Llámalo X

Roentgen2

“Desde hace ya bastante tiempo venía interesándome por los rayos catódicos, en la forma en que habían sido estudiados por Hertz y especialmente por Lenard: en un tubo de vacío. Con gran interés había seguido sus experimentos, así como los de otros físicos y me había propuesto realizar yo mismo algunos ensayos al respecto en cuanto tuviera tiempo. A fines del mes de octubre de 1895 lo conseguí. No hacía mucho que había comenzado con mis ensayos, cuando observé algo nuevo. Trabajaba con un tubo de Hittorf-Crook envuelto completamente en un papel negro. Sobre la mesa, al lado, estaba colocado un pedazo de papel indicador de platinocianuro de bario. Hice pasar a través del tubo una corriente y noté una curiosa línea transversal sobre el papel…

El efecto era tal que, con arreglo a las ideas de entonces, solamente podía resultar de la radiación de la luz. Pero era totalmente imposible que la luz proviniera de la lámpara, puesto que, indudablemente, el papel que la envolvía no dejaba pasar luz alguna, ni siquiera la de una lámpara de arco.”

Röntgen en una entrevista que concedió a un periodista

La historia del descubrimiento de los rayos X se remonta hasta los primeros años del siglo XVIII. En 1709, Francis Hauksbee, curator de experimentos y constructor de instrumentos para la Royal Society de Londres, describió en su libro “Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects”, la observación de un resplandor fosforescente en un recipiente de vidrio cuando se extraía del mismo el aire mediante una bomba de vacío, se introducían unas gotas de mercurio y se agitaba. Fenómenos similares ya habían sido detectados con anterioridad en los tubos barométricos de Torricelli.

La invención de la bomba de vacío hacia el 1650, adjudicada a Otto von Guericke, fue esencial para el descubrimiento de los rayos catódicos, los rayos X y la radiactividad. Heinrich Geissler fue uno de los científicos que más contribuyó en la mejora de la misma. Su bomba de 1855 presentaba gran eficacia extrayendo el aire de tubos de vidrio sellados en cuyos extremos se hallaban dos electrodos, el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo), a los que aplicaba un elevado potencial eléctrico. Su uso permitía el estudio de las características de los gases cuya presión era cercana al vacío, y cuyas moléculas, por tanto, se encontraban muy alejadas (gases enrarecidos); así como la experimentación de la conducción eléctrica a través de los mismos. Esto último tenía gran interés dado que en aquella época, no se conocía la existencia del electrón, y, en consecuencia, no se tenía ni idea de cómo podía circular corriente eléctrica en el vacío. Por lo que a las observaciones se refiere, su grado de vacío todavía era relativamente bajo, para detectar fenómenos más allá de una atractiva luminosidad.

tubos crookes

En 1858, Julius Plücker, catedrático de física de la Universidad de Bonn y colaborador de Geissler, observó que a medida que extraía el gas del tubo, la luminosidad producida por la diferencia de tensión, disminuía de forma progresiva hasta convertirse una delgada envoltura luminosa alrededor del cátodo cuyo color dependía del gas introducido en el tubo. El espacio oscuro que separaba la envoltura luminosa del cátodo aumentaba conforme se hacía mayor el grado de vacío hasta apreciarse sólo un pequeño círculo de luz violeta. En ese momento, en la pared del tubo cercana al ánodo se producía un fenómeno de fluorescencia. Es decir, los átomos de la pared, excitados por el impacto de los electrones altamente energéticos provenientes del cátodo, regresaban a su estado fundamental emitiendo luz.

La siguiente aportación vino de la mano del estudiante de Plücker, Wilhelm Hittorf y de Eugen Goldstein. Ambos descubrieron que los rayos viajaban en línea recta desde el cátodo hacia el ánodo, lo que propició que dejase de hablarse de emisión catódica y se adoptase la expresión introducida por Goldstein Kathodenstrahlen, rayos catódicos (Hittorf utilizó la expresión Glimmstrahlen). El procedimiento que les llevó a esta conclusión consistió en interponer un objeto en la línea que emanaba del cátodo. Una vez conectada la electricidad se producía una sombra bien definida en la fluorescencia del extremo del tubo. El estudio de los rayos catódicos avanzaba a buen ritmo  y el físico y químico inglés Sir Willian Crookes, se sirvió de una bomba de vacío mejorada, para reproducir los experimentos de Plücker y Hittford con resultados análogos. A la zona oscura que aparecía en la columna de gas cerca del cátodo la llamó “espacio oscuro de Crookes”. Para él, los rayos catódicos eran moléculas del gas encerrado en el tubo que se cargaban negativamente en el cátodo y, a continuación, eran repelidos por este. Sus tubos de baja presión se denominaron “Tubos de Crookes” y fueron los antepasados de las lámparas fluorescentes y de los tubos de neón. Los tubos de brillantes colores alcanzaron una notable popularidad en conferencias y exposiciones relacionadas con los misterios de la nueva ciencia, la electricidad. Se construyeron tubos para fines recreativos y decorativos, conteniendo determinados minerales o figuritas pintadas con materiales fluorescentes que brillaban espectacularmente al aplicarles una tensión elevada.

tubos

La naturaleza de los rayos catódicos seguía bajo estudio. El físico alemán Heinrich Rudolf Hertz halló que cuando se hacía incidir en el cátodo luz ultravioleta, la chispa eléctrica que se producía entre ambos electrodos saltaba más fácilmente. Esto, junto a otros fenómenos eléctricos, le llevó a descubrir el efecto fotoeléctrico. Más tarde, Jean Perrin, mejoró los experimentos de Herz y demostró que los rayos catódicos depositaban carga eléctrica negativa en un colector de carga introducido en el tubo.

Phillip Lenard, dio un nuevo paso en 1894, mientras trabajaba como estudiante en la Universidad de Bonn, bajo la dirección de Hertz. En un tubo de Crookes, colocó una delgada ventana de aluminio, incrustada en la pared de cristal, donde quedaban enfocados los rayos catódicos. Como resultado comprobó que el haz de rayos atravesaba la ventana y se propagaba en el aire, a presión atmosférica, hasta una distancia de unos ocho centímetros. Pero eso no es todo. Es importante señalar que, en una de sus experiencias, se dio cuenta de que los rayos atravesaban su mano y colocó una caja de placas fotográficas, debidamente protegidas de la luz, en su trayectoria pudiendo comprobar que habían impresionado la emulsión. Lenard estuvo muy cerca de descubrir los rayos X, pero no se dio cuenta de que al atravesar la ventana de aluminio, una parte de rayos catódicos se convertían en otro tipo de radiación que Röntgen descubriría un año más tarde.

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Laboratorio de Roentgen, Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Wilhelm Conrad Röntgen era profesor de física y director del Instituto de Física de la Universidad de Würzburg. Sentía un gran interés por los trabajos de Crookes, Hertz y Lenard. Tanto, que cuando en junio de 1895 consiguió un tubo Lenard y repitió los experimentos, sintió tal impresión que abandonó sus otras investigaciones para centrarse en el estudio de los rayos catódicos. Y era este trabajo el que le ocupaba el 8 de noviembre de 1895. Sus ayudantes habían comenzado el fin de semana y la solitud invadía los pasillos de la Universidad. Se presentaban unos días idóneos para dedicarse a un análisis profundo de las características de los rayos catódicos. Sin embargo, algo sorprendente ocurrió aquella noche que cambiaría los planes de Röntgen y le llevaría a un periodo de búsqueda sin tregua.

Volvía al laboratorio después de un descanso. Había dejado el tubo cubierto con una caja de cartón negro que no permitía el paso de la luz. Röntgen quería detectar los rayos en el exterior del tubo. De las investigaciones de Lenard sabía que podían atravesar finas láminas de aluminio y detrás del ánodo había hecho una pequeña abertura que había cubierto con una hoja de aluminio. Ésta garantizaba la estanqueidad del tubo, siendo a la vez permeable a los rayos catódicos. En la mayoría de ocasiones Röntgen observó la fluorescencia sobre una pantalla colocada muy cerca de la ventana de aluminio. Las observaciones se hacían en la oscuridad, por lo que cubría el tubo  con una hoja de papel negro que absorbía la luz emitida durante la descarga.

Esa noche, la pantalla se iluminó como lo había hecho en otras ocasiones pero la diferencia, aquello que dejó al propio Röntgen sin aliento, fue que se encontraba muy alejada de la salida del tubo. A una distancia que hacía imposible que fuesen los rayos catódicos la fuente de iluminación. El físico no podía entender cuál era la procedencia del resplandor y sin acabar de creer todavía lo que veía conectó y desconectó la corriente una y otra vez. Y en cada ocasión volvió a producirse el fenómeno. Estaba decidido a averiguar cuál era la causa de la fluorescencia y para ello se enfrascó en un periodo de actividad experimental desenfrenada durante el cual comió y durmió en el laboratorio.

Durante semanas repitió las observaciones modificando los diversos parámetros que entraban en juego uno a uno. Aumentó la distancia de la pantalla e interpuso todo tipo de materiales entre esta y el tubo y en todos los casos se reprodujo la fluorescencia. Todo parecía confirmar que se trataba de un nuevo tipo de radiación distinta de los rayos catódicos y de la luz. Dado el desconocimiento acerca de su naturaleza decidió llamarlos rayos X, haciendo referencia al carácter de incógnita que representa esta letra en matemáticas.

No obstante, si bien su acampada en el laboratorio no le permitió dilucidar qué eran los rayos X sí pudo estudiar e identificar algunos de sus efectos. Entre otras cosas, descubrió su gran poder de penetración en la materia y su capacidad de ennegrecer las placas fotográficas. Pero lo más increíble vino después, cuando espoleado por todos estos descubrimientos, se decidió al fin a interponer materia viva y el 22 de diciembre pidió a su esposa Anna Bertha, un tanto asustada, que colocase la mano entre el tubo y una placa fotográfica (protegida de la luz ambiente). La exposición duró 15 minutos y el resultado fue, con el tiempo, la primera y más famosa radiografía de la historia, que muestra claramente los huesos y el anillo que llevaba. Se ponía de manifiesto que los rayos x eran más o  menos absorbidos por los distintos tejidos corporales, en función de su densidad, marcando el punto de partida a lo que sería la radiología médica y las técnicas de diagnóstico por la imagen, que tanto han contribuido al avance de la Medicina. Como describió Röntgen en su diario: “Si se coloca la mano ante la pantalla fluorescente, la sombras muestran los huesos oscuros, con sólo débiles contornos de los tejidos circundantes”. Anna, al ver la imagen sintió una mezcla de fascinación y temor. La visión de sus huesos la hizo sentirse “extrañamente cercana a la muerte.” Su radiografía, como lamentaría su marido más tarde, fue la que causó mayor impacto en la sociedad.

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Con la fotografía de su mujer y todos los resultados de semanas de investigación, Röntgen se decidió a escribir su primer artículo “Über eine neue Art von Sttrahlen”   (Sobre un nuevo tipo de rayos) que fue publicado el 28 de diciembre en la revista de física médica de Würzburg. Con el fin de no causar alarma, Röntegen había medido con precisión cada una de sus palabras y no había incluido imágenes. Es muy probable que si no fuese por lo que sucedió varios días después en la casa de Franz Exner, la mayoría de científicos hubiesen ignorado sus resultados. Pero no fue así. La mañana del día de año nuevo de 1896  se dirigió a la oficina de correos con 90 sobres en sus manos, cada uno de ellos con una reimpresión del artículo. Sus destinatarios eran los físicos de toda Europa. Doce de esos sobres incluían también nueve fotografías y estaban dirigidos a sus amigos o a científicos distinguidos como Lord Kelvin.

Pocos días después, el 3 de enero de 1896, efectuó la presentación de la nueva radiación ante un grupo de científicos. La inició con una explicación introductoria a la que siguió una demostración práctica, en la que obtuvo una radiografía de la mano del profesor R.A. von Kolliker. Éste, muy impresionado, se deshizo en alabanzas y propuso que los nuevos rayos se denominasen rayos Röntgen. Pero la modestia sincera del científico le llevó a declinar el ofrecimiento.

Pero las cartas estaban a punto de llegar y uno de los destinatarios era Franz Exner, ex compañero de estudios de Röntgen y profesor de física experimental en Viena. Exner guardaba muy buena relación con los miembros de su facultad, con quien compartía de forma regular cenas informales en su casa. La carta de Röntgen llegó justo a tiempo para que Exner pudiera mostrarla a sus invitados en una de esas reuniones el sábado 4 de enero. Uno de los invitados, Ernst Lecher, profesor de física en Praga, fascinado por las imágenes, le pidió a Exner si podía tomarlas prestadas por un día. Iba a pasar las vacaciones de Navidad junto a su padre y sabía que le interesarían ya que era ni más ni menos que el editor del diario líder de Viena, el Die Presse. Tan pronto las vio supo que sería un bombazo e inmediatamente cambió la portada de la edición del día siguiente. Como no había tiempo para imprimir las fotos le pidió a su hijo que le explicase todo lo que sabía sobre la historia y se pasó toda la noche redactando el artículo. Este se tituló “Un descubrimiento sensacional” y describía los resultados con claridad y sin entrar en sensacionalismos. Además ya proponía algunas de las posibles aplicaciones: “Si dejamos que nuestras fantasía corra libremente… esto podría ser una ayuda inconmensurable para el diagnóstico de enfermedades.”

ninorayos

El 13 de enero fue llamado para hacer una demostración ante el Kaiser Wilhem II. La sesión duró desde las 5 de la tarde hasta la medianoche y Röngen mostró cómo variaba la penetración de los rayos X en diversos materiales. Concluida la exposición el Kaiser lo condecoró con la Orden de la Corona.  Y ese fue el primero de los muchos premios que recibió, alrededor de ochenta, de los cuales algunos de los más destacados fueron: la Medalla Rumford (1896), la Medalla Matteucci (1896), la Medalla Elliot Cresson (1897) y el primer Premio Nobel de la historia (1901).

El descubrimiento contó con una gran repercusión en la comunidad científica que enseguida se percató de las posibilidades médicas que ofrecían los rayos X. La posibilidad de espiar el cuerpo humano mediante los rayos “milagrosos” permitiría la observación de fracturas óseas o la detección de cuerpos extraños. La producción de artículos científicos sobre el tema se disparó llegándose a escribir más de mil artículos sólo en el año 1896. La prensa tampoco se quedó atrás, las radiografías eran demasiado espectaculares como para permanecer indiferentes. Los periódicos publicaron viñetas humorísticas en las que las imágenes radiográficas eran fotografías normales en las que los cuerpos de las personas eran esqueletos. Otros, avispados, fantasearon con la posibilidad de emplear los nuevos rayos para desvestir a las mujeres sin que estas se enterasen. Los rayos X eran la sensación del momento y en las grandes capitales europeas se organizaron demostraciones públicas para “ver” el interior del cuerpo.

Una verdadera revolución de la que Röntgen se distanció muy pronto. Era una persona que nunca buscó notoriedad y que lo único que deseaba era seguir investigando. Tan solo publicó dos artículos más sobre los rayos X y rechazó todas las ofertas para dar conferencias, incluida la de aceptación del premio Nobel. El importe del mismo lo legó a los centros de investigación científica de Wurburg y entregó sus medallas de oro al gobierno para contribuir a financiar los gastos de guerra. Nunca buscó beneficios económicos del descubrimiento y no aceptó ninguna de las múltiples propuestas recibidas para patentar el descubrimiento. Röntgen creía firmemente que los beneficios del mismo eran patrimonio de la humanidad.

En 1899, aceptó una oferta de la Universidad de Munich y siguió comprometido con el progreso en todos los campos de la física, pero en áreas menos sensacionalistas.

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En el otro extremo, T. A. Edison, fue uno de los que mostró más insistencia en conseguir los derechos sobre los rayos X. Con el fin de hacer negocio, en la Exposición Eléctrica de Nueva York de 1896, instaló un aparato de rayos X a modo de atracción de manera que, por un módico precio, la gente pudiese ver la imagen radiográfica de su mano proyectada sobre una pantalla fluorescente. La actividad lucrativa tuvo mucho éxito pero acabó de manera trágica cuando, tras varias semanas de trabajo, el empleado de la “atracción” sufrió quemaduras profundas en una mano con pérdida de la piel y falleció a causa de la subsecuente infección. Por desgracia, al igual que Edison, muchas personas sin conocimientos decidieron explotar el carácter lúdico y comercial de los rayos X para realizar toda clase de negocios.

Pero el feriante contratado por Edison no fue la única víctima del uso descontrolado de los rayos X y en 1897 empezaron a publicarse algunos casos de calvicie y eritemas cutáneos. El problema fue que la aplicación práctica se dio desde el principio, cuando se desconocía su base teórica y, como consecuencia, los efectos nocivos que podían tener. La naturaleza de los rayos catódicos fue descubierta en 1897 por el físico inglés J.J. Thomson en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Tras estudiar su comportamiento en presencia de campos eléctricos y magnéticos, concluyó que los rayos catódicos estaban constituidos por “corpúsculos” cargados, de los que midió la velocidad y la carga específica. Se les dio el nombre con el que G.J. Stoney había nombrado “la unidad fundamental de cantidad eléctrica” predicha en 1874: electrón.

La identificación de los rayos X tardó un poco más. Científicos como C. Bakla, P. Knipping y W. Friedrich llevaron a cabo diversos experimentos con el fin de determinar su naturaleza pero fue M. Von Laue quien, a partir de la difracción en los cristales, determinó que se trataba de ondas electromagnéticas de alta energía. Pero su verdadera identidad no se determinó de forma inequívoca hasta que Luis de Broglie formuló la teoría de la dualidad onda-partícula.

Por lo que se refiere a Röntgen, cayó en bancarrota debido al periodo de inflación causado por la Primera Guerra Mundial y pasó los últimos años de su vida en su casa de campo en Weilheim. Siguiendo sus deseos toda su correspondencia personal y científica fue destruida tras su muerte, el 10 de febrero de 1923. En vida había rechazado el título honorífico de “von Röntgen”, no lo necesitaba, William dio muestras de nobleza en cada uno de sus actos, permitió que toda la humanidad pudiese beneficiarse de uno de los mayores descubrimientos del siglo XX.

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[Este artículo participa en la XLV edición del Carnaval de la Física, alojado en esta ocasión por el blog Cuantos y cuerdas]

BIBLIOGRAFÍA

“Las radiaciones: beneficiosas, letales, misteriosas…” de Martine Jaminon y Jesús Navarro Faus

“Marie Curie y la radiactividad” de J. M. Sánchez Ron

“Radiological sciences, past and present.” Lentle, B. & Aldrich, J. Lancet 350 (1997).

“The early history of X-ray diagnosis with emphasis on the contributions of physics 1895–1915.” Mould, R.F. Phys. Med. Biol. 40 (1995).

“Reception of Röntgen’s discovery in Britain and U.S.A.” Posner, E. British Medical Journal 4 (1970).

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Acerca de Laura Morrón

Licenciada en Física (UB) Máster en Ingeniería y Gestión de las Energías Renovables (IL3) Formadora en Protección Radiológica (Técnica Experta en Protección Radiológica) Curso de Redacción Cienífico-Técnica (UOC). ; Blog personal: http://losmundosdebrana.wordpress.com ; Colaboradora en Naukas, Desayuno con Fotones, Principia y Pa ciència, la nostra. Vocal del Grupo de Divulgación de la Física de la RSEF. Socia de ADCMurcia, de Asociación Podcast y de ARP-SAPC
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15 respuestas a Llámalo X

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  2. javierfpanadero dijo:

    La verdadera historia de los rayos X… los rayos López (Faemino y Cansado). No os creáis que es falta de respeto a la estupenda entrada de Laura, ella misma me ha sugerido que lo incluya aquí http://www.youtube.com/watch?v=P8qB3WR_vPQ

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  7. Gabriel dijo:

    Magistral artículo, no puedo decir nada más. Naturalmente conocía la historia del hallazgo de Röentgen, lo que desconocía era la descomunal estatura ética del tipo. Gigante.

    Un gran saludo,

    Gabriel.-

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  10. Christko dijo:

    Me hubiera gustado ver mencionado a Nikola Tesla (http://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/rg.284075206), aunque fuera en una nota al final. Igualmente me parece un excelente artículo.

    Saludos

  11. Anónimo dijo:

    Es Röntgen o Roentgen, pero no Röentgen como pone varias veces en el artículo. Por lo demás genial, muchas gracias.

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