Fìsica de Partículas Parte III: O Nêutron!

Nêutron

Após a descoberta das duas primeiras partículas, seguiu-se uma louca busca por outras possíveis partículas ou por conhecimento maior do próton e do elétron. Um tempo após a descoberta do próton, Rutherford prever uma terceira partícula com características parecidas com as do próton, pois se o núcleo do átomo fosse composto apenas por prótons, cuja carga é positiva, haveria uma grande repulsão no interior do átomo e este se desmontaria não podendo gerar matéria. Porém não capaz de encontrar esta partícula com carga neutra que ajudaria no isolamento das partículas nucleares.

O cientista responsável por esta descoberta foi James Chadwick. Utilizando um experimento de Frederico e Irene Joliot – Cuirie.  Ao incidir sobre placas uma espécie de radiação obtida do átomo de Berílio, esperava-se que esta radiação fosse do tipo radiação gama. Em particular, Chadwick, utilizou como anteparo uma placa de parafina. Esta placa porém não teria prótons liberados com a energia da ordem da energia dos raios gama, então, deveria haver aí uma outra partícula desconhecida.  

Utilizando então um experimento parecido e mais uma câmara ionizadora, com um gás dentro que deveria emitir uma nova radiação ao ser ionizado. Com este experimento utilizando mesmo placas de chumbo viu-se que o gás se ionizava, o que indicava uma radiação com penetração muito alta.

Por outro lado, dois dos grandes pilares da física estão nos teoremas de conservação do momentum e da energia. Viu-se que com aquele sistema a cima descrito sendo composto apenas por prótons a energia e o momentum não eram conservados. Isto pôs os cientistas em uma dúvida, ou a física até então construída sobre estes pilares não existia, ou havia ali uma nova partícula muito parecida com o próton, porém sem carga.

Após uma sequência de cálculos, Chadwick conseguiu comprovar utilizando as leis de conservação que se tratava de uma partícula extra com um pouco mais de massa que o próprio próton.

Passamos a ter três partículas elementares e os novos rumos e horizontes se perguntavam: Será que a menor parte da matéria é esta à nossa frente? Veremos nos próximos textos que não, mesmo estas partículas (prótons e nêutrons são divisíveis). 

Física de Partículas e os Modelos Atômicos - Parte II

História do Próton

   Continuando nosso estudo das partículas, estamos interessados em saber um pouco do histórico das partículas estudadas pela física. Estas partículas são os tijolinhos que constituem a matéria. Tudo que existe é formado por elas.

   Na primeira parte, foi apresentada a descoberta do nêutron com auxílio dos raios catódico, falamos no experimento de Millikan que mediu a razão entre a carga e a massa do elétron e no modelo atômico sugerido por Thomson.

   Através do estudo dos raios catódicos, foi possível também descobrir que havia um tipo de partícula que, ao fazermos passar pelo mesmo eletro-imã que desviavam o elétron, também desviavam estas partículas, porém no sentido contrário ao do elétron. Estas partículas foram descobertas por Goldstein em 1986.

   Por causa da diferença neste desvio, chegou-se a conclusão que esta partícula deveria então ter uma carga elétrica oposta à do elétron, ou seja, era uma partícula positiva. Anos mais tarde ao trabalhar com este tipo de partícula, até então conhecida como partícula alfa, um aluno de Ernest Rutherford conclui o tipo de partícula descoberta e deu o nome de próton (primeiro em grego). Mas não foi só isso, ao lançar estas partículas frente a uma lâmina de ouro percebeu que uma grande maioria destas partículas passavam por esta lâmina e chegavam a um anteparo colocado atrás do ouro, enquanto uma pequena quantidade simplesmente refletia ao chegar nesta Lâmina.  

   Com isto, Rutherford percebeu que no átomo deveria haver dimensões imensas que deveria permitir a passagem destas partículas e que no centro onde havia cargas positivas era um ponto muito concentrado no interior do átomo. Assim o modelo atômico de Thomson foi alterado colocando os elétrons nas regiões mais externas do átomo e identificou um núcleo muito pequeno no centro dos átomos. Este modelo foi nomeado como modelo planetário pois os elétrons deveriam se movimentar como os planetas em torno do sol.

   Pela maneira com que os prótons voltavam utilizando a ferramenta matemática e a física disponível no momento (teoria de espalhamento envolvendo a variação do momentum linear das partículas), Rutherford conseguiu descobrir a massa do próton que então é duas mil vezes a massa do elétron.

   Este foi mais um grande passo na descoberta das partículas. Estas duas e mais o nêutron, que será o tema do próximo texto, perduraram como partículas elementares por muito tempo.