MEU TRABALHO EM FÍSICA DE MÉSONS COM EMULSÕES NUCLEARES

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MEU TRABALHO EM FÍSICA DE MÉSONS COM EMULSÕES NUCLEARES

Mensagem por Convidad em Sab Jul 26, 2008 2:27 pm

A descrição da descoberta do méson pi, encontrada abaixo, foi escrita (em inglês) pelo professor César Lattes em 1984. Ela foi publicada pela primeira vez na obra: BELLANDI FILHO, José & PEMMARAJU, Ammiraju (eds.). Topics in cosmic rays. 2 vols. Campinas: Editora da UNICAMP, 1984, vol. 1, pp. 1-5. A tradução aqui apresentada foi feita por Roberto A. Martins. Você pode obter aqui uma cópia completa desta tradução( http://www.ifi.unicamp.br/~ghtc/clattesp.htm#Artigo%20m%E9son ) , em formato Word for Windows.

MEU TRABALHO EM FÍSICA DE MÉSONS COM EMULSÕES NUCLEARES
Cesare Mansueto Giulio Lattes

No final da Segunda Guerra Mundial, eu estava trabalhando na Universidade de São Paulo, Brasil, com uma câmara de neblina disparada por mésons lentos que eu tinha construído em colaboração com Ugo Camirini e A. Wataghin. Enviei as fotografias que obtive com essa câmara de neblina para Giuseppe P. S. Occhialini, que tinha deixado o Brasil recentemente e se unido a Cecil F. Powell, em Bristol (Inglaterra). Ao receber de Occhialini algumas cópias positivas de fotomicrografias de traços de prótons e de partículas alfa, obtidas com uma nova emulsão concentrada que tinha acabado de ser produzida experimentalmente por Ilford Ltd., eu imediatamente lhe escrevi pedindo para trabalhar com as novas placas, que obviamente abriam grandes possibilidades. Occhialini e Powell conseguiram uma bolsa da Universidade de Bristol; eu de alguma forma consegui chegar a Bristol durante o inverno de 1946.

Foi-me dada a tarefa de obter o fator de encolhimento da nova emulsão (que era muito mais concentrada do que as antigas); Occhialini e Powell ainda estavam trabalhando com espalhamento n-p em torno de 10 MeV, usando as antigas emulsões. Decidi que o tempo de que dispunha no acelerador Cockroft-Walton de Cambridge, que proporcionava partículas de desintegração artificial para testar o fator de encolhimento, era suficiente para um estudo das seguintes reações:
(...)

Pela análise dos traços, obtivemos uma relação de alcance-energia para prótons até cerca de 10 MeV que foi utilizada durante vários anos, em pesquisas nas quais uma única partícula carregada era detectada (por exemplo, píons e múons) (1).

No mesmo experimento, coloquei placas tratadas com bórax, que Ilford tinha preparado a meu pedido, na direção do feixe de nêutrons produzidos na reação:

(...)

que dá um pico de nêutrons em aproximadamente 13 MeV. A idéia, que funcionou bem, era obter a energia e o momento dos nêutrons, independentemente de sua direção de chegada (que não era conhecida), pela reação

(...)

Occhialini e eu decidimos que ele deveria levar algumas chapas para o Pic-du-Midi, nos Pirineus, para uma exposição de cerca de um mês; algumas estavam tratadas com bórax, e algumas eram chapas normais (sem bórax). Todas eram feitas com a nova emulsão concentrada tipo B1, para a qual já existia a relação alcance-energia. As placas normais se destinavam ao uso para estudo de raios cósmicos de baixa energia e como controle, para ver se estávamos detectando nêutrons nos raios cósmicos.

Quando Occhialini revelou a emulsão depois de sua recuperação, na mesma noite em que foram recebidas em Bristol, tornou-se claro que as emulsões tratadas com bórax tinham muito mais eventos do que as sem bórax; de alguma forma, o bórax impedia a imagem latente de se esvanecer; as placas normais tinham um forte esvanecimento. A variedade de eventos nas placas de bórax, e a riqueza de detalhes, tornou óbvio que a detecção da energia dos nêutrons era apenas um resultado secundário. Os eventos normais vistos nas placas eram de um tipo que justificava colocar todo o esforço do laboratório no estudo dos eventos normais de raios cósmicos de baixa energia. Depois de alguns poucos dias de varredura, Marietta Kurz, uma jovem, encontrou um evento não usual: um méson que parava e, saindo de sua extremidade, um novo méson com alcance de cerca de 600 m, todo contido na emulsão. Devo adicionar que os mésons são facilmente discerníveis de prótons na emulsão que usamos por causa de seu espalhamento muito maior e sua variação de densidade de grãos com o alcance. Alguns dias depois, foi encontrado um segundo méson "duplo"; infelizmente, neste caso, o secundário não parava ne emulsão, mas podia-se estimar, pelo estudo de sua ionização (contagem de grãos) que seu alcance extrapolado era também cerca de 600 m. O primeiro resultado sobre os mésons duplos foi publicado na revista Nature (2). Por outro lado, também foram obtidos nêutrons (direção, energia) de raios cósmicos nas mesmas chapas, e os resultados foram publicados no mesmo volume de Nature (3).

Tendo um e meio mésons duplos, que pareciam corresponder a um processo fundamental (emobra pudesse ter sido uma reação exotérmica do tipo m– + Xba ® Xba-2 + m+), o grupo de Bristol percebeu que dever-se-ia obter rapidamente mais eventos. Fui ao Departamento de Geografia da Universidade de Bristol e encontrei que havia uma estação meteorológica à altitude de 18.600 pés, a uns 20 km de estrada da capital da Bolívia, La Paz. Assim, propus a Powell e Occhialini que se eles conseguissem fundos para que eu voasse até a América do Sul, eu poderia me encarregar de expor chapas tratadas com bórax no Monte Chacaltaya durante um mês. Assim foi feito, e deixei Bristol com várias chapas com bórax e mais uma pilha de notas de libras suficientes para me levar ao Rio de Janeiro e para voltar. Ao contrário da recomendação do professor Tyndall, diretor do H. H. Wills Physical Laboratory, tomei um avião brasileiro, o que foi uma sábia decisão, pois o avião britânico caiu em Dakar e matou todos os seus passageiros.

Depois do tempo combinado, revelei uma chapa em La Paz. A água não era adequada, e a emulsão ficou manchada. Mesmo assim, foi possível encontrar um méson duplo completo nessa chapa; o alcance do secundário era também cerca de 600 m.

De volta a Bristol, as chapas foram devidamente processadas e varridas; foram encontrados cerca de 30 mésons duplos. Foi decidido que eu deveria tnetar obter a razão entre as massas do primeiro e do segundo méson, por contagem repetida dos traços. O resultado nos convenceu de que estávamos lidando com um processo fundamental (4). Identificamos o méson mais pesado com a partícula de Yukawa e seu secundário com o mésotron de Carl Anderson. Era necessária uma partícula neutra de pequena massa para equilibrar os momentos.

No final de 1947, deixei Bristol com uma bolsa de estudos Rockefeller com a intenção de tentar detectar píons produzidos artificialmente no cíclotron de 184 polegadas que havia começado a funcionar em Berkeley, na Califórnia. O feixe de partículas alfa era de apenas 380 MeV (95 MeV por núcleon), uma energia insuficiente para produzir píons. Arrisquei a possibilidade de colisões "favoráveis", nas quais o momento interno de um núcleon da partícula alfa e o momento do feixe proporcionassem energia suficiente no sistema de centro-de-massa. Os resultados mostraram que de fato estavam sendo produzidos mésons. Dois artigos descrevem o método de detecção e os resultados, o primeiro se referindo a mésons negativos, e o segundo a positivos (5). Utilizando o alcance dos píons e sua curvatura em um campo magnético, foi possível estimar as massas como aproximadamente 300 massas do elétron.

Em torno de fevereiro de 1949, eu estava me preparando para deixar Berkeley e retornar ao Brasil. Naquela época, Edwin McMillan, que tinha colocado em operação o seu síncrotron de elétrons de 300 MeV, pediu-me para olhar algumas chapas que tinham sido expostas a raios gama de sua máquina. Em uma noite, encontrei cerca de uma dúzia de píons, tanto positivos quanto negativos, e na manhã seguinte entreguei a McMillan as chapas e os mapas que permitiam encontrar os eventos. Não sei que uso McMillan fez dessa informação, mas não há dúvidas de que eles foram os primeiros píons fotoproduzidos artificialmente a serem detectados.

Notas

1. C.M.G. Lattes, R.H.Fowler, and R.Cuer, "Range-Energy Relation for Protons and a-Particles in the New Ilford 'Nuclear Research' Emulsions", Nature 159 (1947), 301-2; C.M.G.Lattes, R.H. Fowler, and R.Cuer, "A Study of the Nuclear Transmutations of Light Elements by the Photographic Method", Proc. Phys. Soc. (London) 59 (1947), 883-900. BACK

2. C.M.G.Lattes, H.Muirhead, G.P.S.Occhialini, and C.F.Powell, "Processes Involving Charged Mesons", Nature 159 (1947), 694-7. BACK

3. C.M.G.Lattes and G.P.S.Occhialini, "Determination of the Energy and Momentum of Fast Neutrons in Cosmic Rays", Nature 159 (1947), 331-2. BACK

4. C.M.G.Lattes, G.P.S.Occhialini, and C.F.Powell, "Observation on the Tracks of Slow Mesons in Photographic Emulsions”, Nature 160 (1947) 453-6 and 486-92; C.M.G.Lattes, G.P.S.Occhialini, and C.F.Powell, "A Determination of the Ratio of the Masses of m– and p– Mesons by the Method of Grain-Counting", Proc. Phys. Soc. (London) 61 (1948), 173-83. BACK

5. Eugene Gardner and C.M.G. Lattes, "Production of Mesons by the 184-Inch Berkeley Cyclotron," Science 107 (1948), 270-1; John Burfening, Eugene Gardner, and C.M.G.Lattes, "Positive Mesons Produced by the 184-Inch Berkeley Cyclotron", Phys. Rev. 75 (1949), 382-7. BACK

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