O Átomo e o Pêndulo

No ano em que o átomo de Rutherford comemora 100 anos de existência, o Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), comemora duas efemérides: Os 25 anos desde a sua criação e os 10 anos como Laboratório Associado.

Com três delegações, em Lisboa, Coimbra e Braga, o LIP está na linha da frente da investigação europeia de física de partículas, graças à associação com grandes organizações internacionais como o CERN, a Agência Espacial Europeia (ESA) ou o Observatório Pierre Auger.

O Grupo do Átomo do Atelier de Escrita em Comunicação de Ciência teve o prazer de estar à conversa com o professor Rui Ferreira Marques, director do LIP-Coimbra (foto à esquerda) . Do átomo, aos mesões K, passando pelo pêndulo de Foucault na entrada do edifício, foi uma conversa extremamente interessante.


Mas com tanto que se poderia escrever acerca deste encontro, nada como começar pelo início. Afinal quem é o senhor Rutherford (foto à direita), tão importante que tem um átomo só dele?


Como nos disse o professor Marques: Definir um átomo não é tão difícil como parece, já que é caracterizável do ponto de vista químico, sendo uma entidade que revela determinadas características químicas, identificáveis aqui, acolá ou além.

O conceito de átomo nasce ainda na Grécia antiga, por volta do séc. IV a.C. Este conceito de esferas, indivisíveis e pequenas demais para serem vistas (aliás, átomo vem da palavra grega para indivisível), é recuperado no início do séc. XIX por John Dalton. Deste modo, ele explica as transformações químicas conhecidas simplesmente recorrendo a diferentes arranjos de átomos.

Mas a história moderna do átomo começa quase 100 anos depois, com o físico britânico J.J. Thomson (foto à direita), a quem pertence o mérito da descoberta do electrão.
Ainda muito ligado ao modelo clássico do átomo, Thomson criou um modelo em que estas novas cargas negativas estariam simplesmente incrustadas na esfera, como passas num bolo (imagem da esquerda).



Ernest Rutherford, o pai da física nuclear e aluno de Thomson, foi mais longe. Em 1911, ele experimentou bombardear uma folha de ouro, de apenas alguns átomos de espessura, com um feixe de partículas alfa (que hoje se sabe serem núcleos de hélio). As partículas alfa têm carga positiva, por isso são repelidas por outras cargas positivas.

Se o modelo de Thomson estivesse correcto, a carga positiva do “bolo” causaria nas partículas alfa apenas pequenos desvios, ou então reflexões completas. Mas ao analisar os resultados, descobriram uma pequena quantidade que era desviada com ângulos próximos de 90º (como exemplificado na figura à esquerda), algo impossível no “bolo de passas” de Thomson.

Rutherford concluiu desta experiência que o átomo não seria um bolo, mas sim essencialmente espaço vazio, com a maior parte da massa concentrada numa pequena zona central – o núcleo. Este “átomo vazio”, com um núcleo no centro e com os electrões a rodarem em volta dele com órbitas muito bem definidas, é o átomo de Rutherford.

Ainda segundo o professor Marques: O facto de o átomo ser essencialmente espaço vazio, isso sim tem apenas 100 anos. Sabe-se que não foi fácil admitir que a estrutura do átomo era aquela, com umas cargas à volta de um núcleo carregado com carga contrária e onde estava a maioria da massa. É preciso algum grau de abstracção para admitir que ele existe, porque à partida, não podia existir.

Isto porque o modelo “planetário” de Rutherford tem ainda várias falhas, que viriam a ser resolvidas nos modelos que lhe sucederam (a mais séria delas era a falta de explicação para que um electrão em movimento, que deveria emitir radiação, não perdesse energia e espiralasse até cair no núcleo).

A evolução da física nos últimos 100 anos foi imensa. O desenvolvimento da mecânica quântica acabou com a precisão absoluta das medições, e as órbitas bem definidas dos electrões foram substituídas por nuvens de probabilidade. O próprio núcleo, que Rutherford ainda pensava ser indivisível, viria a revelar-se composto por protões e neutrões, e mesmo estes se descobriria, mais recentemente, que são ainda compostos por conjuntos de 3 quarks de duas espécies diferentes.

Por fim, mesmo a própria matéria se veio a revelar como apenas uma face da moeda, com a descoberta da anti-matéria. Aliás, como nos disse o professor Marques: Passados 100 anos, até fazemos o contrário, fazemos anti-átomos, e guardamo-los durante 16 minutos.


Então e o pêndulo do título?

À entrada da Faculdade de Ciências e Tecnologia da U. Coimbra, o Grupo do Átomo deparou-se com um pêndulo de Foucault, estranhamente parado. Estes pêndulos demonstram a força de coriolis, um efeito provocado pela rotação da Terra, por isso encontrá-lo parado foi uma surpresa para todos. Teria a Terra parado de rodar?

Até o véu deste mistério foi levantado pelo professor Rui Marques. Afinal o pêndulo estava parado porque o vidro que o deveria envolver tinha a espessura errada, aguardando substituição. Por isso, como Galilei terá dito aos seus inquisidores: E pur si muove.