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Francis William Aston (1 de septiembre de 1877 – 20 de noviembre de 1945) fue un químico y físico británico que ganó el Premio Nobel de Química en 1922 por su descubrimiento, mediante su espectrógrafo de masas, de isótopos en muchos elementos no radiactivos y por su enunciación de la regla de los números enteros. Fue miembro de la Royal Society y Fellow del Trinity College, Cambridge.
Infancia y primera educación de Aston
Francis William Aston nació en septiembre de 1877 en Tennal House, Harborne, Birmingham, residencia que aún es ocupada por un miembro de la familia. Fue el segundo hijo y el tercero de una familia de siete hermanos.
Desde temprana edad, mostró una gran pasión por los juguetes mecánicos. Tras recibir una educación preparatoria en Harborne Vicarage School, asistió durante dos años al Malvern College, donde comenzó sus estudios de ciencias.
En 1893, terminó sus estudios en la escuela, destacándose en química y física, y en el nivel más alto en matemáticas, para luego ingresar en Mason College, Birmingham. Allí, trabajó bajo la dirección de Tilden y Frankland en química, y de Poynting en física, de quienes a menudo habló con afecto en años posteriores.
Carrera temprana
Después de completar su educación en Malvern College en 1893, Aston ingresó en Mason College, Birmingham, donde estudió química bajo la dirección de Tilden y Frankland, y física bajo la supervisión de Poynting.
Durante su tiempo en Birmingham, Aston también desarrolló habilidades como soplador de vidrio, una competencia que sería crucial en su trabajo futuro. En 1898, recibió la Beca Forster y comenzó a trabajar en la preparación y las propiedades rotatorias ópticas de un derivado complejo del ácido tartárico, cuyos resultados se publicaron en colaboración con Frankland en 1901.
Por razones financieras, Aston decidió dedicarse a la química de la fermentación, trabajando durante tres años en una cervecería en Wolverhampton. Durante este período, su interés se inclinó hacia la física, influenciado por los avances científicos que siguieron al descubrimiento de los rayos X.
Cambio a la física
El interés de Aston por la física se incrementó significativamente tras el descubrimiento de los rayos X. En 1903, Aston regresó a Mason College para continuar sus estudios de física, pero un año más tarde fue invitado por Sir J.J. Thomson a unirse al Laboratorio Cavendish en Cambridge.
Allí, Aston comenzó su trabajo en la investigación de los rayos positivos, lo que lo llevó a desarrollar un aparato para medir las masas de los átomos. Su colaboración con Thomson fue crucial, y juntos investigaron las desviaciones de los rayos positivos, lo que les permitió descubrir la existencia de isótopos en varios elementos.
Este trabajo marcó el inicio de una transición definitiva de Aston de la química a la física, un cambio que definiría el resto de su carrera científica.
Primera guerra mundial y trabajos posteriores
Durante la Primera Guerra Mundial, F.W. Aston fue llamado a trabajar en la Royal Aircraft Establishment en Farnborough, donde se dedicó a resolver problemas técnicos relacionados con la aeronáutica.
Después de la guerra, Aston regresó al Laboratorio Cavendish, donde reanudó sus investigaciones sobre los rayos positivos y la separación de isótopos de neón. En 1919, consiguió desarrollar el primer espectrógrafo de masas, un instrumento que le permitió medir las masas atómicas con una precisión sin precedentes.
Con este aparato, Aston confirmó la existencia de isótopos en muchos elementos y formuló la Regla del Número Entero, que postula que las masas atómicas de los isótopos son aproximadamente enteras cuando se comparan con la del hidrógeno.
Este descubrimiento fue fundamental en el avance de la química nuclear y le valió el Premio Nobel de Química en 1922.
Logros y Reconocimientos de Aston
La carrera de Aston fue marcada por un cúmulo de logros que lo posicionaron como una figura destacada en el campo de la física. Su descubrimiento de que el neón es una mezcla de isótopos y no un solo elemento fue rápidamente aclamado, lo que llevó a su elección como miembro del Trinity College en 1920, donde residió hasta su muerte. En 1922, recibió el Premio Nobel de Química y la Medalla Hughes de la Royal Society, honores que le fueron otorgados en un corto intervalo de dos días. Además, fue elegido miembro de la Royal Society en 1921.
El trabajo inicial de Aston con isótopos se centró en compuestos gaseosos, pero se expandió al análisis de iones metálicos. En 1921, Dempster analizó el magnesio, y poco después, tanto Aston como su colega lograron, de manera simultánea pero independiente, analizar el litio, seguido rápidamente por muchos otros metales de los primeros grupos de la clasificación periódica.
Con el tiempo, Aston desarrolló técnicas para producir haces de iones de la mayoría de los elementos restantes, incluidos los elementos raros, y en casi todos los casos realizó el primer análisis isotópico.
Espectrógrafo
El espectrógrafo de masas original de Aston, que ahora se encuentra en el Museo de la Ciencia en South Kensington, analizó más de cincuenta elementos durante su vida útil activa y estableció la regla del número entero. La tarea de su sucesor fue medir las desviaciones de esta regla, vitales en la física nuclear y, en particular, para la energía atómica.
El nuevo espectrógrafo de masas de Aston alcanzó una precisión de 1 en 10,000. Su dedicación a la precisión era tal que, para asegurar la completa fiabilidad de una batería de 500 pequeños acumuladores de plomo que suministraban el campo para las placas deflectoras, decidió fabricarlos él mismo. Aston se preocupó por comparar masas con la máxima precisión, lo que resultó en la corrección de algunos resultados obtenidos anteriormente.
Curiosamente, un error en la relación de masas entre el helio y el oxígeno estimuló el descubrimiento del hidrógeno pesado por Urey y Brickwedde, al predecir una mayor discrepancia entre los pesos atómicos físicos y químicos del hidrógeno de la que realmente existe.
Aston nunca olvidó su formación inicial como químico; de hecho, su siguiente tarea fue determinar la abundancia relativa de los isótopos, una cuestión que lo interesaba en parte por su conexión con los pesos atómicos en la química. Su método fotográfico, en el cual ajustaba las exposiciones para igualar el ennegrecimiento causado por dos isótopos, resultó ser particularmente eficaz.
Su último espectrógrafo de masas, el tercero de su tipo buscaba alcanzar una precisión de 1 en 100,000, y aunque no logró el poder de resolución que él había esperado, sí consiguió resultados valiosos al fijar los defectos de masa de varios isótopos importantes.
Aunque en sus últimos años otros investigadores como Dempster, Bainbridge y Neier en Estados Unidos realizaron trabajos de igual calidad en el campo de la espectrometría de masas, pocos descubridores iniciales de un campo de investigación tan importante han mantenido un dominio tan prolongado y exclusivo como Aston.
Esto es testimonio de las dificultades técnicas involucradas, no solo en el lado de la medición, sino también en la producción de haces de iones de diversos elementos con intensidades medibles. Para Aston, su formación en química y en las peculiaridades de la descarga gaseosa fue de inmenso valor.
A esta formación, añadió una combinación de paciencia e intuición que caracteriza al gran experimentador. Hoy en día, pocas investigaciones en física nuclear no se benefician directa o indirectamente de su trabajo.
Vida personal e intereses
Aston era un hombre en quien una gran pasión por la vida se combinaba con una simplicidad de carácter que casi rozaba la ingenuidad. Le interesaban las personas, especialmente sus numerosos amigos, aunque probablemente estaba más interesado en las cosas y los lugares. Este don de interés por el mundo exterior lo convertía en un compañero de vacaciones ideal.
El placer que claramente experimentaba se comunicaba al resto del grupo. Era preciso en sus hábitos, aunque sería injusto llamarlo meticuloso, pues disfrutaba cambiando de una rutina de vida a otra completamente diferente.
Aunque era un buen conferenciante ocasional, no tenía talento para la enseñanza y sus primeros intentos en este ámbito no persistieron. Disfrutaba de las reuniones científicas, pero era esencialmente un individualista y nunca intentó formar una escuela. Creo que se dio cuenta de que gran parte de su habilidad era incomunicable y que, en cualquier caso, necesitaba tranquilidad para trabajar lo mejor posible.
Su actitud hacia la física era esencialmente la de un experimentador y visualizador. Prefería el modelo a la ecuación, lo concreto a lo abstracto. El aspecto filosófico no le atraía. Era conservador en política y en la vida, y aunque admitía que un cambio podía ser bueno, prefería que ocurriera lo más gradualmente posible.
La última vez que lo vi fue cuando recibió la Medalla Duddell de la Sociedad Física. En un discurso característico, comentó con cierto sentimiento que sus investigaciones nunca habrían sido aprobadas por un comité de planificación competente.
Aston y los deportes
Fuera de su trabajo, los intereses de Aston se inclinaban fuertemente hacia el deporte, los viajes y la música, aunque cualquier tipo de dispositivo mecánico o científico también lo atraía. En el deporte, era un esquiador entusiasta y hacía visitas casi anuales tanto a Suiza como a Noruega.
Prefería las expediciones, a menudo largas, a los trucos, aunque había practicado un poco de salto. Le gustaba hacer sus propias escaladas y ser independiente de los funiculares. Quizás fue la mayor tristeza de su vida que un esfuerzo excesivo en el corazón, producido por el esquí en el invierno de 1934-35, puso fin a los deportes de invierno.
Pero el esquí era solo uno de muchos deportes. De joven, una vez recorrió doscientas millas en veintidós horas en bicicleta; era un buen jugador de tenis de césped, de nivel de torneo, un buen nadador, y solía decir que el surf que aprendió en Honolulu era en muchos aspectos el mejor deporte del mundo. Era un golfista por encima de la media, y el partido dominical con Rutherford, Fowler y Taylor era una institución.
Durante la Primera Guerra Mundial, comenzó a escalar rocas, y en varias ocasiones dirigió cursos clasificados como de «severidad excepcional». Entre sus actividades misceláneas se encontraban la fotografía, el bridge, el juego especial de Trinity, llamado «vingt», y la colección de porcelana china. Tocaba el piano y el violonchelo, pero prestaba más atención al violonchelo.
Su amor por los viajes era intenso, especialmente por los viajes por mar, y logró combinarlo con la ciencia al participar en expediciones para observar eclipses y en visitas de la Asociación Británica, aunque estos no eran sus únicos viajes.
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