“Physics is like sex: sure, it may give some practical results, but that's not why we do it”.
“La física es como el
sexo: seguro que tiene resultados prácticos, pero no es por eso que lo hacemos”
Suele atribuirse esta frase al célebre físico (premio Nobel) norteamericano Richard Feynman, pero no hay
constancia en su biografía, ni en sus escritos, de que esta fuera su frase para
describir la física. Es posible que no sea el autor, pero define bien los acontecimientos
que voy a narrar.
“1 de septiembre de
1939”
Este día, marcado a fuego en la historia de la humanidad, lo
podemos considerar como el día que comenzó, de manera oficiosa, la Segunda
Guerra Mundial. Mientras Alemania invadía Polonia, la historia hacía un guiño
irónico con la publicación de dos genuinos artículos de sexo (física). Ambos se
publicaron en el volumen 56 de la revista Physical Review:
“On continued
gravitational Contraction”, cuyo autor es J. R.
Oppenheimer and H. Snyder.
“The
Mechanism of Nuclear Fission”. Niels Bohr y John Archibald Wheeler
firmaban este artículo.
En el 1º artículo, Oppenheimer y Snyder fueron capaces de
demostrar que la materia usual, sin añadir condiciones exóticas, podría sufrir
un colapso gravitatorio que acabara en … ¿un agujero negro? Bueno ese término
aún no se había acuñado. Para la historia de la física fue todo un hito: a los niños
y a los adultos nos fascinan los agujeros negros.
En el 2º artículo, Bohr y Wheeler nos sorprenden con una
explicación detallada de cómo funciona la fisión nuclear del uranio y de la
energía que se desprende. El uranio natural contiene principalmente dos
isótopos: Uranio-238 (99,27%) y Uranio-235 (0,72%). El U-235 puede producir una
reacción nuclear en cadena que se sostiene en el tiempo, pero el pequeño porcentaje
existente en la naturaleza imposibilita tal cosa de forma espontánea. Es
necesario aumentar el porcentaje del U-235 para una reacción auto mantenida.
Los espermatozoides de la física estaban servidos, solo era
necesario la aparición de un óvulo (financiación) para que la reproducción
tuviera éxito. De este “engendro” podía nacer una producción controlada de
energía nuclear o, descontrolada en un arma de destrucción masiva.
Los alemanes habían comenzado una guerra y normalmente la
quieres ganar, cueste lo que cueste. Por otra parte, los aliados también la
querían ganar. Una batalla científica comenzaba en ambos bandos. ¿Quién sería
quién primero concibiese a la criatura capaz de destruir el mundo?
¿Había sólo sexo en el artículo de Oppenheimer y Snyder sobre
los colapsos estelares? Su artículo simplemente describía lo que les sucede a
las estrellas que agotan su carburante nuclear: una implosión bajo su
propia fuerza gravitatoria. Mientras no
se agota el combustible, la estrella, por medio de la fusión de átomos ligeros,
consigue que la presión de radiación equilibre la presión gravitatoria. Al
llegar a la formación del hierro; la fusión consume más energía de la que entrega.
Finalmente, la estrella, que no es capaz de generar la suficiente energía,
“colapsa” bajo la fuerza de la gravedad.
Utilizando las ecuaciones de campo relativistas de Einstein,
la contracción llega hasta su radio crítico, de donde ni siquiera los rayos de
luz pueden escapar de su superficie. En este punto, la estrella se aísla del
resto del universo y se crea el llamado “horizonte de sucesos en un único sentido”: las partículas y la radiación pueden entrar, pero nada puede
escapar de ella. Se forma una singularidad espacio-tiempo, y Oppenheimer se
negaba a especular sobre ello. Estaba describiendo un “agujero negro” como fin
de la vida de una estrella.
Desgraciadamente, Oppenheimer y Snyder no pudieron continuar
sus estudios en este campo incipiente de los agujeros negros. La razón fue que Oppenheimer se involucró con el primer
artículo, el de Bohr, y concentró sus esfuerzos en el desarrollo de una
criatura que ganase la guerra. Dejó de practicar sexo y se dedicó a la
reproducción.
Así nació el proyecto secreto, denominado Manhattan, formado
por militares y científicos; financiado por el gobierno de EE.UU. Oppenheimer
fue nombrado director científico y padre de la Criatura. Oppenheimer y Groves
(general que estaba al cargo) decidieron que la criatura naciera en una meseta
cerca de Santa Fe, la capital de Nuevo México, donde se construyó el
laboratorio de Los Álamos. Allí consiguió Oppenheimer reunir a un grupo de los
más brillantes físicos de la época, incluyendo a Niels Bohr, Enrico Fermi, Edward Teller, Leo Szilard, Richard Feynman, Otto Robert Frisch,
Hans Bethe, John Von Neumann, Seth Neddermeyer y Albert Einstein.
El proyecto estadounidense tenía un único fin: la creación de bombas de fisión nuclear para ganar la II Guerra Mundial. La reproducción estaba servida.
Criaturas de Uranio o
de Plutonio.
Los científicos diseñaron dos criaturas que servían para sus
fines: una reacción en cadena descontrolada y rápida. El problema es que el
Plutonio y el Uranio se comportan de forma diferente. No se pueden detonar, como bombas, de la
misma forma. El punto clave está en el
concepto de masa crítica. Para que se dé
una reacción en cadena que libere mucha energía en muy poco tiempo, hay que
tener una cantidad mínima de masa del material fisionable. De otro modo, aunque se produzcan neutrones
secundarios o terciarios, estos no encontrarán más núcleos que fisionar y la
reacción se pararía.
Los cálculos indicaban que la masa crítica del uranio
dependía del grado en que el isótopo U-235 estaba presente (enriquecido). Si
tenemos un 15 % de U-235, la masa crítica es de más de 600 kg; para un 20 % de
U-235, la masa crítica excede los 400 kg. Es necesario que el U-235 esté casi
en estado puro para conseguir una cantidad manejable: 50 o 60 Kg según su
pureza. En cambio, en el caso de Plutonio-239, su masa crítica era de tan solo
12 Kg.
La gestación de las dos criaturas consistía básicamente en
enriquecer el U-235 y fabricar
plutonio-239, que solo se puede obtener
como un subproducto de la fisión nuclear en unos reactores de nueva
creación.
El enriquecimiento del uranio fue resuelto por los
norteamericanos “por la fuerza bruta” al destinar 2.000 millones $ de aquella
época para separar los dos isótopos del uranio. La química no servía en este
caso. El mecanismo para su detonación fue muy simple: dos masas de uranio
separadas que al juntarse alcanzan la masa crítica. Se dispara una hacia la
otra como en un revolver y asunto resuelto.
En el caso del plutonio (Pu) es más difícil de producir una
reacción en cadena en el momento que nos interese permaneciendo inactivo el
resto del tiempo. El diseño de revolver no es útil. El problema está en que el
plutonio que se obtiene en los reactores es una mezcla de dos isótopos Pu-239 y
Pu-240. Este último tiene la manía de sufrir fisiones espontáneas y producir
neutrones en el proceso, con lo cual, si hacemos una bomba con el mismo
mecanismo que la bomba de uranio, al mantenerse a corta distancia las dos
porciones, ya habría muchos neutrones en juego; produciendo una pequeña
explosión nuclear que estropearía el invento.
Los ingenieros no encontraban el diseño adecuado para tener
una bomba de plutonio segura y poderla explosionar en el momento adecuado.
Es en estos momentos de falta de ideas de los ingenieros,
cuando entra en escena el artículo de Oppenheimer sobre los agujeros negros.
¿Qué pasaría si se comprimiese una esfera de plutonio de muy baja densidad en
Plutonio como lo hace una estrella cuando agota su combustible nuclear? La
presión gravitatoria se podría sustituir por la explosión sincronizada de
explosivos convencionales, adosados en la periferia de una esfera de plutonio
de masa no crítica.
La solución encontrada fue endiabladamente difícil de poner
en funcionamiento. La idea consistía en tener una bola de plutonio rodeada de
explosivos de forma que todos explotaran al unísono, generando una onda de
choque concéntrica con la bola. Eso
comprimiría la bola de plutonio alcanzando una alta concentración (masa
supercrítica), permitiendo la reacción en cadena masiva con los resultados desastrosos
que la humanidad ya ha contemplado.
La idea era audaz pero había que probarla.
Trinity: “La Criatura”
El 12 Julio 1945, 4 toneladas de un artilugio llamado “Trinity”
con tan solo 6,2 Kg plutonio y otros componentes, fueron cuidadosamente
trasladados desde el laboratorio en Los Alamos hasta el lugar de la prueba, a
más de 350 km al sur.
El experimento era crucial. Años de trabajo en secreto de
cientos de científicos e ingenieros, pero también miles de empleados que no
sabían en qué trabajaban. Si fracasaba, los físicos conocidos como los
cerebritos, perderían toda su credibilidad. En cambio, si el experimento
funcionaba, los físicos habrían sido los verdaderos artífices del fin de la
guerra.
El reloj marcaba las 5:29 am del 16 de Julio de 1945, cuando
los explosivos convencionales, simétricamente colocados, comprimieron las dos
semi-esferas de plutonio. En una fracción de segundo, se consiguió la densidad
y la masa crítica que se buscaba y nada pudo detener la reacción en cadena, el
artilugio se convirtió en la primera bomba atómica de la historia en estallar.
Muchos soldados presentes, que habían apostado a que “los
cerebritos” fracasarían, perdieron su
apuesta; pero alguien miró a Oppenheimer
y le exclamó: -“Ahora todos somos unos
hijos de puta”-.
El director de cine Christopher Nolan ha rodado una película
sobre el padre de esta criatura titulada:
“Oppenheimer”
Se estrena sólo en salas de cine el 21 de julio 2023
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