martes, noviembre 24, 2009

Premios Nobel – Física 1901 (Wilhelm Röntgen) | El Tamiz

Premios Nobel – Física 1901 (Wilhelm Röntgen) | El Tamiz

Hace unos días anunciamos el inicio de esta nueva serie, en la que recorreremos los Premios Nobel de Física y de Química desde su creación hasta la actualidad, aprovechando la ocasión para, además de explicar las condiciones históricas de cada descubrimiento, ahondar un poco más en los aspectos más interesantes de cada uno. Quiero intentar mantener los artículos relativamente cortos para no aburrir (otras series ya son lo suficientemente densas), aunque ya veremos lo que pasa.

Empezamos este largo recorrido en el primer año en el que se concedieron los Premios, 1901. Ese año, el de Física fue otorgado a un alemán, Wilhelm Röntgen, por el descubrimiento de un nuevo tipo de radiación, los rayos Röntgen o, como le agradaría a su descubridor que los llamáramos, rayos X. El anuncio oficial de la concesión del Premio:

En reconocimiento a los servicios extraordinarios que ha rendido al descubrir los insólitos rayos que llevan su nombre.

El siglo XIX fue, entre otras cosas, “el siglo de los rayos”. Lo que hasta entonces había estado claro era que la luz se veía, ¡por eso era luz! Pero lo que parecía tan obvio, a principios del XIX, dejó de serlo, y la definición de “luz” se volvió algo más complicada de lo que había sido hasta entonces.

El primero en darse cuenta de que había “luz que no se veía” fue el astrónomo inglés (nacido alemán) William Herschel. Aparte de otros descubrimientos extraordinarios de los que no vamos a hablar hoy, Herschel se dio cuenta de algo realmente extraño. Como todo el mundo sabía, cuando se dispersaba la luz del Sol utilizando un prisma óptico, se veía el arco iris. Al exponer un termómetro a la luz de cualquiera de los colores del arco iris producido, la temperatura aumentaba, lógicamente, debido a la energía luminosa del Sol. Pero –y aquí es donde el buen Herschel arqueó las cejas– cuando se ponía el termómetro más allá del color rojo, donde ya no había luz, la temperatura también aumentaba.

Herschel presentó sus resultados a la Royal Society de Londres en 1800, y la comunidad científica quedó perpleja: había “colores más allá de los colores”, luz que no era posible ver. ¡Existían rayos invisibles! Herschel denominó a la radiación invisible que calentaba su termómetro rayos caloríficos, pues el efecto más notable que producían era el calentamiento. Décadas más tarde, cuando se había identificado la diferencia entre esos rayos y el resto (que, como veremos en la segunda parte del artículo, no era más que la frecuencia de la radiación electromagnética), se denominó a los rayos caloríficos de Herschel radiación infrarroja o rayos infrarrojos, pues estaban por debajo del rojo en la escala de frecuencia.

Sin embargo, si había “colores más allá del rojo” y el arco iris real no se acababa allí, sino que nuestros ojos eran sencillamente incapaces de ver los colores infrarrojos, ¿qué hay del otro lado? ¿existían “colores más allá del violeta”? Sólo hubo que esperar un año a que el físico alemán Wilhelm Ritter diera la respuesta.

Se conocía desde hacía tiempo el hecho de que la luz del Sol hacía cambiar de color diversos compuestos químicos, como varias sales de plata (algo que sería de gran utilidad para la fotografía). Ritter hizo una prueba similar a la de Herschel: dispersó la luz solar, produciendo un arco iris, y situó sales de plata más allá del color violeta. Las sales ennegrecieron aún más deprisa que expuestas a cualquier otro color. Durante algunos años se denominó a los rayos de Ritter rayos químicos, para diferenciarlos de los rayos caloríficos de Herschel ya que producían bruscos cambios químicos, pero se cambió el nombre a radiación ultravioleta o rayos ultravioleta cuando le sucedió lo propio a los infrarrojos. En este caso, por supuesto, ya que se trataba de radiación “más allá del violeta”, con mayor frecuencia.

Por lo tanto, los descubrimientos de otros tipos de radiación posteriores no fueron tan sorprendentes: los físicos se habían acostumbrado a descubrir nuevas formas de transmisión de energía, y no se echaban las manos a la cabeza por cualquier cosa. Eso sí, los nuevos rayos de Röntgen eran una forma de energía absolutamente inaudita, no por ser nueva, sino por tener propiedades sorprendentes.

El caso de Röntgen es el de un científico inteligente pero –en mi opinión, naturalmente– de una talla intelectual no tan apabullante como la de otros de los que hablaremos más adelante en la serie, o de científicos que ya han asomado la cabeza por El Tamiz, como John von Neumann. Lo que más define a este físico no me parece tanto su genio como su rectitud moral y su humildad.

Wilhelm Conrad Röntgen
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923).

No voy a aburrirte con una larga biografía de Röntgen, pero una anécdota debería bastar para darte una idea de su carácter. Cuando tenía dieciocho años, un compañero de clase en el colegio realizó un retrato caricaturesco de uno de los profesores, pero –no sé por qué– el profesor pensó que lo había hecho Röntgen. El joven negó haberlo hecho, pero cuando se le pidió que dijera quién había realizado el dibujo rehusó delatarlo, incluso cuando fue amenazado con la expulsión. El dibujante no tuvo las agallas de reconocer su culpa y librar a Röntgen del problema, las autoridades del colegio no tuvieron la sensatez de no castigar a un inocente… y el pobre Röntgen fue expulsado.

No sólo eso: se le prohibió acabar los estudios en cualquier escuela alemana u holandesa, con lo que perdió incluso la posibilidad de entrar en la Universidad en cualquiera de esos dos países. Finalmente logró entrar en una universidad suiza y allí se doctoró; luego volvería, tras pasar por varios lugares, a Alemania, donde –especialmente tras recibir el Premio Nobel, claro– recibiría múltiples honores.

En cualquier caso, el descubrimiento que valió a Röntgen el Premio Nobel se produjo en 1895, cuando el científico tenía ya 50 años y era un físico experimental muy respetado por la meticulosidad de sus métodos y su cuidado y precisión. Por entonces, multitud de físicos (entre ellos, genios como Nikola Tesla o Heinrich Hertz) se encontraban estudiando las extrañas propiedades de los llamados rayos catódicos, corrientes de electrones en tubos de vidrio en los que se había hecho el vacío y que tenían electrodos en su interior. El propio Röntgen se encontraba en un momento dado realizando experimentos con un tubo de Lenard, un tipo de tubo de generación de rayos catódicos diseñado por Philipp Lenard (del que hablaremos en esta misma serie dentro de unos cuantos artículos por esta misma razón).

Era un hecho conocido que los tubos de rayos catódicos emitían radiación fuera del espectro visible como, por ejemplo, rayos ultravioleta: al poner una película fotográfica cerca del tubo, ésta se velaba. Röntgen, como los demás científicos, estudiaba las diversas radiaciones emitidas, y realizó múltiples experimentos con los tubos en distintas condiciones. Digo esto porque es relativamente frecuente leer que el descubrimiento de los rayos X se debió en gran parte a la suerte: en absoluto. Como he dicho antes, Röntgen tenía una bien merecida reputación como físico experimental, y dado el sistema de pruebas que estaba realizando era inevitable que descubriera este nuevo tipo de radiación.

De modo que Röntgen se encontraba, en Noviembre de 1895, realizando experiencias con un tubo de Lenard. El extremo del tubo se encontraba tapado con cartón, pero el físico observó que una pequeña pantalla, también de cartón, pintada con platinocianuro de bario (BaPt(CN)4), brillaba con un fulgor fluorescente cuando estaba cerca del tubo.

El brillo fluorescente no era raro (Röntgen estaba utilizando este tipo de pantallas precisamente con ese objetivo) pero, si la pantalla brillaba porque estaba recibiendo radiación del tubo, ¿cómo era esto posible, si el tubo estaba tapado con cartón? Para asegurarse de que no estaba confundiéndose, la noche del 8 de Noviembre Röntgen preparó un ensayo experimental cuidadoso: utilizó un tubo con una pared de vidrio más gruesa, y lo cubrió completamente de cartón pintado de negro para que absorbiera toda la radiación posible. Además, cerró todas las ventanas y contraventanas, para que la habitación estuviera absolutamente a oscuras y no hubiera posibilidad de que la luz del Sol tuviera que ver con esto.

Cuando acercó la pantalla pintada con platinocianuro, ésta brilló con su luz fluorescente. Los rayos del tubo habían atravesado el cartón. Puedo imaginar la cara del sorprendido Röntgen iluminada por el brillo fantasmal e imposible de la pantalla. Puesto que era viernes por la noche, el físico dedicó el fin de semana a realizar otros experimentos: ¿era capaz esta radiación de atravesar otros objetos? ¿se repetiría este resultado en otros casos, o se trataba de alguna ilusión o confusión del propio Röntgen?

Al principio, el asombrado científico ni siquiera contó lo que había visto a su mujer. Simplemente le dijo,

“Estoy haciendo algo que hará que la gente, cuando se entere, diga: Röntgen ha perdido la cabeza.”

Puesto que no tenía la menor idea de qué eran esos rayos que atravesaban el cartón, Röntgen los denominó rayos X, ya que la letra x era la más utilizada como incógnita en ecuaciones matemáticas. Tras el primer fin de semana, el científico estaba convencido de que no estaba loco y de que lo que había visto era real, pero siguió sin decírselo a nadie más que a su esposa (no sé cuándo le confesó todo lo que había visto, pero no creo que tardase mucho porque ella lo ayudó en sus experimentos).

Durante semanas, ambos realizaron multitud de experiencias que Röntgen documentaba en notas privadas y, por el momento, secretas. Los rayos X no sólo atravesaban el cartón, sino también la madera… ¡incluso las paredes! Lo único que parecía detenerlos eran los metales, sobre todo los más densos y con un espesor razonable. Cuando el matrimonio situaba, por ejemplo, pesas metálicas frente a una placa fotográfica, sobre ella se veía claramente la silueta de las pesas, ya que los rayos X habían sido absorbidos por ellas y no habían alcanzado la placa.

Pero, sin duda, una de las cosas que más impresionó a los Röntgen –especialmente a Anna, la mujer de Wilhelm– fue lo que sucedió el 22 de Diciembre, cuando comprobaron qué sucedía con el cuerpo humano: Anna puso su mano sobre una placa fotográfica mientras Wilhelm manipulaba los aparatos, exponiendo la mano y la placa a radiación X durante unos quince minutos. El resultado es una fotografía histórica, que aún me pone los pelos de punta cuando la veo:

Primera radiografía

Puedes imaginar lo que le pasaría a Anna al ver esto. Al parecer, lo primero que exclamó fue “¡He visto mi propia muerte!” Piensa que, por entonces, el único contexto en el que alguien veía un esqueleto era cuando alguien había muerto hace bastante tiempo. Se trataba de la primera radiografía de la historia, y el último detalle que le faltaba a Röntgen para publicar todos los resultados que había obtenido.

El 28 de Diciembre de 1895 se publicaba Über eine neue Art von Strahlen (Sobre un nuevo tipo de rayos), un artículo en el que Röntgen explicaba las propiedades de estos extraños rayos, cómo producirlos haciendo chocar electrones contra el metal en el extremo del tubo, cómo utilizarlos para ser capaz de observar el interior del cuerpo humano… la comunidad científica, a pesar de que los nuevos tipos de radiación no la tomaban por sorpresa, quedó patidifusa.

En 1901, Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento. Sé que hoy en día los rayos X no tienen el menor misterio y los empleamos todo el tiempo, pero en aquel momento se trataba de algo misterioso y desconcertante. Dado que no es excesivamente largo, te recomiendo encarecidamente que leas el discurso de presentación del premio, e imagines estas palabras resonando en la sala el 10 de Diciembre de 1901, pronunciadas por el Presidente de la Real Academia Sueca de las Ciencias:

Sus Altezas Reales, damas y caballeros.

La Real Academia Sueca de las Ciencias recibió de Alfred Nobel el privilegio de conceder dos de los grandes Premios que fundó en su testamento –los Premios en aquellas ramas de la Ciencia que se encontraban más cerca de su corazón–, los de Física y Química. Ahora que la Real Academia de las Ciencias ha recibido de sus Comités su opinión experta sobre las sugerencias recibidas, además de las suyas propias, ha alcanzado una decisión, y como Presidente actual estoy aquí para hacerla pública.

La Academia ha otorgado el Premio Nobel de Física a Wilhelm Conrad Röntgen, Catedrático de la Universidad de Munich, por el descubrimiento con el que su nombre estará unido por siempre: el descubrimiento de los denominados rayos Röntgen o, como los llama él mismo, rayos X. Estos son, como sabemos, una nueva forma de energía y han recibido el nombre de “rayos” por su propiedad de propagarse en línea recta como lo hace la luz.

La verdadera constitución de esta energía radiante es todavía desconocida. Varias de sus propiedades características han sido, sin embargo, descubiertas en primer lugar por el propio Röntgen y luego por otros físicos que han dirigido sus esfuerzos a este campo de investigación. Y no hay duda de que se lograrán grandes éxitos en las ciencias físicas cuando esta extraña forma de energía sea suficientemente investigada y este amplio campo explorado concienzudamente.

Recordemos al menos una de las propiedades que se han descubierto en los rayos Röntgen; la que es la base del amplio uso de los rayos X en la práctica médica. Muchos cuerpos, al igual que dejan pasar la luz a través de ellos en diferente medida, se comportan de igual manera con los rayos X, pero con la diferencia de que algunos que son completamente impenetrables para la luz pueden ser fácilmente atravesados por los rayos X, mientras que otros cuerpos los detienen completamente.

Así, por ejemplo, los metales no pueden ser penetrados por ellos; la madera, el cuero, el cartón y otros materiales son penetrables, como es el caso de los tejidos musculares de los organismos animales. Ahora bien, cuando un cuerpo extraño opaco a los rayos X, como una bala o una aguja, se ha introducido en estos tejidos, su localización puede ser determinada iluminando las partes correspondientes del cuerpo con rayos X y registrando la sombra sobre una placa fotográfica, sobre la que se detecta inmediatamente el cuerpo opaco.

La importancia de este hecho para la práctica quirúrgica, y cuantas operaciones han sido posibles y facilitadas por él, son hechos bien conocidos por todos. Si añadimos a eso que, en muchos casos, enfermedades cutáneas graves, como el lupus, han sido tratadas con éxito utilizando rayos Röntgen, podemos decir que el descubrimiento de Röntgen ha traído ya a la humanidad un beneficio tal que recompensarlo con el Premio Nobel cumple con la voluntad de su fundador al máximo nivel.

Desgraciadamente, Röntgen no pronunció un discurso al aceptar el Premio, de modo que no puedo mostrar aquí ningún fragmento de él — estoy seguro de que hubiera merecido la pena.

A Röntgen, agasajado con múltiples atenciones durante el resto de su vida, nunca le gustó el nombre de rayos Röntgen. El recto, humilde Wilhelm Conrad Röntgen prefería llamarlos rayos X (que es el que utilizamos en los países de habla hispana). Irónicamente, en 1928 se creó en su honor el röntgen (R), una unidad de medida de radiación ionizante. Por si te lo estás preguntando, 1 R es la cantidad de radiación necesaria para producir unos dos mil millones de pares de iones por cm3. Sin embargo, no es una unidad del Sistema Internacional y su uso no es demasiado común. Estoy seguro de que Röntgen estaría satisfecho, dado lo poco que le gustaba ese tipo de cosas.

De hecho, ahora que las patentes están tan en auge, no está de más recordar que Röntgen –y otros como él, de los que hablaremos en esta misma serie– se negó siempre a establecer cualquier tipo de patente relacionada con su descubrimiento: era consciente de que era de tal importancia que era patrimonio de todos, y nunca lo consideró un camino hacia la riqueza. Si tenemos en cuenta que murió prácticamente sin un pedazo de pan que llevarse a la boca, el mérito es aún mayor.

Hoy en día los rayos X no son esa misteriosa fuente de energía que eran cuando Röntgen recibió el Premio — son viejos conocidos, y los empleamos todo el tiempo. De modo que, en la segunda parte de este artículo, hablaremos algo más acerca de ellos y de lo que hoy en día conocemos sobre este tipo de radiación.


Portal de recursos para la Educación, la Ciencia y la Tecnología.

ESPACIO VIRTUAL

BIENVENIDOS. ENCONTRAREMOS ALGUNOS TÓPICOS SOBRE EDUCACIÓN, ACTUALIDAD CIENTÍFICA Y TECNOLOGÍA.