Física - Física Moderna

Física Moderna

 

 Física no Brasil - Partículas elementares - Leite Lopes - um físico de 2 mundos

 

Em 19 de maio é comemorado o Dia do Físico, no Brasil.  Aproveitando a data, vamos rever uma das grandes participações de um cientista brasileiro no cenário da Física contemporânea.  Em nosso país, a física moderna foi implantada com a criação da Universidade de São Paulo (1934).

 Um dos melhores resultados da Revolução Constitucionalista de 1932, a criação da USP idealizada pelos principais políticos daquela época, transformou o cenário de pesquisa científíca da época no país, trazendo para São Paulo jovens pesquisadores formados nas melhores universidades da Europa que implantaram aqui a moderna pesquisa científica que se desenvolvia naquele continente. 

Alemanha, França e Inglaterra e outros países europeus menores eram o centro da cultura e da pesquisa científica no mundo e ditavam os caminhos das Ciências em todas as áreas. Eram também o centro econômico e político do mundo, apesar de terem saído da 1ª Guerra Mundial (1914-1918). Os principais cientistas em todas as áreas de pesquisa no mundo estavam lá, incluindo Albert Einstein. Os Estados Unidos estavam ensaiando os primeiros passos que viriam torná-lo a potência mundial que conhecemos hoje. A Rússia ensaiava as mudanças que a rápida industrialização e a expansão do ensino e pesquisa promoviam no país, insufladas pelo ventos soprados pela Revolução Bolchevique de 1917, que colocou Lenin e o Partido Comunista no poder em lugar dos czares que reinaram desde o século XVI. No meio deste progresso, uma rachadura cresceu rápidamente na Europa, resultado da rendição da Alemanha na 1ª Grande Guerra.  No tratado de armistício imposto a ela pela França e Inglaterra, estava a semente da 2º Guerra Mundial.  Ao impor à Alemanha o pagamento de uma indenização descomunal, os vencedores (UK e FR) implantaram no país germânico uma inflação galopante, maior que a inflação brasileira dos anos 70 e 80 e 90, que gerou fome e miséria generalizada, propiciando que alí surgisse um grupo que se apresentou ao povo alemão como seu salvador: o partido Nacional Socialista com seu líder Adolf Hitler. Uma das facetas deste líder é tratada em filme.

Para o Brasil dos anos 30, em especial São Paulo, os acontecimentos acima tiveram o efeito positivo de forçar a emigração de inúmeros pesquisadores europeus, especialmente os judeus, para outros solos que não o europeu.  Para cá vieram então numa segunda leva uma grande quantidade deles. Muitos de origem judia, outros indicados até por políticos totalitários que mantinham boas relações com o Brasil nos anos 30. É o caso da Itália de Mussolini. Até o ano de 1939, muitos estudantes brasileiros receberam bolsa de estudo para viajar e estudar em vários países europeus, e nestas viagens estabeleceram contato e estudos com os maiores cientistas da área que era de seu interesse.  De várias partes do Brasil, professores enviavam seus melhores alunos para estudar na nova USP, e aprender com os cientistas europeus os novos procedimentos de pesquisa avançada.  As aulas eram dadas na língua do docente, assim em algumas salas as aulas eram em francês, em outras em alemão, em outras inglês e em outras em italiano. Do Nordeste dos anos 30, um professor da Faculdade do Recife, Luiz Freire, recomendava a dois alunos seus, Mário Schenberg e posteriormente José Leite Lopes as unidades do sul do país, respectivamente a USP em São Paulo e a Universidade do Brasil (hoje UFRJ) no Rio de Janeiro. Schenberg entrou na Engenharia Elétrica (1935) da USP e no ano seguinte  na Matemática da USP.  Rapidamente passou a trabalhar em Física, e com esta formação foi indicado pelo seu mestre o ítalo-russo Gleb Wataghin, para uma viagem de estudos, tendo em vista os sucessos que o grupo de estudos de radiação cósmica estava alcançando naqueles anos 30. No grupo de Wataghin estavam os jovens Cesar Lattes, Oscar Sala, Roberto Salmeron, Mário Schenberg, Marcelo Damy e Jayme Tiomno. Neste período Schenberg escreveu um artigo muito elogiado sobre a função delta de Dirac.  O elogio partiu de ninguém menos que Enrico Fermi, a quem ele conheceu nesta viagem de estudos, que terminou rapidamente em 1939 com os prenúncios da Guerra.  Leite Lopes mais tarde no Rio de Janeiro, foi estudar Física e já havia estudado Engenharia Química no Recife, posteriormente recebeu uma bolsa e se tranferiu para a USP, onde interagiu com Schenberg, e a seguir para Princeton nos Estados Unidos, em 1942, onde desenvolveu um trabalho de doutoramento (o primeiro a ser feito por um brasileiro) orientado por Wolfgang Pauli.  Pauli vários anos mais tarde, recomendaria a Leite Lopes desenvolver um estudo sobre a estabilidade dos núcleos atômicos, que resultaria no extraordinário trabalho de 1958. 

Na comemoração dos 40 anos de publicação deste trabalho de 1958 Leite Lopes faria uma resenha.  O trabalho continha uma das primeiras referências à existência de partículas que fariam a ligação entre prótons e neutrons dentro do núcleo, mantendo sua estabilidade.  As massas dos cálculos eram absurdamente altas de 80 a 100 vezes a massa do próton. Apesar de parecer um disparate, os cálculos eram todos corretos. Na publicação da época, os revisores cortaram as referências (esta e outras ) que eles julgaram disparatadas(citação do prof. Leite Lopes). E o artigo foi publicado.  Outro artigo semelhante, não tão detalhado, foi publicado mais ou menos na mesma época por um cientista norte-americano de nome  Sidney Bludman.

Colegas de Leite Lopes tiveram acesso na época a estes dados completos de seu artigo e desenvolveram posteriormente uma teoria mais extensiva que atualmente é chamada de Teoria Eletrofraca ou  Modelo de Salam-Weinberg.  Estes dois últimos receberam o prêmio Nobel de Física(ver textos do prof. Bassalo), por esta contribuição. A teoria Eletrofraca e o artigo original de Leite Lopes previam a existência de mediadores de curto alcance e portanto massa muito grande que seriam os análogos do elétron e do fóton (luz) no interior do núcleo atômico. Estas partículas proveriam a estabilidade nuclear: as partículas carregadas W+ e W- (análogas dos elétrons e+ e e-), e a partícula neutra Z° (análogo ao fóton de luz de massa zero). Com massas respectivas de 80 e 90 vezes o próton.
No Brasil a partir de 1964, foi instalado um sistema ditatorial de governo pela cúpula do Exército com a participação das outras Armas. Nas universidades e demais setores do país houve a partir daí uma perseguição de cunho ideológico à semelhança do macartismo norte-americano, que resultou na prisão, tortura e morte de milhares de pessoas com oposição a tal estado de coisas. Leite Lopes, Schenberg e muitos outros, tendo em vista esta perseguição, receberam convites de prestigiosas instituições de pesquisa no exterior, visando a preservar sua integridade. Leite Lopes aceitou e foi para a Universidade Louis Pasteur, em Strasbourg-França, e ali permaneceu por 20 anos, retornando nos anos 80. Sempre continuou a lutar pela pesquisa séria no Brasil e no continente americano, embora estive exilado, por isto alguns companheiros o denominaram um físico de 2 mundos. 

Radioatividade

Em 1896, Antoine Henri Becquerel descobre a radiotividade trabalhando com sais de urânio, sendo que alguns deles brilhavam no escuro, fenômeno físico que era conhecido como fosforescência. Becquerel descobriu acidentalmente que algum tipo de radiação emanava dos sais de urânio, e impressionava filmes fotográficos protegidos dentro de caixas de papel opaco mesmo em ambientes sem iluminação. Ele também verificou que esta radiação era distinta do raio X, que havia sido descoberto um ano antes por Wilhelm Roentgen. A radiação do urânio, segundo Becquerel, podia atravessar papel, alumínio cartolinas e outros materiais. Os raios X, assim denominados por Roentgen devido à sua origem misteriosa, desapareciam quando o circuito elétrico era interrompido, o que não ocorria nos raios de Becquerel, que eram contínuos e de emissão natural ou expontânea.

Em  1897, Marie Sklodowska, impressionada com a descoberta de Becquerel, iniciou com Pierre Curie um grande e extenuante trabalho de investigação sobre a  emissão expontânea dos sais de Becquerel. Após se casarem, durante a investigação descobriram duas novas fontes de radioatividade mais intensas que os sais de urânio de Becquerel.  A primeira, um sal de tório, e a segunda no cristal da plechblenda (um minério), um sal muito radioativo.  Deste sal do minério da plechblenda eles conseguiram isolar dois novos elementos químicos, muito ativos, que receberam o nome de polônio e rádio, sendo o segundo o mais ativo entre todos  os da nova classificação.

Este fenômeno, de emissão expontânea de radiação, passou a ser conhecido com o nome de radioatividade; e os elementos químicos com esta propriedade, foram chamados de elementos radioativos.  O casal Curie também verificou que as radiações destes materiais além de atravessar várias substâncias, também causavam a ionização de gases e do próprio ar, além de produzirem cintilações em substâncias químicas  como o sulfeto de zinco (ZnS).

Em 1898, ao estudar estas radiações, o físico Ernest Rutherford verificou que elas eram formadas por três tipos diferentes de radiação que foram denominadas de α (alfa), β(beta) e γ(gama) sendo que a radiação beta emitia um espectro contínuo ou não discreto e as outras duas tinham um espectro discreto. Esta classificação alfabética foi feita em função do poder crescente de penetração das referidas radiações.

Átomo Moderno

Em 1897, Joseph John Thomson descobre o elétron ao estudar os raios catódicos produzidos em tubos de vidro onde se fazia alto vácuo. Estes tubos são os avós dos tubos de TV (e semelhantes)  que foram recentemente aposentados, substituídos na função de TV por telas planas de dispositivos de cristal líquido (LCD- em inglês).

Os tubos de raios catódicos de  William Crookes, foram criados por ele para estudar a condutividade elétrica dos gases em baixa pressão. Neste caminho ele descobriu várias propriedades dos gases em  condições de baixa pressão.

Até a descoberta de JJ Thomson, o átomo era basicamente o modelo de Dalton, onde seria esférico com propriedades químicas dadas em função da observação experimental dos compostos químicos dos quais eles faziam parte.

As descobertas relativas à eletricidade e ao magnetismo dos corpos evoluíram, inicialmente como propriedades físicas da matéria sem cogitar que seriam propriedades da menor parte da matéria ou átomo, que fisicamente era visto apenas como uma hipótese filosófica interessante. Muitos cientistas dos séculos XVIII , XIX e alguns do XX, viveram trabalharam e morreram sem acreditar na ideia do átomo. Um exemplo muito conhecido foi Lord Kelvin, mestre de James Clerk Maxwell, e o maior matemático inglês do século XIX, criador da Termodinâmica, que morreu no começo no começo do século XX (1907) sem acreditar na existência do átomo.