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Impacto
A descoberta do elétron foi anunciada, cem anos atrás, em uma conferência feita pelo físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940), na Royal Institution, no dia 30 de abril de 1897. O elétron, como um dos constituintes básicos de todos os átomos, tem presença universal em quase todos os fenômenos materiais; sua descoberta foi um passo decisivo no desenvolvimento da física, da química e da biologia modernas. Além disso, muito da tecnologia moderna que permeia nossos ambientes de trabalho e nossas casas, como a TV e os computadores, teve suas raízes plantadas nos extraordinários desenvolvimentos da ciência ocorridos no final do século passado e no início deste século.
Em 1905, o húngaro Philipp von Lenard, discípulo de Hertz, recebeu o Prêmio Nobel pelos seus trabalhos anteriores sobre a natureza dos raios catódicos, onde estudou, entre outras coisas, o comportamento dos raios catódicos fora do tubo, quando penetravam no ar ou quando incidiam sobre lâminas sólidas. Nesse intervalo, o físico holandês Hendrik Lorentz havia já estendido a teoria eletromagnética de Maxwell para incorporar a idéia da carga elétrica descontínua, o elétron. O Prêmio Nobel de 1906 foi concedido a Thomson “pelas suas pesquisas teóricas e experimentais sobre a descarga da eletricidade através dos gases”. Thomson chamava as partículas de carga negativa que identificou de corpúsculos e continuou a fazê-lo por mais vinte anos. O termo elétron se tornou de uso geral após 1910; ele havia sido proposto por Stoney, em 1891.
Em 1913, o dinamarquês Niels Bohr, baseado em experimentos do australiano Ernest Rutherford, introduziu o seu modelo revolucionário do átomo, que aprimorava um modelo de átomo proposto dez anos antes por Thomson. Com o desenvolvimento posterior da mecânica quântica, em 1925/26, o elétron passou a ser reconhecido definitivamente como um dos constituintes básicos do átomo e seu papel essencial nas ligações químicas ficou estabelecido. Para se ter uma idéia das dimensões de um átomo basta dizer que na pequena quantidade de tinta que constitui o ponto final desta frase estão contidos cerca de 3 bilhões de átomos.
O elétron foi a primeira partícula elementar constituinte do átomo a ser identificada. Entre 1911 e 1920, consolidou-se a idéia da existência do próton, partícula de carga positiva que tem uma massa muito maior que a do elétron (cerca de 1800 vezes maior) e que existe no núcleo de todos os átomos. O nêutron, partícula de carga nula e com massa próxima da massa do próton e que, como ele, existe no núcleo dos átomos, foi identificado em 1932, por James Chadwick. Neste mesmo ano, confirmando uma previsão do físico inglês Paul Dirac, o pósitron (ou anti-elétron) é detectado e a espantosa existência da antimatéria - que se aniquila ao encontrar com seu equivalente material, produzindo energia - ficou estabelecida. De lá para cá, muitas outras partículas elementares foram identificadas. Um exemplo de destaque, e que nós brasileiro devemos recordar com orgulho e admiração, foi a descoberta experimental de uma outra partícula elementar, o méson p (pi), feita exatamente, há cinquenta anos atrás, pelos cientistas César Lattes (brasileiro), Cecil Powell (inglês) e Giuseppe Occhialini (italiano). Nas últimas décadas, um modelo padrão para as partículas elementares se impôs por seus sucessos preditivos e sua elegância matemática; nele os prótons e os nêutrons, por exemplo, são constituídos da partículas ainda mais elementares, os quarks. Já o elétron continua a ser, até agora, elementar, no sentido quântico do termo.
Curiosamente a controvérsia acirrada sobre a natureza corpuscular ou ondulatória do elétron, protagonizada por físicos alemães e ingleses, e na qual Thomson aparentemente tinha lançado uma pá de cal, retornou na década de 20 sob nova forma. O físico francês Louis de Broglie, escorado nas idéias de Einstein sobre relatividade e sobre o fóton, fez, em 1924, a hipótese revolucionária de que a matéria deveria apresentar também propriedades ondulatórias. Ou seja, o elétron poderia apresentar-se como onda, com um comprimento de onda muito mais curto que a da luz visível, por exemplo, e isto poderia ser detectado experimentalmente. Três anos depois, como ironia da história, é o filho de J. J. Thomson, Sir George Paget Thomson, que irá mostrar, através de experimentos de difração de elétrons que esses podem realmente apresentar comportamento ondulatório. Experimentos similares foram feitos independentemente por Carl Davisson. Tanto George Thomson quanto Davisson receberam o prêmio Nobel por estes trabalhos.
Nos dias de hoje este comportamento ondulatório do elétron abriu caminho para a construção de microscópios eletrônicos que, devido ao comprimento de onda muito curto do elétron, conseguem atingir dimensões muito menores que os microscópios usuais com luz visível. De acordo com os experimentos modernos e dentro do contexto atual da mecânica quântica, que é a teoria básica para a descrição da matéria, as partículas elementares, como o elétron ou o fóton, têm um comportamento que não pode ser representado unicamente por nossos modelos de partículas e ondas, que são provenientes de nossa experiência macroscópica. Uma analogia superficial talvez torne isto mais claro. Tal como o ornitorrinco, descrito pelos europeus que chegaram pela primeira vez à Austrália como uma mistura de coelho e de pato - uma analogia mais próxima de nós seria dada pelo peixe-boi, uma “mistura de boi e peixe” apontada pelos primeiros exploradores -, sem ser realmente nenhum dos dois, o elétron (e as outras partículas elementares) tem, de fato, propriedades ondulatórias e propriedades corpusculares. Mereceriam, como pensam muitos físicos, até um novo nome - quanton tem sido o sugerido - que tornasse claro que não são nem onda nem partícula, embora possam apresentar as propriedades de ambas, dependendo do tipo de experiência a que são submetidos, mas um objeto quântico mais complexo.
Atualmente quase todo cidadão do mundo, em algum momento de sua vida, estará diante do tubo de uma TV ou de um computador ou dependerá, para sua saúde e segurança, de aparatos similares em osciloscópios, radares ou sonares. Neles, certamente bem mais aperfeiçoados que os tubos originais, um feixe de elétrons será acelerado e, após ser defletido por campos eletromagnéticos, formará as figuras observadas na tela. O fato dessas imagens serem interessantes, instrutivas e prazeirosas ou idiotas, violentas e desabonadoras da inteligência e da ética humanas dependerá de muitos outros fatores associados à cultura, à organização social e aos interesses econômicos. Mas a mera existência de tal possibilidade escorou-se nos trabalhos científicos de homens como Faraday, Geissler, Crookes, Hertz, Perrin e Thomson. O país que não compreender a ligação da pesquisa científica com a tecnologia e com o desenvolvimento econômico e social, exemplificada neste processo, estará destinado a não comemorar jamais o centenário de descobertas científicas significativas para a humanidade feita por seus filhos.
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