SEARA DA CIÊNCIA
CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Bassalo


Rutherford, a Beladona e a Partícula Alfa (a).
Quando o físico neozelandês Barão Ernest Rutherford (1871-1937; PNQ, 1908), iniciou em 1906 (Philosophical Magazine 11; 12, p. 166; 134), as pesquisas sobre o espalhamento das partículas a pela matéria, a contagem daquelas partículas era feita com os dedos e olhando para uma tela fluorescente através de um microscópio. A dificuldade nessa contagem era tão grande que alguns físicos nucleares dessa época chegavam a tomar beladona para dilatar a pupila de seus olhos. Contudo, em 1908 (Proceedings of the Royal Society of London A81, p. 141; 162), Rutherford e o físico alemão Hans (Johannes) Wilhelm Geiger (1882-1945) realizaram experiências nas quais desenvolveram uma técnica de contagem das partículas a que eram espalhadas pela matéria. Seu funcionamento era baseado no seguinte. Depois de espalhadas, as partículas a eram obrigadas a atravessar um gás sob alto campo elétrico e contido em um cilindro metálico com um condutor fino no eixo do mesmo. Nessa passagem, as a produziam uma pequena ionização (arrancavam elétrons) nas moléculas do gás. Os elétrons então arrancados, bem como os próprios íons resultantes, eram acelerados pelo campo elétrico, gerando uma corrente elétrica. É interessante ressaltar que, na segunda experiência, eles perceberam que as partículas a eram carregadas positivamente e apresentavam o dobro da carga do elétron. Tal observação indicava que tais partículas nada mais eram do que átomos de hélio (He). Essa observação foi enfatizada em um artigo que Rutherford e químico inglês Thomas Royds (1884-1955) escreveram em novembro de 1908, e publicado em 31 de dezembro de 1908 (Memoirs of the Manchester Literary and Philosophical Society 53, p. 1), e em 1909 (Philosophical Magazine 17, p. 281). Observe-se que esse contador foi aperfeiçoado por Geiger e pelo físico germano-norte-americano Erwin Wilhelm Mueller (1911-1977), em 1928 (Zeitschrift für Physik 29, p. 839), e constitui o que hoje se conhece como o Contador Geiger-Mueller.

Usando essa nova técnica de contagem, Geiger e o físico inglês Ernst Marsden (1889-1970), em 1909 (Proceedings of the Royal Society of London A82, p. 495), estudaram o espalhamento de um feixe de partículas a [oriundas do radônio (Rn)], através de uma lâmina fina de metal. Nesse estudo, eles observaram que do feixe, não muito bem colimado e contendo cerca de 8.000 daquelas partículas, apenas uma delas era refletida, ou seja, era espalhada num ângulo > 90o. Este tipo de espalhamento foi também comentado por Geiger, em 1910 (Proceedings of the Royal Society of London A83, p. 492). Por fim, em 1911 (Proceedings of the Manchester Literary and Philosophical Society 55, p. 18; Philosophical Magazine 5; 21, p. 576; 669), Rutherford interpretou os resultados das experiências de Geiger e Marsden, propondo seu célebre modelo planetário do átomo, decorrente da fórmula que deduziu para o espalhamento de partículas (a ou b) pela matéria - Fórmula do Espalhamento de Rutherford (em notação atual):

onde y expressa o número de partículas espalhadas sobre a unidade de área de um anteparo ("screen") colocado a uma distância r da fonte espalhadora e num ângulo f medido a partir da direção das partículas incidentes; n e t denotam, respectivamente, o número de átomos na unidade de volume da lâmina alvo e sua espessura; m, u e Q representam, respectivamente, a massa, a velocidade e o número total de partículas incidentes; Z a carga elétrica do núcleo do átomo que compõe a lâmina alvo; E a carga elétrica das partículas incidentes (E=2e, para a a e E=e , para a b); e e a carga elétrica do elétron. É interessante observar que, para a dedução dessa célebre fórmula, Rutherford contou com a colaboração de seu genro, o matemático inglês Ralph Howard Fowler (1889-1944).