Un siglo del Átomo de Bohr

Hacia julio de 1913, el físico danés Niels Bohr presentó en la revista Philosophical Magazine un modelo atómico del hidrógeno, el elemento más sencillo de la naturaleza y el más abundante del universo, con el cual revolucionó la física de su tiempo al unir el pensamiento clásico con las ideas cuánticas.

Gerardo Herrera Corral, físico del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, explica que hasta antes de Bohr se conocía el espectro de este átomo como el color de la luz que emiten los átomos de hidrógeno, de manera similar a un arcoiris en el cielo.

“Cada elemento tiene un espectro que lo caracteriza como si fuera su huella digital. La huella digital del hidrógeno había sido estudiada por los suizos Johan Balmer y Johannes Rydberg y el estadounidense Theodore Lyman, y otros científicos más. Sin embargo estas franjas de luz no se entendían de una manera simple. Bohr construyó un modelo de átomo que permitió describir todas las franjas observadas para el hidrogeno”, precisó.

Los postulados de Bohr fueron, en su momento, revolucionarios porque los modelos atómicos anteriores no lograban explicar por qué si fuerzas contrarias se atraían, el átomo no colapsaba al momento de su nacimiento. Para ello presentó algunos postulados básicos que, como leyes, permitían conocer su comportamiento.

El hidrógeno es el átomo más simple de materia, indicó Herrera Corral. Está compuesto de un protón y de un electrón. Cuando Bohr inventó su modelo justamente pensó en este átomo. De manera similar, el anti-hidrógeno es el más simple de los átomos de antimateria que está compuesto de un anti-protón y de un anti-electrón al que se llama positrón.

Cien años más tarde si queremos mostrar a seres de otros planetas que tenemos un desarrollo inteligente en el planeta Tierra, consideró Herrera Corral, podemos enviar el espectro de hidrógeno para decir que lo conocemos. Si la comunidad de extraterrestres es inteligente sabrá de qué hablamos y de vuelta podría enviarnos el átomo de Bohr que dice lo mismo de manera más simplificada.

El átomo de Bohr perdió validez muy pronto pero el modelo sigue siendo el más usado en todas las áreas de la física. Los átomos de Bohr están en la mente de los físicos y estaban en la mente de quienes encontraron que lejos de ser esférico como Bohr pensó, algunos núcleos muy inestables tienen la forma de pera.

“En 1995 se obtuvieron los primeros anti-átomos de hidrógeno en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear). La técnica para producirlos era poco eficiente pues consistía en bombardear con antiprotones a los átomos pesados y esperar a que brotaran pares de electrón positrón y luego que uno de estos positrones se asociara a un antiprotón. Después se debía esperar a que estos anti-hidrógenos viviesen 40 millonésimas de segundo para que recorrieran algunos metros a una velocidad cercana a la de la luz antes de aniquilarse”, expuso el especialista.

La mayoría de los átomos en la naturaleza tienen la forma de una pelota de futbol americano. Esto es conocido y está previsto por los modelos más actualizados de los átomos. Los modelos más avanzados también dicen que los núcleos de algunos átomos pueden tomar la forma muy simétrica de una pera.

Herrera Corral planteó que cien años después de que Bohr pensó y describió al átomo “nos preguntamos si los anti-átomos caen igual que los átomos de materia. ¿Es que los átomos de anti-hidrógeno caen de la misma manera como sabemos que caen los átomos de materia obedeciendo las leyes de la gravedad? O ¿es que la antimateria tiene una masa negativa?; es decir, que una manzana de antimateria al madurar caerá no al suelo como ocurre con la materia sino hacia arriba? Para estudiar esto se diseña y construye en el CERN un nuevo experimento llamado AEGIS (Antimatter experiment: Gravity, interferometry, spectroscopy), que medirá la fuerza de gravedad que experimentan los átomos antimateria”.

Niels Bohr en un sello postal de Dinamarca