Especial de Sábado

Ganhadores do Premio Nobel de Física

Borges e Nicolau

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1927

Arthur Holly Compton, pela descoberta do efeito que leva seu nome (Efeito Compton) e Charles Thomson Rees Wilson pela invenção da câmara, denominada posteriormente Câmara de Wilson, destinada a estudar as trajetórias de partículas eletrizadas.

iArthur Holly Compton (1892–1962), físico estadunidense e
Charles T R Wilson (1869–1959), físico escocês
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Arthur Holly Compton descobriu a mudança do comprimento de onda dos raios X quando eram espalhados por um alvo de grafite. Este fenômeno é chamado Efeito Compton. O fato observado contrariava a teoria eletromagnética clássica, pois um elétron do alvo de grafite, no qual incidiam raios X de frequência f e comprimento de onda λ, oscilaria com a mesma frequência f da radiação incidente, passando a irradiar ondas de mesma frequência f e mesmo comprimento de onda λ, de modo análogo aos elétrons que oscilam numa antena de transmissão de ondas de rádio.

Em seu experimento, ilustrado na figura, Compton fez incidir um feixe raios X sobre um alvo de grafite e este feixe espalhou-se em várias direções. Com um espectrógrafo de raios X mediu o comprimento de onda dos raios X espalhados numa direção definida pelo ângulo θ. Compton observou que prevaleciam dois comprimentos de onda: um igual ao comprimento de onda incidente, λ, e outro, λ' > λ.

(Esquema adaptado de http://pt.scribd.com/doc/24342599/Efeito-Compton)

Para explicar o fato de que λ' é maior do que λ, Compton considerou o caráter corpuscular das ondas eletromagnéticas, destacando que o espalhamento seria o resultado da colisão entre fótons dos raios X e os elétrons livres do alvo de grafite.

(Ilustração do livro Física Moderna de Walter R. Fuchs, Editora Polígono, São Paulo)

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Sendo E = h.f o quantum de energia do fóton incidente e E’ = h.f’, do fóton espalhado e considerando que parte da energia do fóton incidente é transferida ao elétron com quem colide, resulta E’ < E e portanto f’ < f. De c = λ.f e c = λ'.f’, concluímos que λ' > λ. A diferença Δλ = λ' - λ, chamada desvio de Compton, aumenta com o aumento do ângulo θ. 
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Para os elétrons do alvo mais rigidamente presos à estrutura, o desvio de Compton não poderia ser detectado, por ser extremamente pequeno. Isto explica por que um dos comprimentos de onda dos raios X espalhados é igual ao comprimento de onda incidente.

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Clique aqui para ver uma animação sobre o efeito Compton

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Charles T R Wilson criou um equipamento, posteriormente denominado Câmara de Wilson, que permite visualizar a trajetória de partículas eletrizadas: as partículas que atravessam a câmara, que contém vapor de água, funcionam como núcleos de condensação do vapor. Os rastros que as gotículas condensadas formam, indicam as trajetórias descritas.

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A Câmara de Wilson foi utilizada em inúmeras pesquisas sobre partículas subatômicas, o que permitiu importantes descobertas.

Por seus estudos, Arthur Holly Compton e Charles Thomson Rees Wilson  foram distinguidos em 1927 com o prêmio Nobel de Física.

Próximo Sábado: Ganhador do Premio Nobel de 1928:

Owen Willians Richardson, pelo estudo  do efeito termoiônico.