Cuando uno piensa en la antimateria piensa en la ecuación de Dirac y en el positrón descubierto por Anderson. Pocos recuerdan a Dmitri V. Skobeltsyn (1892-1990), quien entre 1923 y 1926 observó en una cámara de niebla rayos cósmicos con la masa del electrón pero con carga opuesta, resultado que publicó en 1927. ¿Conocía Dirac en 1927 el descubrimiento de Skobeltsyn? El historiador de la ciencia Norwood Russell Hanson afirmó en un artículo de 1961 que Dirac le dijo en 1955 que una vez asistió a una charla en el Instituto Cavendish, entre 1926 y 1927, en la que Skobeltzyn describió su descubrimiento de los “electrones que se movían hacia atrás.” Dirac afirmó que esta charla no le influyó en su teoría del electrón, de hecho, dice que la recordó tras el descubrimiento del positrón realizado por Anderson en 1932; Dirac afirmó en 1955 que en 1932 pensaba que el descubrimiento del ”electrón positivo” (positrón) era una descubrimiento soviétivo. Sin embargo, Skobeltsyn no utilizó en su artículo (ni Hanson cree que en su charla) la palabra “electrón que se mueve hacia atrás” (backward electron); dicho término fue utilizado por primera vez por el matrimonio Joliot-Curie (que también descubrió el positrón en 1932). ¿Jugó la memoria una mala pasada a Dirac? Hanson afirma que tras hablar con Skobeltsyn él tampoco recordaba haber hablado de “backward electrons” antes de 1932. Skobeltsyn nunca obtuvo el Premio Nobel de Física, que Paul Adrian Maurice Dirac obtuvo en 1933 y Carl David Anderson en 1936. Quizás la memoria de Dirac le jugó una mala pasada, o quizás Skobeltsyn es otro ejemplo de la cruda realidad de la historia de la ciencia. El artículo técnico de Norwood Russell Hanson es ”Discovering the Positron (I),” The British Journal for the Philosophy of Science 12: 194-214, Nov. 1961. El artículo con el descubrimiento es D. Skobelzyn, “Die Intensitätsverteilung in dem Spektrum der γ-Strahlen von Ra C,” Zeitschrift für Physik 43: 354-378, 1927. La imagen que abre esta entrada (parte derecha) es una copia de una figura de dicho artículo (las placas originales no se han conservado).
Hay algo importante que debemos recordar. El descubrimiento del positrón por parte de Anderson el 2 de agosto de 1932 no fue resultado de la teoría del positrón de Dirac (publicada en 1931). Anderson afirmó que no conocía dicho artículo en 1932 y que ni siquiera comprendía el libro de Dirac sobre Mecánica Cuántica de 1930 (“The Principles of Quantum Mechanics”), ni menos aún el artículo original con la teoría del electrón de 1928 (“The Quantum Theory of the Electron”). Según Anderson, él empezó a comprender dichos trabajos gracias a un artículo de Blackett y Occhialini en 1933. Más aún, el descubrimiento de Anderson en 1932 encontró gran número de detractores que se resistían a admitir la existencia de un electrón positivo (entre ellos Bohr y Rutherford). Sin embargo, Anderson siempre replicó que la única explicación posible a su observación era la existencia de un electrón positivo. Tras la confirmación de la observación por otros, en 1933 ya eran muy pocos los que tenían dudas al respecto.
Un descubrimiento tan importante y al mismo tiempo tan “sencillo” como la observación del positrón en los rayos cósmicos tuvo muchos antecedentes. De hecho, Robert Andrews Millikan publicó en 1931 unas fotografías de cámara de niebla que mostraban un electrón y un protón (según Millikan), como en la figura central de arriba. Sin embargo, una de las fotografías era difícil de interpretar (aparece a la derecha en la figura de arriba). Millikan pensaba que era un protón con una energía de 450 meV (milielectrónvoltio) y un electrón de 27 meV, sin embargo, la ionización de la traza de la partícula indica que se trata de un electrón y un positrón. Millikan, en lugar de pensar en un electrón de carga positiva, creyó que la fotografía demostraba que la teoría de la ionización en cámaras de niebla era errónea y proponía corregirla con un término dependiente de la energía (solo aplicable a las trazas de los protones). También observó positrones (la aniquiliación de un electrón y un positrón) en 1929 el físico chino Chung-Yao Chao [wikipedia] siendo estudiante de doctorado en el CalTech bajo la dirección de Millikan; Chao defendió su tesis en 1930, pero no fue capaz de interpretar correctamente su observación.
Pero retornemos a Dmitri Vladimirovich Skobeltsyn [wikipedia; obituario en Physics Today], eminente físico soviético especialista en rayos cósmicos, Premio Stalin (1950) y Héroe Socialista (1969). Skobeltsyn, tras enterarse del descubrimiento del efecto Compton, decidió utilizar el retroceso de electrones por dicho efecto para estudiar los rayos cósmicos en una cámara de niebla de Wilson. Gracias a esta idea descubrió los ”electrones raros” que parecían tener una carga positiva opuesta a la del electrón. Incapaz de entender que había descubierto la antimateria, decidió acudir en 1927 a los laboratorios de Marie Curie en París (donde su hija y su yerno, la pareja Joliot-Curie, también descubrirían el positrón). Ni Skobeltsyn ni los Joliot-Curie fueron capaces de dar el paso que supo dar Anderson, afirmar rotundamente que la única explicación posible para sus fotografías de cámaras de niebla era un electrón positivo (el título del artículo de Carl D. Anderson, “The Positive Electron,” Phys. Rev. 43: 491–494, 1933).
PS: Dos lectores se han sorprendido de que los esposos Joliot-Curie utilizaran en 1932 el término “electrones que se mueven hacia atrás” (Oscar lo asociaba a Stueckleberg en 1941 y alejandro a Wheeler sobre las mismas fechas). Como una imagen vale más que mil palabras, os copio una fotografía comentada que Joliot y Curie enviaron a Bohr el 26 de abril de 1932 y que se preserva en los archivos de la Correspondencia Científica de Bohr para la Historia de la Física Cuántica (Bohr Scientific Correspondence at the Archives for History of Quantum Physics – AHQP).
La figura es de muy baja calidad, pero en la parte de abajo se ve claramente la idea de que los positrones son como “electrones que se mueven hacia atrás” que los esposos Joliot-Curie publicaron en su artículo “Sur la nature du rayonnement pénétrant excite dans les noyaux légers par les particules α,” C. R. Acad. Sci. Paris 194: 1229–1232, 1932. No he podido leer el artículo original, pero por lo que parece al menos la fotografía de la cámara de niebla aparece en dicho artículo, junto con el comentario sobre los “electrones que se mueven hacia atrás.” Esta imagen y más información sobre la contribución de los esposos Joliot-Curie a la física temprana del positrón en Matteo Leone, Nadia Robotti, “Frédéric Joliot, Irène Curie and the early history of the positron (1932–33),” European Journal of Physics 31: 975-987, 2010.
Por supuesto, Oscar y Alejandro tienen razón: Feynman, Stueckleberg, Wheeler y otros apostillaron que los positrones son como “electrones que se mueven hacia atrás” en el tiempo.