CA_pia_de_Trabalho_de_fA_sica_Nuclear

2)
A definição do átomo foi um dos primeiros objetos de estudo da
ciência grega. O interesse na época era saber do que todas as coisas
são feitas. Nesse tempo muitas teorias foram criadas para explicar
como as coisas são construídas na natureza. Umas teorias conhecidas
para explicar do que os objetos e substâncias são formados diz que
tudo é feito de quatro elementos: terra, fogo, água e ar. É claro que
isso parece rudimentar para época atual, mas não podemos
desprezar as etapas de construção do conhecimento. Essa teoria
como outras tantas foi revolucionária, tanto que ajudou a criação de
outras. Outra teoria famosa e que vigorou por milênios e ainda, de
certa forma, vigora até hoje é a teoria do átomo. Os gregos
admitiram que todas as coisas são feitas de esferas indivisíveis. Esses
aglomerados de esferas formariam todas as substâncias. Estamos
diante da criação do Átomo que simplesmente quer dizer “indivisível”.
Essa teoria foi tão revolucionária que vigorou até a o modelo de
Dalton no início do século XIX.
A teoria de Dalton colocou o conceito de elemento atômico, ou seja,
existem vários tipos de átomos que dão origem a diferentes
substâncias. Esse modelo é conhecido como modelo “Bola de Bilhar”,
pois dizia que cada átomo é indestrutível, indivisível e, é claro, com a
forma de uma esfera maciça. Esse modelo abriu o palco para a teoria
atômica moderna dando origem a outros modelos. Dalton foi físico e
químico. Um resumo da sua teoria é ensinado no nível médio das
escolas brasileiras na disciplina de química. Mas é claro que teorias
atômicas também é uma grande área da física.
O modelo que sucedeu a teoria de Dalton foi o modelo de Thomson.
Thomson foi engenheiro por formação e depois se dedicou à física. No
modelo de Thomson houve o indício do que seria a partícula
subatômica chamada elétron. Ele é considerado o descobridor do
elétron. Thomson percebeu que o átomo não era neutro e sim a soma
da uma carga positiva com uma série de cargas negativas
“incrustadas” nessa carga positiva e isso dava o caráter neutro
teorizado por Dalton. Esse modelo foi chamado de “Pudim de Passas”.
Esse modelo descaracteriza o modelo de Dalton pois agora
apareceram partículas menores que o “indivisível”. Ou seja, o início
da era subatômica.
O desafio agora era saber o arranjo real dessas partículas
subatômicas. Desvendar os mistérios desse novo átomo foi a
motivação dos cientistas nos anos posteriores ao modelo “Pudim de
Passas”.
Rutherford foi o primeiro a dar um passo na descrição detalhada do
átomo no sentido de explicar as interações subatômicas descobertas
por Thomson. O modelo de Rutherford foi proposto após o físico
Rutherford realizar um experimento onde ele bombardeou uma fina
placa de ouro com partículas alfa. A parte curiosa do experimento é
que a grande maioria das partículas alfa atravessavam a placa de
ouro e as poucas restantes ricocheteavam com um desvio que
chamou a atenção do cientista. Ele chegou à conclusão que grande
parte do átomo era vazio porque a maioria das partículas alfa
atravessou a placa de ouro. Também chegou a conclusão que há um
núcleo muito pequeno em relação ao tamanho do átomo e onde está
concentrada a massa total do átomo. Além disso, os elétrons são
pequenas partículas que orbitam em torno desse núcleo. O modelo
atômico de Rutherford foi revolucionário para sua época. Seu modelo
aproximava o movimento atômico ao movimento planetário além de
abrir a área de física nuclear. Porém existiam algumas inconsistências
na teoria de Rutherford. Coube a Bohr propor soluções para os
problemas do modelo de Rutherford.
Bohr encontrou uma solução teórica para o modelo de Rutherford. A
inconsistência era que os elétrons giravam em torno núcleo emitindo
radiação continuamente. A conseqüência seria que os elétrons iriam
cair dentro do núcleo. Bohr propôs que os elétrons giram em órbitas
bem definidas e só emitem radiação quando mudam de órbita. As
energias das órbitas são bem definidas. Quando um elétron muda de
órbita ele emite radiação de forma discreta. Bohr colocou na física a
teoria quantizada ou quantum causando uma verdadeira revolução na
física e a abertura de novas teorias entre elas a Mecânica Quântica.
Essa é a nova teoria que é base para todas as teorias atômicas,
inclusive física nuclear e de partículas.
A Física Nuclear entra no mesmo contexto da Mecânica Quântica e
com o objetivo de estudar as interações atômicas do núcleo. Apesar
de ser uma teoria nova já explicou muitos fenômenos. Muitos físicos
trabalharam na física nuclear. Um dos mais famosos foi Richard
Feynman que inventou uma série de diagramas – chamadas
Diagramas de Feynman – para prever fenômenos nucleares como os
decaimentos. Apesar do caráter didático e até mesmo lúdico dos
diagramas, eles representam cálculos probabilísticos dos fenômenos
nucleares. O núcleo atômico antes da física nuclear era formado por
prótons e nêutrons onde predominavam a força eletromagnética. Mas
como explicar a união de vários prótons dentro do núcleo atômico
sendo que cargas opostas tendem a se repelir mutuamente? Nesse
sentido foi estudado a fundo do núcleo atômico atrás desta e de
outras questões.
A força que une o núcleo atômico é chamada de Força Forte. Ela é de
curto alcance. Mas essa força não está só em núcleos atômicos.
Várias partículas com características nucleares interagem entre si
através da força forte. Muitos trabalhos foram feitos na área de
partículas para entender as interações nucleares dessas partículas.
Em especial o estudo do vácuo ajudou a esclarecer do que as
partículas nucleares são formadas. Outra teoria que foi adaptada para
a física nuclear foi o eletromagnetismo. No eletromagnetismo uma
partícula tem um campo elétrico e é assim que ele interage com
outras partículas. Só que não tem uma explicação fechada para o
conceito de campo. A física nuclear tomou o conceito de campo do
eletromagnetismo mas com algumas mudanças, por exemplo, em vez
das partículas interagirem por meio de uma “aura”, a partículas
passam a se comunicar através de outras partículas. As partículas
mais famosas que servem de intermediários em interações atômicas
são os os bósons (fótons, W+) e o mésons (pi, K). a teoria que trata
dessas interações é a teoria eletro-fraca. Mas também foi constatado
que as partículas nucleares também podiam ser divididas em outras
subpartículas. Essas partículas são chamadas de Quarks (fig 1). Os
quarks foram descobertos através do estudo do vácuo e são
constituintes de todas as partículas nucleares com prótons e nêutrons
e também dos mésons. O “campo” formado por essas partículas, ou
seja, as partículas intermediadoras das interações são chamadas
glúons. A teoria que fala das interações entre quarks é a teoria da
força forte. Normalmente um nucleon, ou seja, um constituinte do
núcleo (próton, nêutron, lambda) quando fica isolado ele é instável e
sofre um processo chamado decaimento (fig 2). Decaimento é o
processo pelo o qual um nucleon se torna outras partículas. Muitos
desses decaimentos podem ser previstos e isso é objeto de estudo de
grandes instituições como o CERN. Quando uma partícula dacai ela
deve interagir usando uma partícula intermediadora – bóson, méson
ou gluon – e nem todas dessas partículas foram observadas
experimentalmente o que também abre um vasto campo de estudo
para a física de partículas. Um exemplo nacional disso é os mesons
que foram teorizados pelo físico japonês Yukawa e foi observado
experimentalmente pelo físico brasileiro César Lattes. Essa
descoberta rendeu um Prêmio Nobel para o líder da pesquisa Cecil
Powell.
Fig 1
Fig 2