El origen del nombre del protón

Por Francisco R. Villatoro, el 7 diciembre, 2019. Categoría(s): Ciencia • Física • Historia • Personajes • Physics • Science

El descubrimiento oficial del protón se publicó hace 100 años, en junio de 1919, aunque Ernest Rutherford y sus colegas realizaron sus experimentos unos años antes. La colisión de un haz de partículas alfa (núcleos de helio-4) contra átomos de nitrógeno-14 produjo átomos de oxígeno-17 y un haz de núcleos de hidrógeno (14N + α → 17O + p). Pero el término «protón» no se publicó hasta 1920 en Nature. Un artículo que resumía una reunión de la BAAS (British Association for the Advancement of Science) el 25 de agosto de 1920. En ella, Oliver Lodge le pidió a Rutherford un nombre para el núcleo de hidrógeno y su propuesta fueron dos: «prouton», en honor a la hipótesis del químico William Prout, y «protón», a partir de la palabra griega prôtos (primero). El término «protón» no fue usado por el propio Rutherford hasta un artículo de 1925.

La hipótesis de Prout (1815, 1816) afirmaba que todos los átomos estaban formados por átomos de hidrógeno, llamados «protilos». La razón era obvia, la mayoría de los átomos tenían una masa atómica múltiplo de la del hidrógeno; pero había excepciones (debido a la existencia de isótopos naturales). Las propiedades del protón fueron descubriéndose poco a poco. El espín (semientero) del protón se desveló en 1927 gracias a la teoría cuántica del calor específico de la molécula de hidrógeno de David Dennison; los dos alótropos del hidrógeno molecular (uno de los motivos del Premio Nobel de 1932 a Werner Heisenberg), el ortohidrógeno y el parahidrógeno se diferencian en si los espines apuntan en la misma dirección o en direcciones opuestas. Otto Stern observó en 1933 el momento magnético del protón (uno de los motivos de su Premio Nobel de 1943).

El descubrimiento de que el protón no era una partícula fundamental, como el electrón, sino una partícula compuesta, con un tamaño finito, lo lideró Robert Hofstadter (Premio Nobel de Física en 1961). Realizó en el SLAC experimentos de dispersión de electrones (su colisión contra núcleos atómicos), desvelando que que el nucleón (el protón y el neutrón) tenía un tamaño finito y una distribución de carga en su interior. Se supo que el protón estaba formado por partículas fundamentales, los quarks (también llamados partones), gracias a los experimentos de dispersión profunda de electrones entre 1967 y 1969 (Premio Nobel de Física de 1990). La teoría cuántico de campos que explica el protón, la cromodinámica cuántica (QCD), se desarrolló entre 1964 y 1973, culminando con el nacimiento del modelo estándar de la física de partículas.

Resume la historia del término «protón» en Alfred Romer, “Proton or prouton?: Rutherford and the depths of the atom,” American Journal of Physics 65: 707-716 (1997), doi: https://doi.org/10.1119/1.18640, y también Xiangdong Ji, “100 Years of Proton,” 18th International Conference on Hadron Spectroscopy and
Structure, Guilin, China (19 Aug 2019) [slides]. El artículo original es Ernest Rutherford, “Collision of α-particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen,” Philosophical 37: 581-587 (1919), doi: https://doi.org/10.1080/14786440608635919 [PDF]. El artículo de Nature con la palabra «protón» es “Physics at the British Association,” Nature 106: 357-358 (1920), doi: https://doi.org/10.1038/106357a0. Por cierto, Rutherford recibió el Premio Nobel de Química en 1908.

Hasta 1925, en sus artículos  y en sus charlas, Rutherford usaba los términos «átomos de hidrógeno» y «núcleos de hidrógeno»; no le gustaba el nombre «protón». Pero en 1923 se publicó un libro de texto estadounidense que usaba «protón» con lo que sus reticencias hacia este término se relajaron. Pero no lo adoptó de forma completa hasta 1925. ¿Por qué tardó tanto en aceptar un término que él mismo había propuesto? Porque tenía que confirmar su existencia con experimentos de dispersión de partículas alfa contra otros elementos activos, como boro, nitrógeno, flúor, sodio y fósforo; estos experimentos los realizó desde 1921 hasta 1924 junto a James Chadwick. Así a finales de 1924 quedó convencido y usó por primera vez el término protón en su charla ante la Royal Society el 29 de enero de 1925.



Deja un comentario