Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) inventó el contador Geiger.

Hans Geiger fue un físico nuclear alemán conocido por su invención del contador Geiger, un dispositivo utilizado para contar partículas atómicas, y por su trabajo pionero en física nuclear con Ernest Rutherford.

Johannes Wilhelm Geiger nació en Neustadt ander-Haardt (ahora Neustadt ander-Weinstrasse), Renania-Palatinado, Alemania, el 30 de septiembre de 1882. Su padre, Wilhelm Ludwig Geiger, fue profesor de filología en la Universidad de Erlangen de 1891 a 1920. El mayor de cinco hijos, dos niños y tres niñas, Geiger fue educado inicialmente en el Erlangen Gymnasium, del que se graduó en 1901. Después de completar su servicio militar obligatorio, estudió física en la Universidad de Múnich y en la Universidad de Erlangen, donde su tutor fue el profesor Eilhard Wiedemann. Recibió un doctorado de esta última institución en 1906 por su tesis sobre descargas eléctricas a través de gases.

Ese mismo año, Geiger se mudó a la Universidad de Manchester en Inglaterra para unirse a su estimado departamento de física. Al principio fue asistente de su jefe, Arthur Schuster, un experto en ionización de gas. Cuando Schuster partió en 1907, Geiger continuó su investigación con el sucesor de Schuster, Ernest Rutherford, y el joven físico Ernest Marsden. Rutherford iba a tener una profunda influencia en el joven Geiger, despertando su interés en la física nuclear. Su relación, que comenzó como socios en algunos de los experimentos más importantes de Geiger, duró toda la vida y está documentada en una serie de cartas entre ellos.

Además de supervisar a los estudiantes de investigación que trabajan en el laboratorio, Geiger comenzó una serie de experimentos con Rutherford sobre emisiones radiactivas, basados en la detección de Rutherford de la emisión de partículas alfa de sustancias radiactivas. Juntos comenzaron a investigar estas partículas alfa, descubriendo, entre otras cosas, que dos partículas alfa parecían liberarse cuando el uranio se desintegraba. Dado que las partículas alfa pueden penetrar a través de paredes delgadas de sólidos, Rutherford y Geiger presumieron que podían moverse directamente a través de los átomos. Geiger diseñó el aparato que usaban para disparar corrientes de partículas alfa a través de láminas de oro y en una pantalla donde se observaban como centelleos, o pequeños destellos de luz.

Contar manualmente los miles de centelleos producidos por minuto era una tarea laboriosa. Geiger era supuestamente un adicto al trabajo, que dedicaba largas horas a grabar los destellos de luz. David Wilson en Rutherford: Simple Genio que en una carta de 1908 a su amigo Henry A. Bumstead, Rutherford comentó: «Geiger es un buen hombre y trabaja como un esclavo is es un demonio en el trabajo y podría contar a intervalos durante toda una noche sin perturbar su ecuanimidad. Condené vigorosamente después de dos minutos y me retiré del conflicto.»Geiger fue desafiado por la aleatoriedad de su metodología para inventar una técnica más precisa. Su solución fue una versión primitiva del» contador Geiger», la máquina con la que su nombre se asocia con mayor frecuencia. Este prototipo era esencialmente un dispositivo eléctrico altamente sensible diseñado para contar las emisiones de partículas alfa.

El sencillo pero ingenioso dispositivo de medición de Geiger le permitió a él y a Rutherford discernir que las partículas alfa son, de hecho, partículas nucleares doblemente cargadas, idénticas al núcleo de átomos de helio que viajan a alta velocidad. El par también estableció la unidad básica de carga eléctrica cuando está involucrada en la actividad eléctrica, que es equivalente a la transportada por un solo átomo de hidrógeno. Estos resultados fueron publicados en dos documentos conjuntos en 1908 titulados «Un Método Eléctrico para Contar el Número de Partículas Alfa» y «La Carga y la Naturaleza de la Partícula Alfa».»

Al bombardear el oro con las partículas alfa Geiger y Rutherford observaron que la mayoría de las partículas atravesaban directamente. Sin embargo, inesperadamente encontraron que algunas de las partículas se desviaban o dispersaban al contacto con los átomos en el oro, lo que indica que habían entrado en contacto con un campo eléctrico muy poderoso. La descripción de Rutherford del evento según lo registrado por Wilson reveló su importancia: «Fue como si hubieras disparado un proyectil de quince pulgadas a un trozo de papel de seda y se hubiera rebotado y te hubiera golpeado. Estas observaciones fueron publicadas conjuntamente por Geiger y Marsden en un artículo titulado «On a Diffuse Reflection of the Alpha-Particles» para las Actas de la Royal Society en junio de 1909.

Treinta años más tarde, Geiger recordó: «Al principio no podíamos entender esto en absoluto», señaló Wilson. Geiger continuó estudiando el efecto de dispersión, publicando dos artículos más sobre él ese año. El primero, con Rutherford, se tituló » Las Variaciones de Probabilidad en la Distribución de Partículas Alfa. El segundo, en referencia a su trabajo con Marsden, trataba sobre » La Dispersión de Partículas Alfa por la Materia. El trabajo de Geiger con Rutherford y Marsden finalmente inspiró a Rutherford en 1910 para concluir que los átomos contenían un núcleo cargado positivamente o núcleo que repelía las partículas alfa. Wilson señaló el recuerdo de Geiger de que » Un día Rutherford, obviamente con el mejor de los espíritus, vino a mí y me dijo que ahora sabía cómo era el átomo y cómo explicar las grandes deflexiones de las partículas alfa. El mismo día, comencé un experimento para probar la relación esperada por Rutherford entre el número de partículas dispersas y el ángulo de dispersión.»

Los resultados de Geiger fueron lo suficientemente precisos como para persuadir a Rutherford de hacer público su descubrimiento en 1910. Sin embargo, Geiger y Marsden continuaron sus experimentos para probar la teoría durante otro año, completándolos en junio de 1912. Sus resultados fueron publicados en alemán en Viena en 1912 y en inglés en la Revista Philosophical en abril de 1913. Wilson señaló que el Dr. T. J. Trenn, un estudioso de la física moderna, caracterizó el trabajo de Geiger y Marsden de este período: «No fue la evidencia de dispersión Geiger-Marsden, como tal, la que proporcionó un apoyo masivo para el modelo atómico de Rutherford. Era, más bien, la constelación de evidencia disponible gradualmente a partir de la primavera de 1913 y esto, a su vez, junto con una convicción creciente, tendió a aumentar la importancia o el valor extrínseco asignado a los resultados Geiger-Marsden más allá de lo que poseían intrínsecamente en julio de 1912.»

En 1912 Geiger dio su nombre a la ley Geiger-Nuttal, que establece que los átomos radiactivos con vidas medias cortas emiten partículas alfa a alta velocidad. Más tarde lo revisó, y en 1928, una nueva teoría de George Gamow y otros físicos lo hizo redundante. También en 1912 Geiger regresó a Alemania para ocupar un puesto como director del nuevo Laboratorio de Radiactividad en el Physikalisch-Technische Reichsanstalt en Berlín, donde inventó un instrumento para medir no solo partículas alfa, sino también rayos beta y otros tipos de radiación.

La investigación de Geiger se amplió al año siguiente con la llegada al laboratorio de James Chadwick y Walter Bothe, dos distinguidos físicos nucleares. Con este último, Geiger formó lo que sería una larga y fructífera asociación profesional, investigando juntos varios aspectos de las partículas radiactivas. Sin embargo, su trabajo fue interrumpido por el estallido de la Primera Guerra Mundial. Alistado con las tropas alemanas, Geiger luchó como oficial de artillería frente a muchos de sus antiguos colegas de Mánchester, incluidos Marsden y H. G. J. Moseley de 1914 a 1918. Los años que pasó agachado en trincheras en el frente dejaron a Geiger con un reumatismo doloroso. Con la guerra terminada, Geiger reanudó su puesto en el Reichsanstalt, donde continuó su trabajo con Bothe. En 1920, Geiger se casó con Elisabeth Heffter, con quien tuvo tres hijos.

Geiger se mudó del Reichsanstalt en 1925 para convertirse en profesor de física en la Universidad de Kiel. Sus responsabilidades incluían enseñar a los estudiantes y guiar a un equipo de investigación considerable. También encontró tiempo para desarrollar, con Walther Mueller, el instrumento con el que su nombre se asocia más a menudo: el contador Geiger-Mueller, comúnmente conocido como el contador Geiger. Detectando y contando eléctricamente partículas alfa, el contador puede localizar una partícula de velocidad dentro de aproximadamente un centímetro en el espacio y dentro de un centenar de millonésima de segundo en el tiempo. Consiste en un pequeño recipiente de metal con un cable aislado eléctricamente en su corazón al que se aplica un potencial de aproximadamente 1000 voltios. En 1925, Geiger usó su contador para confirmar el efecto Compton, es decir, la dispersión de rayos X, que estableció la existencia de cuánticos de luz, o paquetes de energía.

Geiger dejó Kiel para ir a la Universidad de Tubinga en octubre de 1929 para servir como profesor de física y director de investigación en su instituto de física. Instalado en el Instituto, Geiger trabajó incansablemente para aumentar la velocidad y la sensibilidad del contador Geiger. Como resultado de sus esfuerzos, fue capaz de descubrir ráfagas simultáneas de radiación llamadas duchas de rayos cósmicos, y se concentró en su estudio durante el resto de su carrera.

Geiger regresó a Berlín en 1936 cuando se le ofreció la cátedra de física en la Technische Hochschule. Su actualización del contador y su trabajo sobre los rayos cósmicos continuaron. También estaba ocupado liderando un equipo de físicos nucleares que investigaban la radiactividad artificial y los subproductos de la fisión nuclear (la división del núcleo del átomo). También en 1936 Geiger asumió la dirección editorial de la revista Zeitschrift fur Physik, un puesto que mantuvo hasta su muerte. Fue en esta época que Geiger también hizo una rara excursión a la política, impulsada por el ascenso al poder en Alemania del Partido Nacionalsocialista de Adolf Hitler. Los nazis trataron de aprovechar la física para sus fines e involucrar a los científicos del país en trabajos que beneficiarían al Tercer Reich. Geiger y muchos otros físicos prominentes estaban horrorizados por el espectro de la interferencia política en su trabajo por parte de los nazis. Junto con Werner Karl Heisenberg y Max Wien, Geiger compuso un documento de posición que representa los puntos de vista de la mayoría de los físicos, ya sean teóricos, experimentales o técnicos. Como estos hombres eran políticamente conservadores, su decisión de oponerse a los Nacionalsocialistas se tomó en serio, y setenta y cinco de los físicos más notables de Alemania pusieron sus nombres en el Memorándum Heisenberg-Wien-Geiger. Fue presentado al Ministerio de Educación del Reich a finales de 1936.

El documento lamentaba el estado de la física en Alemania, afirmando que había muy pocos físicos prometedores y que los estudiantes se estaban alejando del tema debido a los ataques a la física teórica en los periódicos por parte de los nacionalsocialistas. La física teórica y experimental iban de la mano, continuó, y los ataques a cualquiera de las ramas debían cesar. El Memorándum parecía poner fin a los ataques a la física teórica, al menos a corto plazo. También ilustró la seriedad con que Geiger y sus asociados tomaron la amenaza de los nazis a su trabajo.

Geiger continuó trabajando en la Technische Hochschule durante la guerra, aunque hacia la última parte estuvo cada vez más ausente, confinado a la cama con reumatismo. En 1938 Geiger fue galardonado con la Medalla Hughes de la Real Academia de Ciencias y la Medalla Dudell de la Sociedad de Física de Londres. Apenas había comenzado a mostrar signos de mejora en su salud cuando su casa cerca de Babelsberg fue ocupada en junio de 1945. Sufriendo mucho, Geiger se vio obligado a huir y buscar refugio en Potsdam, donde murió el 24 de septiembre de 1945.

Lectura adicional

Beyerchen, Alan D., Scientists under Hitler: Politics and the Physics Community in the Third Reich, Yale University Press, 1979.

Diccionario de Biografía Científica, Volumen 5, Scribner, 1972, pp 330-333.

Williams, Trevor I., A Biographical Dictionary of Scientists, John Wiley & Sons, 1982, p. 211.

Wilson, David, Rutherford: Simple Genius, MIT Press, 1983.

«Contadores Geiger y proporcionales», en Nucleonics, diciembre de 1947, pp. 69-75.

«Medalla Hughes Otorgada al Profesor Hans Geiger», en Nature, Volumen 124, 1929, p. 893.

Krebs, A. T., » Hans Geiger: Cincuentenario de la Publicación de Su Tesis Doctoral, 23 de julio de 1906, » in Science, Volumen 124, 1956, pág. 166.

«Memories of Rutherford in Manchester,» in Nature, Volume 141, 1938, p. 244. □

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