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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los descubridores de elementos

Hace ahora dos meses que el Dr. Armbruster y su equipo de colaboradores enviaban a la revista ZEITSCHRIFT FÜR PHYSIK, para su publicación, el resultado de su Investigación en el descubrimiento y obtención del elemento químico 112. De por sí, ello tiene su importancia, pero lo más notable es que este mismo grupo investigador, ubicado en el GESELLSCHAFT FÜR SCHWERIONENFORSCHUNG (GSI) de Darmstadt, Alemania, conseguían con ello, en unos pocos años, su sexto descubrimiento de un nuevo elemento químico.

Hasta hace poco más de 200 años aun persistía el conflicto entre los que interpretaban al mundo como un VACÍO, poblado escasamente por átomos, y aquellos otros que lo consideraban como un LLENO ocupado con fluidos continuos e indestructibles. Esta disyuntiva era una herencia griega, desde que Leucipo y Demócrito, a finales del siglo V a. de C. enunciaran que la materia estaba constituida por átomos muy pequeños que se movían a través de un espacio vacío. Sin embargo, la idea que predominó durante siglos fue la de Aristóteles, quien creía en un mundo lleno de sustancias continuas como tierra, agua, aire y fuego, que eran los 4 componentes de la parte del mundo a la que denominaba esfera lunar, mientras que una quinta sustancia, el éter, llenaba los cielos.

ÁTOMOS. En los últimos 200 años ha quedado incuestionablemente establecida la teoría atómica de la materia y se han ido descubriendo sucesivamente alrededor de un centenar de diferentes elementos químicos que se agrupan en lo que en química se denomina SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS. Por otra parte, el desarrollo del llamado MODELO ESTÁNDAR sobre el Universo primitivo y de la hipótesis del BIG BANG han hecho que se pueda reconstruir la historia de cómo, a partir del instante cero del Universo, se obtuvieron desde los átomos de helio hasta los de los elementos más pesados.

Recordemos, antes de seguir, unos conceptos básicos de la teoría atómica: la masa atómica de los átomos es la suma de neutrones y protones de los núcleos atómicos; la masa del neutrón (partícula neutra) es semejante a la del protón (cargado positivamente) mientras que los electrones prácticamente no tienen masa, pero sí una carga negativa. El número atómico coincide con el número de electrones o protones de un átomo neutro. Por tanto, el nuevo elemento 112 posee ese número por esa última razón

EL ELEMENTO 112. El descubrimiento del nuevo elemento 112 tuvo lugar a las 22:37 del pasado 9 de febrero de 1996, en el GSI de Darmstadt, tras tres semanas dedicadas a su producción e identificación. Su masa atómica es 277, es decir, que es 277 veces más pesado que el hidrógeno, siendo con ello el átomo más pesado jamás producido por el hombre. Químicamente el elemento 112, aun sin nombre, puede considerarse como hermano pesado del zinc, cadmio o mercurio. Sin embargo, en contraste con esos elementos más ligeros, es muy inestable y se descompone en fracciones de milésimas de segundo, mediante la emisión de partículas alfa (núcleos de helio, con masa 4), dando lugar a un nuevo isótopo del elemento 110, con masa 273, el ununnilio, ya descubierto por el mismo grupo en 1994. El proceso puede continuar varias veces, de modo análogo, con la emisión sucesiva de partículas alfa. Así se obtiene, consecutivamente, otro isótopo del hasio, de masa atómica 269 así como otra serie de isótopos, previamente conocidos, hasta que finalmente se llega a un elemento más estable, el fermio, que es un elemento con número atómico 100 y masa atómica 253.

La obtención del nuevo elemento 112 se realizó fundiendo juntos átomos de zinc (masa atómica 70) con un átomo de plomo (masa atómica 208). Para ello, los átomos de zinc previamente hubieron de ser acelerados usando las altas energías del acelerador de partículas UNILAC del GSI. Cuando estos proyectiles de átomos de zinc alcanzaron una velocidad determinada, equivalente a una energía de 343,8 megaelectronvoltios, se dirigieron contra su diana de átomos de plomo. Durante varias semanas se continuó el bombardeo hasta que se pudo detectar que había habido una reacción, con la producción de un primer átomo del isótopo 112, que se pudo atrapar con una trampa de velocidad, identificándolo a través de los productos de su casi instantánea descomposición.

Podemos preguntarnos: ¿Por qué este interés en el estudio de elementos tan escasos e inestables?. La respuesta es que el estudio de las propiedades fundamentales de los átomos y núcleos atómicos es esencial para comprender la naturaleza de nuestro mundo material, pero también es imprescindible para comprender fenómenos tan importantes como las explosiones de las supernovas o el propio nacimiento del Universo. Por otra parte, la Ciencia está llena de ejemplos en los que descubrimientos sobre Ciencia básica dan lugar a posteriores aplicaciones prácticas. En el caso que nos ocupa ello es extensible al estudio de los efectos biológicos de las radiaciones de los iones pesados e incluso a un área tan prometedora como el desarrollo de las bases conducentes a la terapia de tumores, a través del uso de iones pesados. Las primeras aplicaciones prácticas de ello ya están comenzando este mismo año en el GSI de Darmstadt.

LOS ÁTOMOS SUPER-PESADOS. Fue hace unos 30 años cuando se predijo la posible existencia de núcleos atómicos super pesados, como los del nuevo elemento 112, con un número de neutrones cercano a 184, así como que los núcleos atómicos con 162 neutrones deberían ser más estables que los de sus átomos vecinos. Efectivamente, los investigadores del GSI, entre los años 1981 y 1984 detectaron y obtuvieron los elementos 107 (el nielsbohrio, en honor al físico Niels Bohr), 108 (el hasio, recordando la localización del GSI en la región alemana de Hesse) y el meitnerio (en honor al físico austríaco Lise Meitner). Para producir otros elementos más pesados hubo que introducir modificaciones y mejoras importantes en los instrumentos de Investigación, pero el 23 de noviembre de 1994 descubrieron el elemento 110 (el ununnilio), y el 8 de diciembre del mismo año el elemento 111 (el unununio), completándose la serie con el reciente elemento 112.

El éxito del grupo del GSI es evidente : ellos han sido los descubridores de todos los elementos químicos conocidos que van desde el 107 al 112. Más aun, se espera que puedan existir también los elementos 113 y 114 y que pronto puedan ser descubiertos por este grupo investigador, mediante la misma técnica de bombardeo y fusión de dos átomos que tan bien ha funcionado hasta ahora. Para ello se usarán proyectiles acelerados más pesados, tales como el germanio 76. Pero la recompensa valdrá la pena ya que las predicciones indican que el isótopo 114 de peso molecular 298 debe ser una especie de "isla de estabilidad" que permitirá su estudio y aplicaciones detallados lo que constituirá, en su día, un gran triunfo para la física de la estructura nuclear. Todos estos nuevos elementos se caracterizan por poseer una alta relación protones/neutrones y son esenciales para profundizar en los problemas del origen y de la estabilidad de la materia en el universo, con posibles aplicaciones que van desde la física del plasma y la Ciencia de los materiales hasta la radioterapia médica. Por ello, nuevamente Europa puede congratularse de la existencia, en algunos de sus países, de la sensibilidad científica necesaria para apostar por aventuras científicas como las hoy comentadas.