Dona Fifi aos 19.

Apostilas eletrônicas de Dona Fifi
A DESCOBERTA DO NÊUTRON

Como James Chadwick descobriu o nêutron.



Quando James Chadwick relatou a Rutherford a experiência de Irene e Frederico Joliot-Curie e a explicação dada pelo casal segundo a qual a radiação do berílio seria constituída de raios gama, o velho neo-zelandês disse logo: "não acredito nisso". Como sua enorme expreiência em colisões de partículas sub-atômicas, Rutherford desconfiou que raios gama não teriam energia suficiente para arrancar prótons da parafina. Chadwick resolveu, então, reproduzir as experiências de Bothe e dos Joliot-Curie. Acho que ele já deveria ter uma idéia pre-concebida: a radiação desconhecida que saía do berílio poderia ser feita das partículas neutras previstas por Rutherford.


Ernest Rutherford
A seguir, vou descrever, com alguma licença poética, as experiências feitas por Chadwick. Do ponto de vista didático, é um ótimo exemplo de como eram feitas as pesquisas experimentais na física das partículas sub-atômicas , antes do advento dos paquidérmicos aceleradores de hoje em dia. O arranjo experimental montado por Chadwick, seguindo os passos de Bothe, era esquematicamente o seguinte:

A fonte radioativa de polônio emite partículas alfa que incidem sobre um disco de berílio. O berílio bombardeado pelas alfas produz uma radiação neutra desconhecida. Para descobrir a natureza dessa radiação, Chadwick captou-a em uma câmara de ionização. Como o nome indica, a passagem da radiação pela câmara ioniza átomos de um gás que serão, então, capturados por uma placa metálica eletricamente carregada. Desse modo, pulsos corrente saem da placa e produzem deflexões no ponteiro de um oscilógrafo. Chadwick observou que, colocando a fonte de radiação bem junto do detetor, já surgiam 4 deflexões por minuto no oscilógrafo.
Essa contagem se mantinha mesmo quando uma chapa de chumbo com 2 centímetros de espessura era colocada entre o berílio e o detetor, demonstrando que a radiação desconhecida era bastante penetrante.

A seguir, observou que, colocando uma placa de parafina entre o berílio e o detetor, as contagens no oscilógrafo aumentavam para cerca de 10 por minuto.

Isso indicava claramente que a radiação desconecida induzia a produção de outro tipo de radiação a partir da parafina. Alguns teste simples logo mostraram que essa nova radiação era formada de prótons. Chadwick conseguiu medir a energia desses prótons e logo ficou claro que eles não poderiam ser produzidos por raios gama. Uma comparação elementar utilizando a conservação da energia em um choque frontal entre partículas mostrou que uma radiação gama não seria capaz de arrancar prótons da parafina com a energia observada.

Foi então que Chadwick supôs que a radiação fosse composta de partículas neutras com peso semelhante ao peso do próton. Levando em conta essa hipótese, Chadwick usou a radiação neutra do berílio para bombardear vários gases diferentes. Desse modo, medindo a energia dos átomos desses gases após serem atingidos pela radiação, conseguiu calcular a massa das partículas neutras. Obteve um valor um pouco maior que a massa do próton, como era de se esperar.

Veja você: Bothe e Becker bolaram o arranjo experimental eproduziram o feixe de nêutrons saindo do berilio, os Joliot-Curie usaram esses nêutrons para arrancar prótons da parafina, mas, foi Chadwick, finalmente, quem mostrou com clareza a identidade desses nêutrons. Esse fenômeno pelo qual um fato importante passa por baixo do nariz de um cientista e não é adequadamente observado ou compreendido é mais comum do que se imagina. Lembre-se disso quando se tornar uma pesquisadora como Irene Joliot-Curie.

Resta dizer que a hipótese de Rutherford, segundo a qual o nêutron era uma partícula composta, mistura de próton com elétron, foi descartada rapidamente. Werner Heisenberg, famoso físico alemão de quem falarei em outra oportunidade, mostrou que o nêutron era uma partícula inteira, com o mesmo status do próton. E, tão logo foi descoberto, o nêutron se converteu em uma excelente ferramenta de pesquisa dos físicos nucleares. É o que contarei na próxima apostila.


5 - As conseqüências da descoberta do nêutron: mais tiros no escuro.