Electrones heterodoxos

“¿Cuál de las siguientes no es una partícula subatómica? A, protón; be, neutrón; ce, bombón; de, electrón.” Esta es la pregunta que podría convertir a Moe, de los Simpson, en millonario, en un capítulo cuyo nombre no recuerdo. El átomo y sus tres partículas constituyentes se estudian bien tempranito. Además, el electrón tiene un papel bastante importante, puesto que se le coloca como el protagonista de todo lo relacionado con esa cosa llamada “electricidad”.

Sin embargo, la existencia del electrón no se constató hasta hace relativamente poco tiempo. Por no hablar de los quebraderos de cabeza que produjo la susodicha partícula. Joseph J. Thomson la descubrió y ganó el Nobel por ello, mientras que su hijo George P. Thomson demostró más adelante que el electrón se comportaba como una onda, y también ganó el Nobel. Pero no estoy aquí para meterme en berenjenales sobre si el electrón es una partícula y/o una onda. Estoy aquí para reivindicar el subelectrón, esa gran partícula desconocida.

Y es que un físico llamado Robert Millikan, impresionado por el artículo de J. J. Thomson sobre esos corpúsculos eléctricos, se dispuso a determinar con precisión cuál era la carga del electrón. El señor Millikan es un fan absoluto del electrón, y llega a decir que, de hecho, Benjamin Franklin ya lo había descubierto. Pero si lo había descubierto, poco caso le habían hecho, puesto que físicos de la talla de Maxwell comentaban que el electrón era una “hipótesis provisional” que difícilmente se mantendría en pie cuando pudiéramos entender “la verdadera naturaleza de la electrólisis”. No voy a hablar de este fenómeno, solo voy a decir que, para desgracia de Maxwell, parece ser que aún estamos en la etapa provisional, y eso que ya ha pasado más de un siglo.

No era solo Maxwell. Arthur Schuster, a finales del siglo XIX, escribía que “nunca se me ocurrió que fuese posible la existencia independiente de un átomo aislado de electricidad, y si se me hubiese ocurrido y hubiese expresado abiertamente unas opiniones tan heterodoxas, difícilmente hubiese sido considerado un físico serio, porque los límites de la heterodoxia permisible en la ciencia se alcanzan rápidamente.” Ahí queda eso.

El caso es que estamos ya a principios del XX, y la heterodoxia se ha convertido en ortodoxia, puesto que se han realizado varias medidas de la carga del electrón. Sin embargo, todos los métodos usados tenían un problema: obtenían la carga media de muchas medidas efectuadas en hipotéticas cargas individuales. Es decir, que podría ser que el electrón existiera como partícula, pero que los electrones no estuvieran todos igualmente cargados, de modo que la carga del electrón sería tan solo un promedio estadístico.

El primer método que empleó Millikan era de este tipo: consistía en trabajar con nubes de gotas cargadas eléctricamente. Rutherford sugirió que la evaporación de las gotas podía introducir errores en los cálculos, así que Millikan hizo un cambio en el montaje experimental para estudiar cómo se producía la evaporación y poder corregir este fenómeno. Si normalmente se hacían caer dos nubes, una por la acción de la gravedad y otra además con un campo eléctrico, esta vez pensó en poner el campo eléctrico oponiéndose a la gravedad, de forma que la nube de gotas flotase. No sucedió esto, sino que la nube se dispersó por completo. Tan solo quedaron unas cuantas gotas flotando. Pero acababa de nacer un nuevo método. ¿Para qué fijarse en toda la nube, si ya tengo aquí unas cuantas gotas? Además, tengo precisamente las gotas cuya carga eléctrica hace que la fuerza eléctrica compense la gravitatoria. Esto sí que es bueno.

Y tan bueno: Millikan llega incluso a ver gotas que están quietas que de repente empiezan a moverse, debido a haber captado un electrón que había por ahí. Y cuando Millikan mide las cargas eléctricas de las gotas, siempre obtiene lo mismo: están cargadas con 1, 2, 3, 4… electrones. Siempre un múltiplo de la carga del electrón. Esto ya no es la carga media de muchas gotas. Son medidas de la carga de cada gota. Aquí estaba la primera prueba “definitiva, clara e indudable” de la estructura unitaria de la electricidad.

O eso creía Millikan. Pronto llegaría un tal Ehrenhaft a poner las cosas interesantes. Este señor, haciendo otros experimentos, obtenía cargas de un tercio de electrón, además de valores intermedios entre 1 y 2 electrones, entre 2 y 3… Vamos, que si se quiere hablar de una partícula mínima de electricidad, tendrá que ser de carga inferior a la del electrón. Nos han fastidiado. Con lo bien resuelto que había quedado todo con Millikan, y ahora aparece el pájaro este a decirnos que nada de eso. Pero bueno, estas son las cosas que dan vidilla al intelecto, la salsa, la chispa que nos aleja de la monotonía y el aburrimiento de creer saberlo todo. Y como ya me he alargado bastante, otro día os cuento más.