Por que um acelerador de partículas? Oras, por que não um microscópio? – parte II de…?

Esta é continuação de uma série que pretende pôr em pratos mundanos os motivos e experimentações realizadas nos laboratórios do CERN e Fermilab, começados em pousté anterior. Em 10 de setembro último, o primeiro feixe de partículas foi acelerado no LHC, mas o novo aparelho ainda não foi inaugurado oficialmente – a inauguração oficial está marcada para 21 de outubro -; a boa notícia, para aqueles tantos que aguardam ansiosamente pelo espetáculo do Cáucaso, é o surgimento de problemas técnicos que somente serão devidamente resolvidos por volta de novembro; a sorte daqueles que pretendem acorrentar Prometeu ainda antes do roubo (todos que estão movendo ações na justiça para que não sejam feitos experimentos no LHC) é que também em novembro todos os experimentos e aceleradores do CERN serão desligados para uma necessária manutenção anual, ou seja, todos os outros equipamentos de que o LHC depende estarão desligados quando o LHC estiver novamente apto ao funcionamento: a experimentação somente tornará a acontecer por volta de março de 2009.

Prometeus sendo acorrentado por Vulcano, tendo Hermes por testemunha

Prometeu sendo acorrentado por Vulcano (obra de Dick Van Barburen, no acervo do Rijksmuseum Amsterdam, http://www.rijksmuseum.nl/

Parece-me que consegui deixar claro que experimentos em que partículas colidem vêm sendo usados como forma de sondar o que é a matéria em suas estruturas mais fundamentais (o núcleo atômico foi proposto por causa dos resultados obtidos a partir do choque de partículas alfa e uma fina chapa metálica, como disse no primeiro pousté desta série). A diferença entre aquelas primeiras experiências e essas realizadas nos aceleradores atuais – ao menos a diferença que precisa ser citada agora – é que as partículas alfa não eram aceleradas por nenhum aparato humano, sua aceleração resultava de um fenômeno que ocorria, nas experiências de então, naturalmente, independente de ação humana. O fenômeno continua a ocorrer na natureza, mas não possibilita resultados tão interessantes quanto aqueles obtidos nos aceleradores de partículas.

Pretendo, neste, deixar clara a razão técnica para que os experimentos façam uso de aceleradores de partículas.

Mas e os microscópios? 

 

Já falei tanto em esmiuçar a estrutura da matéria e em momento algum citei microscópios, não é mesmo? O senso comum, o que aprendemos na escola e no nosso dia-a-dia, nos mostra que se queremos ver algo melhor ou, em outras palavras, se queremos ter a ilusão de ver ampliada uma estrutura pequena, devemos usar lentes. Pois é: quando falo na ilusão de ver uma estrutura ampliada (poderia ser qualquer coisa: um texto, um desenho, um conjunto de células, etc.), estou me referindo ao fato de que o objeto em si não é aumentado, somente sua imagem muda.

Aqueles que têm mais idade devem se lembrar do vovô lendo o jornal usando uma lupa e, claro, nem preciso falar das tantas pessoas que usam óculos; é possível, ainda, que tenham tido ao menos uma aula de biologia em laboratório, em que viam alguma estrutura orgânica pelo microscópio. Microscópios são ótimos, mas eles não servem pra se observar qualquer coisa, em qualquer ordem de tamanho. O mesmo vale para os telescópios.

(As explicações tendem a ficar mais e mais complicadas. Não tem muito jeito, prometo me esforçar em ser claro.)

Farei uso da física aprendida no colegial, só pra dizer que enxergamos objetos porque eles refletem luz; é o que nos ensina a óptica geométrica. O que não nos ensinam quando aprendemos óptica geométrica – melhor falar por mim: não me recordo das aulas, do tempo em que estive no colégio – relaciona-se à escala de tamanho do que podemos enxergar com nossos olhos, mesmo que usando lentes. Simplesmente aprendemos que conseguimos ver algumas coisas e outras não.

Em geral esse tipo de falha acontece porque não temos claras as relações da natureza em nossa cabeça: não vamos à escola pra aprender, mas pra decorar. O professor, bem, em geral ele passou pelo mesmo processo, só que recebendo maior quantidade de informações. Perdemos assim a oportunidade de criar relações e nos apropriarmos de um determinado assunto, traduzindo-o em termos familiares e de nossa própria compreensão. É daí que surge a propriedade sobre um assunto qualquer, o domínio do assunto.

Continuemos: o fato é que o que enxergamos depende diretamente do comprimento de onda da luz. Acredito que algum de vocês tenha pensado: -“Ei, mas não estávamos falando em óptica geométrica? Aquela em que desenhamos raiozinhos indo de um lado pro outro?”

Estamos desaprendendo, aqui: a ciência dá suas voltas e às vezes duas formas diferentes de descrever o mundo podem conviver sem maiores problemas, como está acontecendo agora. Pois é. Muito poderia ser dito sobre o comportamento da luz, mas serei breve em nome da objetividade: a luz é uma onda eletromagnética. A luz que nosso cérebro consegue interpretar, a luz visível, consiste numa estreitíssima faixa de todo o espectro eletromagnético.

As ondas de transmissão de rádio, as microondas que usamos para esquentar comida no aparelho de microondas, o calor de uma fogueira (luz infravermelha), a luz ultravioleta que procuramos evitar quando saímos num dia ensolarado, os exames de raios-X que fazemos pra saber se quebramos algum osso ou como está nosso pulmão, são exemplos de outras porções do espectro eletromagnético. A diferença entre essas ondas todas é o comprimento da onda, que varia entre os diferentes tipos citados. Outra maneira de dividir o espectro eletromagnético nos permite fazer aproximações; no caso do microscópio, que significa a aplicação de nosso mecanismo natural de visão com o auxílio de lentes, podemos fazer uso da óptica geométrica, porque ela é uma boa aproximação pros casos em que o objeto de estudo é muito maior que o comprimento das ondas usadas na análise do objeto – a luz visível, pra quem está olhando diretamente o objeto  -.

Prisma decompondo luz branca em diferentes cores

Prisma decompondo luz branca em diferentes cores (a luz branca é uma combinação de diferentes cores)

(Nomes, nomes, nomes, temos que aceitá-los. Não pretendo definir tudo, ou o assunto premente se perderá, desculpem)

Pra termos uma idéia da diferença de tamanho entre a faixa de comprimentos de onda da luz visível e o tamanho do átomo, vale construir outras relações.  A luz visível tem um comprimento de onda muito, muito pequeno, quando comparado ao metro ou ao centímetro; dizemos então que ela tem dimensões muitas ordens de grandeza menores que os objetos com os quais costumamos mexer no nosso dia a dia (arredondarei todos os números, por simplicidade: nos preocupemos mais com as ordens de grandeza):  o comprimento da luz visível é dez milhões de vezes (10.000.000) menor que o metro. Numa escala diferente, em que o comprimento de onda da faixa correspondente à luz visível teria cerca de um metro, uma criança de quatro anos teria altura correspondente a aproximadamente a distância percorrida pelo ultramaratonista Carlos Dias, que atravessou o Brasil do Oiapoque ao Chuí ou, em jargão popular, “de cabo a rabo.” Nessa mesma escala, em que o comprimento de onda da faixa da luz visível tem cerca de um metro, o átomo teria mais ou menos um milímetro de tamanho. 

Certo, e por que não podemos ver o átomo usando um microscópio? Porque quaisquer estruturas que tenham dimensões menores que o comprimento de onda da luz visível serão, sempre, invisíveis quando observadas através de um microscópio: as lentes do microscópio podem mudar as relações de tamanho da imagem, ampliando-a, mas não mudam o comprimento de onda da luz visível.

E é aí que entram os aceleradores de partículas. Deixarei este assunto para uma próxima postagem…

 

Comments
5 Responses to “Por que um acelerador de partículas? Oras, por que não um microscópio? – parte II de…?”
  1. elisabeth simões b. disse:

    Muito interessante e facil de entender sua explicaçaõ.
    Vou recomendar a materia aos amigos.
    Obrigada

  2. Claudino Filho disse:

    Qual a relação do espectro eletromagnético com o microscópio?

    • @caducotavio disse:

      Claudino,

      eu quase não retorno a esse espaço, recriei este blog em http://caducando.com.
      Mas vamos lá. A resposta à sua pergunta é: qual microscópio?
      Pergunto porque os microscópios modernos nem sempre são equipamentos óticos como aqueles que alguns de nós, mais sortudos, costumávamos usar na escola. Existe o microscópio eletrônico e o microscópio fluorescente (não sei os nomes corretos em português, desculpe), entre outros.
      O microscópio ótico, mais comum e antigo, funciona no espectro visível da radiação eletromagnética. Ou seja, é necessária a incidência de luz visível sobre a lâmina pra que possa ser realizada qualquer observação e, consequentemente, pra ampliar o que é visto.
      Ajudei?

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  1. […] de evitar idéias paralelas, mas algumas apresentações ainda se fazem necessárias. No pousté anterior desta série busquei explicações para o fato de não conseguirmos ver, utilizando puramente sistema ópticos, […]



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