Detecção de chuveiros cósmicos no túnel 9 de julho

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Há uma lenda muito famosa de que César Lattes — físico brasileiro cujo nome batiza a plataforma que reúne a produção acadêmica de pesquisadores e de estudantes no Brasil — quase ganhou o Prêmio Nobel de física em 1950. Algumas versões desta história contam que Lattes fora boicotado pelo comitê por ser latino-americano; outras versões afirmam que tudo aconteceu porque Lattes não respondeu a carta de indicação enviada pelo comitê sueco, pois esta ficou (intencionalmente ou não) guardada numa gaveta da UFRJ.  

Contudo, o que parece ter acontecido é que Lattes, que ocupava o cargo de professor na Universidade Federal do Rio de Janeiro havia se transferido para Campinas, onde trabalharia no Instituto de Física da Universidade Estadual de Campinas — Unicamp. Neste meio tempo entre a mudança de local de trabalho do cientista, a carta chegou ao Brasil, mas só depois de muito tempo foi aberta por seu destinatário.  

E o que César Lattes fez para conseguir a indicação para o Nobel? Aqui o contexto é importante, então, vamos a ele. 

A física de partículas, no começo do século XX, era uma área em franco desenvolvimento. A radiatividade havia sido recentemente explicada e o átomo era uma sensação no meio científico (afinal, como compreender algo que sequer podemos enxergar?). Detectores de radiação são uma invenção do começo do século XX, quando ainda não compreendíamos exatamente a estrutura atômica; na superfície da Terra, os detectores registravam a radiação emitida por elementos contidos no solo. Mas e se levássemos esses detectores para altitudes cada vez maiores, o que aconteceria com essa radiação? 

Seria natural supor que a medida em que estivéssemos mais distantes do solo, essa radiação diminuiria. Bem, Theodor Wulf (1868 – 1946) físico e jesuíta alemão fez algumas medições com um eletroscópio no alto da Torre Eiffel, em Paris, a 300 metros de altura. E percebeu que, de fato, a radiação detectada era bem menos intensa do que em comparação com o solo. 

Em voos mais altos — literalmente! —, o austríaco Victor Hess (1883 – 1964), fez diversos voos com aeronaves em diferentes altitudes. Com o auxílio de seu detector, Hess percebeu que a cinco quilômetros de altitude, a radiação era quase dezesseis vezes maior do que em comparação com a radiação captada no solo.  

Hess supôs que esse resultado era uma evidência de que a radiação vinha de fora da Terra – o que causou um furor em parte da comunidade científica da época: Robert Millikan, físico estadunidense responsável pelo experimento em que se descobriu o elétron e Arthur Compton, físico britânico que deu todo o suporte para que o eclipse de Sobral fosse observado e mostrasse a validade da relatividade de Einstein, discordavam quanto a natureza daquela radiação. Compton demonstrou que elas eram partículas carregadas e, com isso, abriu todo um campo experimental para a física. 

Com as primeiras detecções no campo de radiação cósmica, o físico francês Pierre Auger trouxe novos resultados. Com seus equipamentos montados e distantes uns dos outros nos alpes franceses, Auger identificou o disparo simultâneo de todos eles. Ou seja: as partículas vindas do espaço entravam na atmosfera terrestre, se chocavam com outras partículas, e estas com outras, numa espécie de efeito em cadeia. Era uma “chuva de raios extensos”, como Auger chamou naquela época. 

Em cena, o Brasil 

E é aqui que a física brasileira entra em cena. A Universidade de São Paulo havia sido aberta em 1934, dois anos depois da revolução de 32. Nesta época, diversos cientistas de renome internacional desembarcaram no Brasil para lecionar na Faculdade Filosofia, Ciências e Letras. Entre eles estava Gleb Wataghin (1899 – 1986), físico e matemático ítalo-russo que desembarcou na USP por indicação de Enrico Fermi (responsável pela descoberta dos neutrinos e que declinara do convite para trabalhar no Brasil).  

Gleb Watagin em aula | Reprodução: Portal Unicamp

Watagin lecionou por anos na USP antes de voltar para a Europa. Neste meio tempo, formou físicos brasileiros de renome, como Marcello Damy, Paulus Aulus Pompeia, Mario Schenberg e Cesar Lattes. Depois de formado, em 1938, Damy viaja para a Inglaterra e trabalha no Laboratório Cavendish com William Laurence Bragg (vencedor do Nobel de Física de 1915). É nesta época que o físico brasileiro inicia a construção de um detector eletrônico para estudar os chuveiros cósmicos que mais tarde utilizaria no túnel 9 de julho. 

Reprodução do arranjo experimental | Watagin, Souza Santos, Pompeia (1940)

De volta ao Brasil em 1939, Damy, Pompeia e Watagin utilizam o equipamento construído por Marcello Dammy e conseguem identificar as partículas das radiações cósmicas penetrantes no solo e abaixo dele. Para isso, aproveitaram as escavações do túnel 9 de julho, na cidade de São Paulo, para fazer as medições.

Pela primeira vez foi registrada a presença deste tipo de radiação numa região tão baixa da atmosfera. Os raios cósmicos também conseguiam penetrar camadas espessas do solo, chegando a dezenas de metros de profundidade não apenas no túnel, como também em ouros lugares, como em minas de ouro no estado de Minas Gerais. 

Pouco tempo depois, em 1947, César Lattes consegue identificar o méson-pi. Esta partícula era uma resposta à pergunta “o que mantém os prótons unidos no núcleo atômico?”. Lattes defendia que um novo tipo de partícula era a responsável por esta “coesão” e que seria possível identificá-la justamente a partir dos raios cósmicos. A ideia era relativamente simples: ao fotografar a trajetória das partículas dos raios cósmicos utilizando filmes fotográficos de emulsão nuclear preparados com boro, seria possível identificar as novas partículas a partir da colisão delas com a atmosfera. Como o seu decaimento era rápido, era preciso que a exposição fosse realizada em altas altitudes — por isso a escolha pelos Andes bolivianos, a cerca de 5 mil metros de altitude.  

Imagem obtida por César Lattes a partir da exposição de filme fotográfico nos Andes Bolivianos | LATTES et al, 1940.

Da próxima vez em que passar pelo túnel 9 de julho, saiba que ele faz parte da história da física brasileira e mundial. O mesmo tipo de raios cósmicos que atravessaram o equipamento de Dammy, Pompeia e Watagin estão cruzando as paredes do túnel, os céus dos Andes e tudo quanto é lugar no planeta. Não é profundo saber disso? 

Vista atual do túnel 9 de julho, em São Paulo (SP). Acima do túnel é possível identificar parte da fachada do MASP | Reprodução: Prefeitura de São Paulo

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Todos os artigos originais consultados para este texto estão em paywall. São textos históricos para a ciência brasileira e, que para acessá-los pelo site da Nature, é preciso pagar quase nove euros (pouco mais de cinquenta reais em cotação atual) em cada um deles. É preciso repensar urgentemente a forma como textos como esses são disponibilizados ao público. Não faz qualquer sentido os manter em acesso restrito após décadas e mais décadas de sua publicação.

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Para saber mais:

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Referências:

  • LATTES, C. M. G.; MUIRHEAD, H.; OCCHIALINI, G. P. S.; POWELL, C. F. (1947). Processes Involving Charged Mesons. Nature, 159(4047), 694–697. 
  • Wataghin, G.; de Souza Santos, M. D.; Pompeia, P. A. (1940). Simultaneous Penetrating Particles in the Cosmic Radiation. Physical Review, 57(1), 61–61. 
  • Wataghin, G.; Santos, M. D. de Souza; Pompeia, P. A. (1940). Simultaneous Penetrating Particles in the Cosmic Radiation. II.. Physical Review, 57(4), 339–339. 
  • WATAGHIN, G. (1948). Showers of Penetrating Particles. Nature, 161(4081), 91–92. 

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