SEARA DA CIÊNCIA
CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Bassalo


Compton, seu Efeito e os Raios Cósmicos. .
Em 1905 (Annales de Physique Leipzig 17, p. 132), o físico germano-suíço-norte americano Albert Einstein (1879-1955; PNF, 1921) explicou o efeito fotoelétrico assumindo que a luz (de freqüência n) é um pacote de energia hn, o Lichtquantum, onde h é a constante de Planck. Registre-se que, em 1926 (Nature 118, p. 874), esse "pacote Einsteniano" recebeu o nome de fóton dado pelo químico norte-americano Gilbert Newton Lewis (1875-1946). Ainda em 1905 (Annales de Physique Leipzig 18, p. 639), Einstein demonstrou que a massa ( ) de um corpo, dotado de uma velocidadev, é o seu conteúdo de energia (E) e que são relacionados pela famosa expressão: E=mc2, onde c é a velocidade da luz no vácuo, e , com . Mais tarde, em 1916 (Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 18, p. 318; Mitteilungen der Physikalischen Gesellschaft zu Zürich 16, p 47), ao estudar a radiação Planckiana do corpo negro, Einstein considerou pela primeira vez que a radiação eletromagnética, em particular a luz (de comprimento de onda l), carregava um momento linear p definido por: . É oportuno destacar que, em 1909, o caráter dual [onda(l)-partícula(p)] da radiação eletromagnética já havia sido cogitado, pelo próprio Einstein ao estudar o equilíbrio termodinâmico dessa radiação (Physikalische Zeitschrift 10, p. 185), assim como pelo físico alemão Johannes Stark (1874-1957; PNF, 1919), ao explicar o Bremsstrahlung ("Radiação de frenagem") (Physikalische Zeitschrift 10, p. 902).

O aspecto dual da radiação eletromagnética referida anteriormente foi observado pelo físico norte-americano Arthur Holly Compton (1892-1962; PNF, 1927), em 1923 (Physical Review 21, p. 483), em seu estudo sobre o espalhamento de raios-X pela matéria. Nesse estudo, ao considerar os princípios relativísticos de conservação da energia e do momento linear, quer para a radiação-X, quer para o elétron constituinte da matéria, Compton demonstrou a seguinte expressão:

sendo ( comprimento de onda Compton)

onde l´ e l representam, respectivamente, os comprimentos de onda dos raios-X, depois e antes de ser espalhados por elétrons de massam, e qBulletin of the National Research Council of the U. S. A., e comunicada na Reunião da American Physical Society, em 1 e 2 de dezembro de 1922. Observe-se que, ainda em 1923 (Physikalische Zeitschrift 24, p. 161), observação análoga a essa de Compton foi realizada pelo físico e químico holandês Petrus Joseph Wilhelm Debye (1884-1966, PNQ, 1936). Em vista disso, o espalhamento de raios-X por elementos leves, é também conhecido como Efeito Compton-Debye (EC-D).

Muito embora Compton haja considerado os princípios relativísticos de conservação da energia e do momento linear, para os raios-X e para o elétron, na dedução da expressão acima, confirme frisamos, essas considerações eram questionadas por eminentes físicos, dentre os quais o dinamarquês Niels Henrik David Bohr (1885-1962; PNF, 1922) e o alemão Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (1868-1951). Por exemplo, em 1924 (Philosophical Magazine 47, p. 785), o próprio Bohr e os físicos, o holandês Hendrik Anthony Kramers (1894-1952) e o norte-americano John Clarke Slater (1900-1976) formularam a hipótese (BKS) de que os princípios de conservação da energia e do momento linear não valiam para processos microscópicos, como o caso do efeito observado, independentemente, por Compton e Debye, e que eles só valiam estatisticamente para fenômenos macroscópicos.

Contudo, ainda em 1924 (Zeitschrift für Physik 26, p. 44), experiências mais refinadas sobre esse efeito e realizadas pelos físicos alemães Walther Bothe (1891-1957; PNF, 1954) e Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) mostraram a inconsistência da hipótese BKS e a validade da hipótese das leis de conservação da energia e do momento linear, usadas por Compton, para a explicação dos resultados experimentais que haviam conseguido. O mesmo ocorreu com a experiência realizada, em 1925 (Physical Review 25, p. 107; 306; 26, p. 289), pelo próprio Compton, auxiliado por Alfred Walter Simon. Depois de várias experiências realizadas sobre o EC-D, comprovando aquela inconsistência e a validade das leis de conservação para a sua explicação, esse efeito teve uma explicação teórica mais acurada (por intermédio do formalismo da segunda quantização Diraciana), que foi a apresentada pelos físicos, o sueco Oskar Benjamin Klein (1894-1977) e o japonês Yoshio Nishina (1890-1951), em 1929 (Zeitschrift für Physik 52, p. 853) a hoje famosa equação de Klein-Nishima. Maiores detalhes sobre o EC-D, ver: Abraham Pais, Niels Bohr's Times, in Physics, Philosophy, and Polity. Clarendon Press/Oxford (1991); Edmund Whittaker, A History of the Theories of Aether and Electricity: The Modern Theories (1900-1926), Thomas Nelson and Sons, Ltd. (1953); B. Baseia, Revista Brasileira de Ensino de Física 17, p. 1 (1995).

Além desse trabalho relacionado com o espalhamento dos raios-X pela matéria, Compton também era interessado no estudo dos raios cósmicos. Com relação a esse seu interesse por essas partículas, descobertas pelo físico austro-norte-americano Victor Franz Hess (1883-1964; PNF, 1936) em 1910, há dois episódios inusitados que aconteceram com Compton. Certa vez, ele foi preso em um mosteiro no sul do México, para onde se dirigiu a fim de realizar medidas sobre a intensidade daqueles raios. Os soldados mexicanos que o prenderam, pensavam que o chumbo que Compton levava, poderia ser empregado na fabricação de balas de canhão, uma vez que, nessa época, existia uma querela entre a Igreja Católica e o Governo Mexicano. Será que o porte atlético de Compton, que já fora campeão de tênis, e sua habilidade em tocar guitarra havaiana, também contribuíram para a prisão referida?

O outro episódio aconteceu no Brasil. Vejamos como. Em 1939, o físico russo-ítalo-brasileiro Gleb Wataghin (1899-1986) liderava um grupo de pesquisas experimentais, do qual participavam os físicos, o italiano Giuseppe Paolo Stanislao Occhialini (1907-1993) e os brasileiros Paulus Aulus Pompéia (1911-1992), Marcello Damy Souza Santos (n.1914), Oscar Sala (n.1922), Roberto Aureliano Salmeron (n.1922), Cesare (César) Mansueto Giulio Lattes (1924-2005) e Yolande Monteux. Dentre essas pesquisas, uma se relacionava com a medida da intensidade dos raios cósmicos e, para tal medida, eram usados aviões da Força Aérea Brasileira (FAB) que iam até a altura de 7 km, conforme destaca o sociólogo brasileiro Simon Schwartzman (n.1939) no livro que organizou e intitulado Formação da Comunidade Científica no Brasil (Editora Nacional, 1979). Como Compton pretendia realizar medidas dos raios cósmicos nos Andes bolivianos, Wataghin, naquele mesmo ano de 1939, convidou-o a vir ao Brasil para discutir os resultados de suas pesquisas, bem como a realização de um Simpósio Internacional sobre Raios Cósmicos. Para conseguir recursos para sua pesquisa e, também, para esse Congresso, marcou uma audiência com o Governador de São Paulo, o político brasileiro Ademar Pereira de Barros (1901-1969). Pois bem, acompanhado de Sala, Wataghin começou a descrever, para o Governador paulista, as maravilhas dos raios cósmicos, a importância das pesquisas que estava realizando e a necessidade de divulgá-las para a comunidade científica internacional especialista nesse assunto. Segundo o físico brasileiro Henrique Fleming (n. 1938), depois de ouvir toda a explanação de Wataghin, Ademar de Barros abriu uma gaveta e disse o seguinte: Professor, pegue aí o dinheiro que quiser, e que Deus o ajude com os seus raios cósmicos!.

Certamente o leitor ficou curioso em saber qual a origem desse dinheiro ofertado por Ademar de Barros ao professor Wataghin, uma vez que o Governador ofereceu sem a necessidade de prestação de contas. Podemos especular duas origens. A primeira, seria dele próprio, já que era originário de uma família imensamente rica, pertencente aos famosos "barões do café". A segunda, de uma "caixinha", hoje conhecida como o famigerado "Caixa 2", cujos contribuintes eram pessoas ligadas ao "jogo do bicho" e, também, a grandes empreiteiras. Meu amigo Fleming, por e-mail, me disse que acredita na primeira origem, pois, Ademar de Barros, que era médico, antes de se interessar pela política e depois de se formar na Escola Nacional de Medicina, no Rio de Janeiro, fez pós-graduação no Brasil, nos Estados Unidos e em vários países da Europa. Portanto, essa convivência com vários médicos que, certamente, pesquisavam em suas áreas, lhe fez entender o significado e a importância das pesquisas realizadas pelo professor Wataghin.

É oportuno dizer que os trabalhos realizados por Wataghin, Pompéia e Marcello Damy sobre raios cósmicos, publicados na Physical Review 57, p. 61 e nos Anais da Academia Brasileira de Ciências 12, p. 229, e estudados teoricamente pelo físico brasileiro Mário Schenberg (1914-1990) nos Anais da Academia Brasileira de Ciências 12, p. 281, todos no ano de 1940, tiveram uma importância fundamental para a Física dos Raios Cósmicos, uma vez que tais trabalhos mostraram que na componente mole desses raios (também conhecida como chuveiros penetrantes) havia uma produção múltipla de mésons em uma só direção e não uma produção plural dos secundários penetrantes como se acreditava. Essa importância ficou evidente com a descoberta dos "mésons pi", em 1947, na célebre experiência realizada pelos físicos, os ingleses Sir Cecil Frank Powell (1905-1969; PNF, 1950) e Hugh Muirhead, além de Lattes e Occhialini. (Sobre essa descoberta, ver o verbete sobre Lattes.) Também é oportuno dizer que o Congresso referido acima foi realizado no Rio de Janeiro, em 1941, com a presença de Compton, e no qual os trabalhos de Wataghin e seu grupo foram apresentados e tiveram uma grande repercussão, segundo descreve o físico brasileiro Shozo Motoyama (n.1940). [Ver seu artigo no livro História das Ciências no Brasil, Volume 1 (E.P.U./EDUSP, 1979), que foi organizado por ele e pelo botânico e ecólogo brasileiro Mário Guimarães Ferri (1918-1985).]