James Franck: el físico que advirtió primero

El 11 de junio de 1945, un grupo de científicos que trabajaba en la bomba atómica estadounidense firmó un documento implorando a su propio gobierno que no la utilizara sin previo aviso. "Si Estados Unidos fuera el primero en liberar este nuevo medio de destrucción indiscriminada sobre la humanidad", escribieron, "sacrificaría el apoyo público en todo el mundo y precipitaría la carrera armamentista". El informe lleva el nombre del hombre que presidió el comité: un premio Nobel que ya había renunciado a una cátedra por principios doce años antes, y que había dedicado su carrera a demostrar que los átomos aceptan energía solo en cantidades exactas.

Hamburgo, Heidelberg, Berlín

Franck nació el 26 de agosto de 1882 en Hamburgo. Asistió al Wilhelm Gymnasium, luego estudió química en Heidelberg antes de cambiarse a la física en Berlín, donde estudió con Emil Warburg y Paul Drude. Se doctoró en Berlín en 1906, trabajó brevemente como asistente en Fráncfort y regresó a Berlín para trabajar con Heinrich Rubens. En 1911 ya daba clases de física en la Universidad de Berlín, ascendiendo a profesor asociado y ocupando el cargo hasta 1918, con una interrupción por el servicio militar en la Primera Guerra Mundial.

Electrones y átomos

El trabajo central de Franck se centró en lo que sucede cuando un electrón choca contra un átomo. Con Gustav Hertz ideó experimentos que midieron el intercambio con precisión, y descubrió que el átomo no aceptaba cantidades arbitrarias de energía. Aceptaba cantidades específicas y nada intermedio. Esta fue la primera demostración experimental directa de los niveles de energía cuantizados que la teoría cuántica había propuesto, y convirtió un postulado abstracto en un hecho de laboratorio medible. El Premio Nobel de Física de 1925 fue otorgado conjuntamente a ambos hombres "por su descubrimiento de las leyes que rigen el impacto de un electrón sobre un átomo".

Después de la guerra, Franck dirigió la División de Física del Instituto Kaiser Wilhelm bajo la dirección de Fritz Haber, continuando la investigación sobre la cinética de electrones y el comportamiento de los átomos en gases.

Gotinga

En 1920 se convirtió en profesor de física experimental en Gotinga, y durante trece años fue una de las dos partes de la asociación que convirtió a la ciudad en la capital mundial de la física teórica, trabajando en estrecha colaboración con Max Born. Entre los estudiantes que pasaron por allí se encontraba J. Robert Oppenheimer. Fue en Gotinga donde Franck desarrolló el principio que ahora lleva su nombre y el de Edward Condon, que explica la disociación fotoquímica: cómo las moléculas se separan cuando absorben luz.

Renuncia, 1933

Cuando el régimen nazi llegó al poder, Franck se opuso públicamente a sus leyes raciales y renunció a su puesto antes que servir bajo ellos. Fue una negativa inusualmente temprana y visible, realizada por un veterano condecorado que podría haber reclamado una exención. Se fue primero a la Universidad Johns Hopkins como profesor Speyer, pasó un tiempo en Copenhague y en 1938 se unió a la facultad de física de la Universidad de Chicago.

Chicago y la bomba

Durante la Segunda Guerra Mundial, Franck dirigió la División de Química del Laboratorio Metalúrgico, la rama de la Universidad de Chicago del Proyecto Manhattan. A medida que el arma se acercaba a su finalización, presidió el comité que produjo el Informe Franck de junio de 1945, firmado junto a Leo Szilard, Glenn Seaborg, Donald J. Hughes, J. J. Nickson, Eugene Rabinowitch y J. C. Stearns.

El informe argumentaba en contra de un ataque atómico sin previo aviso contra Japón y proponía en su lugar una demostración en una zona deshabitada. Su razonamiento era tanto estratégico como moral. Los científicos insistieron en que el secreto no podría mantenerse, prediciendo que en diez años otros países poseerían bombas capaces de destruir ciudades, e instaron al establecimiento de "un control internacional efectivo de los explosivos nucleares" antes de que una carrera armamentista se volviera imparable. Fueron desautorizados. También tenían razón sobre el cronograma.

Fotosíntesis

Después de la guerra, Franck dirigió el Grupo de Investigación de Fotosíntesis de Chicago hasta 1956, aplicando las herramientas de la fisicoquímica a la pregunta de cómo las plantas convierten la luz en energía química; en cierto sentido, el mismo problema que el principio de Franck-Condon, planteado a la materia viva. Los honores se acumularon: la Medalla Max Planck en 1951, la ciudadanía honoraria de Gotinga en 1953, la Medalla Rumford en 1955 y la elección a la Royal Society en 1964. Murió el 21 de mayo de 1964 mientras visitaba Gotinga, la ciudad que había abandonado treinta y un años antes.

Por qué James es llamado un genio

La facultad en cuestión es la imaginación experimental: la capacidad de diseñar un aparato que obligue a la naturaleza a responder a una pregunta que ha estado evitando. El átomo de Bohr, con sus estados de energía discretos, era una propuesta teórica que muchos físicos consideraban una ficción conveniente. Franck y Hertz construyeron un dispositivo en el que esa propuesta se hizo visible como un patrón repetitivo en una corriente eléctrica: evidencia que cualquiera podía leer en un instrumento. Convertir una abstracción controvertida en una medición indiscutible es una de las cosas más difíciles que puede hacer un físico, y la cita del comité Nobel, "las leyes que rigen el impacto de un electrón sobre un átomo", acredita precisamente eso. El principio de Franck-Condon muestra el mismo hábito mental aplicado a las moléculas y la luz.

El contraargumento merece ser expresado. La teoría que dio sentido a sus resultados no era suya; pertenecía a Bohr, y la mecánica cuántica que siguió a Born, Heisenberg y otros en la misma institución donde trabajó Franck. Era un excelente medidor dentro de una revolución que lideraron los teóricos. El premio fue compartido, el principio lleva dos nombres, y su importante investigación de posguerra sobre fotosíntesis no produjo nada de estatura comparable. También es justo observar que gran parte de la reputación moderna de Franck descansa en la conciencia más que en la física: la renuncia de 1933 y el informe de 1945. Esa es una distinción real, y posiblemente más rara, pero es claridad moral en lugar de brillantez intelectual, y las dos no deben mezclarse silenciosamente.

Legado

El experimento de Franck-Hertz es ahora un ejercicio de laboratorio estándar para estudiantes universitarios, que es el mayor cumplido que la física ofrece: un resultado tan seguro que se pide a los estudiantes que lo reproduzcan. El Informe Franck ha tenido una vida posterior más extraña. Ignorado en 1945, se convirtió en el documento fundacional del movimiento de los científicos por el control de armas y hoy se lee menos como una protesta que como un pronóstico: el momento en que las personas que construyeron el arma le dijeron a su gobierno exactamente cómo serían los próximos cincuenta años, y no fueron creídos.