Para abordar o microelectrão, a cuja descoberta julgou estar ligado, há que abordar historicamente as partículas (uma leitura mais detalhada está em Isabel Serra, Francisca Gonçalves e Elisa Maia, 2011)
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Breve históriariariaria das par das par das par das parttttículasculasculasculas elementares elementares elementares elementares
Em 1801, William Herschel identificará os “raios de calor” e em 1801 Johann Wilhelm Ritter os “raios químicos”, mais tarde identificados como fotões, correspondendo, respectivamente, às radiações infravermelha e ultravioleta.
1895 – W. Roentgen descobre os raios X. 1897 – J. J. Thomson identifica o electrão.
As partículas alfa são descobertas por E. Rutherford no decaimento do urânio, sendo os raios gama identificados um ano mais tarde, por P. Villard.
1910 – Polémica entre Millikan – que receberá o Nobel da Física em 1923 – e Felix Ehrenhaft, que interpreta os valores medidos na experiência da gota de óleo como revelando a existência dum “subelectrão”, com carga menor que a medida por Millikan. A história não lhe dará razão. Gerald Holton (1978) trata extensivamente este debate.
É de novo Rutherford quem virá a identificar o protão em 1911, o núcleo atómico em 1919, e a prever a existência do neutrão, em 1919. Tinha sido ele a primeira pessoa, em 1917, a transmutar um elemento noutro, quando converteu o nitrogénio em oxigénio por intermédio da reacção nuclear
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N + →
17O + protão
Nos produtos desta reação reconheceu a partícula da radiação obtida em experiências anteriores nas quais tinha bombardeado o gás hidrogénio com partículas alfa, obtendo assim núcleos de hidrogénio. Este resultado, só reportado em 1919, mostrou que os núcleos de hidrogénio eram uma parte dos núcleos de nitrogénio (e daí inferiu que provavelmente o mesmo aconteceria com os outros núcleos.).
Assim Rutherford conclui que o núcleo de hidrogénio era um componente fundamental dos outros núcleos e uma partícula, que ele designou por protão , designação que aparece pela primeira vez em 1920
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1927 – P. A. M. Dirac antecipa o conceito de antimatéria, com o positrão.
Em 1930, Wolfgang Pauli propôs o neutrino para preservar a conservação da energia, conservação de momento angular de spin no decaimento beta. Para esse efeito adicionou uma partícula não detetável que Pauli designou por “neutrão” ao electrão e ao electrão que já se sabia serem produtos do decaimento beta. Quando James Chadwick descobre em 1932 uma partícula nuclear neutra com mais massa à qual também chamou neutrão, Enrico Fermi, que tinha entretanto desenvolvido uma teoria do decaimento beta, é levado a propôr, em 1933, o termo neutrino para designar a partícula sugerida por Pauli, e assim resolver a confusão entretanto criada.
1933 – Jean Thibaud é o primeiro a descobrir a aniquilação dos pares electrão-positrão. 1934 – Previsão por H. Yukawa da existência do mesão como mediador da força que une o núcleo.
O primeiro candidato do mesão de Yukawa, na altura designado mesão mu (ou muão) foi descoberto em 1936 por Carl David Anderson nos produtos de decaimento de interações de raios cósmicos. Embora o muão tivesse aproximadamente a massa esperada da partícula prevista por Yukawa, durante a década seguinte à sua descoberta ficou claro que não era o mediador da interação nuclear forte, mas que se comportava anates como uma versão mais pesada do electrão, e é de facto um leptão e não um mesão. Só em 1947 foi identificado o verdadeiro mesão de Yukawa, o mesão pi (ou pião), mediador das interações fortes, por Cecil Powell, César Lattes e Giuseppe Occhialini. Nessemesmo ano são descobertos o mesão K e o barião Lambda. Na sequência da descoberta do pião, Yukawa recebeu o prémio Nobel da física em 1949.
Que outras partículas surgirão durante a vida de Gião? – o antiprotão em 1955, com Emilio Segrè.
– dois dos três tipos (“flavors” ou sabores) de neutrino, identificados respectivamente em 1956, por Clyde Cowan, Frederick Reines e seus colaboradores, aquele que foi proposto por Pauli para explicar o decaimento beta, e em 1962 o neutrino muónico, descoberto por Leon Ledermann, Melvin Schwartz e Jack Steinberger. Finalmente, em 1975, quando foi descober- to o terceiro tipo de leptão, o tau, no Stanford Linear Accelerator, logo se admitiu que teria também um neutrino associado, mas o correspondente neutrino só seria anunciado no verão de 2000, muito depois do falecimento de António Gião.Vale a pena também referir que o
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fenómeno da oscilação dos neutrinos (entre oelectrónico e o muónico) é primeiro sugerido em 1957 por Bruno Pontecorvo, inspirado pelas oscilações do mesão K, e o correspondente for- malismo matemático é desenvolvido por Pontecorvo nos dez anos seguintes.
Os trabalhos que examinamos a seguir apresentam o microelectrão como explicação alternativa da radioactividade Beta, mantendo a conservação da energia mas excluindo o neutrino - sendo por vezes dito (p. ex. no texto de De Broglie) que o neutrino equivale a um par microelectrão/micropositrão. São os textos #25, comunicações ao CRAS de Thibaud, De Broglie, Vieira e Gião, e acontecem em tempo posterior ao escrito por Einstein em 1940:
“Concerning his results in the elementary charge, I don't believe in his [Ehrenhaft's] numerical results, but I believe that nobody has a clear idea about the causes producing the Apparent sub- electronic charges he found in careful investigations”.
É assim e sempre, a sombra do grande herético, Ehrenhaft, cujo nome apenas aparece na carta final, que subjaz a estas pesquisas.
A história de uma partícula que afinal não existia pode começar a ser contada a partir dos seguintes documentos:
– correspondência com a Nature, #21, em torno da recusa de um artigo.
Assim, a carta da p. 154, ao Dr Spira, irmão de Sophie, de recusa ao texto #22, antecipa a publicação nos CRAS (#25, p. 165) ao propor a Gião que apresente os seus resultados numa sociedade científica; nova recusa, a 29 de Maio (p. 155), após tomar conhecimento da publicação pelo CRAS; Gião não voltará a contactar a Nature.
O cientista não está só, #23 mostra que Manuel Valadares discute com ele o tema.
– #25 inclui a literatura mais relevante a respeito do electrino – os 2 primeiros textos, de Jean Thibaud e Louis de Broglie; e do microelectrão, conceito mais geral, da lavra de Gião e aparentemente confirmado pelos dados experimentais de Glaphyra Vieira. Cuja satisfação ao publicar patenteia na carta #24.
A carta #24 mostra o entusiasmo com que Zaluar e a equipa de Valadares saudaram o artigo de Vieira incluído em #25, na altura em que parecia ser a experiência confirmadora duma nova teoria. Mas… a saudosa Professora Lídia Salgueiro, colaboradora próxima de ambos, não recordava o episódio – a crença nesta descoberta poderá ter sido efémera…
Mas houve estudantes que nos precederam nesta pesquisa. Citemos Ilídio Gaspar et al (1998).
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são mais pequenos que a massa própria, a carga e spin dos electrões, é uma das consequências mais importantes da teoria cosmológica que Gião se esforçou por desenvolver em vista de uma síntese da relatividade geral e da mecânica ondulatória.
Conforme esta teoria, o espectro de massas próprias [(m0)n] e as cargas (en) das partículas elementares do
Universo é dada pelas fórmulas:
(m0) e e e eram a massa própria e a carga do electrão, a uma constante numérica que não depende senão do número de protões e de neutrões do Universo no início da sua fase em expansão e enfim αn e βn os valores próprios, (n = 1, 2,... ∞) dos operadores laplacianos ligados respectivamente nas formas métricas interna e externa do espaço-tempo. Os electrões frequentes correspondem a n = 1 e para n > 1 tem-se uma série de micro- electrões. Para os micro-electrões, mais pesados e mais carregados (n = 2) tem-se os valores
Pode-se indicar a priori, alguns fenómenos onde os micro-electrões pelo menos para n = 2 se devem manifestar. Um destes fenómenos é a emissão β contínua das substâncias radioactivas.
Com efeito, como ele não pode ter, segundo a nossa teoria, partículas elementares neutras e de massa própria inferior à dos electrões, o neutrino (partícula sub-atómica de massa muito pequena, e sem carga eléctrica) que é necessário examinar nestes fenómenos para assegurar a conservação da energia, deve ser realmente um par de partículas eléctricas de sinais contrários e possuindo uma massa consideravelmente inferior à daquele electrão.
Estas são as características dos micro-electrões, de modo que se pode examinar o esquema seguinte para o fenómeno de emissão β contínuo.
Supomos que um neutrão N nuclear transformando-se num protão P+ liberta um electrão (e-) e uma radiação v de frequência segundo o esquema:
Esta transformação, corresponde para o nucleon, a passagem de um estado de energia E0 ao estado Ef e pode-se admitir que os Ef formam um espectro continuo tal que (Ef) máx – (Ef) min, seja da ordem de 30000 ou 40000 electrões-volt.
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corpúsculos eléctricos, que admitia ser de microelectrões, no fenómeno em que estava ocupado.
Tem-se que hv -> e2- + e2+ descuidando-se naturalmente os microelectrões para n > 2 cuja influência não se
faz quase sentir aqui.
O resultado destas duas transformações será:
N-> P+ + e- + e
2- + e2+, com conservação evidente da carga.
Há também conservação do spin porque ele resulta da teoria que cada microelectrão tem um spin ±1/ (2n) em unidades n/ (2π) quer dizer ±1/4 para n = 2.
A conservação da energia deve ser assegurada pelos microelectrões, vê-se que há emissão dum electrão e- de fraca energia que corresponde à emissão dum par de microelectrões de grande energia e inversamente, de modo que o espectro de emissão de microelectrões deve ter, ao contrário do espectro de emissão β uma intensidade decrescente.
Por outro lado admite-se que os fotões que estão em questão tem frequências de espectro descontinuo, serão mesmo microelectrões e o seu espectro de energia deve ser um espectro de raio perfeitamente simétrico pelo relatório de abcissa de desvio nulo, uma das metades do espectro são produzidas pelos microelectrões negativos (e2-) e a outra metade pelos microelectrões positivos (e2+).
Nestas condições o espectro conhecido da emissão deve apresentar, na sua estrutura fina, uma forma em escada em que cada patamar corresponde a um raio do espectro dos microelectrões, a largura destas escadas são devidas ao facto que os protões nucleares provem dos neutrões que tem níveis energéticos variando entre (Ef) max e (Ef) min. Esta teoria esquemática pode ser determinada por uma adaptação da teoria de Fermi, se existem efectivamente microelectrões deve-se em princípio poder fotografar num espectro de raios β, o espectro dos microelectrões positivos e negativos. Refere que em experiências, efectuadas por Madame Vieira no laboratório de Física da Faculdade de Ciências de Lisboa, sob a direcção de Valadares, fez-se agir um campo magnético cerca de 300o sobre a emissão duma fonte forte de RaC + RaD + RaE, e obteve-se com as acções muito longas, um espectro de raios finos sobrepondo-se no espectro β clássico ao lado dos negativos e um espectro de raios finos perfeitamente simétrico ao primeiro, ao lado dos positivos.
A intensidade dos raios, a mesma para os raios correspondentes de cada lado diminui fortemente para as fracas energias.
Tudo isto parece conforme ao que poderá esperar-se admitindo os microelectrões.
Aliás a energia de dois raios de intensidade máxima, calculada evidentemente na hipótese onde eles serão devidos aos electrões habituais foi encontrado igualmente a 5 Me V, o que ultrapassa largamente a energia máxima da emissão β contínua para as fontes radioactivas naturais empregadas nestas experiências.”
Os textos #25 atestam da prioridade de Thibaud (atrás mencionado, na Correspondência, como cioso de partilhar os seus resultados), o físico de Lyon que em 1933 observara a aniquilação electrão/positrão prevista por Dirac. Mostram sobretudo a seriedade com que De Broglie encara esta possível partícula, pondo em causa a carga nula associada ao neutrão.
Problema esse que já havia perdido a urgência, quando Gião o tenta resolver, no conceito de hyperemnon.
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No CRAS ainda, o texto de Gião com conteúdo semelhante ao recusado na Nature, (#22) assim como a parte do primeiro título (47) que publicará na Portugaliae Mathematica.
Enfim, o texto de Glaphyra que havia sido saudado com um beberete, e que parece atestar uma evidência experimental então julgada objectiva.
O manuscrito mais longo, de Gião, integra os dados dos anteriores e assume um carácter histórico; é com satisfação que integro na Tese este original que Gião anunciou como no prelo. No entanto, por razões técnicas de reprodução, o texto aqui impresso transita das 2 páginas iniciais para o capítulo II.
O capítulo omitido reitera o EMNA, de forma similar ao exposto em (38) e (47)
P. 172 – a argumentação incide, de forma aparentemente confusa ou sincrética, sobre uma partícula elementat globular num quadro tensorial onde a densidade “partielle” da energia- quantidade de movimento é dada por (18 a), sendo os “efforts de frottement négligeables”. Ora, o atrito faz parte dos sistemas dissipativos, e estes são alheios aos cenários quântico e relativista de então…asssim como as partículas não são necessariamente globulares, nem as maciças e neutras, nem as carregadas e sem massa…
A este ponto o Leitor torna-se hermeneuta. A explicação densa, misturando conceitos, irá acompanhar o resto do documento.
Na página seguinte, e por passagem a um limite infinito, é calculado um conjunto de valores próprios de operadores laplacianos de partículas – serão as cargas e as massas- pp. 174-176. A seguir é estudado o spin, o momento magnético – p. 180 – sendo que, na p. 183, se apela a uma representação de potencial coulombiano no interior dos glóbulos de electricidade (sublinhado). A p. 184 introduz umtema curioso, o dos efeitos consequentes à decalagem entre os glóbulos de massa e electricidade (sublinhado).
A p. 185 tenta, com uma citação a De Broglie, compatibilizar esta teoria com as relações de incerteza.
Pelo contrário, o capítulo II é uma exposição ordenada duma explicação possível da radiação beta. Sendo feita a ponte para outra explicação – a de Fermi, que prevaleceu –
nas páginas 192 a 195. O essencial é a substituição do neutrino por pares microelectrónicos de carga antagónica. A p. 195 introduz a relação com o fotão, e o conceito de fusão de partículas aparece com a notação [ ] na página imediata. Um fotão gama seria resultado duma tal fusão. A p. 204 introduz os fotões de spin 1/n e alude à contribuição fotónica para o campo “gravifique-mésonique”.
O capítulo final explica os resultados experienciais de Vieira e de Thibaud.
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da física de forma original. Não é impossível que De Broglie tivesse objectado à sua publicação.
O microelectrão será matéria de correspondência com Loyal Benham – #27. Benham, que chegou a ser nomeado para o Nobel da Física, interessa-se pela explicação que Gião dá aos resultados de Thibaud, e propôe-se publicar sobre a matéria. Para aludir aos resultados de Blackett num tema mais clássico, o magnetismo dos corpos em rotação.
Na última carta – #28 – aparece pela primeira vez a referência a Ehrenhaft, lembrando o interesse dos físicos da escola que deixou em Viena em confrontar estas duas linhas de investigação Escola a que o subscritor, Weinzierl, pertence. É de 1951, ano em que o tema microelectrão já adormecera. Espera novos resultados da parte de Vieira, e aspira a comparar a duração de vida entre as várias espécies de electrão….
Depois da carta de Weinzierl de 1951, apenas ocorre uma discreta instância da palavra “microelectrão” no relatório do Centro de Cálculo Científico de 1964.
Esgota-se assim a herança de uma dúvida, proposta meio século antes por aquele que foi o maior dos rebeldes da Física do século XX, Ehrenhaft.
E permanece uma questão conceptual – com estes trabalhos, pode dizer-se que Gião fez física de partículas?
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7. A COSMOLOGIA NOS ANOS DA VIDA DE GIÃO
O presente capítulo inspira-se em Helge Kragh (1996). O biógrafo de Dirac dedica a sua atenção à oscilação entre as teorias de criação contínua da matéria e os modelos do tipo big bang que configura a história desta ciência, até ao paradigma fisicalista introduzido por Peebles.
A argumentação de Gião – mesmo quando expõe para refutar outras cosmologias – e a de Klotz são internalistas.
Kragh, pelo contrário, dá um sentido evolutivo onde são integradas as observações.
1917 –A. Einstein e W. De Sitter expõem os seus modelos do universo, como soluções das equações de Einstein da relatividade geral, ambos estáticos e ambos com constante cosmoló- gica, mas enquanto o de Einstein tinha matéria o de De Sitter era vazio. De Sitter mostra que, como resultado da métrica, os relógios parecem andar mais lentamente quanto mais longe estão do observador. Como a frequência é inversa do tempo, a luz deve ser recebida com menor frequência, sendo tanto mais deslocada para o vermelho quanto mais longe está o relógio.
1918 – MacMillan publica um artigo sobre evolução estelar cujas consequências vâo influenciar os modelos posteriores sobre os modelos do estado estacionário.
1921 – Walter Nernst especula sobre a possibilidade de a reciclagem eterna da radioativi- dade poder evitar a morte pelo calor (heat death) do universo, ou seja, o estado de máxima entropia do universo, garantindo assim um universo estacionário, que Nernst preferia. Em publicações posteriores entre 1928 e 1938, Nernst desenvolve estas ideias numa visão cosmo- lógica de um universo estacionário, com criação e destruição de matéria.
1926 – Robert Millikan sustenta que a existência dos raios cósmicos é argumento favorável a um cenário não evolutivo, com formação interestelar destes raios.
1927 – A expansão do universo é defendida por Lemaître.
1928 -Hubble vai à Holanda para assistir a um encontro da IAU e uma vez lá discute a situação das nebulosas com os especialistas locais. O seu colaborador Milton Humason recordou mais tarde que Hubble teria aí decidido analisar a questão dos redshifts em
confronto com a teoria de De Sitter. Enquanto Humason se dedicou a determinar redshits de mais galáxias, Hubble procurou determinar por vários métodos as distâncias àquelas galáxias cujos redshifts tinham sido medidos.
194 1931 – Hipótese de big bang por Lemaître.
1933 – Formulação do princípio cosmológico por Milne.
1937 – Cosmologia de Dirac, derivada da Large Number Hypothesis, inclui a criação contínua de matéria.
1938 – Pascual Jordan reformula a teoria de Dirac.
1946 – George Gamow explica a criação dos elementos na origem do universo.
1947 – Fred Hoyle e van Albada propõem em alternativa a criação destes no interior das estrelas.
1948 – Alpher e Hermann prevêem a radiação do fundo cósmico no quadro do big bang, enquanto Hoyle, Bondi e Gold formulam matematicamente o universo estacionário.
1951 – Sai a encíclica de Pio XII sobre cosmologia e religião; McCrea apresenta uma solução de estado estacionário com pressão cósmica negativa.
1952 – Dois livros marcantes, ”Cosmology” de Bondi e “Creation of the universe “ de Gamow.
1955 – Sciama explica a criação das galáxias num universo estacionário: os dados radioastronómicos de Ryle são apenas compatíveis com um universo evolutivo.
1962 – Observações por satélite refutam a criação simétrica de matéria e antimatéria proposta por Hoyle e Narlikar; Zel’dovitch propõe um big bang “frio”, ao contrário de Gamow.
1963 – Congresso de Lisboa; observações de raios X invalidam o cenário “quente” da criação contínua; descoberta dos quasars; Novikov apresenta a radiação do fundo cósmico como argumento decisivo a favor do big bang.
1965 – Penzias e Wilson identificam essa radiação; teoremas de singularidade de Hawking e Penrose.
1968 – Sciama abandona o modelo steady state por ser incompatível com o redshift dos quasars; Hoyle e Narlikar sugerem a criação discreta de matéria num universo pulsátil, retomando, sem declarar, alguns resultados de Gião.
Num contexto diferente – a relação entre opções filosóficas de Estado e modelos do universo, Loren R. Graham (1972), fará contrastar as doutrinas das escolas soviética (Ambartsoumian, Novikov, Zel’dovitch), inspiradas pelo materialismo, e inglesa (Milne, Bondi), de pendor marcadamente idealista.
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Qual o lugar de Gião na discussão cosmológica? Que se passa no encontro de
Lisboa em 1963?
Vejamos alguns dos pontos fortes da exposição por Gião do seu sistema:
1. A sua adesão ao modelo de De Sitter não vazio, com raio proporcional ao co-seno hiperbólico do tempo.
2. A sua maior afinidade com os modelos de criação contínua da matéria – Bondi, Jordan. Gião defende a “ligeira deformação” deste cenário pela existência da matéria cuja criação é contínua, o formalismo tensorial – que contrasta com a introdução, mais inovadora de um campo escalar, por Jordan no congresso de 1963.
Um outro ponto está sintonizado com o espírito do tempo, à procura de um cronótopo de dimensão 5, a lembrar as teorias de Kaluza-Klein, das quais o artigo de Thiry expõe uma variante.
Mais original, a distinção entre métrica interna e externa, justificada por uma distinção