CV Raman vio nuevas líneas de luz en un laboratorio de Calcuta el 28 de febrero de 1928, y dos años después fue el primer asiático en ganar un Nobel de ciencias

El efecto Raman es un pequeño cambio en el color de la luz después de dispersarse en las moléculas. CV Raman lo vio por primera vez como líneas nítidas nuevas en un espectroscopio, un instrumento que despliega la luz en sus colores, el 28 de febrero de 1928 en la Indian Association for the Cultivation of Science (IACS), 210 Bowbazar Street, Calcuta. Siguió un Premio Nobel de Física en 1930, y la fundación de las Reuniones de Premios Nobel de Lindau lo describe como el primer científico asiático en ganar un Nobel de ciencias.

Los historiadores aún discuten dos partes de la historia. Una es cuánto mérito corresponde a su estudiante KS Krishnan. La otra es cómo tratar a dos físicos soviéticos que vieron las mismas líneas en un cristal en Moscú casi al mismo tiempo.

Qué es el efecto Raman, en palabras sencillas

Si se hace pasar un haz por un líquido transparente, las moléculas dispersan parte de él hacia los lados, y por eso se ve el haz de costado. Casi toda esa luz dispersada conserva el color con el que empezó. El resumen de la Fundación Nobel dice que Raman halló en 1928 que una pequeña porción adquiere otras longitudes de onda, porque parte de la energía de los fotones entrantes, los paquetes de luz, puede pasar a una molécula.

H Pleijel, presidente del Comité Nobel de Física, describió la prueba en su discurso de presentación del 10 de diciembre de 1930. Se iluminaba una muestra con una sola línea de una lámpara de mercurio y se observaba la luz dispersada en un espectrógrafo, que registra cada longitud de onda como una línea. Aparecían líneas nítidas nuevas a ambos lados de la original, y cuando se cambiaba la línea del mercurio las nuevas líneas se movían con ella, manteniendo la misma separación. Las separaciones coinciden con las frecuencias de vibración de la propia molécula, explicó Pleijel, de modo que difieren de una sustancia a otra.

Un mar azul y seis años de dispersión

Raman nació en Tiruchirappalli el 7 de noviembre de 1888. En 1907 obtuvo una maestría en el Presidency College de Madrás. La biografía de la Fundación Nobel dice que una carrera científica no parecía entonces la mejor perspectiva, así que ese año entró en el Departamento de Finanzas de la India. El empleo le ocupaba casi todo el tiempo, pero encontró ocasiones de hacer experimentos en el laboratorio de la IACS.

Mahendralal Sircar fundó la IACS, y el American Institute of Physics da como fecha de fundación el 29 de julio de 1876. Según el físico Arnab Rai Choudhuri, Raman vio su letrero desde un tranvía camino al trabajo, entró y fue recibido por el hijo de Sircar. En 1917 había aceptado la recién dotada Cátedra Palit de Física en la Universidad de Calcuta, y en 1919 pasó a ser secretario honorario de la IACS.

El mar llega en 1921. Un viaje a Europa aquel verano le dio su primera oportunidad de ver “la maravillosa opalescencia azul del mar Mediterráneo”, escribió en su conferencia del Nobel. La luz del sol dispersada por las moléculas del agua parecía una causa probable del color. Los experimentos para comprobarlo empezaron cuando volvió a Calcuta en septiembre de 1921.

Durante los seis años siguientes el laboratorio estudió la dispersión en gases, líquidos y cristales, y la conferencia nombra a nueve colaboradores de ese periodo. Describe también el enigma que llevó al descubrimiento: además de la dispersión ordinaria había un resplandor mucho más tenue de otro color. KR Ramanathan lo observó por primera vez en abril de 1923, dice Raman, y no se debilitó tras repetidas destilaciones en vacío, de modo que se descartó una impureza. Krishnan lo encontró en muchos otros líquidos en 1924. El artículo de Ramanathan y Krishnan lo llamó “fluorescencia débil”. Raman dijo en 1928 que sospechaba una nueva clase de radiación pero se contuvo, porque pocos líquidos parecían mostrarla y se suponía no polarizada, como la fluorescencia.

Luz del sol, una lente de siete pulgadas y una lámpara de mercurio

Los pasos siguientes provienen de la conferencia del Nobel y del discurso de Raman del 16 de marzo de 1928 ante la South Indian Science Association en Bangalore. S Venkateswaran retomó el problema en enero de 1928 y, según la conferencia, informó de que la luz del sol dispersada por glicerina purificada salía “de un verde brillante en lugar del azul habitual”. A comienzos de ese año, dijo Raman en Bangalore, concibió la idea de que el efecto era una especie de análogo óptico de la dispersión de rayos X hallada por Compton, en la que los rayos X dispersados salen con una longitud de onda cambiada. Siguió una nueva ronda de experimentos con Krishnan.

La luz del sol sirvió para las primeras pruebas. Un heliostato, un espejo que sigue al sol, la enviaba a través de una lente de telescopio de siete pulgadas y una lente de foco corto, que la comprimían en un lápiz de luz brillante. El haz pasaba por un filtro azul violeta y luego por un líquido en un bulbo de vidrio al vacío. Un filtro verde del color complementario se colocaba en el haz de entrada, donde bloqueaba todo, o entre el bulbo y el ojo del observador. Con el filtro en la segunda posición el rastro de luz dentro del líquido seguía visible. Unos 80 líquidos, dijo Raman, lo mostraron todos, y la luz estaba casi tan polarizada como la dispersión ordinaria, algo que la fluorescencia normalmente no es.

Los dos firmaron una carta a Nature desde el 210 de Bowbazar Street, fechada el 16 de febrero, que apareció el 31 de marzo de 1928 como “A New Type of Secondary Radiation”. El físico ruso IL Fabelinskii señala en una historia de 1998 que describía el trabajo con luz del sol y filtros cruzados y no podía mostrar líneas.

Las líneas llegaron el 28 de febrero. El discurso de Raman describe el cambio a una lámpara de mercurio de cuarzo con un filtro que cortaba toda línea visible del mercurio de longitud de onda mayor que la línea índigo de 4.358 unidades angstrom (unos 436 nanómetros). La luz atravesaba un líquido sin polvo y la luz dispersada se observaba con un espectroscopio de visión directa. Aparecieron dos o más líneas brillantes nítidas en el azul y el verde que la propia lámpara no producía. “El espectro de líneas de la nueva radiación se vio por primera vez el 28 de febrero de 1928”, dijo Raman en Bangalore, y añadió que la observación se hizo pública al día siguiente. Bhagavantam, un colaborador, recordó en 1978 que un diario de Calcuta publicó el anuncio el 29 de febrero.

La conferencia dice que las primeras fotografías vinieron del espectrógrafo de cuarzo portátil más pequeño fabricado por la firma Hilger, y que Krishnan, con uno mayor, estableció por primera vez de forma definitiva líneas desplazadas hacia el extremo violeta. Un segundo artículo de ambos en Nature está fechado el 8 de marzo y se publicó el 21 de abril de 1928.

A quién se atribuye el mérito en Calcuta

El discurso de Raman en Bangalore termina agradeciendo a Krishnan: “Debo mucho a la valiosa cooperación en esta investigación del señor K S Krishnan.” Krishnan lo “ayudó de manera muy sustancial”, añade la conferencia del Nobel. La mayoría de los artículos de la serie del descubrimiento llevan ambos nombres, señala Choudhuri.

Si Krishnan ha recibido suficiente reconocimiento es “otra disputa más seria”, en palabras de Choudhuri. Cita el diario de Krishnan, publicado por DCV Mallik en 2000. Una entrada del 9 de febrero de 1928 muestra a Raman, al discutir el problema con Krishnan y Venkateswaran, diciendo que el fenómeno “debería llamarse efecto Raman-Krishnan”. El diario está roto, añade Choudhuri, y termina a media frase en la entrada del 28 de febrero. El Premio Nobel fue solo para Raman, en su totalidad.

Una segunda cuestión es 1923. Escribiendo en Nature en enero de 1929, Raman dijo que en Calcuta se habían establecido longitudes de onda cambiadas ya en 1923. Fabelinskii no está de acuerdo. El trabajo de Ramanathan y Krishnan muestra luminiscencia, dice, y el propio Krishnan entendió que veía fluorescencia, no el efecto. La conferencia del Nobel de Raman es más cuidadosa que la carta de 1929: llama al hallazgo de Ramanathan la primera observación de un fenómeno desconcertante, y dice que la primera señal de su verdadera naturaleza vino “de otro lado”, el resultado de la glicerina.

Una semana antes en Moscú

Leonid Mandelstam y Grigory Landsberg, en la Universidad Estatal de Moscú, buscaban otra cosa en el cuarzo: estructura fina en la luz dispersada por las vibraciones térmicas del cristal. Fabelinskii trabajó 20 años en el laboratorio de Landsberg. Cita la respuesta de Mandelstam al físico Orest Khvolson de que notaron por primera vez las nuevas líneas el 21 de febrero de 1928, y dice que Landsberg fechó entre el 23 y el 24 de febrero un negativo de 15 horas que las mostraba.

Calcuta llegó primero a la imprenta, el 31 de marzo y el 21 de abril. El artículo de Moscú se presentó a la revista Naturwissenschaften el 6 de mayo y salió el 13 de julio. Un pariente de Mandelstam fue detenido el 15 de marzo de 1928, escribe Fabelinskii, y el tiempo dedicado a lograr que lo liberaran explica el retraso. Según su relato, el artículo de Moscú dio desde el principio la explicación cuántica correcta, mientras que Raman y Krishnan pensaron al principio que las líneas desplazadas estaban en el mismo lugar para toda sustancia y leyeron las líneas del lado violeta como prueba de “absorción negativa”.

Los contemporáneos trataron los dos hallazgos como independientes. Max Born, escribiendo tras un congreso soviético de física en agosto de 1928, dijo que el descubrimiento de Moscú se hizo con independencia de los indios y casi simultáneamente, informa Fabelinskii. Raman escribió en Nature en enero de 1929 que los rusos hicieron su primera comunicación después de los artículos de Nature del 31 de marzo y el 21 de abril, lo que coincide con las fechas anteriores. Sería justo llamar al fenómeno efecto de Raman, Mandelstam y Landsberg, dice Fabelinskii. Smekal había predicho tales frecuencias adicionales en 1923, señala, y Kramers y Heisenberg publicaron la teoría en 1925.

El premio de 1930 y el pasaje reservado

El archivo de nominaciones de la Fundación Nobel enumera diez nominaciones para Raman en 1930, entre ellas las de Niels Bohr, Louis de Broglie, Ernest Rutherford, Jean Perrin y Charles Wilson. Una de las diez, de Khvolson, nombraba a Landsberg y Mandelstam junto a él. Nikolay Papaleksi nominó solo a Mandelstam. Eso hace una nominación para Landsberg y dos para Mandelstam.

El premio fue para Raman, en su totalidad, “por su trabajo sobre la dispersión de la luz y por el descubrimiento del efecto que lleva su nombre”. Su conferencia, “The molecular scattering of light”, siguió el 11 de diciembre de 1930. La Royal Society lo había elegido miembro en 1924, y el título de caballero llegó en 1929. Los premios recientes en el mismo campo se explican en para qué fueron los 33 Premios Nobel de ciencias de 2016 a 2026.

Fabelinskii califica la decisión del comité de error, ya que los tres podrían haber compartido el premio. Los rumores de que al comité no le gustaba el sistema soviético no se sostienen, a su juicio, y señala en cambio las razones planteadas por el físico VL Ginzburg. Los físicos soviéticos con derecho a nominar en su mayoría no propusieron a Landsberg y Mandelstam, y los físicos extranjeros que conocían su trabajo, Rutherford entre ellos, propusieron solo a Raman. El recuerdo de Bhagavantam de 1978, que cita Fabelinskii, es que dos meses antes de que se anunciara el premio Raman había reservado su pasaje en vapor para llegar a tiempo a la ceremonia de Estocolmo.

Para qué resultaron buenos los espectros

Las vibraciones moleculares están en el infrarrojo, dijo Pleijel en la ceremonia, lejos del rango al que eran sensibles las placas fotográficas de 1930. Con las líneas Raman, dijo, ese espectro se traslada a un rango donde las placas funcionan y puede medirse con exactitud.

Fabelinskii cuenta 70 publicaciones sobre el efecto en 1928 y unas 200 a fines de 1929, y 1.800 artículos hacia 1939 que cubrían los espectros de 2.500 compuestos. Las fuentes láser de alta potencia permitieron después descubrir nuevos fenómenos en la dispersión combinada, añade. La Fundación Nobel dice que el fenómeno se usa para analizar distintos tipos de material.

En Marte, el rover Perseverance de la NASA lleva SHERLOC, un instrumento que debe su nombre a la espectroscopia Raman y de luminiscencia. Un problema con una tapa había dejado fuera de servicio su capacidad Raman, dijo la NASA en una actualización del 5 de marzo de 2024.

Bangalore, un laboratorio propio y los últimos años

Después vino el Indian Institute of Science (IISc) en Bangalore. El IISc registra que fue su primer director indio el 31 de marzo de 1933 y que ese mismo año creó su Departamento de Física. Al dejar la dirección el 19 de julio de 1937, dice el IISc, siguió como profesor de Física hasta su jubilación en 1948. Entre sus alumnos allí estuvieron GN Ramachandran, S Ramaseshan y Vikram Sarabhai.

Las razones de 1937 son discutidas. Según su biógrafo G Venkataraman, Raman chocó con personal y miembros del consejo de mayor rango tras reorganizar departamentos y trasladar parte del presupuesto del Instituto al nuevo departamento de física, lo que trajo acusaciones de malversación. Venkataraman dice que el comité de revisión nombrado por el virrey “hizo lo que se suponía que debía hacer, a saber, acabar con Raman”. Una carta del 1 de junio de 1937 de Raman ofrecía poner fin a su contrato como director. Venkataraman, que admiraba a Raman, llama a la lucha una batalla entre la excelencia y la mediocridad. El informe del propio comité no está entre las fuentes usadas aquí, así que esto es un lado de la disputa.

Hacia 1948 Raman tenía un instituto propio. El Raman Research Institute dice que el Gobierno de Mysore dio un terreno en Bangalore a Raman en diciembre de 1934, y que él fundó el Instituto en 1948 para continuar la investigación básica tras dejar el IISc y lo dirigió hasta su muerte. La biografía del Nobel enumera el trabajo de su laboratorio allí como la estructura y propiedades del diamante y la óptica de sustancias iridiscentes como el ópalo, el ágata y las perlas. Raman murió en Bangalore el 21 de noviembre de 1970.

El Día Nacional de la Ciencia, que se celebra cada 28 de febrero, conmemora el efecto Raman, dice la Press Information Bureau. El National Council for Science and Technology Communication pidió al gobierno en 1986 que designara el día, el gobierno aceptó, y el primer Día Nacional de la Ciencia se celebró el 28 de febrero de 1987.