Dmitri Mendeleev

O Químico Russo
Dmitri Mendeleev
(Photo credit: Wikipedia)

Nascido na Sibéria, sendo o último de 14 crianças, Dmitri Mendeleev (1834-1907) revolucionou nossa compreensão das propriedades dos átomos e criou uma tabela que provavelmente adorna qualquer sala de química no mundo. Depois de seu pai ficar cego e não mais poder sustentar a família, a mãe de Mendeleev iniciou uma fábrica de copos para fazer frente às despesas. Mas logo Mendeleev terminou o ensino médio, seu pai morreu e a fábrica queimou. Com a maioria de seus outros filhos vivendo por conta própria, sua mãe o enviou para São Petersburgo, trabalhando incansavelmente e com sucesso, para enviá-lo para a faculdade.
No final da década de 1860, Mendeleev começou à trabalhar em sua maior proeza: a tabela periódica dos elementos. Por organizar todos os 63 elementos então conhecidos por peso atômico, ele tentou organizá-los em agrupamentos com propriedades similares. Onde houvesse vaga na tabela, ele previu que um novo elemento poderia ser encontrado e deduzidas suas propriedades. E ele estava certo. Três desses elementos foram encontrados durante sua vida: gálio, escândio e germânio. Ele forneceram o mais forte suporte para a tabela periódica, pedra basal tanto em química quanto em nossa compreensão de como o universo é construído.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Ernest Rutherford

(http://pt.wikipedia.org/wiki/
Ernest_Rutherford)

Nascido e criado na Nova Zelândia, Ernest Rutherford (1871-1937) veio a estudar na Universidade de Cambridge na Inglaterra em 1895. Como os Curies, ele queria aprender como a matéria era colocada junta. E como ninguém mais, ele conseguiu. Ele mostrou que a radiatividade era causada pela ruptura de um átomo em outro. Ele nomeou as três formas de radiação produzidas pela radioatividade de raios alfa, beta e gama e veio a provar que a radiação alfa era na verdade, um núcleo de hélio.
Talvez sua maior contribuição para a ciência, entretanto, foi sua ideia da estrutura do átomo. Por meio do bombardeios de uma lâmina de olho com partículas alfa, ele descobriu que a maioria das partículas passavam sem serem afetadas, mas uma pequena parte era repelida de forma quase reta. À partir disso, ele deduziu que átomos consistem principalmente de espaços vazios com um grande, positivamente carregado núcleo ao centro e uma multidão de elétrons negativamente carregado sobrevoando ele. Após criar métodos para localizar submarinos na Primeira Grande Guerra, ele fez sua última grande descoberta. Ele usou partículas alfa para literalmente transformar átomos de nitrogênio em oxigênio, a primeira pessoa que conseguiu transformar um elemento em outro. Ele conseguiu realizar o sonho dos alquimistas (através, obviamente, um método que eles nunca teriam imaginado), mas mais importante, ele abriu a porta para a ideia que os elementos poderia mudar.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Antimatéria

Pósitrons aniquilam suas contrapartes normais, elétrons,
próximo ao centro da Via Lactea, e uma grande núvem que
extende-se milhares de anos-luz sobre o centro.
A aniquilação cria raios gama de alta energia,
como pode ser visto na imagem.

Todo tipo de partícula no universo possui uma anti-partícula correspondente, possuindo uma carga antagônica. A antipartícula do negativamente carregado elétron possui uma carga positiva e é denomidado de pósitron, enquando as antipartículas do próton e nêutron são o anti-próton e anti-nêutron, respectivamente. O antipróton possui uma carga negativa (em oposição à carga positiva do próton), e o anti-nêutron é neutro, uma vez que a carga oposta de uma partícula neutra (sem carga) também é neutra. Predito em 1928 pelo físico Paul Dirac, anti-partículas foram detectadas pela primeira vez em 1932.

O Universo primordial possuia quantidades equivalentes de matéria e anti-matéria, com uma pequena vantagem em quantidade de matéria - algo em torno de uma partícula extra para cada 100 milhões de fótons e pares de partículas/anti-partículas. Devido a matéria e antimatéria aniquilarem-se quando entram em contato, gerando uma explosão de radiação eletromagnética (energia na forma de partículas denominadas de fótons, a luz visível é um tipo de radiação eletromagnética), o Universo que vemos atualmente é dominado pela matéria extra que não encontrou a anti-matéria para aniquilá-la.


Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Raios Cósmicos

A Terra é continuamento bombardeada por partículas de alta energia que surgem de além do sistema solar. Esses raios cósmicos, como são conhecidos, tipicamente viajam à velocidades de 90 a 99 porcento da pertencente à luz. Prótons constituem a vasta maioria dos raios cósmicos, entretanto, o núcleo e hélio e elementos mais pesados respondem por quase 10% e uma pequena porcentagem pertence à elétrons e pósitrons. Astrônomos suspeitam que a maior parte dessas partículas formem-se nas explosões de supernovas, que explodem-nas para todos os cantos da galáxia.
Quando raios cósmicos atingem a terra, elas colidem com núcleos de átomos na atmosfera, aumentando a quantidade de partículas secundárias. Essas, eventualmente, alcançam a superfície da Terra. Esse é um dos motivos para os físicos protegerem seus detectores por meio do isolamento no profundo subsolo.


Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Radioatividade

Antoine Henri Becquerel - Em 1895
descobriu acidentalmente uma nova
propriedade da matéria que,
posteriormente, denominou de
radiatividade. Ao colocar sais de urânio
sobre uma placa fotográfica em local
escuro, verificou que a placa enegrecia.
Os sais de urânio emitiam uma
radiação capaz de atravessar
papéis negros e outras
substâncias opacas a luz.
(WIKIPEDIA)

Um momento chave da busca científica para compreender a estrutura da matéria veio quando foi percebido que nem todos os elementos eram estáveis. O núcleo de vários elementos pesados - urânio, rádio e plutônio, para nomear alguns - são instáveis, espontaneamente decaem em outros núcleos e liberam energia no processo. Essa radioatividade pode ocorrer de três formas: decaimento alfa, decaimento beta e decaimento gama. No primeiro, uma partícula alfa (núcleo de hélio, consistindo de dois prótons e dois nêutrons) é lançada para fora do núcleo em alta velocidade. No segundo, uma partícula beta energizada (um elétrons ou sua antipartícula, o pósitron) é emitida. E da terceira forma, usualmente de imediato após um decaimento alfa ou beta, um fóton de raio gama de alta energia é irradiado do núcleo. A quantidade de energia liberada no decaimento radioativo depende em diferenças de massa entre os núcleos original e final multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado, como expresso pela famosa equação de Einstein E=mc².

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Neutrinos

Com um coringa no debate debate sobre a matéria escura, os neutrinos possuem grande vantagem. Astrônomos sabem que eles existem pelo volume (carga) que ocupam. De forma rude, um bilhão de neutrinos existem no universo para cada próton ou elétron, então eles podem adicionar uma grande quantidade de massa a matéria escura total. Mas os neutrinos também possuem desvantagem: ninguém sabe se de fato, possuem alguma massa. Quando foram postulados pela primeira vez, pelo físico austríaco Wolfgang Pauli, na década de 1930 para explicar a energia desprendida pelo decaimento beta, neutrinos foram pensados como sem massa e capazes de viajar na velocidade da luz. Alguns experimentos, entretanto, parecem indicar que os neutrinos possuem uma massa mínima (milhões de vezes menor que um próton) e move-se quase na velocidade da luz. Se neutrinos possuem mesmo que seja uma quase nula massa, eles são tão numerosos que fazem uma grande fração da matéria escura.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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O Gato de SCHRÖDINGER

A mecânica quântica, a melhor teoria que temos para descrever o mundo atômico e subatômico, traz algumas descrições extraordinárias da natureza. Um exemplo é o princípio da incerteza, no qual diz-se que a velocidade e a posição da partícula (seu estado, no jargão de um físico) não podem ser medidas com precisão ilimitada. Uma ideia relacionada é que o estado de uma partícula não pode ser conhecido precisamente até que a partícula seja observada; em outras palavras, cada e toda partícula possui uma probabilidade de estar em qualquer estado. Ela não existe em um estado particular até que o experimento a observe.
       O físico austríaco Erwin Schödinger, um dos fundadores da mecânica quântica, pensou em um paradoxo para demonstrar que a mecânica quântica não se aplica a grandes, tangíveis objetos. Ele imaginou um cato trancado em uma câmara de aço com uma pequena quantidade de material radioativo, um contador Geiger, e um diabólico mecanismo projetado para, se o contador Geiger detectar decaimento radioativo, ativar um machado que quebraria um frasco de ácido e envenenaria o gato. Seria necessário apenas que um átomo decaísse para matar o gato, mas se um átomo decai ou não é governado pela probabilidade. Aplicando-se as regras da mecânica quântica ao sistema, indica que o gato não está vivo ou morto até que um humano observa-se a câmara. Schrödinger argumentou que essa era uma forma sem sentido e apenas exemplar de aplicar a mecânica quântica a situações em que ela não se aplica. Ainda, poucos físicos defendem a ideia que o gato sequer existe (ou deixa de existir) até que ele seja observado.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Quarks

Os menores blocos de matéria ? Quarks aparecem
em seis tipos nomeados arbitrariamente
(up, down, strange, charmed, top, e bottom).
Prótons, por exemplo, são feitos por dois up e um
down, enquanto dois down  e um up formam um nêutron.

Por séculos, cientistas pensaram que átomos eram os menores constintuintes da matéria (de fato, a palavra átomo origina-se do grego atomos, significando indivisível). Somente no último século os físicos perceberam que átomos eram compostos por partículas menores: prótons, elétrons e nêutrons. E com o passar do tempo, eles pensaram que essas eram as unidades fundamentais da matéria.
       Na década de 1960, entretanto, experimentos começaram a mostrar estrutura interna de prótons e nêutrons como sendo compostas por partículas ainda menores. Denominados de "quarks" pelo físico Murray Gell-Mann depois de uma linha de FINNEGAN'S WAKE de James Joyce, essas partículas vieram em seis tipos chamados up, down, strange, charmed, top, e bottom. Um próton consiste de dois up e um down, enquanto um nêutron de dois down e um up. A combinação de quarks permite ainda outras partículas, apesar da maioria ser instável e decair rapidamente para prótons ou nêutrons. O universo primordial, provavelmente, pareceria uma densa sopa de quarks e anti-quarks.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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