100 Anos de Raios Cósmicos e o surgimento da Física no Brasil

Em 1986 o cientista francês Henri Becquerel descobriu que certos materiais eram radioativos. Mas o que significa ser radioativo? As imagens mais típicas que temos de elementos radioativos são que 1) eles tem um brilho característico e 2) tem um hábito desagradável de serem prejudiciais à saúde.

Em essência o que ocorre com tais elementos é que o núcleo deles é muito grande. Tão grande que as forças nucleares estão no limite para manter o núcleo íntegro. Então eventualmente o núcleo pode emitir radiação, o que altera a configuração nuclear para uma mais estável. Essa radiação carrega muita energia, que ao incidir sobre um material pode retirar elétrons dos átomos que o constituem (um processo conhecido por ionização) e além disso transferir energia para o átomo ionizado, que assim como o núcleo do elemento radioativo emite essa energia para voltar a uma configuração mais estável.

O átomo ionizado libera energia frequentemente na forma de luz e dá origem ao brilho que associamos à radioatividade. Assim o que brilha não é o material radioativo em si, mas sim o que está em volta dele, que é ionizado. Uma questão importante é que uma molécula ionizada tem comportamento químico diferente da não-ionizada. Então quando o corpo humando é atingido pela radiação ela pode ionizar nossas moléculas, em particular aquelas responsáveis pela reprodução celular. A partir desse momento a molécula ionizada começa a reproduzir as células de forma anômala e assim a radiação causa câncer.

Fica claro dessa discussão que se queremos medir a radiação em um dado lugar tudo o que precisamos é de um aparelho que conte quantos átomos são ionizados dentro de um recipiente. No começo do século XX se percebeu que a atmosfera é parcialmente ionizada pela radioatividade natural da Terra e que quanto mais alto menos radioatividade temos devido a absorção pela camada de ar abaixo de nós.

Foi então que em 1912 o físico Victor Hess colocou um aparelho de medir ionização (ou seja radioatividade) em um balão posicionado a uma altura de 5 km e descobriu o fato surpreendente que a radiação nessa altura era muito maior que no solo e de fato aumentava quanto mais alto se estivesse. Essa radiação certamente não vinha da crosta terrestre pois teria sido absorvida antes. Portanto a única explicação possível é que a radiação vinha do espaço! A essa radiação de origem espacial foi posteriormente dado o nome de raios cósmicos.

Raios cósmicos entrando na atmosfera terrestre e formando “chuveiros” de partículas

Fora o fato de comemoramos este ano o centenário da descoberta da atividade radioativa fora da Terra, por que deveríamos nos importar com a descoberta de Hess? O motivo é muito simples: após a descoberta muitos se aventuraram a determinar a composição dos raios cósmicos e descobriu-se que a maior parte dos raios são prótons altamente energéticos (eventualmente com mais energia do que os gerados no LHC) e uma menor parte é composta de elétrons.

Até que em 1947 o físico brasileiro Cesar Lattes, trabalhando na montanha Chacaltaya na Bolívia, mostrou que além de prótons eelétrons havia nos raios cósmicos uma outra partícula, essa nunca antes observada. Essa partícula é a que hoje conhecemos por píon, e essa descoberta posteriormente rendeu o Nobel ao chefe do laboratório de Lattes, Cecil Powell.

Formação de píons em um acelerador de prótons

Mas se muitos acreditam que o comitê sueco cometeu uma injustiça contra Cesar Lattes, muito mais importante que um prêmio é o legado deixado por esse momento, quando pela primeira vez um brasileiro fez uma contribuição de primeira grandeza a física e assim deu um passo fundamental para a consolidação do nosso país no mapa dessa ciência.

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