Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembros de la Real Sociedad Española de Física

Hace pocos días, la prestigiosa revista científica Science publicó un Editorial en el que un grupo internacional de científicos dedicados a la búsqueda de una vacuna contra el COVID-19 reclamaba la puesta en marcha de otro "Proyecto Manhattan" de cooperación y financiación internacional encaminado a acelerar el objetivo final. Tal y como señala en dicho artículo el autor principal, el epidemiólogo Seth Berkley, -CEO de Gavi, The Vaccine Alliance, Ginebra, Suiza-, al final del primer párrafo: "Si alguna vez hubo un motivo para coordinar el desarrollo de una vacuna a nivel mundial mediante un enfoque de big science, éste es el momento"

Ciertamente, hay paralelismos entre las causas que alertaron a la comunidad científica internacional de aquellos años y a la actual, sobre la necesidad de aunar esfuerzos para resolver una grave amenaza para la humanidad. En los años finales de la década de 1930, la amenaza era la posibilidad de que Alemania pudiera disponer de una bomba atómica; en esta ocasión, la amenaza es más invisible, pero igualmente temible.

En este artículo voy a describir cuál fue la génesis y el desarrollo del Proyecto Manhattan, cuyo resultado final es sobradamente conocido: el bombardeo atómico de Hiroshima y Nagasaki en agosto de 1945.

 1. La génesis del Proyecto Manhattan

El descubrimiento de la fisión nuclear por parte de los químicos alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980) en 1938, junto con su explicación teórica por parte de Lise Meitner (1878-1968) y su sobrino Otto Robert Frisch (1904-1979) hizo que el desarrollo de una bomba atómica fuera una posibilidad algo más que teórica. Se temía que los alemanes fueran los primeros en desarrollar una de estas bombas, temor muy acentuado especialmente entre los científicos que habían huido de la Alemania nazi y otros países fascistas, como Enrico Fermi (1901-1954, un gran científico experimental, que construyó el primer reactor nuclear) emigrado en 1939 a EEUU desde Italia​.

Fruto de ese conocimiento, a finales de la década de 1930 ya se sabía que la energía liberada al dividir el núcleo de ciertos átomos podría usarse para construir un arma, siguiendo los trabajos teóricos de A. Einstein (1879-1955), plasmados en una de las ecuaciones más famosas de la física: E=mc², ecuación que dice que una pequeña cantidad de masa m puede convertirse en una gran cantidad de energía E porque el factor c² (la velocidad de la luz, 300.000 km/s elevada al cuadrado) es un número descomunal.

Ante la posibilidad de que Hitler pudiera desarrollar un arma de esas características, en agosto de 1939 los físicos de origen húngaro Leó Szilárd (1989-1964), Edward Teller (1908-2003) y Eugene Wigner (1902-1995), quisieron alertar a F. D. Roosevelt, Presidente de Estados Unidos, de esta amenaza para que su país pusiera en marcha cuanto antes su propio programa nuclear.  Tras debatir la cuestión entre los tres, L. Szilard redactó una carta dirigida a Roosevelt, alertando de la situación. Con objeto de que tuviera el eco que debía, propuso a su amigo A. Einstein que firmara dicha carta, al ser por aquel tiempo el físico teórico más célebre del mundo. Einstein accedió gustoso, ante la amenaza global que intentaba prevenirse. En dicha carta, se urgía al Presidente de los Estados Unidos a tomar medidas para adquirir reservas de mineral de uranio y acelerar la investigación que Enrico Fermi y otros científicos estaban llevando a cabo sobre las posibilidades de provocar reacciones nucleares en cadena a partir del bombardeo con neutrones de ciertos átomos pesados, como el uranio o el plutonio.

Los autores de la carta a Roosevelt, Albert Einstein y Leo Szilard

La siguiente figura muestra la célebre carta de A. Einstein-L. Szilard, alentando al Presidente F. D. Roosevelt a emprender acciones decididas hacia la consecución de la bomba atómica. La carta está fechada el 2 de agosto de 1939, justo un mes antes del comienzo de la Segunda Guerra Mundial. El último párrafo de la carta alerta especialmente de las acciones emprendidas por la Alemania nazi en este ámbito: "Ciertamente, Alemania acaba de frenar la venta de uranio de las minas checoslovacas que controla. Que se haya tomado una acción tan rápida, tal vez podría entenderse sobre la base de que el hijo del Subsecretario de Estado alemán, von Weizsäcker, está vinculado al Instituto Kaiser-Wilhelm de Berlín, donde se está repitiendo parte del trabajo realizado en EEUU sobre el uranio"

Carta Szilard-Einstein, fechada el 2 de agosto de 1939

2. Puesta en marcha del Proyecto

 El presidente Roosevelt se tomó muy en serio la amenaza, firmó la orden de desarrollar un arma nuclear y puso al frente de tan ambicioso proyecto a un militar y a un científico: el General Leslie Groves (1896-1970), y el físico teórico Robert Oppenheimer (1904-1967), al que se considera el fundador de la escuela estadounidense de física teórica, y que ya había realizado investigaciones importantes en campos tales como astrofísica, física nuclear, física del estado sólido, espectroscopia y teoría cuántica de campos:

Izquierda: el general Leslie Grooves. Derecha: Robert Oppenheimer

Ambos, Groves y Oppenheimer, se convirtieron así en los líderes del programa denominado con el nombre clave Proyecto Manhattan, que inició sus trabajos en enero de 1942. Oppenheimer dispuso de recursos ilimitados para su trabajo científico y reunió a un extraordinario grupo de físicos, químicos, técnicos e ingenieros para alcanzar el objetivo de construir una bomba atómica. A tal fin, reclutó a las mentes más brillantes de la época: Hans Bethe (1906-2005, director de la división teórica del Proyecto, Premio Nobel de Física en 1967), Enrico Fermi (uno de los principales asesores del Proyecto, Premio Nobel de Física en 1938), Richard Feynman (1918-1988, un joven genio poco conocido entonces, que recibiría el Premio Nobel de Física en 1965) y muchos otros, hasta completar un impresionante elenco de científicos de la mayor cualificación de su tiempo.

Uno de los problemas a los que se enfrentó Oppenheimer era que cualquier avance en el programa debía considerarse secreto y debía mantenerse oculto, por lo cual cada científico era seguido de cerca para prevenir cualquier posibilidad de fuga de información. Para ahorrar en recursos y en seguridad, Oppenheimer propuso reunir a todos los científicos y llevarlos a un lugar secreto donde no tendrían comunicación con el exterior. La idea fue aceptada con gusto por los militares, quienes solicitaron un lugar con buen clima para poder trabajar todo el año, lejos de cualquier costa para prevenir posibles ataques enemigos, alejado de grandes ciudades para no levantar sospechas de la población, y lo más aislado posible pero al mismo tiempo dotado ya de carreteras construidas para no retrasar el proyecto.

Por motivos familiares, Oppenheimer conocía un emplazamiento con todas las características solicitadas por Groves en las montañas de Nuevo México donde sólo había un par de ranchos y una escuela conocida como Los Alamos Ranch School. A fines de 1942 el gobierno compró las tierras y un enorme contingente militar levantó en pocas semanas una ciudad completa que pasó a llamarse simplemente Los Alamos. El siguiente vídeo muestra imágenes originales grabadas por científicos y sus familiares que participaron el Proyecto:

La red de laboratorios y empresas implicadas en la obtención de la bomba era enorme y no se limitaba al recinto de Los Álamos. El Proyecto Manhattan fue creciendo progresivamente hasta tener más de 130.000 empleados, con un coste total del Proyecto cercano a los 1.900 millones de dólares de la época (unos 29.000 millones de 2020). La investigación y producción se llevaron a cabo en más de 30 lugares repartidos  por todos los Estados Unidos, Reino Unido y Canadá. El siguiente mapa muestra la ubicación de los principales centros implicados en los EEUU:

Los centros de investigación implicados en el Proyecto Manhattan en EEUU

El material necesario para construir el arma nuclear (uranio y plutonio de alta pureza) era muy escaso y difícil de conseguir y fue lentamente recolectado y fabricado en varios otros laboratorios mediante nuevas técnicas desarrolladas como parte el Proyecto. Prueba de dicha escasez es que en el verano de 1945, tras algo más de tres años de trabajo desde el comienzo de Proyecto, sólo había suficiente material para construir tres bombas, una de uranio y dos de plutonio. Se decidió que una bomba de plutonio sería usada como prueba y las otras serían usadas en el campo de batalla. Los estudios previos habían mostrado que para obtener una reacción en cadena que provocara una explosión devastadora, era necesario que la cantidad de material radiactivo que debía llevar cada bomba tenía que ser superior a una cierta cantidad denominada masa crítica. Concluyeron que una bomba fabricada con uranio funcionaría al hacer chocar dos porciones de uranio impulsadas a alta velocidad una contra la otra, cada una de ellas con una masa inferior a la crítica, con objeto de poderla transportar sin peligro. Esto se lograría con una especie de cañón incluido en la bomba, que dispararía una de las porciones de uranio contra la otra. Este mecanismo, de tamaño relativamente compacto, posibilitó la construcción de una bomba con unas dimensiones razonablemente reducidas como para poder ser transportada en un avión.

El uso del plutonio era más complejo, lo que no permitía usar el mecanismo ideado para el uranio, ya que era necesaria una compresión simétrica de la masa de plutonio para generar la reacción en cadena. Este problema fue resuelto con una bomba de geometría esférica, en la que una pequeña esfera de plutonio, situada en el centro del dispositivo, sería comprimida por explosivos convencionales que explotarían todos a la vez de manera simétrica tras colocarlos en el exterior de la esfera, rodeándola por completo. La imagen muestra ambos artefactos, con un esquema de la estructura interna de cada uno:

Izquierda: bomba de uranio. Derecha, bomba de plutonio

En julio de 1945 la bomba de uranio y las dos bombas de plutonio estaban terminadas. Una de las dos bombas de plutonio se probó en una planicie del desierto al sur de Nuevo México llamado Alamogordo y a la prueba se le dio el nombre clave Trinity. Por su forma y tamaños, las otras dos bombas fueron denominadas Little Boy (la de uranio) y Fat Man (la de plutonio). Trinity se probó con éxito el 16 de julio de 1945; el destino de Little Boy (la bomba arrojada sobre Hiroshima el 6 de agosto) y Fat Man (la que destruyó Nagasaki tres días después) es de sobra conocido. Grove, Openhheimmer y su equipo consiguieron fabricar la primera bomba atómica en tan solo 3 años y algunos meses desde la puesta en marcha del Proyecto.

3. ¿Un Proyecto Manhattan para encontrar la vacuna frente al COVID-19?

Hoy, en la búsqueda de la vacuna contra el COVID-19, nos encontramos ante un problema parecido al que se enfrentaron EEUU, Gran Bretaña y Canadá en la Segunda Guerra Mundial. Cito de nuevo a Seth Berkley, que en la frase final del artículo mencionado indica: "En muchos sentidos, [la búsqueda de la vacuna frente al] COVID-19 se parece más al Proyecto Manhattan que a otros grandes esfuerzos científicos, no solo porque implica la aplicación de la ciencia y no solo en términos de escala, sino porque es un problema de seguridad global. En la carrera por desarrollar una vacuna contra el SARS-CoV-2, todos debemos ganar".