domingo, 14 de dezembro de 1997

Há cem anos, Thomsom descobria o elétron

Em outubro de 1897, o físico inglês J. J. Thomson (1856-1940), no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, "descobriu" o elétron, um dos feitos científicos mais importantes dos últimos cem anos.

Thomson estava interessado nos estranhos fenômenos que ocorrem quando descargas elétricas atravessam tubos catódicos, que são ampolas de vidro com duas placas metálicas em seu interior, ligadas aos pólos de uma bateria. A ampola contém gás bastante rarefeito. Os tubos de televisão são versões modernas desses tubos catódicos.

Ao se conectar à bateria, um estranho raio se propaga pelo tubo catódico, produzindo uma mancha fosforescente em sua parede. Thomson mostrou que esses "raios catódicos" eram defletidos por um campo magnético e por um campo elétrico. (O leitor pode fazer uma experiência divertida, passando um imã em frente a uma tela de TV e checando a distorção da imagem.)

Baseado em suas medidas, Thomson mostrou que esses raios eram compostos de "corpúsculos" com carga elétrica negativa e com massa pelo menos 1.000 vezes menor do que um átomo de hidrogênio, o objeto mais leve conhecido na época. (Ele não usou o nome elétron, inventado em 1891 pelo físico irlandês G. Johnstone Stoney.)

Seus resultados eram independentes do tipo de gás usado no tubo catódico. Corajosamente, Thomson concluiu que esses corpúsculos eram constituintes dos átomos de todas as substâncias. O elétron foi descoberto!

A descoberta do elétron foi também a descoberta da primeira partícula elementar. Por elementar, denotamos objetos que não podem ser subdivididos em outros ainda menores.
Segundo essa definição, o átomo não é uma partícula elementar, já que é composto por prótons, nêutrons e elétrons. Nem mesmo os prótons e nêutrons são elementares; eles são compostos por quarks.

Com sua descoberta, Thomson deu continuidade a uma tradição antiga, herdada dos filósofos pré-socráticos da Grécia Antiga, a busca pelos constituintes fundamentais da matéria.
O elétron criou sérias dores de cabeça para os físicos do início do século 20. Em 1924, o físico francês Louis de Broglie propôs que, tal como Einstein havia sugerido para o fóton (partículas de radiação eletromagnética) em 1905, elétrons também exibem a chamada dualidade onda-partícula, isto é, exibem propriedades físicas de ondas, como a difração, e também propriedades de partículas. Tudo depende do preparo do experimento.

Essa dualidade de comportamento sugere que na realidade o elétron não é partícula nem onda. Mas nós apenas sabemos representá-lo através dessas duas imagens concretas. E já que o elétron exibe esta ou aquela propriedade, de acordo com os detalhes do experimento, o próprio observador tem um papel na definição da realidade física do elétron. Não podemos dizer que um determinado elétron existe antes de ele ser observado.

A tecnologia depende de modo fundamental das propriedades do elétron. Correntes elétricas são elétrons em movimento.

Imagens em tubos de televisão são formadas quando elétrons se chocam contra o interior da tela, pintado de material fosforescente. Transistores, usados em quase todos aparelhos eletrodomésticos e computadores, dependem da mobilidade de elétrons em diversos tipos de materiais, como silício e germânio.

Inúmeras aplicações tecnológicas futuras sendo estudadas hoje são baseadas nas propriedades do elétron, como por exemplo supercondutividade a altas temperaturas, chips ultravelozes, ou "computadores quânticos", que usam moléculas para efetuar cálculos.
Sem dúvida, esse é o século do elétron. E pelo jeito, o elétron continuará a nos surpreender ainda por muitos outros séculos.

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