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terça-feira, 30 de março de 2010

Os Aceleradores de Partículas







Desde o início do século XX, as experiências do físico britânico Charles Glover Barkla (1877-1944) sobre a absorção de raios X, e a teoria de espalhamento, do célebre físico, também britânico, Sir Josef John Thomson (1856-1940), permitiram penetrar no segredo da estrutura atômica, determinando o número de elétrons presentes em cada átomo. As pesquisas iniciais estavam dirigidos para o átomo de carbono (C - 12), porém, logo generalizou-se o conceito de que número atômico - definido como o número de ordem do elemento na tabela periódica - corresponde ao número de elétrons presente na eletrosfera de um átomo neutro do elemento.

As pesquisas de Thomson, levados a efeito com raios X, permitiram elaborar um dos primeiros modelos para o núcleo atômico. Segundo tal modelo, cada átomo seria constituído por uma espécie de "bola" de carga positiva, apresentando os elétrons, de carga negativa, uniformemente distribuídos em seu interior - como passas em um pudim. Por tal motivo, "pudim de passas" é o nome pelo qual o modelo atômico de Thomson passou a ser conhecido.


Todavia, é importante salientar que os projéteis empregados por Thomson para estudar o edifício atômico só permitiram entender, de forma significativa, o que acontecia com os elétrons, frisando-se, pois, que sendo grande a massa associada às cargas positivas, a interação destas últimas com raios X era desprezível, impedindo a obtenção de dados relevantes a seu respeito.


Procurando obter informações específicas sobre as cargas positivas do átomo, o renomado físico neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937), em 1911, bombardeou finas placas de ouro (Au) com partículas alfa obtidas durante o decaimento de alguns tipos de elementos químicos. As partículas alfa (que depois foram identificadas com núcleos atômicos idênticos ao do núcleo de hélio - 4) possuem energias de ordem de alguns milhões de elétrons-volt (eV) (1 eV = 1,6 . 10-¹9 Joules). Os resultados de Rutherford foram surpreendentes: quando esperava-se que as colisões das partículas alfa com os átomos de ouro fossem em grande número, apenas uma pequena parcela de tais partículas teve sua direção modificada. Tais resultados experimentais apenas podiam ser explicados admitindo-se que, em relação às proporções das partículas alfa, a lâmina de ouro apresentava enormes vazios. Por conseqüência, quase toda a sua massa estaria concentrada em uma diminuta porção dos próprios átomos. Entretanto, em decorrência dos projéteis usados, não se foi possível além dessa informação: o átomo dispõe de um núcleo no qual concentra-se sua carga elétrica positiva. Isso, porque uma partícula apenas pode penetrar a fundo em um átomo quando dispõe de suficiente energia para vencer o campo de forças que estabelece-se ao redor do núcleo.


Para compreender as razões pelas quais são necessárias altas doses de energia para levar uma partícula até o núcleo atômico basta lembrar que ela deve vencer o intenso campo de forças, que é tanto maior quanto maior for o número de prótons presentes no núcleo do átomo-alvo.


Daí tem-se o papel do aceleradores de partículas, que são instrumentos capazes de comunicar ás partículas atômicas a energia necessária para levá-las a vencer tal campo de forças e chegar até o núcleo dos átomos. A princípio, a energia dispensada era apenas alguns MeV (mega elétron-volt). Atualmente existem máquinas capazes de acelerar partículas a energia de 300 GeV (giga elétron-volt) - 300 milhões de MeV. E essas partículas podem ser, dependendo da máquina, elétrons, prótons, nêutrons, dêuterons, partículas alfa e núcleos atômicos de alguns elementos pesados.

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