CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Filardo Bassalo
www.bassalo.com.br

Os Primeiros Trabalhos de Pauli Antes de Seu Doutoramento.

 

O físico austríaco Wolfgang Pauli Junior (1900-1958; PNF, 1945) graduou-se com louvor, em 1918, no Döblinger Gimnasium, na Áustria. Logo depois foi para a Universidade Ludwig-Maximilian, em Munique, na Alemanha, estudar com o físico alemão Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (1868-1951) objetivando obter seu Doutoramento de Física, o que aconteceu em julho de 1921 com a tese intitulada: Über das Modell des Wasserstoff-Molekülions (“Sobre o Modelo do Íon da Molécula de Hidrogênio”), na qual desenvolveu a Teoria Quântica da molécula de hidrogênio (H) ionizada. Contudo, antes disso, em 1920, Pauli publicou dois importantes trabalhos sobre as propriedades magnéticas clássicas da matéria: dia, para e ferromagnetismo. Conforme vimos em verbete desta série, as duas primeiras (dia e para) foram estudadas pelo físico francês Paul Langevin (1872-1946), em 1905, ao admitir que os átomos e as moléculas apresentavam um momento magnético (μ) intrínseco e permanente; o ferromagnetismo  foi explicado físico francês Pierre Ernst Weiss (1865-1940), em 1907, ao considerar que uma substância ferromagnética era constituída de pequenos dipolos magnéticos, submetidos a um intenso campo magnético interno – o campo molecular Hm = q M, com q sendo uma constante e M a magnetização. Trabalhando no Laboratório do físico dinamarquês Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926; PNF, 1913), na Universidade de Leiden, em 1909, Weiss realizou medidas da saturação da magnetização do hélio (He) líquido e, em 1911, observou que os momentos magnéticos do níquel (Ni) e do ferro (Fe) estavam na relação de 3/11. Em vista disso, ele propôs que a magnetização de uma substância ferromagnética poderia ser expressa com múltiplos inteiros de um Gram-magneton (hoje, magneton de Weiss μW), uma espécie de momento magnético do elétron. (wikipédia/Weiss_magneton).  

                   É oportuno salientar que a suscetibilidade magnética (χ) de uma substância magnética é definida por:  χ = M/H, sendo H a intensidade do campo magnético externo aplicado à substância magnética e que, o químico e físico francês Pierre Curie (1859-1906; PNF, 1903), em 1895, demonstrou que  varia inversamente com a temperatura absoluta (T), para as substâncias paramagnéticas enquanto que para as diamagnéticas é independente dessa mesma temperatura, exceto para o bismuto (Bi). Essa observação ficou conhecida como a lei de Curie:  Observe-se que o problema do bismuto só foi resolvido com a explicação quântica do diamagnetismo (ver verbete nesta série).

                   Agora, tratemos dos dois trabalhos de Pauli escritos em 1920. No primeiro deles (Zeitschrift für Physik 2, p. 201), ele estudou o diamagnetismo das substâncias ionizadas, e encontrou para a suscetibilidade diamagnética (), o mesmo valor que havia sido obtido por Langevin, ou seja:   (que não depende de T, portanto, está de acordo com a lei de Curie), onde e e m representam, respectivamente, a carga e a massa do elétron, c a velocidade da luz no vácuo, N0 o número de Avogadro, e significa a média quadrática da distância r do elétron a um ponto central (hoje, núcleo atômico rutherfordiano), projetada em um plano perpendicular a H. O sinal menos (-), que decorre da lei de Lenz [descoberta pelo físico germano-russo Heinrich Friedrich Emil (Emil Khristianovich) Lenz (1804-1865), em 1833], explica a razão pela qual uma substância diamagnética em presença do ferro, por exemplo, sofre uma repulsão e, portanto, levita. No segundo artigo (Physikalische Zeitschrift 21, p. 615), Pauli estudou o paramagnetismo das moléculas, ocasião em que introduziu, pela primeira vez, a unidade fundamental de  μ em uma órbita bohriana - o magnéton de Bohr: μB = e h N0/(4 π), onde h é a constante de Planck. Os valores experimentais mostraram que μB ~W. Note-se que Pauli voltaria a estudar essas propriedades magnéticas, em 1927 (Zeitschrift für Physik 41, p. 81), quando demonstrou a suscetibilidade paramagnética (χpara) dos metais é independente da temperatura (T) de conformidade com os resultados experimentais relativos aos metais alcalinos.

                   É oportuno concluir este verbete dizendo que quando Pauli estudava com Sommerfeld, este lhe sugeriu que fizesse uma revisão da Teoria Especial da Relatividade. Assim, dois meses depois de defender o Doutorado (1921), Pauli produziu o seminal artigo composto de 237 páginas e publicado, ainda em 1921, na Encyklopaedie der Mathematischen Wissenschaften, mit Einschluss ihrer Anwendgungen, Physik 5, p. 539, artigo que foi elogiado pelo próprio autor daquela  Teoria, o físico germano-suíço-norte-americano Albert Einstein (1879-1955; PNF, 1921).