O século do elétron
Ao descobrir o elétron, em abril de 1897, o inglês Joseph John Thomson deu um choque na história. Sem essa partícula do átomo, o século XX simplesmente não existiria do modo como existiu.
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Atualizado em 31 out 2016, 18h47 - Publicado em 31 mar 1997, 22h00
Cássio Leite Vieira, de Londres
O menor benfeitor da humaidade
Por volta de 1895, o Laboratório Cavendish, em Cambridge, Inglaterra, era um dos centros de pesquisa mais avançados do mundo. Especialmente porque era dirigido por Joseph John Thomson. Cientista sério e ousado, ele enfrentou e venceu o desafio de provar o que parecia heresia numa época em que a própria existência dos átomos ainda era questionada. Thomson demonstrou que existiam partículas de matéria que eram, pelas suas contas, mil vezes menores do que o menor dos átomos, o hidrogênio (veja o infográfico na página anterior). As partículas anunciadas por ele em 21 de abril de 1987, hoje conhecidas pelo nome de elétrons, moldaram daí para a frente o destino da civilização. Já naquele tempo, eles prestavam serviço acendendo lâmpadas e ligando telégrafos. Essas coisas todas já funcionavam, mas ninguém sabia que o mérito pertenciam aos elétrons. Depois que ficou provado que a eletricidade era de fato uma correria de elétrons dentro dos fios, novas maravilhas foram aparecendo uma atrás da outra. Do rádio à televisão, dos eletrodomésticos ao computador (veja o quadro abaixo).
Tantas utilidades nem passavam pela cabeça de Thomson. Quando iniciou sua pesquisa, ele só pretendia explicar um mistério científico da época, conhecido pelo nome de raios catódicos. Esse enigma aparecia como uma estranha luz verde que emanava de um tubo de vidro onde havia sido feito vácuo (veja o infográfico no alto da página). Bastava ligar a engenhoca a uma bateria para produzir o brilho. O que o cientista fez foi imaginar que a bateria empurrava minúsculas partículas para o interior do aparelho. Como elas se chocavam contra a parede de vidro, a força da colisão gerava luz. Conhecendo a carga da bateria, Thomson calculou a trajetória que ela imprimiria aos projéteis se sua hipótese estivesse certa. Depois, confirmou suas contas pela experiência. Começava ali o século do elétron, o mais minúsculo benfeitor da humanidade.
Universo do infinitamente pequeno
O anúncio de que existia uma partícula menor do que o átomo incomodou muita gente e sofreu críticas pesadas. O elétron foi satirizado até pelo russo Dimitri Mendeleiv, famoso por ter classificado os elementos químicos na tabela periódica. Mas com o tempo os oponentes tiveram de admitir que o fragmento atômico era real. Mais que isso, perceberam que o elétron não era o único: havia muitas outras partículas. O primeiro a aparecer depois do elétron foi seu parceiro mais comum, o próton, revelado em 1911 por Ernst Rutherford, um ex-aluno de J.J. Thomson que, como o professor, trabalhava no Laboratório Cavendish, na Inglaterra.
Para encurtar a conversa, até o final da década de 30 já haviam sido catalogadas mais três partículas, numa seqüência que não parou mais de crescer (veja o quadro abaixo). Nesse universo das coisas infinitamente pequenas não dava mais para usar as equações tradicionais da Física, e elas começaram a mudar radicalmente. Em outras palavras, o elétron não mudou o mundo apenas do ponto de vista prático, ao ser usado em novas invenções. Ele também desencadeou uma reviravolta científica (veja os infográficos na página anterior e no alto desta página).
Até morrer, em 1940, Thomson acompanhou de perto as mudanças que abalaram o século. Publicou cerca de 200 trabalhos científicos e escreveu dezesseis livros, um deles com seu filho George Thomson, que se tornaria um físico famoso na década de 20. Com essa carreira, é apenas justo que Thomson tenha sido enterrado na Abadia de Westminster, em Londres, ao lado de grandes figuras da ciência, como Isaac Newton e Charles Darwin. Seu nome permanecerá na história como o cientista que corajosamente dividiu o “indivisível” e lançou luz sobre o desconhecido.
Para saber mais
Dos Raios X aos Quarks, Emilio Segrè, Editora da Universidade de Brasília, Brasília, 1987.
Pensando a Física, Mário Schenberg, Editora Brasiliense, São Paulo, 1984.
Uma casca feita de velocidade
O átomo é quase que só vazio. O elétron enche o espaço girando a cerca de 100 000 quilômetros por segundo. É como se ficasse em todo lugar a um só tempo.
O hidrogênio tem um próton no centro e um elétron em volta. A massa do próton é 1 880 vezes maior que a do elétron.
Thomson fez contas tímidas. Em vez de mil vezes, como ele calculou, o elétron é 100 000 vezes menor que o átomo. Seu diâmetro mede 10 -15 centímetros (ou 0,000 000 000 000 001 centímetros). E isso é só uma aproximação. Para a Física atual, a medida fica maior ou menor dependendo da energia da partícula.
Não há o que não faça
A correria do elétron nos fios criou uma nova maravilha depois da outra neste século. Veja ao lado uma amostra de sua versatilidade.
Força mecânica
Num motor os elétrons correm numa bobina desenhada de modo adequado, fazendo-a girar. A energia elétrica cria força mecânica.
Mensagem do ímã
Se o elétron passa por uma bobina, ela vira imã. Para mandar um sinal, liga-se a corrente e ela aciona o imã do outro lado da linha. É o telégrafo.
Canhão eletrônico
Na televisão, um canhão atira elétrons na tela com maior ou menor energia. Isso cria pontos claros e escuros que formam a imagem.
Vaivém de elétrons
A máquina mais perfeita é o computador. Um complicadíssimo vaivém elétrico cria palavras, desenha imagens ou faz contas.
Antibrilho
Alguns tomógrafos captam o brilho de antielétrons colocados no corpo do paciente. Conforme o brilho, forma-se uma imagem.
A fonte do mistério
A curiosidade do cientista foi atiçada pelo brilho verde que saía deste aparelho, a bomba de vácuo.
1 – Thomson imaginou que partículas invisíveis saíam do pólo negativo da bateria e batiam no vidro, do outro lado.
2 – Para testar a hipótese, calculou o impulso que as partículas receberiam da fonte de energia.
O segredo fundamental da Física
Se você quer saber o que é uma partícula subatômica, observe como o elétron se comporta na experiência imaginária abaixo.
Contra o paredão
Primeiro, veja como as balas de metralhadora atravessam as fendas e vão bater na parede ao fundo. Depois de ricochetear, a maior parte das balas atinge duas áreas de preferência. Poucas acertam o resto da parede. Esse padrão, assinalado pela linha vermelha, é uma marca registrada das partículas.
Calombo central
Agora, atenção. As ondas de água não são como as partículas. Elas formam um calombo maior bem no centro da parede. Ele mostra que há uma única área preferencial para a chegada das ondas, e não duas, como no caso das balas. No resto da parede o padrão da linha vermelha também é bem diferente.
Meio a meio
O elétron é estranhíssimo, pois com certeza é uma partícula, como a bala. Apesar disso, chega à parede como se fosse onda. Todas as partículas subatômicas são assim e ninguém sabe por quê. Por isso se diz que elas são partículas-ondas, uma coisa nova que a ciência descobriu sobre o Universo.
Uma legião de sucessores
Depois de descoberto o primeiro estilhaço do átomo, em 1897, a lista de partículas só aumentou. Veja aqui as cinco mais importantes.
Número 1
O próton, de carga positiva, é o principal componente do núcleo atômico. Foi encontrado em 1911 por Ernst Rutherford.
Sem carga
Como indica seu nome, o nêutron tem carga elétrica zero. Dá estabilidade ao núcleo atômico. Achado por James Chadwich em 1932.
Massa nula
Parente do elétron, o neutrino tem carga zero e parece não ter massa. Descoberto pelo italiano Enrico Fermi em 1932.
Antielétron
O pósitron é a antipartícula do elétron. É idêntico a este, mas com carga positiva, e não negativa. Previsto pelo inglês Paul Dirac em 1932.
Subpróton
O quark existe dentro do próton, assim como este vive dentro do núcleo. Previsto pelo americano Murray Gell-mann em 1964.
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