En 1903, mientras la física apenas comenzaba a asomarse al mundo invisible del átomo, una joven científica polaca defendía en la Universidad de París una tesis que cambiaría para siempre nuestra forma de entender la materia. Con 35 años, Marie Curie presentó Recherches sur les substances radioactives, un trabajo meticuloso, escrito entre cables, minerales y vapores ácidos, que no solo revelaba nuevos elementos, sino una nueva manera de mirar el mundo. No era una tesis más: era el nacimiento silencioso de una revolución científica.
El descubrimiento de la radioactividad natural está unido a la estación balnearia de Jáchymov, al noroeste de Bohemia, en la República Checa. Se encuentra en un valle, en la población de Sankt Joachimsthal, que en español viene a ser algo así como Valle de San Joaquín. Se trata de una zona minera que es conocida desde el pasado por sus reservas de plata. A medida que pasaba el tiempo y las galerías se hacían más profundas, iban apareciendo cantidades crecientes de un mineral negro y brillante que no parecía plata.
Este mineral es hoy conocido con el nombre de “pechblenda”. No hay un acuerdo unánime en la etimología, además de cambiar si viene directamente del alemán o si proviene de la traducción inglesa. La palabra se forma por “pech”, que significa “mala suerte” y “blende”, que en algunos lugares se traduce como “engañar” y en otros como “lucir”. Sea cual sea el significado exacto del término, lo que sí parece estar claro es que la pechblenda recibió su nombre por lo poco popular que era entre los mineros. A pesar de ello, Mari Curie le daría la vuelta a esta sustancia inservible y cambiaría con ella el destino del ser humano.
El uranio y los rayos uránicos
El 13 de marzo de 1781 el astrónomo alemán William Herschel observó un nuevo objeto celeste que confundió en un principio con un cometa. Tras varios vaivenes con el nombre, fue finalmente el alemán Johann Elert Bode el que sugirió el nombre de Urano para el planeta descubierto. En 1789, el también alemán Martin Heinrich Klaproth descubría un nuevo elemento, aunque en forma de óxido. Para honrar a su compatriota lo llamó uranio, el elemento que tendría el honor durante mucho tiempo de ser el más pesado de los cuerpos simples presentes en la tierra. El último elemento de la tabla periódica, que comenzaba en el número 1 (hidrógeno) y terminaba en el 238 (uranio). Un elemento que desataría una fiebre en el mundo de la investigación y que daría muchas sorpresas a finales del siglo XIX. Sin embargo no era tan simple como el resto de cuerpos simples, pues presentaba propiedades únicas que serían descubiertas en 1896 por el físico francés Henri Becquerel. Tan solo un año antes el mundo de la física había sido golpeado con el hallazgo del físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen: los rayos X.
Becquerel andaba haciendo pruebas con sustancias fosforescentes, pues quería saber si estas emitían radiaciones parecidas a los rayos X. Se encontró con algo sorprendente. Envolvió con papel negro una placa fotográfica y la guardó dentro de un cajón, completamente a oscuras. Al revelarla, vio una imagen impresa. La lógica nos dice que a oscuras no puede crearse imagen ninguna en una fotografía, pues para que esta aparezca necesitamos luz. Sin embargo sus ojos vieron cómo esas sales de uranio velaban la placa y formaban manchas. Tenía reservadas estas sales en una bolsita para un experimento con rayos X. Ponía las sales de uranio al sol y luego sobre las placas fotográficas, por lo que suponía que estas absorbían la energía que luego transmitían a la placa. Pero en París llevaban más de dos semanas de lluvia y el cielo estaba cubierto, por lo que el acontecimiento lo dejó con la boca abierta. Y no fue algo casual, pues acabó reproduciendo el experimento de forma controlada en varias ocasiones, en la oscuridad más absoluta. Incluso llegó a interponer objetos entre la placa fotográfica y las sales de uranio. En una de sus pruebas puso una lámina de cobre con una cruz de Malta que salió perfectamente impresionada.
Todo un misterio para Becquerel. Un científico con una gran reputación como experimentador, aunque no tanto en el plano teórico. Así que no supo deducir de dónde salía la energía para velar la placa fotográfica. La respuesta a esta pregunta sería el gran descubrimiento que lanzarían al estrellato a nuestra respetada Marie Curie.
La tesis
Por aquel entonces Maria Salomea Skłodowska se había convertido en Marie Curie, pues en 1895 se casaba humildemente con Pierre Curie, quien se doctoraba en el mismo año con sus trabajos sobre magnetismo. En 1893 Marie terminó su licenciatura en Física (número uno de la promoción) y, al año siguiente, en Matemáticas (número dos). Su cabeza estaba elucubrando algún tema para la tesis que la convertiría en la primera mujer con un doctorado en Ciencias de la Universidad de la Sorbona. Pierre era muy conocido por su descubrimiento de la piezolectricidad y podría haberse dedicado a investigar sobre este ámbito de estudio del marido. Por contra, se sintió atraída por el influjo de los “rayos uránicos” descubiertos recientemente por Becquerel. Afortunadamente el francés no tiene ningún prejuicio machista propio de la época y accede a que la polaca continúe con los estudios que él había iniciado. Pierre consigue permiso para que su esposa use un destartalado almacén de la Escuela de física y Química Industrial a modo de laboratorio. La primera entrada de sus diarios de laboratorio es del 16 de diciembre de 1897. Esta fecha puede ser anotada como el inicio de una investigación que cambiaría el mundo.
En realidad Marie Curie no se preguntó en un principio cuál era el origen de los rayos uránicos, sino que empezó por cuestiones más sencillas, como cuál era su magnitud y qué sustancias podían emitirlos. Gracias a los estudios de Becquerel y de Lord Kelvin sabía que los rayos uránicos tenían la capacidad de ionizar el aire. ¿Qué significa eso de ionizar el aire? Pues que podían convertirlo en conductor de la electricidad. Así que se centró en la búsqueda de la detección de las pequeñas corrientes eléctricas generadas en estas situaciones. Además de otros aparatos de medición, Marie y Pierre echaron mano a la balanza de cuarzo piezoeléctrico construida por Pierre y su hermano Jaques, quien lo había utilizado en tu tesis doctoral. En los inicios de sus investigaciones, el matrimonio usó materiales reciclados de todo tipo. Incluso una lata de conservas como primer prototipo de cámara de ionización.
Un manual para explorar lo invisible
La tesis de Marie Curie no es solo un documento histórico: es casi un manual pionero para explorar lo invisible. Ella misma explicó en el prólogo que no quería limitarse a describir sus experimentos, sino ofrecer un “estado de la cuestión” sobre un fenómeno que apenas se empezaba a comprender: la radioactividad.
El texto está dividido en tres grandes partes. La primera es un repaso general a los descubrimientos previos de Becquerel y Schmidt, casi un mapa de lo poco que se sabía entonces. La segunda, la más extensa y personal, es donde Marie detalla su método experimental, las medidas de ionización, el uso del electrómetro y sus análisis químicos con pechblenda. Y la tercera parte explora las propiedades más extrañas de las sustancias radiactivas: cómo penetran los rayos, cómo afectan al aire, a los sólidos y a los líquidos, o incluso cómo desaparece su actividad con el tiempo.
Lejos de ser un texto caótico, la tesis tiene una organización asombrosamente moderna: problema, método, resultados y discusión. Pero lo más impactante es el estilo: riguroso, directo, humilde. No hay grandilocuencia. Solo ciencia, datos y una intuición fuera de lo común.
¿Cuánto hay de Pierre Curie en la tesis de Marie Curie?
Una de las preguntas inevitables al leer la tesis de Marie Curie es cuánto hay de Pierre Curie en ella. La respuesta, en realidad, está en la propia tesis. Aunque Marie utiliza muchas veces el plural al describir experimentos —porque es cierto que ambos trabajaban juntos en el laboratorio—, el documento está redactado íntegramente en primera persona. Es su voz, su estilo y su interpretación de los resultados.
Pierre Curie se incorporó a las investigaciones cuando ella ya había tenido la intuición más decisiva: que debía buscar nuevos elementos radiactivos más allá del uranio. Él aportó talento experimental, infraestructura y complicidad absoluta. Pero nunca quiso aparecer como autor de esa tesis. Sabía que era, ante todo, el trabajo de Marie.
Una propiedad atómica de muchas sustancias
Lo primero que consiguió la polaca con sus aparatos reciclados fue la constatación de que los rayos uránicos era una propiedad intrínseca del uranio, que no dependía del estado de agregación, ni de si se combinaba con otros elementos para formar compuestos. Comprobó asimismo que la intensidad de los rayos era proporcional a la cantidad de uranio presente en las muestras con las que trabajaba.
El siguiente paso y la siguiente pregunta fueron decisivas. ¿Hay otras sustancias que sean capaces de emitir rayos uránicos? Realizó mediciones con todos los elementos puros y con las aleaciones que tuvo a mano, además de con los minerales del Museo de Historia Natural al que tuvo acceso. Encontró que el torio también emitía rayos similares al uranio.
Este descubrimiento fue crucial, así que aparentemente no esperaron demasiado para publicar los resultados. Su profesor de doctorado Gabriel Lippmann presentó el hallazgo a la Academia de Ciencias francesa el 12 de abril de 1898. Sin embargo, el científico alemán Gerhard Carl Schmidt ya había publicado dos meses antes que el torio emitía rayos uránicos. Fue un varapalo que le sirvió para entender que no debía demorarse en la publicación de sus descubrimientos.
Pero hubo otro descubrimiento que dejó escrito en su diario el 17 de febrero de 1898 y que sería mucho más importante que el del torio: dos minerales de uranio, la chalcolita y la pechblenda, eran mucho más activos que el uranio puro. En un principio era absurdo, pues parecía ir en contra de que la intensidad de los rayos era proporcional a la cantidad de uranio. En un acto de buen proceder científico, comprobó y volvió a comprobar toda su maquinaria instrumental. No había errores, las medidas eran correctas, mientras que el resultado se presentaba contradictorio.
El método de trabajo de Marie Curie
Marie Curie no solo abrió un nuevo campo de investigación; también inventó una manera de explorarlo. Para medir la intensidad de la radiación, utilizó un electrómetro de gran sensibilidad diseñado por Pierre Curie, capaz de detectar las mínimas cargas eléctricas que los materiales radiactivos producían en el aire. A partir de ahí, midió la ionización provocada por distintos minerales y elementos, y estableció comparaciones numéricas. Era un método sorprendentemente moderno: basado en datos, reproducible y preciso.
Donde otros científicos dependían de las placas fotográficas o de la intuición, ella medía, clasificaba y cuantificaba. Así se dio cuenta de que la pechblenda —un mineral rico en uranio— emitía mucho más de lo que su contenido de uranio explicaba. Aquello solo podía significar una cosa: había algo más.
El descubrimiento
Si la pechblenda y la chalcolita emitían mayor intensidad de rayos uránicos que el propio uranio se debía, según la idea de Marie, a que había algo en el interior que era el responsable de la diferencia.
Ella misma lo recordaba así en sus Notas autobiográficas:
“Al formular hipótesis sobre las razones para ello, solo se me ocurrió una explicación: aquellos minerales debían de contener alguna sustancia desconocida muy activa. Mi marido estuvo de acuerdo, así que le apremié a que buscáramos juntos la hipotética sustancia, ya que si sumábamos esfuerzos obtendríamos resultados antes”.
Y así fue, al día siguiente de aquel descubrimiento Pierre abandonó sus investigaciones para centrarse en los rayos misteriosos de Becquerel y, ahora, también de Marie Curie. El matrimonio sabía que debía procesar la pechblenda de una forma diferente a como se había hecho para buscar sustancias nuevas. La pechblenda es un mineral natural que ciertamente contiene óxidos de uranio, pero también otros muchos elementos en pequeñas proporciones, en total treinta conocidos en la época. Gustave Bémont, profesor encargado del laboratorio de Química de la Escuela de Física y Química, les echó una mano para la separación química de los elementos constituyentes de la pechblenda. Estudiaron los métodos clásicos de separación, pero Marie Curie dio un paso de gigante con un nuevo método: la radioquímica. Consiste en usar el método clásico de análisis químico con su nueva aportación de ir midiendo la intensidad de rayos uránicos emitidos por cada una de las partes para seguirle la pista a los elementos que lo emiten. Mediante la reiteración del método de separación, lograron encontrar una sustancia cuya actividad era cuatrocientas veces superior a la del uranio.
Henri Becquerel presentó los resultados, firmados por el matrimonio, en la Academia de las Ciencias francesa el 18 de julio de 1898, en un artículo titulado “Sobre una sustancia radioactiva contenida en la pecblenda”. Tan solo cinco meses después de lo que Marie llamó en sus diarios “el descubrimiento” y que ella misma bautizara como “radioactividad”. El término “radio-actividad” significa “que emite rayos”. Y como punto extra, en el artículo presentaban un nuevo elemento descubierto: “Proponemos llamarlo polonio, por el nombre del país de uno de nosotros”.
¿Por qué sigue siendo peligrosa la tesis de Marie Curie?
Más de un siglo después, la tesis de Marie Curie sigue teniendo efectos colaterales inesperados. Literalmente. El ejemplar original, así como sus cuadernos de laboratorio, conservan todavía un nivel de radiactividad peligroso. Están guardados en la Biblioteca Nacional de Francia dentro de cajas de plomo, y para consultarlos es necesario firmar un documento de exención de responsabilidad.
Es una imagen poderosa: el trabajo que hizo historia sigue emitiendo energía mucho tiempo después. Igual que su autora.
El radio
En el mismo mes de julio consiguen grandes cantidades de residuos de pechblenda de Jáchymov, puñados enormes de rocas que eran considerados basura inservible porque ya se había extraído el uranio. Descubrieron que había otro elemento en estos residuos que estaba mostrando la patita pero que costaba trabajo ver. También era radiactivo, pero no se parecía al polonio desde el punto de vista química. El polonio tenía similitudes al bismuto, pero el supuesto nuevo elemento se parecía más al bario. Se trataba del elemento que bautizaron como radio. El 19 de diciembre de 1989 se leyó en la Academia el artículo “Sobre una nueva sustancia fuertemente radiactiva contenida en la pechblenda”. El resto de la historia es bien conocido: el 10 de diciembre de 1903 la Academia de Ciencia de Estocolmo anunciaba el Premio Nobel de Física con atribución compartida a Marie, Pierre y Becquerel, por sus descubrimientos sobre la radioactividad. En el mismo año que ganaba el el primero de sus dos premios Nobel, presentaba su tesis “Radioactividad del uranio y el torio”.
