James Franck (Hamburgo, 26 de agosto de 1882 - Gotinga, 21 de mayo de 1964) fue un físico alemán, ganador del Premio Nobel de Física en 1925 compartido con Gustav Hertz «por su descubrimiento de las leyes que gobiernan el impacto de un electrón en un átomo»
Biografía Completó su doctorado en 1906 y su habilitación en 1911 en la Universidad Frederick William de Berlín, donde fue profesor y enseñó hasta 1918 tras haber alcanzado la posición de profesor extraordinario. Sirvió como voluntario en el ejército alemán durante la Primera Guerra Mundial. Gravemente herido en 1917 durante un ataque con gas, fue galardonado con la Cruz de Hierro de 1.ª clase.
Franck se convirtió en jefe de la División de Física del Instituto Kaiser Wilhelm para la Fisicoquímica y la Electroquímica. En 1920, pasó a ser profesor ordinario de física experimental y Director del Segundo Instituto de Física Experimental en la Universidad de Gotinga, aunque no trabajó en física cuántica con Max Born, que fue director del Instituto de Física Teórica. Su trabajo incluyó el experimento de Franck y Hertz, una importante confirmación del modelo atómico de Bohr. Promovió las carreras dentro de la física de numerosas mujeres, en particular las de Lise Meitner, Hertha Sponer y Hilde Levi.
Después de que el Partido Nacional-Socialista llegase al poder en Alemania en 1933, Franck renunció a su cargo en protesta por el despido de sus colegas académicos. Asistió al físico británico Frederick Lindemann para prestar ayuda a los científicos judíos despedidos, encontrándoles trabajo en el extranjero, antes de abandonar Alemania en noviembre de 1933. Después de un año en el Instituto Niels Bohr en Dinamarca, se trasladó a los Estados Unidos, donde trabajó en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore y luego en la Universidad de Chicago. Durante este periodo se interesó en la fotosíntesis.
Franck participó en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial como Director de la División de Química del Laboratorio Metalúrgico. También fue el presidente de la Comisión de Política Social y problemas relacionados con la bomba atómica, conocido por redactar el Informe Franck, que recomendó que las bombas atómicas no fueran utilizadas en las ciudades japonesas sin previo aviso.
Primeros años de vida James Franck nació en Hamburgo, Alemania, el 26 de agosto de 1882, primer varón y segundo hijo de Jacob Franck, banquero, y de su esposa Rebecca (Nachum Drucker de soltera). Tenía una hermana mayor, Paula, y un hermano menor, Robert Bernard: su padre era un hombre devoto y religioso, mientras que su madre provenía de una familia de rabinos. Cursó estudios primarios en Hamburgo, y a partir de 1891 asistió al Wilhelm-Gymnasium de Hamburgo, que por entonces era un instituto solo para varones.
Hamburgo no tenía ninguna universidad, por lo que los futuros estudiantes tenían que asistir a alguna de las 22 universidades de Alemania situadas en otros lugares. Con la intención de estudiar derecho y economía, Franck ingresó en la Universidad de Heidelberg en 1901, ya que tenía un conocida facultad de leyes. Asistió a conferencias sobre derecho, pero estaba mucho más interesado en las de la ciencia. Una vez allí, se encontró con Max Born, que se convertiría en su amigo de por vida. Con la ayuda de Born, que fue capaz de convencer a sus padres para que le permitiesen pasarse al estudio de la física y de la química, Franck pudo asistir a las conferencias de matemáticas de Leo Königsberger y de Georg Cantor. Sin embargo, como Heidelberg no era un centro destacado en ciencias físicas, decidió matricularse en la Universidad Káiser Federico-Guillermo de Berlín.
En Berlín, Franck asistió a las conferencias de Max Planck y de Emil Warburg. El 28 de julio de 1904 salvó a un par de niños de ahogarse en el río Spree. Para su doctorado bajo la supervisión de Warburg, éste le sugirió que estudiase el efecto corona. Franck encontró este tema demasiado complejo, por lo que cambió el foco de su tesis, que pasó a titularse Über der Beweglichkeit Ladungsträger der Spitzenentladung ("Sobre la movilidad de los iones"), que posteriormente se publicó en los Annalen der Physik.
Una vez completada su tesis, Franck tuvo que realizar su servicio militar diferido. Fue llamado a filas el 1 de octubre de 1906 y se unió al Batallón Telegráfico. En diciembre sufrió un accidente menor de equitación y fue dado de alta como no apto para el servicio. Tomó una ayudantía en el Physikalische Verein de Frankfurt en 1907, pero no le gustó, y pronto volvió a la Universidad Káiser Federico-Guillermo. En un concierto Franck conoció a Ingrid Josephson, una pianista sueca. Se casaron en una ceremonia por el rito sueco en Goteborg el 23 de diciembre de 1907. Tuvieron dos hijas, Dagmar (Daggie), que nació en 1909, y Elisabeth (Lisa), que nació en 1912.
Para seguir una carrera académica en Alemania no bastaba con tener un doctorado; se necesitaba obtener la venia legendi, o habilitación, que podía lograrse ya fuera con otra tesis principal o mediante la producción de un importante cuerpo de trabajos publicados, y eligió el segundo procedimiento. Había muchos problemas sin resolver en la física de la época, y en 1914 se habían publicado 34 artículos. Franck era el autor único de algunos, pero en general prefería trabajar en colaboración con , Lise Meitner, Robert Pohl, , Robert W. Wood, Arthur Wehnelt o Wilhelm Westphal. Su colaboración más fructífera fue con Gustav Hertz, con el que coescribió 19 artículos. Recibió su habilitación el 20 de mayo de 1911.
Experimento de Franck y Hertz
thumb|right|Corriente en el ánodo (unidades arbitrarias) contra voltaje en la rejilla (relativo al cátodo).Este gráfico está basado en el artículo original de Franck y Hertz (1914).|alt=Gráfico. El eje vertical está marcado como "corriente", en el rango entre 0 y 300 en unidades arbitrarias. El eje horizontal está marcado como "voltaje", en el rango entre 0 y 15 volts. En 1914, Franck se asoció con Hertz para llevar a cabo un experimento para investigar la fluorescencia. Diseñaron un tubo de vacío para el estudio de electrones energéticos que atravesaban un vapor enrarecido de átomos de mercurio. Descubrieron que cuando un electrón choca con un átomo de mercurio puede perder solo una cantidad específica (4,9 electrón voltios) de su energía cinética antes de saltar. Un electrón más rápido no desacelere completamente después de una colisión, pero pierde precisamente la misma cantidad de su energía cinética. Los electrones lentos simplemente rebotan en los átomos de mercurio sin perder significativamente velocidad o energía cinética.
Estos resultados experimentales proporcionaron la confirmación del efecto fotoeléctrico predicho por Albert Einstein y la relación de Planck (E = fh) que une la energía (E) y la frecuencia (f) derivados de la cuantificación de la energía con la constante de Planck (h). Además, también proporcionaron una evidencia que apoyaba el modelo atómico que había sido propuesto el año anterior por Niels Bohr. Su característica fundamental es que un electrón dentro de un átomo ocupa uno de los "niveles de energía cuántica" del átomo. Antes de una colisión, un electrón dentro del átomo de mercurio ocupa su nivel de energía más bajo disponible. Después de la colisión, el electrón en el interior se encuentra en un nivel de energía más alto con 4.9 electrón-voltios (eV) de energía adicional. Esto significa que el electrón se une más débilmente al átomo de mercurio. No aparecen ni son posibles niveles intermedios.
En un segundo documento presentado en mayo de 1914, Franck y Hertz informaron acerca de la emisión de luz por los átomos de mercurio que habían absorbido la energía de las colisiones. Demostraron que la longitud de onda de esta luz ultravioleta correspondía exactamente a 4,9 eV de energía que el electrón había perdido. La relación entre la energía y la longitud de onda también había sido predicha por Bohr. Franck y Hertz completaron su último artículo en diciembre de 1918, en el que se reconciliaron las discrepancias entre sus resultados y la teoría de Bohr, que ahora conocían. En su discurso de recepción del Nobel, Franck admitió que era «totalmente incomprensible que hubiésemos fallado en reconocer la importancia fundamental de la teoría de Bohr, tanto es así, que ni siquiera se hubiera mencionado ni una vez». El 10 de diciembre de 1926, Franck y Hertz fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 1925 "por su descubrimiento de las leyes que gobiernan el impacto de un electrón en un átomo".
Primera Guerra Mundial Franck se alistó en el Ejército Imperial Alemán poco después del estallido de la Primera Guerra Mundial en agosto de 1914. En diciembre fue enviado al sector de la Picardía en el Frente Occidental. Se convirtió en oficial adjunto y después en teniente en 1915. Fue galardonado con la Cruz de Hierro de segunda clase el 30 de marzo de 1915, y la ciudad de Hamburgo le concedió la Cruz Hanseática el 11 de enero de 1916. Mientras estuba en el hospital con pleuresía, coescribió otro artículo científico con Hertz y fue nombrado profesor asistente en su ausencia por la Universidad Káiser Federico-Guillermo el 19 de septiembre de 1916. Enviado al Frente Ruso, fue dado de baja por disentería. Regresó a Berlín, donde se unió a Hertz, Westphal, Hans Geiger, Otto Hahn y otros en el Laboratorio Fritz Haber del Instituto Káiser Federico-Guillermo de Física Química y Electroquímica, trabajando en el desarrollo de máscaras antigás. Fue galardonado con la Cruz de Hierro de Primera Clase, el 23 de febrero de 1918, siendo dado de alta del Ejército el 25 de noviembre de 1918, poco después del final de la guerra.
Terminada la guerra, Haber volvió a la investigación en el Instituto Káiser Federico-Guillermo, y le ofreció un trabajo a Franck. Su nuevo cargo vino con un sueldo más alto, pero no era un trabajo a tiempo completo. Sin embargo, se admitió que Franck pudiera proseguir su investigación como deseaba. Trabajando con nuevos colaboradores, más jóvenes, como Walter Grotrian, Paul Knipping, Thea Krüger, Fritz Reiche y Hertha Sponer, sus primeras investigaciones en el Instituto examinaron los electrones atómicos en su estado excitado, resultados que posteriormente serían importantes para el desarrollo del láser. Acuñaron el término "metastable" para los átomos que pasan un tiempo prolongado en un estado que no sea de mínima energía. Cuando Niels Bohr visitó Berlín en 1920, Meitner y Franck le organizaron una visita al Instituto para hablar con el personal más joven sin la presencia de los bonzen ( "peces gordos").
Göttingen thumb|left|Die Bonzen (los peces gordos), izquierda a derecha: , Max Born, James Franck y Robert Pohl en 1923 En 1920, la Universidad de Gotinga ofreció a Max Born su cátedra de física teórica, que recientemente había sido desocupada por Peter Debye. Gotinga era un centro importante para las matemáticas, gracias a David Hilbert, Felix Klein, Hermann Minkowski y Carl Runge, pero no tanto para la física. Esto cambiaría rápidamente. Como parte de sus condiciones para ir a Gotinga, Born quería que Franck dirigiese la física experimental allí. El 15 de noviembre de 1920, Franck se convirtió en profesor de física experimental y Director del Segundo Instituto de Física Experimental, con el rango de profesor ordinario. Se le permitió tener dos ayudantes, así que trajo con él a Hertha Sponer de Berlín que ocupó uno de los puestos. Pohl, un profesor dotado, encabezó el primer Instituto, y manejó las clases. Franck reformó el laboratorio con equipos de última generación con sus propios fondos.