La tecnología moderna funciona basada en el movimiento de una partícula infinitamente pequeña: el electrón. A partir de su paso por conductores, gases y dispositivos origina una variedad de fenómenos que nos permiten disfrutar de los aparatos eléctricos y electrónicos. En esta ocasión comentaremos sobre el descubrimiento del electrón, y la vida del científico que lo llevó a cabo.
La idea de una partícula fundamental de la materia, que sea indivisible, surgió en la antigua Grecia, alrededor del año 400 a.C. El filósofo griego Demócrito enunció –a partir de las ideas de su mentor, Leucipo– una teoría atómica en la que declaraba que la materia no podía dividirse indefinidamente, por lo que debía existir una partícula fundamental, la cual es indivisible, llamada “átomo” (que significa precisamente “sin división”).
Pasaron más de dos mil años para que se produjera otro avance en la teoría del átomo, esta vez debido a John Dalton, un químico y matemático británico, quien vivió en la segunda mitad del siglo XVIII y en la primera del XIX. Dalton enunció nuevos postulados sobre el átomo, pero manteniendo la idea de que es indivisible. Aparte de su trabajo como químico, es recordado porque fue el primero en investigar sobre la enfermedad –que él mismo padecía– que se caracteriza por la imposibilidad de distinguir de forma correcta los colores, llamada en su honor “daltonismo”.
EL DESCUBRIDOR
Joseph John Thomson nació el 18 de diciembre de 1856, en Manchester, Inglaterra. Su padre era dueño de una librería y tenía interés en que su hijo se dedicara a la ingeniería. Sin embargo, en aquel tiempo había que pagar una cuota con el fin de que el futuro ingeniero realizara una estancia como aprendiz en alguna firma reconocida, y los señores Thomson no contaban con suficiente dinero. Otros historiadores señalan que había una gran lista de espera para ingresar como aprendiz de ingeniero. Además, su padre falleció en esos días, por lo que quizás fue una combinación de estos tres factores lo que ocasionó que Thomson estudiara ciencias en lugar de ingeniería.
Obtuvo una beca para realizar sus estudios, por lo que ingresó al Trinity College, de Cambridge, en 1876, donde obtiene la licenciatura en matemáticas. Para asombro de la comunidad académica, en 1884 es nombrado –entre aspirantes con un mejor curriculum vitae– profesor de física experimental y director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, a la edad de 28 años (el primero en ocupar ese puesto fue James C. Maxwell).
La sorpresa se debió a que –además de su edad y su poca experiencia– Thomson era conocido por ser un profesor muy torpe con las manos, por lo que el trabajo de laboratorio no constituía su punto más fuerte. De todas maneras, seguía de cerca los desarrollos de sus alumnos, y al parecer, pudo superar su deficiencia, ya que su principal contribución a la ciencia fue mediante la física experimental.
EL DESCUBRIMIENTO
Una vez que obtuvo un trabajo estable como director de laboratorio, se dedicó a desarrollar los temas que le interesaban. Su principal línea de investigación era el estudio de las descargas eléctricas en los gases. En esa época se llevaban a cabo experimentos sobre la circulación de corriente en tubos de vidrio al vacío; el más importante de estos artefactos era el desarrollado por William Crookes en 1895.
El aparato de Crookes consistía en un tubo de vidrio al vacío, en cuyos extremos se colocaban los electrodos de una pila. La terminal negativa –llamada cátodo- emite, al calentarse, un flujo de corriente eléctrica, el cual viaja hasta la parte positiva (ánodo); si en esta terminal se coloca un material fosforescente, se puede observar cómo se ilumina. Debido a que el flujo se origina desde el cátodo, se le llamó “tubo de rayos catódicos” (las pantallas de televisión funcionaron muchos años bajo este principio, antes de la aparición de las modernas pantallas planas).
Las investigaciones de Thomson consistieron en agregar electroimanes a los lados del tubo, con el fin de desviar los rayos catódicos mediante campos magnéticos. A partir de sus experimentos, deduce que este comportamiento –el desvío en su trayectoria– solo lo podría tener una partícula más pequeña que el átomo. Calcula la relación entre su masa y la carga, la cual resulta mil veces menor que la de un átomo de hidrógeno. Por lo tanto, esta partícula debía ser muy ligera, o poseer una carga eléctrica muy grande.
Llega a la conclusión de que se trataba de una nueva partícula, a la que llamó “corpúsculo”, y que formaba parte del átomo (por lo tanto, era divisible). Por cierto, sus colegas del Laboratorio Cavendish expresaron que este descubrimiento probablemente nunca sirviera para nada. Thomson presentó sus resultados a la Royal Institution de Londres el 30 de abril de 1897, y posteriormente los publicó en la revista Philosophical Magazine. Aunque propuso el término “corpúsculo”, el nombre que ha perdurado hasta nuestros días es el propuesto por George Johnstone Stoney: “electrón”.
LAS APLICACIONES
El electrón es la partícula fundamental en el funcionamiento de toda la tecnología actual; A partir de su liberación en las centrales de generación eléctrica, viajan por los alambres cientos de kilómetros; al pasar por una lámpara genera luz, su paso por los devanados de un motor produce el movimiento mecánico, su circulación a altas frecuencias en las antenas genera ondas de radio que viajan por el espacio.
Asimismo, el paso de los electrones por una pantalla genera puntos de luz que forman las imágenes. Cuando pasa por los transistores y demás dispositivos electrónicos sirve para amplificar señales de audio y video, o a través de los circuitos integrados pueden generar señales digitales con las que se procesa la información.
Los electrones también pueden liberarse a partir de la reacción química en las baterías, para circular a través de los modernos dispositivos electrónicos, con el fin de enviar y recibir información, además de generar imágenes en la pantalla. Al circular por el devanado de una bocina, generan ondas sonoras. Otro punto muy importante es que el descubrimiento del electrón abrió la puerta al estudio de la física de partículas y la mecánica cuántica.
EL LEGADO
Thomson fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1906 “por sus investigaciones teóricas y experimentales sobre la conducción de la electricidad a través de los gases”. Además, fue nombrado caballero en 1908. Fue electo miembro de la Royal Society en 1884, y su presidente de 1916 a 1920. Recibió doctorados honorarios de varias universidades.
Contrajo nupcias con Rose Paget, hija de un profesor de física en Cambridge, en 1890. El matrimonio tuvo dos hijos, George y Joan. El primero siguió los pasos de su padre como científico y obtuvo también el Premio Nobel de Física, en 1937. Varios de sus alumnos y asistentes en el Laboratorio Cavendish, entre ellos Ernest Rutherford, fueron galardonados con premios Nobel.
Joseph John Thomson falleció el 30 de agosto de 1940, en Cambridge. Queda aquí el reconocimiento para este gran científico, quien descubrió la partícula que mueve a nuestro mundo moderno.
rodolfoechavarria@eluniversodemaxwell.com
