El experimento que necesitó tres años de espera y una alarma de incendios

A lo largo de la historia podemos encontrarnos con diferentes tipos de experimentos científicos: los sorprendentes, cuyos resultados son inesperados; los inteligentes, planteados por científicos que dan con la pregunta correcta, y los infernalmente difíciles. El descubrimiento del elemento químico 101 de la tabla periódica entra claramente en esta última categoría.

A mediados del siglo XX, la tabla periódica parecía haberse estabilizado. Ya incluía todos los elementos químicos estables que se encuentran en la naturaleza, junto a algunos elementos de origen artificial, como el tecnecio. Se descubrían cada vez elementos formados por átomos más grandes, pero también más inestables. Empezaba a considerarse imposible encontrar en la naturaleza algún elemento más grande que el uranio, porque se habría descompuesto antes de llegar a nuestros días. Por ese motivo, para descubrir nuevos elementos químicos era necesario crearlos artificialmente, y fue precisamente en ese momento cuando el ser humano descubrió la fusión nuclear.

A través del proyecto Manhattan, el gobierno estadounidense reunió a sus mejores científicos con el objetivo de crear la bomba atómica. Todos conocemos el triste éxito del proyecto, pero también permitió asentar las bases de la química nuclear a través de la fisión y la fusión nuclear. Mientras que la fisión consiste en la ruptura de un átomo inestable en átomos más pequeños, la fusión es lo contrario: un fenómeno que permite a un átomo cambiar su composición si colisiona con otro átomo a la velocidad y energía suficiente. De este modo, controlando la reacción, era posible sumar dos átomos o añadir componentes sueltos al núcleo de un átomo. Esto permite cumplir el sueño de la alquimia: cambiar un elemento por otro, desplazándonos en la tabla periódica hacia átomos nunca antes vistos.

Glenn Seaborg fue uno de los químicos que participaron en el proyecto Manhattan junto a su entonces técnico Albert Ghiorsio. Al terminar la Segunda Guerra Mundial, ambos se establecieron en la Universidad de Berkeley, donde aprovecharon la recién descubierta fusión nuclear para combinar átomos y encontrar nuevos elementos. El éxito fue rotundo. Esta pareja de investigadores lograron descubrir más elementos químicos que ninguna otra persona en la historia, siendo capaces de rellenar hasta un sexto de los elementos de la tabla periódica actual.

Gracias a la fusión, lograron obtener entre 1946 y 1953 por primera vez los elementos de numero atómico 94 (plutonio), 95 (americio), 96 (curio), 97 (berkelio), 98 (californio), 99 (einstenio) y 100 (fermio). Todos en un lapso de siete años, obligando a actualizar las tablas periódicas de los libros de texto anualmente, para desgracia de los profesores y editores. Gracias a esta primera ronda de descubrimientos, en 1951, Seaborg consiguió el premio Nobel de Química y su equipo recibió el sobrenombre de “los cazadores de elementos”.

Pero la racha terminó al intentar lograr el elemento con el número atómico 101.

El experimento a contrarreloj

El problema era la inestabilidad de los átomos con los que empezaban a trabajar. Para avanzar en la tabla periódica hacia nuevos elementos, el método que mejor funcionaba era bombardear a un átomo con iones de helio, también llamados “partículas alfa”. Si estos iones son disparados con la suficiente potencia, pueden integrarse en el núcleo de otro átomo, transformándose en el elemento situado a dos casillas a la derecha en la tabla periódica. Por este motivo, para conseguir el elemento 101 se necesitaba usar el elemento 99: el einstenio.

Pero Seaborg y su equipo sabían que el einstenio era inestable, y que sus átomos podían aguantar desde unos segundos hasta un año antes de romperse en otros átomos más pequeños. Si querían una cantidad de einstenio suficiente para el experimento, el único método consistía en bombardear una muestra de plutonio con neutrones de manera continua e ininterrumpida durante tres años.

Además, por las condiciones del bombardeo y la disponibilidad de plutonio, el equipo solo sería capaz de obtener una única muestra de einstenio para el experimento. Si algo salía mal, tocaría esperar otros tres años para obtener nuevas muestras. Todo bien.

El siguiente paso consistía en situar la muestra de einstenio sobre una lámina de oro mientras era bombardeada con los iones de helio. En unos diez minutos la lámina de oro se disolvió y, si todo ha funcionado correctamente, los iones de helio se habrán introducido en el núcleo de einstenio, formando el elemento 101. El problema es que al haber tan pocos átomos de einstenio que se van descomponiendo con el tiempo, no es fácil de predecir si el choque será efectivo. Los químicos podían hacer sus mejores estimaciones, pero había un componente de suerte imposible de predecir con sus instrumentos. Por este motivo intentaron asegurar que, al menos, unos pocos átomos llegaran a formar el elemento 101, reuniendo todo el einstenio posible.

El paso decisivo era demostrar que realmente se había generado el nuevo elemento. Considerando que solo se lograrían unos pocos átomos, sería imposible demostrarlo mediante una reacción química, por lo que el único método disponible consistía en dejar que el nuevo elemento se descomponga y estudiar sus restos. El problema es que el detector de partículas necesario estaba en otro edificio a varios kilómetros de distancia, y era necesario llegar en el momento de la desintegración, justo después de que se disuelva la lamina de oro. Es decir, aproximadamente diez minutos.

La idea de tener que esperar tres años si fallaban provocó que el experimento se planificara como el atraco a un banco. Se iba a hacer de noche, para evitar cualquier atasco que echara a perder la muestra. Tras bombardear el einstenio en el laboratorio, Ghiorsio esperaría con su coche con el motor encendido en la puerta, y los más jóvenes del equipo harían una carrera de relevos para ir del laboratorio al detector, acelerando todo lo posible sin volcar la muestra. Practicaron durante varias noches con muestras falsas, buscando las mejores rutas y a los mejores corredores, usando cronómetros para asegurarse llegar a tiempo. Tenían tiempo mientras el einstenio se formaba.

En una noche de febrero de 1955 realizaron su coreografía con la muestra real. No hubo ningún contratiempo. Ningún atasco de tráfico nocturno. Nada a lo que pudieran culpar si algo hubiera ido mal. Las cartas estaban echadas y era cuestión de esperar a ver si tenían el nuevo elemento o si debían repetir el experimento tres años después.

Ya que el experimento duraría toda la noche y el estrés del momento hacia mella, Ghiorsio conectó la alarma de incendios del edificio al detector. Así podían aprovechar y quedarse en el comedor tranquilamente, esperando el sonido de la alarma como si fueran las campanadas de año nuevo, con el nerviosismo y miedo de que el sonido nunca fuera a llegar.

La combinación de preparación y suerte dio sus frutos y, finalmente, lograron crear el elemento 101 a la primera. La alarma de incendios sonó en diecisiete ocasiones, indicando el número de átomos que lograron formar. Suficiente para que mereciera la pena.

Seaborg, Ghiorsio y su equipo gritaban y celebraban con champan en el comedor el sonido de las alarmas de incendios. Decidieron bautizar al nuevo elemento como mendelevio, en homenaje a Dmitri Mendeléyev, el creador de la tabla periódica. Esto no le sentó nada bien a Estados Unidos, ya que significaba homenajear a un científico ruso en época de guerra fría. Pero el equipo mantuvo su decisión, queriendo mostrar que la ciencia realmente no conoce de fronteras. Y especialmente durante experimentos tan complicados.

QUE NO TE LA CUELEN:

• El mendelevio, el einstenio y otros elementos pesados de la tabla periódica no tienen una aplicación comercial real, ya que son tan inestables que sus átomos no permanecen lo suficiente. Tienen un uso muy importante, no obstante, en investigación básica sobre la estructura atómica.
• La lista de elementos indicada en el artículo comprende solo el periodo de tiempo anterior al descubrimiento del mendelevio. Tras esa publicación, el equipo de searborg y guiorso lograron descubrir el nobelio (elemento 102). Posteriormente Ghiorso participó en el descubrimiento del lawrencio (103), el rutherfordio (104), el dubnio (105) y el seaborgio (106). Este último lleva su nombre en honor a Seaborg.

REFERENCIAS:

• Ghiorso, A., et al. “New Element Mendelevium, Atomic Number 101.” Physical Review, vol. 98, no. 5, 1955
• Seaborg, Glenn T. (Glenn Theodore), and Eric Seaborg. Adventures in the Atomic Age : From Watts to Washington. Farrar, Straus and Giroux, 2001.
• Kean, Sam. La Cuchara Menguante : Y Otros Relatos Veraces de Locura, Amor y La Historia Del Mundo a Partir de La Tabla Periódica de Los Elementos. Ariel, 2011.