismo Thomson había realizado un análisis teórico de la dispersión angular que debería esperarse en el pasaje de partículas alfa y beta a través de láminas delgadas, demostrando que si los átomos que formaban estas láminas tenían la estructura de "budín" las partículas alfa deberían salir con muy poca desviación.
Las primeras observaciones de Geiger y Marsden [6] mostraron, por ejemplo, que una fracción muy pequeña de las partículas alfa, aproximadamente 1 en 20000, se desviaba en un ángulo recto al chocar contra una lamina de oro de 40 millonésimas de cm de ancho, esto es con un poder de frenamiento equivalente a apenas 1.6 mm de aire. Rutherford rumió estos resultados por varias semanas. Primeramente probó con el modelo de Thomson, advirtiendo que no podía predecir este resultado. Simplemente, tales desviaciones grandes no podían deberse a una acumulación al azar de muchas colisiones con tomos de Thomson. En vista de esto se vio obligado a dejar de lado el modelo de Thomson y pensar en alguna otra distribución de carga dentro dentro del átomo. Esta distribución de carga debía ser tal que la fuerza generada permitiera que las partículas alfa siguieran de largo con una muy pequeña desviación angular, pero que -al mismo tiempo- si la colisión fuese casi frontal, se desviase en un ángulo grande. Rutherford realizaba tales especulaciones en la quietud de su propia casa, y de allí salió con la idea de un tomo con una estructura parecida a la de un sistema solar en miniatura. Supuso entonces una partícula puntual muy masiva y de carga positiva en el centro, rodeada por una distribución uniforme de carga negativa. En su publicación [7] escribe entonces que
establecido.
Como anotación al margen permítanme mencionar que estos descubrimientos tuvieron una influencia directa en el desarrollo del primer modelo cuántico del átomo por Niels Bohr durante su estadía en Manchester en 1912. Pero esta es una historia aparte.
Finalmente debemos acotar que el asombroso empuje que traía el grupo de Manchester sufrió un duro impacto en 1914 con el comienzo de la guerra. Varios investigadores jóvenes, Marsden entre ellos, fueron enviados al frente de Francia, mientras que Henry Moseley, tal vez el físico experimental más prometedor de su generación, murió en el desembarco de Gallipolli.
En 1919 Rutherford reemplazó a su primer profesor J. J. Thomson como director del laboratorio Cavendish. En 1931 fué elevado a la nobleza con el título de Lord Rutherford de Nelson. En 1937 sufrió un evento de hernia umbilical mientras podaba unos árboles. Debido a su título, el protocolo exigía que fuese operado por un par. Parecía recuperarse sin problemas, pero debido a esa demora su estado se agravó y falleció el 19 de Octubre. Su tumba puede está en la abadía de Westminster, entre las de Newton y Kelvin.
Tanto como el alquimista que logró la transmutación de los elementos, como el demiurgo que descubrió las revoluciones de los planetas en el mundo de los átomos, Rutherford y su obra pueden ser excelente fuentes de inspiración artística, ya sea literaria, musical o plástica, que superen la estatua erigida en Brightwater que lo representa de niño (en la imagen) o el monumento del Oriental Green Boat de Shangai
Sin embargo, hasta donde pude investigar, Rutherford nunca realizó ningún gran descubrimiento o estudio de importancia en el área de la óptica. Entonces, ¿a qué viene el título de esta composición de Edward Cowie? ¿A qué se refieren esas "luces" de Rutherford? ¿Realmente se trata de Ernest Rutherford? El mismo Cowie afirmó que "es un homenaje a Rutherford" [9].
¿Entonces?... Bueno, desentrañaremos este misterio la próxima semana. Mientras tanto, les dejo este video del movimiento 18
En realidad, St George's Bristol fue diseñada como iglesia por el arquitecto Robert Smirke (1780 - 1867) y construida entre 1821 y 1823. Un siglo y medio después, debido a la disminución de su congregación, el edificio corría el riesgo de ser abandonado. Sin embargo, fue rescatado como sala de conciertos, y en Octubre de 1999 fue reinaugurado con su nombre actual, luego de importantes trabajos de restauración (en la foto).
Rutherford's Lights ya había sido ejecutada por Richard Casey el sábado 23 de Octubre en el Martin Harris Centre for Music and Drama de la Universidad de Manchester, en el marco del Manchester Festival of Science. Posteriormente, el viernes 26 de Noviembre se presentó en la National Portrait Gallery de Londres, como parte de las celebraciones por el 350 aniversario de la Royal Society. Recientemente la obra fue editada en CD por el sello UHR
El título de la obra hace referencia al físico neozelandés Ernest Rutherford (1871 - 1973), quien es reconocido y celebrado por dos grandes descubrimientos científicos. En primer lugar logró el ancestral sueño alquímico de la transmutación de los elementos. Es cierto que no cambió plomo en oro, pero descubrió que el torio podía desintegrarse emitiendo helio [2], un resultado que provocó un enorme revuelo en el mundo de la química. Años más tarde utilizaría estos átomos de Helio para bombardear una lámina de oro, lo cual le llevaría a descubrir el núcleo atómico y con él la estructura "planetaria" de los átomos, donde los relativamente livianos electrones (de carga negativa) se mueven como planetas alrededor de un sol, el núcleo (de carga positiva).
En la década de 1920, cuando Ernest Rutherford se encontraba en la cima de su fama, un colega mencionó cuanta suerte había tenido al estar siempre en la cresta de la ola. La respuesta de Rutherford fue
Nada de suerte, YO hice la ola.
Como ven, Rutherford no se caracterizaba ni por medirse en sus opiniones ni por una excesiva modestia. Sin embargo, su afirmación de haber hecho la ola estaba perfectamente justificada, ya que desde Faraday, casi un siglo antes, que no se daba el caso de un sólo hombre dominando de esa manera la física experimental de su época.
Ernest Rutherford nació el 30 de Agosto de 1871, en Brightwater, cerca de Nelson, Nueva Zelandia, cuarto de los doce hijos de una familia de agricultores de lino. En 1895 obtuvo el segundo puesto en un concurso por una beca para ir a estudiar a Inglaterra. Sin embargo, el químico que había salido primero renunció a la misma por motivos personales y Rutherford obtuvo así su gran oportunidad. Ese mismo año la Universidad de Cambridge había creado una carrera de maestrías de investigación para estudiantes de otras universidades, y es así como Rutherford entró a trabajar bajo las órdenes del futuro premio Nobel Joseph John Thomson (1856 - 1940) en el Laboratorio Cavendish.
Desde 1898 hasta 1907 Rutherford fué profesor e investigador de física en la Universidad McGill de Montreal, Canadá. Fue ahí donde realizó su primer gran trabajo científico al que hacíamos referencia más arriba. En 1895, casi simultáneamente con el descubrimiento de los rayos X realizado por Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923), Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908); había descubierto las emanaciones del uranio. Trabajando sobre este último tema, Rutherford encontró que estos "rayos Becquerel" estaba formada por dos componentes. Un electrómetro conectado a un condensador detectaba la velocidad de decaimiento de la carga debida a la ionización del aire producida por un compuesto de uranio en polvo depositado sobre una de las placas. Rutherford encontró que la ionización disminuía marcadamente al colocar una hoja de papel de aluminio, y después muy lentamente al superponer capas adicionales. Interpretó este resultado como una indicación de que los rayos Becquerel consistían de dos componentes. Una de ellas sólo podía penetrar distancias cortas de aire ó aluminio, mientras que la otra lograba penetrar distancias más grandes. A principios de 1899, Rutherford sugirió que a la que penetraba menos profundamente en la materia se la denominase radiación alfa y a la más penetrante radiación beta. Al año siguiente Paul Villard (1860 - 1934) en Francia descubriría una tercera componente aún más penetrante y, siguiendo la nomenclatura de Rutherford, la llamaría radiación gamma. Becquerel encontró que de esta radiación, sólo la de tipo beta era desviada por campos eléctricos y magnéticos, y que tenía una relación entre su carga y su masa igual a la de los rayos catódicos de Thomson, es decir electrones. De manera que esta radiación fué rápidamente identificada como compuesta de electrones. El que las radiaciones alfa y gamma no fueran desviadas por campos electromagnéticos hizo que se las considerar de naturaleza similar a los rayos X.
Sin embargo, en 1903 Rutherford demostró que esta conclusión no era válida para los rayos alfa. Arriesgando el gran gasto de construir un poderoso electroimán, encontró que los rayos alfa eran desviados, obteniendo una relación entre la carga y la masa casi 3700 veces menor que la de la radiación beta y una velocidad de un décimo de la velocidad de la luz. Para explicar estos resultados, junto con su colega Frederick Soddy (1877 - 1956) propuso una hipótesis revolucionaria. En sus propias palabras [3],
... era evidente que estabamos tratando con fenómenos fuera de la esfera de las fuerzas atómicas conocidas. La radiactividad puede, por tanto, ser considerada como una manifestación de cambio químico subatómico
Poco tiempo después de estos eventos, uno de sus estudiantes, el también neozelandés Ernest Marsden (1889 - 1970), a quien vemos en la foto previa, estaba haciendo pasar un haz de nucleos de Helio por delgadas láminas metálicas... Pero mejor voy a dejar que sean los propios protagonistas quienes cuenten como se desarrolló esta historia. Según Marsden [4]
Un día Rutherford entró en el cuarto donde yo estaba contando partículas alfa al final de un tubo de vuelo de cuatro metros y medio. Habíamos estado teniendo problemas para obtener resultados constantes. [...] Pensábamos que ésto se podía deber a reflexiones en las paredes del tubo [...]. De todas maneras, Rutherford había estado pensando sobre el particular y, volviéndose hacia mí, me dijo: " Vea si puede obtener algún efecto de partículas alfa reflejándose directamente desde una superficie metálica". No creo que el esperara tal resultado, pero era una de sus típicas corazonadas. [...] Rutherford estaba siempre dispuesto a enfrentar lo inesperado y explotarlo si resultaba favorable, pero también sabía cuando detenerse en esas excursiones. Naturalmente, yo sabía esto lo suficientemente bien como para apreciar que, aún cuando uno esperase un resultado negativo, si perdía por ello cualquier resultado positivo sería un pecado imperdonable. Por eso, me aseguré de preparar una fuente alfa tan fuerte como fuese posible [... y ] para mi sorpresa, pude observar el efecto que buscaba. [...]. Recuerdo muy bien que una semana después le conté de mis resultados a Rutherford cuando me lo encontré en la escalera que conducía a su oficina. Unas pocas semanas después Rutherford me pidió que redondeara el experimento con Geiger (en la foto, junto con Rutherford) en una forma adecuada para publicación
Según diría Rutherford años más tarde [5]:
Realmente era el evento más increíble que me había sucedido en mi vida. Era casi tan increíble como si ustedes dispararan una bala de cañón a un pedazo de papel delgado y ésta rebotara.
Las primeras observaciones de Geiger y Marsden [6] mostraron, por ejemplo, que una fracción muy pequeña de las partículas alfa, aproximadamente 1 en 20000, se desviaba en un ángulo recto al chocar contra una lamina de oro de 40 millonésimas de cm de ancho, esto es con un poder de frenamiento equivalente a apenas 1.6 mm de aire. Rutherford rumió estos resultados por varias semanas. Primeramente probó con el modelo de Thomson, advirtiendo que no podía predecir este resultado. Simplemente, tales desviaciones grandes no podían deberse a una acumulación al azar de muchas colisiones con tomos de Thomson. En vista de esto se vio obligado a dejar de lado el modelo de Thomson y pensar en alguna otra distribución de carga dentro dentro del átomo. Esta distribución de carga debía ser tal que la fuerza generada permitiera que las partículas alfa siguieran de largo con una muy pequeña desviación angular, pero que -al mismo tiempo- si la colisión fuese casi frontal, se desviase en un ángulo grande. Rutherford realizaba tales especulaciones en la quietud de su propia casa, y de allí salió con la idea de un tomo con una estructura parecida a la de un sistema solar en miniatura. Supuso entonces una partícula puntual muy masiva y de carga positiva en el centro, rodeada por una distribución uniforme de carga negativa. En su publicación [7] escribe entonces que
... es obvio que la partícula alfa antes de ser deflectada hacia atrás penetrará tan cerca de la carga central, que el campo debido a la distribución uniforme de carga de electricidad negativa puede ser despreciada. En general, un cálculo simple muestra que para todas las desviaciones mayores que un grado, podemos suponer que la desviación es debida al campo de una carga central.Basándose en esta hipótesis, Rutherford calculó cómo debería ser esta desviación. Dos años después Geiger y Marsden publicaron un nuevo trabajo [8] donde demostraban que la distribución en ángulo de las partículas reflejadas era, en efecto, la predicha por Rutherford. También interpusieron diferente número de láminas de mica entre la fuente y el blanco para poder variar la velocidad de las partículas alfa, demostrando así que la dependencia con la velocidad era también la predicha por Rutherford. El modelo atómico de Rutherford, y con él el descubrimiento del nucleo, quedaba así firmemente
establecido.
Como anotación al margen permítanme mencionar que estos descubrimientos tuvieron una influencia directa en el desarrollo del primer modelo cuántico del átomo por Niels Bohr durante su estadía en Manchester en 1912. Pero esta es una historia aparte.
Finalmente debemos acotar que el asombroso empuje que traía el grupo de Manchester sufrió un duro impacto en 1914 con el comienzo de la guerra. Varios investigadores jóvenes, Marsden entre ellos, fueron enviados al frente de Francia, mientras que Henry Moseley, tal vez el físico experimental más prometedor de su generación, murió en el desembarco de Gallipolli.
En 1919 Rutherford reemplazó a su primer profesor J. J. Thomson como director del laboratorio Cavendish. En 1931 fué elevado a la nobleza con el título de Lord Rutherford de Nelson. En 1937 sufrió un evento de hernia umbilical mientras podaba unos árboles. Debido a su título, el protocolo exigía que fuese operado por un par. Parecía recuperarse sin problemas, pero debido a esa demora su estado se agravó y falleció el 19 de Octubre. Su tumba puede está en la abadía de Westminster, entre las de Newton y Kelvin.
Tanto como el alquimista que logró la transmutación de los elementos, como el demiurgo que descubrió las revoluciones de los planetas en el mundo de los átomos, Rutherford y su obra pueden ser excelente fuentes de inspiración artística, ya sea literaria, musical o plástica, que superen la estatua erigida en Brightwater que lo representa de niño (en la imagen) o el monumento del Oriental Green Boat de Shangai
Sin embargo, hasta donde pude investigar, Rutherford nunca realizó ningún gran descubrimiento o estudio de importancia en el área de la óptica. Entonces, ¿a qué viene el título de esta composición de Edward Cowie? ¿A qué se refieren esas "luces" de Rutherford? ¿Realmente se trata de Ernest Rutherford? El mismo Cowie afirmó que "es un homenaje a Rutherford" [9].
¿Entonces?... Bueno, desentrañaremos este misterio la próxima semana. Mientras tanto, les dejo este video del movimiento 18
- http://www.psappha.com/
- J. L. Heilbron: Ernest Rutherford: and the explosion of atoms (Oxford University Press, 2003) p. 41-42
- E. Rutherford and F. Soddy: The Cause and Nature of Radioactivity, Philosophical Magazine VI (4), 370-396, 569-585 (1902).
- E. Marsden: Rutherford at Manchester, Conferencia dictada en la "Rutherford Jubilee International Conference" (Cambridge, September 1961).
- Extracto de una conferencia dictada por Rutherford en Cambridge en 1937.
- H. Geiger and E. Marsden: On a Diffuse Reflection of the α-Particles 82, 495-500 (1909).
- E. Rutherford: The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom, Philosophical Magazine, Series VI, 21, 669-688 (1911).
- H. Geiger and E. Marsden: The Laws of Deflexion of α Particles through Large Angles, Philosophical Magazine, Series VI, 25, 604-623 (1913)
- Physics World 23 (12), page 12 (December 2010)
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