Dona Fifi aos 19 anos.

Apostilas eletrônicas de Dona Fifi
OS RAIOS CÓSMICOS

A descoberta dos raios cósmicos


No início do século 20 a grande sensação entre os físicos eram os "raios". Tinha raio para todos os gostos: os raios-X, descobertos por Roentgen, os raios alfa, beta e gama que saem dos átomos radioativos, e os raios catódicos, hoje presentes nos aparelhos de TV.

Começou então uma espécie de corrida maluca atrás de novos raios. Logo se descobriu que a radioatividade era mais corriqueira do que se imaginava. Usando seus aparelhos primitivos, os pesquisadores começaram a detetar radiação mesmo quando não havia nenhuma fonte radioativa nas proximidades. Por mais que blindassem seus detetores com placas de chumbo, alguma radiação sempre parecia estar presente. De onde vinham esses raios tão penetrantes?

A primeira suspeita era a própria Terra e suas rochas que poderiam conter traços de elementos radioativos. Para testar essa hipótese, Theodor Wulf, padre jesuíta e professor de física, subiu a Torre Eifel, em 1910, levando os delicados eletrômetros que desenvolvera. Ele esperava que a radiação medida no alto da torre de 300 metros fosse menor que no solo. Mas, para sua surpresa, o resultado foi o contrário: a radiação lá em cima era um pouco maior que aqui em baixo.

Wulf especulou que os "raios" detetados poderiam estar vindo do espaço e deu-lhes o delicado nome de "Hoehenstrahlung", ou "raios de grandes altitudes". Publicou seus resultados no "Physikalische Zeitschrift", chamando a atenção dos físicos para o problema.

(Um parênteses: esses nomes alemães são deliciosos. Consta que o rei Carlos II dizia: "Eu falo espanhol com Deus, francês com os homens, italiano com as mulheres e alemão com o meu cavalo".)

Coube ao intrépido austríaco Victor Hess comprovar a hipótese de Wulf subindo em balões carregados de detetores de radiação. Em 1912, Hess fez várias dessas arriscadas excursões, chegando a atingir 5000 metros de altitude, sem dispor nem de máscara de oxigênio! O resultado que obteve demonstrou que, realmente, a radiação aumenta fortemente com a altitude, evidenciando sua origem extra-terrestre. É uma radiação ET.

Começou, a partir daí, o interesse geral em observar essa misteriosa radiação, descobrir de onde ela vem e de que é feita.

Nos Estados Unidos, Robert Millikan (físico erroneamente apontado como o primeiro a medir a carga do elétron) usava um detetor automático de radiação que funcionava sem a necessidade de alguém para manipular. Aproveitando essa facilidade, lançou balões com esses detetores que eram depois recuperados com as medidas.

O curioso é que, após as primeiras experiências, Millikan anunciou que Hess estava errado e a radiação extraterrestre não existia. Só em 1926, depois de muitas tentativas, ele se convenceu da veracidade da radiação cósmica. Pior, a partir de então passou a dizer que ele próprio fora o descobridor da radiação que passou a chamar de "raios cósmicos", pois achava que eram raios gama vindos das estrelas onde os elementos químicos estavam sendo formados.

Nos anos seguintes, com a invenção de detetores mais sensíveis e confiáveis a pesquisa sobre a natureza dos raios cósmicos avançou rapidamente. O primeiro deles foi o contador de radiação inventado em 1928 pelos alemães Hans Geiger e Walther Müller. Depois, veio a câmara de nuvens, invenção de Charles Wilson, que permite observar e fotografar o rastro de partículas carregadas ao atravessar uma região saturada de vapor.

A grande vantagem dessa câmara de Wilson é que se pode colocá-la na vizinhança de um forte ímã e desviar a trajetória das partículas. Com esse truque, é possível saber o sinal da carga da partícula (+ ou -) e fazer uma estimativa de sua massa.

Usando esse recurso, em 1930, um estudante de Millikan chamado Carl Anderson mostrou, contrariando o mestre, que os raios cósmicos eram partículas eletricamente carregadas, pois eram desviadas pelo campo magnético do ímã. Ainda assim não convenceu seu teimoso orientador. Millikan dizia que as partículas que Anderson via em sua câmara eram partículas secundárias, arrancadas das paredes da câmara pelo raios gama que vinham do cosmo.

Para dissipar essa dúvida, Anderson colocou uma placa de chumbo no meio da câmara. A idéia era amortecer o movimento das partículas e mostrar que eram prótons. O resultado surpreendeu e desmentiu a ambos. As partículas observadas tinham carga positiva mas não eram prótons e, sim, partículas com massa igual à massa do elétron.

Anderson, fortuitamente, acabara de descobrir uma nova partícula que logo foi reconhecida como a anti-partícula do elétron, prevista pelo físico inglês Paul Dirac e hoje conhecida como "pósitron".


Rastro de um pósitron visto pela primeira vez na câmara de nuvens de Carl Anderson.
NOTA do EDITOR: Ver A ANTI-MATÉRIA.

Com o tempo e novas observações, viu-se que o pósitron era uma partícula "secundária", formada nos choques das "primárias" com os átomos da atmosfera ou com as paredes da câmara de nuvens.

No início da década de 30, o italiano Giussepe Occhialini conseguiu melhorar bastante a eficiência dos detetores com um método chamada de "coincidências". Em vez de acionar a máquina fotográfica ao acaso, fez com que ela só disparasse quando uma partícula atravessava a câmara gerando um pulso elétrico em um detetor associado. Com isso, ele conseguiu fotografar a criação de um par pósitron-elétron dentro da própria câmara. A foto ao lado, tirada pelo italiano, mostra várias trilhas de partículas. Duas delas se encurvam em direções opostas: são devidas a um elétron e sua anti-partícula, o pósitron.

Depois de tantas evidências, ninguém mais duvidava que os raios cósmicos eram partículas que vinham do espaço exterior com grande velocidade. Restavam, porém, muitas dúvidas: de onde elas vinham? Como interagiam com a atmosfera? Como conseguiam ter tanta energia?

Algumas dessas questões já foram solucionadas pelos físicos, outras ainda não. Vamos falar sobre isso, mas, antes, vale a pena descrever os maravilhosos aparelhos usados pelos físicos na deteção de raios cósmicos, alguns deles já aposentados e outros ainda em uso.


2 - Os primeiros detetores de radiação cósmica.

3 - A descoberta de novas partículas.

4 - Os "chuveiros" de partículas.

5 - Lattes e o méson-pi.

6 - O mistério dos raios cósmicos de altas energias.