Exemplo - Como detectar uma partícula.

O conceito de átomo como os constituintes últimos da matéria vem de longa data. Já estava presente na Grécia antiga. No entanto, o conceito se firmou na Física somente no início do século XX.

O curioso é que na mesma época em que se obteve provas suficientes da existência dos átomos se descobriu também que eles não eram, afinal, indivisíveis.

A Física, então, experimentou uma espécie de "corrida do ouro" para a detecção dessas partículas menores que os átomos. Na época, elas eram chamadas de raios. Raios X, raios Beta, raios Gama,etc. Enfim, inventaram raios para todos os gostos.

A figura do topo da página mostra a foto do rastro deixado por um pósitron, isto é, uma partícula em tudo semelhante ao elétron, mas com carga positiva, numa câmara de nuvens. Esta foto foi feita por Carl Anderson. Os positrons foram detectados pela primeira vez por Carl Anderson em 1932.

É interessante mencionar que um dos grandes pesquisadores neste campo foi o físico brasileiro César Lattes. Você pode assistir um documentário sobre sua vida aqui.

Afinal, como é possível perceber uma partícula tão pequena, menor que um átomo?

Um dos primeiros detectores foi inventado por Charles Wilson em 1911. Chama-se "Câmara de Wilson" ou "Câmara de Nuvens". Veja na figura ao lado.

Uma  câmara de nuvens é constituída por um cilindro transparente contendo ar saturado por vapor de água.

Diminuindo-se a pressão do ar dentro da câmara o ar saturado se resfria e fica num estado de equilíbrio instável chamado "supersaturado". Quando uma partícula carregada penetra na câmara e passa através do ar, colide com os átomos que estão no seu caminho e arranca elétrons.

Os átomos ionizados dão origem a condensação do vapor e forma uma trilha que revela a trajetória da partícula. O fenômeno é semelhante ao rastro deixado por um jato ao voar em grande altitude. Essas trilhas denunciam a presença de uma partícula; a trajetória denuncia o tipo de partícula.

O vídeo abaixo foi produzido pelo Professor Dulcídio Braz, no CERN, em 2010 e disponibilizado pelo Canal do Dulcídio, no Youtube.

O vídeo mostra o rastro de uma partícula criada na interação de um raio cósmico com a atmosfera, numa câmara de nuvens caseira. O equipamento foi construído pelo próprio professor Dulcídio.

Desta maneira foram detectadas muitos tipos de partículas. Note que, na verdade, ninguém "viu" uma partícula. Elas são muito pequenas.

O que vemos é o resultado da interação delas com o vapor de água. Usando um campo magnético podemos mudar a trajetória delas. A forma da trajetória nos dá o tipo de partícula.

European Organization for Nuclear Research é a organização que construiu e opera o maior acelerador de partículas do mundo.