Ganhadores do Prêmio Nobel

De acordo com a teoria de Einstein sobre o efeito fotoelétrico, a luz consiste em quanta, "pacotes" de energia definidos, que correspondem a determinadas frequências. Um quantum de luz é chamado de fóton.

Em 1922, o físico norte-americano Arthur Compton (1892-1962) realizou um experimento em que fótons de raios X foram direcionados a uma superfície metálica.

Como resultado, elétrons foram liberados, e o comprimento de onda dos raios X aumentou, pois parte da energia de cada fóton incidente foi transferida para os elétrons.

Esse experimento confirmou que a radiação eletromagnética pode ser descrita também como partículas, seguindo as leis da Mecânica Quântica. Pela importância desse resultado, Compton foi laureado com o Prêmio Nobel de Física de 1927.

O prêmio foi dividido com o físico escocês C.T.R. Wilson (1869-1959), que desenvolveu um método igualmente relevante para a Ciência. Enquanto Compton demonstrou a interação entre fótons e elétrons, Wilson forneceu a ferramenta experimental que permitiu observar diretamente as trajetórias dessas partículas, consolidando a descrição quântica da matéria e da radiação.

Se o volume de uma mistura de ar e vapor d'água aumenta, pequenas gotas de água se formam. Quando o ar contém partículas eletricamente carregadas (íons), as gotículas se formam principalmente ao redor dessas partículas.

Em 1911, Wilson explorou esse fenômeno, criando sua câmara de nuvens, um recipiente de vidro com ar e vapor d'água. Esse aparato, dotado de dispositivos engenhosos, permitia que os traços deixados por radiação ionizante e partículas que passassem pela câmara se tornassem visíveis e fossem fotografados.

A câmara de nuvens tornou-se uma ferramenta essencial para experimentos em Física.

Arthur Holly Compton nasceu na cidade de Wooster, no estado de Ohio, Estados Unidos, em 10 de setembro de 1892. Ele era filho de Elias Compton, professor de Filosofia e reitor do College of Wooster, onde teve sua educação inicial.

Graduou-se como bacharel em Ciências em 1913 e, por três anos, cursou pós-graduação na Universidade de Princeton, obtendo o título de mestre em 1914 e de doutor em 1916.

Após um ano como instrutor de Física na Universidade de Minnesota, Compton assumiu o cargo de engenheiro de pesquisa na Westinghouse Lamp Company, em Pittsburgh. Permaneceu lá até 1919, quando ingressou na Universidade de Cambridge como membro do Conselho Nacional de Pesquisas.

Em 1920, foi nomeado professor Wayman Crow de Física e chefe do Departamento de Física da Universidade de Washington. Em 1923, mudou-se para a Universidade de Chicago, onde assumiu o cargo de professor de Física. Mais tarde, em 1945, tornou-se chanceler em St. Louis, e de 1954 até sua aposentadoria, em 1961, atuou como professor de Filosofia Natural na Universidade de Washington.

Nos seus primeiros dias em Princeton, Compton desenvolveu um método elegante para demonstrar a rotação da Terra e iniciou seus estudos no campo dos raios X. Apresentou uma teoria sobre a intensidade da reflexão desses raios em cristais como forma de estudar o arranjo de elétrons e átomos. Em 1918, começou a pesquisar o espalhamento de raios X.

Em 1922, suas investigações levaram à descoberta do aumento do comprimento de onda dos raios X devido à dispersão da radiação incidente por elétrons livres. Isso demonstrava que os fótons espalhados possuíam menos energia do que os do feixe original, fenômeno hoje conhecido como efeito Compton. Essa descoberta confirmou a dualidade partícula-onda da radiação eletromagnética. Posteriormente, o fenômeno foi comprovado por C.T.R. Wilson, que utilizou uma câmara de nuvens para observar os rastros dos elétrons de recuo.

O efeito Compton também foi verificado pelo método de coincidência, desenvolvido por Compton e A.W. Simon, e independentemente na Alemanha por W. Bothe e H. Geiger. Esse método demonstrou que fótons dispersos e elétrons de recuo ocorrem simultaneamente, desafiando as teorias que buscavam reconciliar o modelo quântico com as ondas contínuas da eletrodinâmica clássica.

Além disso, Compton, em parceria com C.F. Hagenow, descobriu o fenômeno da reflexão total de raios X e sua polarização completa, permitindo uma determinação mais precisa do número de elétrons em um átomo. Ele também foi pioneiro (com R.L. Doan) na obtenção de espectros de raios X de grades pautadas, método que permitiu medir diretamente os comprimentos de onda dos raios X e recalcular o número de Avogadro e a carga do elétron com maior precisão.

Entre 1930 e 1940, liderou um estudo global sobre variações na intensidade dos raios cósmicos, confirmando a influência da latitude geomagnética sobre esse fenômeno. Sua pesquisa abriu caminho para estudos sobre a interação entre o campo magnético terrestre e partículas carregadas vindas do espaço.

Compton publicou numerosos artigos científicos e foi autor de livros importantes, como Radiações Secundárias Produzidas por Raios X (1922), Raios X e Elétrons (1926, revisado em 1928), A Liberdade do Homem (1935) e O Significado Humano da Ciência (1940). Seu livro autobiográfico, Atomic Quest – A Personal Narrative (1956), detalha sua contribuição para o Projeto Manhattan e os debates sobre o uso da bomba atômica.

Recebeu diversas distinções, incluindo a Medalha Rumford (1927), a Medalha Hughes (1940) e a Medalha Franklin (1940). Foi presidente de importantes sociedades científicas, como a Sociedade Americana de Física (1934) e a Associação Americana para o Avanço da Ciência (1942).

Em sua vida pessoal, casou-se com Betty Charity McCloskey em 1916. O casal teve dois filhos: Arthur Allen, diplomata, e John Joseph, professor de Filosofia. Compton era entusiasta de tênis, astronomia, fotografia e música. Ele faleceu em 15 de março de 1962, aos 69 anos.

Charles Thomson Rees Wilson nasceu em 14 de fevereiro de 1869, na freguesia de Glencorse, perto de Edimburgo. Seu pai, John Wilson, era um fazendeiro e descendia de várias gerações de fazendeiros do sul da Escócia. Sua mãe se chamava Annie Clerk Harper.

Perdeu o pai quando tinha apenas quatro anos de idade e, então, sua mãe decidiu se mudar com a família para Manchester, onde ele teve sua educação inicial em uma escola privada. Mais tarde, ingressou no Owen's College - atualmente Universidade de Manchester.

Nesse momento de sua vida, Wilson pretendia se tornar médico e, por isso, dedicou-se principalmente à Biologia. Em 1888, recebeu uma bolsa de estudos e foi para Cambridge (Sidney Sussex College), onde se formou em 1892.

Foi então que começou a se interessar por outras ciências, em especial a Física e a Química. É possível que a decisão de Wilson de abandonar a Medicina tenha sido influenciada por Balfour Stewart, professor de Física do Owen's, naquela época, onde também havia estudado, doze anos antes, J.J. Thomson, que, assim como Wilson, migrou para Cambridge.

No final do verão de 1894, Wilson chegou ao cume de Ben Nevis, a mais alta montanha escocesa, e ficou impressionado com a beleza das coronas e "glórias" (anéis coloridos que circundam sombras projetadas na névoa e nas nuvens). No início de 1895, ele decidiu tentar reproduzir esses fenômenos naturais em laboratório.

Durante essas pesquisas, sua capacidade de observação e intelecto aguçado o levou a suspeitar (após alguns meses de trabalho no Laboratório Cavendish) que as poucas gotas que reapareciam repetidamente sempre que ele expandia um volume de ar úmido e livre de poeira poderiam ser resultado da condensação nos núcleos - possivelmente os íons que causam a condutividade "residual" da atmosfera, produzida continuamente.

A hipótese de Wilson ganhou apoio após a exposição, no início de 1896, de sua primitiva câmara de nuvens aos raios X recém-descobertos (final de 1895). O imenso aumento da condensação, semelhante à chuva, encaixou-se perfeitamente com a observação feita por Thomson e McClelland, imediatamente após a descoberta de Röntgen, de que o ar se tornava condutor pela passagem de raios X.

Quando, durante o verão daquele ano, Thomson e Rutherford estabeleceram firmemente que a condutividade era, de fato, devida à ionização do gás, não havia mais dúvidas de que os íons nos gases poderiam ser detectados e registrados fotograficamente, para estudo posterior.

A nomeação de Wilson como aluno Clerk Maxwell, no final daquele ano, permitiu que ele dedicasse todo o seu tempo a pesquisas nos três anos seguintes. Durante o ano subsequente, foi empregado pelo Conselho Meteorológico para realizar investigações sobre eletricidade atmosférica.

A maior parte de seu trabalho sobre o comportamento dos íons como núcleos de condensação foi realizada entre 1895 e 1900. Depois disso, teve outras ocupações - principalmente tutoriais - que o impediram de se dedicar o suficiente ao desenvolvimento da câmara de nuvens.

Em 1911, Wilson foi o primeiro a ver e fotografar os traços de partículas alfa, beta e elétrons. Esse evento despertou grande interesse, pois os caminhos observados das partículas alfa eram exatamente como W. H. Bragg havia desenhado em uma publicação de alguns anos antes.

Entretanto, foi somente em 1923 que a câmara de nuvens foi aperfeiçoada, permitindo que Wilson escrevesse seus dois artigos clássicos, maravilhosamente ilustrados, sobre as trilhas dos elétrons.

A técnica de Wilson foi prontamente utilizada com grande sucesso em diversas partes do mundo - em Cambridge, por Blackett (Nobel de 1948 por seu aperfeiçoamento posterior da câmara de nuvens e descobertas feitas com ela) e Kapitsa; em Paris, por Irène Curie e Auger; em Berlim, por Bothe, Meitner e Philipp; em Leningrado, por Skobelzyn; e em Tóquio, por Kikuchi.

Algumas das realizações mais importantes decorrentes do uso dessa técnica foram: a demonstração da existência dos elétrons de recuo Compton, estabelecendo sem sombra de dúvida a realidade do efeito Compton (Compton dividiu o Prêmio Nobel com Wilson em 1927); a descoberta do pósitron por Anderson (que recebeu o Prêmio Nobel em 1936 por esse feito); a demonstração visual dos processos de "criação de pares" e "aniquilação" de elétrons e pósitrons por Blackett e Occhialini; e a transmutação de núcleos atômicos realizada por Cockcroft e Walton.

Assim, a observação de Rutherford de que a câmara de nuvens era "o instrumento mais original e maravilhoso da história científica" foi totalmente justificada.

Em 1900, Wilson foi nomeado Fellow do Sidney Sussex College, além de professor universitário e demonstrador. A partir de então, até 1918, foi responsável pelo ensino avançado de Física Prática no Laboratório Cavendish e também proferiu palestras sobre a luz. Além de seu trabalho experimental no Laboratório Cavendish, fez observações (1900-1901) sobre eletricidade atmosférica (principalmente nos arredores de Peebles, na Escócia).

Em 1913, foi nomeado Observador em Física Meteorológica no Observatório de Física Solar, e a maior parte de sua pesquisa sobre os rastros de partículas ionizantes e eletricidade das tempestades foi realizada lá.

Em 1918, tornou-se Leitor em Meteorologia Elétrica e, em 1925, Professor Jacksoniano de Filosofia Natural. Foi eleito Fellow da Royal Society em 1900, e esta Sociedade também o homenageou com a Medalha Hughes (1911), a Medalha Real (1922) e a Medalha Copley (1935).

A Sociedade Filosófica de Cambridge concedeu-lhe o Prêmio Hopkins (1920), e a Royal Society de Edimburgo lhe conferiu o Prêmio Gunning (1921), enquanto o Instituto Franklin lhe concedeu a Medalha Howard Potts (1925).

Após sua aposentadoria, Wilson mudou-se para Edimburgo e, mais tarde, já aos 80 anos, para a vila de Carlops, perto de seu local de nascimento, na fazenda de Crosshouse, em Glencorse. No entanto, sua vida não se tornou mais vazia com isso.

Continuou mantendo contatos sociais, fazendo uma viagem semanal de ônibus para a cidade para almoçar com seus amigos, que o chamavam de C.T.R. Ele também manteve-se cientificamente ativo até o fim, terminando seu há muito prometido manuscrito sobre a teoria da eletricidade da nuvem de trovoada (Proc. Roy. Soc. Londres, agosto de 1956).

Dentre os poucos que desfrutaram de sua orientação pessoal, mencionamos: Wormell (no campo da eletricidade atmosférica), C. F. Powell (vencedor do Prêmio Nobel de 1950, por seu desenvolvimento do método fotográfico de estudo de processos nucleares e descobertas feitas com ele sobre mésons), P. I. Dee e J. G. Wilson.

Wilson era casado desde 1908 com Jessie Fraser, filha do reverendo G. H. Dick, de Glasgow. Eles tiveram dois filhos e duas filhas.

Charles Thomson Rees Wilson faleceu em 15 de novembro de 1959, na companhia de sua família, aos 90 anos de idade.