Dona Fifi aos 19.

Apostilas eletrônicas de Dona Fifi
A DESCOBERTA DO NÊUTRON

A radiação beta: elétrons cuspidos por núcleos.
A previsão de Ernest Rutherford.



Confio que você tenha lido minhas apostilas anteriores onde contei que Ernest Rutherford descobriu três tipos de radiação provenientes de núcleos de isótopos radioativos.
(Veja A radioatividade e o decaimento do núcleo.)

1) Raios alfa (a), que hoje se sabe que são formados de dois prótons e dois nêutrons, isto é, são núcleos do elemento hélio. Têm carga elétrica positiva (+2).

2) Raios beta (b), que são elétrons (cargas negativas) de alta velocidade.

3) Raios gama (g), que são apenas radiação eletromagnética, isto é, da mesma família de nossa querida luz visível, só que muito mais penetrante e energética.

Essa figura mostra uma experiência imaginária com uma fonte hipotética desses três tipos de radiação. No real, um isótopo só irradia um dos três tipos, mas nada impede que a gente imagine um que irradie as três. Colocando placas eletricamente carregadas na saída das radiações, vemos que as partículas alfa se desviam na direção da placa negativa, as betas na direção da placa positiva e os raios gama não se desviam. Medindo os desvios das alfas e betas, pode-se calcular as massas dessas partículas.


Experiência "gedanken" com radiações.
Desses três tipos de radiação, eu, particularmente, acho que a mais interessante é a beta. Qualquer dia desses contarei a história da descoberta e interpretação dessa radiação pois é repleta de fatos curiosos.

Por enquanto, basta que lhe diga que o pessoal ficou surpreso ao descobrir que elétrons eram cuspidos por alguns núcleos radioativos. Então, existem elétrons dentro dos núcleos? - eles se indagaram. Ótimo, alguns disseram, pois isso resolveria uma questão que estava pendente. Veja, por exemplo, o caso do núcleo de carbono. O carbono tem peso 12 mas a carga elétrica (6) indica que só existem 6 prótons no seu núcleo. Agora está resolvido, disseram os apressadinhos: o núcleo do carbono tem 12 prótons e 6 elétrons. Isso baixa a carga para 6 e mantém o peso em pouco mais de 12.

Essa era uma explicação atraente mas, logo, logo, Niels Bohr mostrou que estava errada. Bohr calculou as energias que os elétrons deveriam ter se fossem confinados no apertado espaço de um núcleo. Um cálculo simples de teoria quântica (que Bohr fez sem dificuldade) mostrou que um elétron dentro de um núcleo deveria ter energias da ordem de bilhões de elétrons-volt. (O elétron-volt é uma unidade de energia muito usada em Física Atômica e Nuclear). Só que as partículas beta tinham energia bem menores, da ordem de apenas uns poucos milhões de elétrons-volts. Não dava para manter um elétron tão nervoso dentro de um núcleo por muito tempo.

Rutherford, então, fez outra hipótese: o núcleo conteria, além de prótons, outras partículas com peso semelhante ao dos prótons, mas, sem carga elétrica. Segundo o palpite do neo-zelandês, essa partícula neutra seria híbrida, composta da associação íntima de um próton com um elétron. O núcleo do carbono, por exemplo, conteria 6 prótons e 6 partículas neutras. A radiação de uma beta aconteceria quando essa partícula neutra se rompesse em um próton e um elétron - e, como o elétron não fica quieto dentro de um núcleo, seria cuspido para fora. O núcleo, nesse processo, teria sua carga aumentada de uma unidade e passaria a ser o núcleo de outro elemento.


Ernest Rutherford.
Começou, então, em vários laboratórios da Europa, a busca por evidências dessa tal partícula neutra prevista por Rutherford, inicialmente sem sucesso. E, como vou contar mais adiante, foi um colaborador do próprio Rutherford que "descobriu" a partícula neutra do núcleo, depois de algumas vaciladas de outros físicos.

Mas, antes, na próxima apostila, apresentarei a vocês alguns dos heróis dessa aventura científica.


2 - Irene e Frederico Joliot-Curie, na França, e James Chadwick, na Inglaterra.

3 - As experiências do casal Joliot-Curie com uma enigmática radiação neutra.

4 - Como James Chadwick descobriu o nêutron

5 - As conseqüências da descoberta do nêutron: mais tiros no escuro.