En el último medio siglo se han producido avances significativos en áreas de la ciencia física como el modelo del átomo y la física de partículas, que han evidenciado la conveniencia de revisar vocablos y definiciones aplicables del diccionario de la Sociedad Nuclear Española, y en su caso de identificar y proponer vocablos nuevos. Al objeto de acometer esta tarea, se proporciona aquí una perspectiva histórica de estas áreas y una descripción del estado actual en que se encuentran. Se concluye esta nota de divulgación técnica con la lista de los vocablos revisados y nuevos que se proponen para su incorporación al diccionario con sus definiciones y sus correspondientes traducciones al inglés y francés.
EVOLUCIÓN DE LOS MODELOS DEL ÁTOMO
Hace varios siglos se consideraba que el universo estaba enteramente formado por pequeñas partículas, llamadas átomos, las cuales se creía que eran indivisibles. Desde que Dalton (1766-1844) diera los primeros pasos en la formulación de un modelo del átomo, el avance de la ciencia ha permitido establecer nuevos modelos que han ido invalidando a los anteriores. Para Dalton los elementos químicos estaban formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos, los átomos de un mismo elemento químico eran idénticos, los de diferentes elementos químicos eran distintos, los átomos eran indestructibles, retenían su identidad en los cambios químicos, y se combinaban en relaciones constantes para formar compuestos, posteriormente llamados moléculas.
A mediados del siglo XIX, una serie de descubrimientos permitieron la modificación del modelo atómico de Dalton. Thomson, (1856-1940), postuló que el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, por la neutralización de la carga positiva de la esfera con los electrones incrustados. Estos podrían ser arrancados de la esfera si se aportaba una energía suficiente. En 1911, Rutherford (1871-1937), bombardeó con partículas alfa una fina lámina de oro. Mientras que la mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse, unas pocas cambiaban de dirección. Este hecho hizo suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban concentradas dentro de los átomos, ocupando un espacio muy pequeño en comparación al tamaño del átomo. Esta parte del átomo con carga eléctrica positiva es lo que constituye el núcleo. Para Rutherford, el núcleo tenía casi toda la masa del átomo y los electrones se movían a su alrededor como los planetas alrededor del sol. Los electrones no caían en el núcleo, ya que la fuerza de atracción electrostática era contrarrestada por la fuerza centrífuga. Este modelo fue satisfactorio hasta que se observó que estaba en contradicción con una información ya conocida en aquel momento: un electrón o todo objeto eléctricamente cargado que es acelerado, o cuya dirección lineal es modificada, emite o absorbe radiación electromagnética. El electrón del átomo de Rutherford, al modificar su dirección lineal continuamente, debería emitir radiación electromagnética que causaría la disminución de su energía, y en consecuencia debería describir una trayectoria en espiral hasta caer en el núcleo.
Esta contradicción le permitió a Bohr (1885-1962) unos años más tarde establecer un nuevo modelo atómico aplicando la teoría cuántica de Plank. En este modelo, postulaba que el electrón tenía ciertos estados de energía (niveles) que le eran permitidos, de forma que cuando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba, pero cuando cambiaba a otro absorbía o desprendía energía; que en cualquiera de ellos el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo; y que los estados de movimiento electrónico permitidos correspondían a ciertos valores del momento angular del electrón.
En 1924, de Broglie (1892-1987) postuló la doble naturaleza partículaonda de los electrones y sugirió que toda partícula material, especialmente las subatómicas, también la tenían. Esta hipótesis, parte básica de la mecánica cuántica, fue constatada experimentalmente dos años más tarde. Schrödinger (1887-1961) en 1926, en el modelo matemático que desarrolla, considera al electrón como una onda y predice muchos fenómenos que Bohr no podía explicar. En 1927, Heisenberg (1901-1976) indicó que es imposible medir de manera exacta y simultánea la posición y la cantidad de movimiento de una partícula ya que el producto de la incertidumbre en las medidas de ambos parámetros es siempre mayor que h/(4·π), siendo h la constante de Plank. El principio de incertidumbre se aplica también a otras parejas de magnitudes, tales como la energía intercambiada en el proceso y su duración. Este principio fue conocido como principio de incertidumbre de Heisenberg. Este nuevo enfoque invalidaba por completo el modelo de Bohr, con sus órbitas circulares claramente definidas. El modelo actual de la física de partículas es el modelo estándar, el cual se utiliza para describir la estructura atómica. Este modelo integra el principio de incertidumbre de Heisenberg. Describe así las posiciones de los electrones en un átomo en términos de probabilidades. Un electrón se puede encontrar potencialmente a cualquier distancia del núcleo, pero dependiendo de su nivel de energía tiende a estar con más frecuencia en ciertas regiones alrededor del núcleo que en otras; estas zonas son conocidas como orbitales. Hasta 1932 las únicas partículas subatómicas que se conocían eran las partículas alfa, el electrón y los protones, pero en dicho año el físico inglés Chadwick descubrió el neutrón, y enseguida se vio que junto al protón constituían los dos componentes esenciales del núcleo. Al protón y al neutrón se les llama nucleones y forman todos los núcleos de todos los elementos que se conocen, salvo el del hidrógeno, que está formado por un único protón. Los elementos cuyos núcleos están formados por el mismo número de protones son indistinguibles desde el punto de vista químico. Es decir, son el mismo elemento. A elementos iguales con diferente número de neutrones se les llaman isótopos, a la suma del número de protones y de neutrones que tiene un núcleo se la llama número másico, y al número de protones se le llama número atómico. Para los núcleos ligeros estables el número de protones y de neutrones acostumbra a ser el mismo, pero a medida que los núcleos son más pesados el número de neutrones aumenta más rápidamente que el de protones. A partir del año 1930 se descubre una avalancha de nuevas partículas. En 1928 Dirac predijo la existencia del electrón de carga positiva al que llamó positrón y en 1932 Anderson lo confirmó. En 1930 Pauli había señalado la necesidad de introducir una nueva partícula indistinguible, para mantener la conservación del momento lineal en la desintegración beta. Esta partícula fue bautizada como neutrino por Fermi en 1934; y descubierto experimentalmente por Cowan y Reines en 1956. En 1935, Yukawa predijo la existencia del mesón. Pocos años después, Powell confirmaba su existencia. Y así seguiría un relato interminable de descubrimientos de partículas. La necesidad de justificar y clasificar las nuevas partículas y la de armonizar el conocimiento de las fuerzas que entran en juego en las interacciones entre ellas con los principios de la mecánica cuántica han propiciado en las últimas décadas del siglo pasado el desarrollo del modelo estándar de la física de partículas, modelo que representa el estado de la ciencia en el presente.
