Químicos Modernos: Los Joliot-Curie o acertar a la segunda (con James Chadwick).

Foto de grupo de nuestros protagonistas: Conferencia Solvay, 1933. Sentados de izqda. a dcha: segunda, Irène, quinta, Marie, sexto, Langevin, octavo, Rutherford, último, Chadwick. De pie de izqda. a dcha.: tercero, Frédéric, decimocuarto, Bothe. La tercera mujer presente, junto a Chadwick, es Lise Meitner.

En la familia Curie ya había una tradición de educar en casa a los hijos para escapar de la ortodoxia académica, que constreñía sus capacidades, y de la influencia clerical católica. El padre de Pierre Curie, Eugène Curie, médico protestante, educó a éste y a su hermano Jacques en casa con la ayuda de un amigo, el señor Bazille, que fue quien despertó el amor a la ciencia y a las matemáticas en ambos hermanos. Por eso, tras la muerte de Pierre en 1906 y ante el hecho de que Irène, su hija y la de Marie Curie, demostraba unas capacidades sobresalientes en ciencias y matemáticas, abuelo y madre deciden crear “la cooperativa”, un grupo de notables científicos (además de la propia Marie, personajes como Paul Langevin o Jean Perrin) que se turnan para educar a los hijos de todos ellos. El proyecto lo alimenta el espíritu revolucionario (participó en la revolución de 1848 contra la monarquía) del abuelo Curie, y termina con la muerte de éste en 1910. Pero la semilla ya estaba plantada.

Irène Joliot-Curie

Irène terminó el bachillerato en un liceo normal del centro de París y se matricula en la Sorbona para estudiar ciencias. La primera guerra mundial interrumpe sus estudios y se une a su madre como enfermera radióloga en los hospitales de campaña del frente. Sólo conseguiría su doctorado en 1925, dirigida por Paul Langevin. Ese mismo año un joven ingeniero químico, tres años menor que ella, es contratado como asistente de Marie en el Instituto del Radio, donde ya trabajaba Irène. Jean Frédéric Joliot había recibido una educación liberal y compartía con Irène unos principios y compromisos políticos muy arraigados. El que sería héroe de la resistencia francesa, fabricante de cócteles Molotov durante las revueltas de París de 1944, contra todo pronóstico, se enamoró de la hija de su jefa. Contra todo pronóstico porque él fue descrito como un “Maurice Chevalier” y ella como “un trozo de hielo”. Con todo, la pareja se casa en 1926 y decide unir sus apellidos como nombre de la familia, por lo que ambos pasan a ser Joliot-Curie, pero seguirán firmando profesionalmente con sus apellidos de solteros.

Frédéric Joliot-Curie

Ante la insistencia de Paul Langevin, que ya detectó su talento siendo alumno, así como, sobre todo, de Marie, Frédéric estudia otra licenciatura en ciencias y se doctora mientras colabora en el Instituto del Radio. Su trabajo se mantiene separado del de Irène hasta que deciden investigar juntos un nuevo fenómeno: Walther Bothe y sus colaboradores afirmaban haber observado que, cuando elementos ligeros eran bombardeados con partículas alfa (núcleos de helio, He²⁺), se producía una radiación diez veces más potente de lo esperado.

Para investigar esta radiación de Bothe, los Joliot-Curie hicieron uso de una potente fuente de partículas alfa usando el polonio acumulado por Marie Curie y de un dispositivo relativamente nuevo: una cámara de niebla. La cámara de niebla permite observar la trayectoria de las partículas cargadas: cuando una partícula con carga eléctrica atraviesa vapor de agua sobresaturado (“niebla”) el agua se condensa en su estela.

Dado que la radiación de Bothe no dejaba estela en la cámara de niebla y era capaz de atravesar todo lo que le habían puesto por delante, incluidas varias capas de plomo, los Joliot-Curie asumieron erróneamente que estaban frente a radiación gamma de alta energía (ondas electromagnéticas, fotones). Así, publicaron en 1932 que esta “radiación gamma” arrancaba protones de la parafina. Ernest Rutherford afirmó nada más leer el artículo, “No me lo creo”. Y es que había inconsistencias graves en la lógica de los esposos, pero no así en sus datos experimentales, extremadamente precisos. De esta forma dejaron pasar un gran descubrimiento.

El problema es sencillo de entender. Imagina que tienes bolas de billar y bolas de jugar a los bolos. Los fotones gamma son bolas de billar y son capaces de alterar las trayectorias de otras bolas de billar, como los electrones. Pero los Joliot-Curie estaban afirmando que una bola de billar era capaz no sólo de poner en movimiento a una bola de jugar a los bolos de las pesadas, esto es, un protón que tiene 2000 veces la masa de un electrón, sino de apartarla de su camino.

James Chadwick

James Chadwick, que trabajaba en Inglaterra, veía esta inconsistencia. Su trabajo experimental demostraba que la radiación de Bothe tenía una dirección preferente, es decir, si las partículas alfa inciden de izquierda a derecha, la mayor parte de la radiación de Bothe va de izquierda a derecha. Si la radiación de Bothe fuese electromagnética se emitiría en todas direcciones, por lo tanto tenía que ser una partícula. Como la radiación no dejaba estela en la cámara de niebla, se deducía de aquí que era una partícula sin carga. Chadwick estaba convencido de que estaba observando el “protón neutro”, más conocido como neutrón. Pero antes de publicar nada tenía que ser capaz de medir alguna de sus propiedades, fundamentalmente su masa. Su suerte fue haber trabajado con Ernest Rutherford, que poseía una capacidad sin igual para ver la esencia de un problema experimental: “¿Me preguntas que cómo puedes detectar al hombre invisible en un Picadilly Circus lleno de gente? Muy fácil, por la gente con la que choca, por las reacciones de las personas a las que empuja”. Chadwick usó la radiación de Bothe para golpear átomos de nitrógeno, helio e hidrógeno y observó sus reacciones. Comparando la magnitud de sus “rebotes” pudo determinar que la masa de la partícula de la radiación de Bothe era muy parecida a la del protón. Chadwick declaró descubierto el neutrón en el mismo 1932.

Los Joliot-Curie se recuperaron pronto del golpe que supuso su error de cálculo. Habían continuado experimentando con el bombardeo con neutrones (que ellos seguían llamando radiación de Bothe) y descubierto que elementos ligeros como el boro y el aluminio seguían emitiendo radiación después de que cesara el bombardeo. Sus átomos diana habían absorbido la “radiación” (neutrones) y se habían convertido en elementos radioactivos artificialmente.

Cuando poco después estallase la II Guerra Mundial y viendo el potencial bélico de sus estudios, los Joliot-Curie, que habían dejado de publicar poco después del ascenso de Hitler al poder, confiaron sus documentos científicos a Hans von Halman y Lew Kowarski para que los llevasen a Inglaterra en 1940, mientras ellos se quedaban luchando en Francia. Una vez a salvo en Inglaterra, James Chadwick los calificó de secretos poco antes de unirse al proyecto Manhattan.

En 1935 James Chadwick recibió el premio Nobel de física por su descubrimiento del neutrón y los Joliot-Curie el de química por su descubrimiento de la radioactividad artificial.

Marie Curie, orgullosa, dijo “Hemos vuelto a los años gloriosos del viejo laboratorio” y habló con su editor para lanzar una nueva edición de su libro sobre la radiactividad para poder incluir el descubrimiento de su hija. El libro apareció póstumamente.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VIII Edición del Carnaval de Química que organiza Caja de Ciencia