El 7 de febrero de 1932 se publicaba en la revista científica Nature un artículo firmado por el físico inglés James Chawick que cambiaría, para siempre, la concepción que el mundo tenía de los átomos y de la materia. Se titulaba Possible Existence of a Neutron (La posible existencia del neutrón) y, en él, el autor especulaba sobre la posible existencia de una partícula con carga neutra y una masa un poco más elevada que la de un protón.

Aunque existieran otras sugerencias previas de la existencia de la partícula, de la mano de Ernest Rutherford o de la hija de Marie Curie, Irène Joliot-Curie, y su marido, Frédéric Joliot, la de Chadwick fue la primera basada en un experimento diseñado especialmente para ese cometido. Su descubrimiento puso fin a una gran multitud de incógnitas acerca de la masa y la carga de los átomos que habían surgido al descubrir que, a pesar de no encontrarse los electrones en el núcleo atómico, la masa de este no coincidía con la de los protones.

Los neutrones son así un tipo de partículas subatómicas, es decir, unas de las que componen el átomo junto a electrones y protones, presente en el núcleo y que cuenta con una carga eléctrica neutra. Así, todos los átomos del Universo se encuentran formados por un núcleo, en el cual conviven protones y neutrones unidos por fuerzas nucleares fuertes, y por una parte externa donde los electrones danzan alrededor de él en diferentes órbitas.

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Lejos de representar únicamente una simple partícula sin carga y sin ningún cometido, eclipsada por la grandeza de sus compañeros atómicos, el protón y el electrón, el neutrón es un elemento clave en la estabilidad del núcleo y, sin él, no sería posible la existencia de la materia ni del mundo tal y como lo conocemos. Además, su protagonismo en las reacciones en cadena lo convierte en un elemento claro durante los procesos de obtención de energía a partir de la fisión nuclear, tanto la que es controlada dentro de las centrales, como la que es violenta y surge de las bombas atómicas.

LA PIEZA QUE FALTABA

Antes de que el neutrón fuese descubierto, las incógnitas alrededor de los átomos eran muy abundantes. En el año 1911, el físico Ernest Rutherford había descubierto que los electrones se encontraban fuera del núcleo atómico, orbitando puntualmente alrededor de él, y dejando a este como una acumulación de carga positiva compuesta por protones. Sin embargo, aunque esta explicación fue todo un hito, pues permitió establecer un primer modelo de la estructura atómica y establecer la existencia separada de protones y electrones, dejaba algunas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, si el núcleo estaba aparentemente formado por protones únicamente, ¿por qué la masa del núcleo no era coincidente con la masa de los protones? ¿Existía algo más que se les estaba escapando a los científicos de la época?

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Pues bien, bajo estas cuestiones, el propio Rutherford sugirió en el año 1920 la existencia de los neutrones, añadiendo al razonamiento que algo más debería existir en el núcleo que evitase que los protones, todos cargados positivamente, sufrieran una repulsión entre ellos –las cargas opuestas se atraen, pero las iguales se repelen- que desintegrase el núcleo. Paralelamente, ese mismo año el también físico Louis de Broglie presentó la existencia de un elemento neutro en la Academia de Ciencias de París, y el peruano Santiago Antúnez de Mayolo lo hizo en el III Congreso Científico Panamericano.

Unos años más tarde, en 1930 y principios de 1932, experimentos de los científicos Walther Bothe y H. Becker, junto a los del matrimonio Joliot-Curie, permitieron identificar un tipo de radiación desconocida hasta el momento que surgía al dotar partículas alfa de gran energía y hacerlas caer sobre materiales livianos como el berilio, el boro o el litio. Aunque en aquel momento se pensó que eran un tipo de rayos gamma, realmente se estaba observando, por primera vez, una emisión de neutrones.

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Sin embargo, no fue hasta finales de 1932 que se identificó a esa partícula como la causante de esa radiación. El autor del descubrimiento fue el físico inglés James Chadwick. El experimento consistió en bombardear una delgada lámina de berilio con partículas alfa. El científico observó cómo, entonces, el metal emitía una radiación de muy alta energía la cual, finalmente, pudo identificar con un tercer tipo de partículas subatómicas, los neutrones, los cuales estableció como eléctricamente neutros.

INESTABLES Y NEUTRALES

El neutrón es una partícula algo más pesada que un protón: equivale a 1,67x10^-27 kg, lo que viene a ser, exactamente 1,00137 veces mayor que el protón y 1838,5 veces que el electrón. Esto provoca que la masa de un átomo venga determinada, casi en su totalidad, por el número de protones y neutrones, siendo casi insignificante la contribución de los electrones.

Y, aunque siempre se dice que el neutrón no tiene carga, esto no es completamente cierto. Y es que el neutrón, a pesar de identificarse como una partícula fundamental, no es elemental: está formada por otras tres partículas más pequeñas llamadas quarks. Estos poseen una cierta carga eléctrica, la cual sumada, da un resultado de cero, convirtiendo al neutrón en una partícula cargada, pero eléctricamente neutra.

Esta es la imagen más precisa de un átomo

Además, se trata de partículas inestables. Es decir, aunque dentro del núcleo puedan sobrevivir sin problemas y coexistan en paz con electrones y protones, dando lugar a la materia, fuera del núcleo su vida media es de tan solo 14,7 minutos. Pasado ese tiempo, cada neutrón libre se descompondrá en otras tres partículas: un electrón, un antineutrino electrónico –las antipartículas de los neutrinos- y un protón.

LOS ESTABILIZADORES DEL NÚCLEO

La función principal de un neutrón en el núcleo atómico es la de aportar una estabilidad. Y es que, si estos no existieran, los protones tendrían que convivir en un espacio muy pequeño estando completamente pegados, por lo que las fuerzas de repulsión que actuarían entre ellos harían imposible la existencia del mismo. Sin embargo, al aparecer en él los neutrones, es posible compensar esa fuerza eléctrica tan repulsiva con la nuclear fuerte que aparece ente ambas partículas, manteniendo unidos a neutrones y protones y dando una estructura sólida al átomo.

Por esta razón, aquellos átomos que constan con un número similar de protones y de neutrones en el núcleo son los que aseguran mayor estabilidad, ya que no existe ninguna carga eléctrica sobrante que pueda atraer o desestabilizar el núcleo. De esta forma, la interacción nuclear fuerte se corona como una fuerza responsable de mantener la estabilidad dentro de los núcleos atómicos.

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FISIÓN NUCLEAR

El neutrón es además el protagonista principal en los procesos de fisión nuclear, los cuales consisten en la ruptura de átomos de materiales pesados como, por ejemplo, el uranio. El procedimiento consiste en bombardear el núcleo de esos átomos con neutrones a gran velocidad, lo cual provoca su escisión y, con ello, la liberación de una gran cantidad de energía. Además, junto a esa energía se producen también nuevos neutrones que es posible redirigir hacia nuevos átomos pesados, produciendo así varias reacciones en cadena capaces de generar altos niveles de energía de manera eficiente.

Este tipo de reacciones pueden ocurrir en entornos controlados, como los que ofrecen las centrales nucleares, en las que la energía producida se aprovecha para generar electricidad mediante diferentes turbinas, la cual se utilizará para abastecer los diferentes hogares y se aprovechará en usos humanos y públicos. Por otra parte, la reacción puede ocurrir también de forma descontrolada, como es el caso de las bombas atómicas, en las que las consecuencias de la explosión y de la violenta y agresiva liberación de energía pueden ser completamente devastadoras.