Discurso de Apresentação do Professor K. Siegbahn, membro da Academia Sueca das Ciências
Suas Majestades, Vossas Altezas Reais, Minhas Senhoras e Meus Senhores.
A descoberta do fenómeno agora conhecido como o efeito Cerenkov, pelo qual o Prémio Nobel é hoje atribuído, é um exemplo interessante de como uma observação física relativamente simples, se seguida da forma correcta, pode levar a descobertas importantes e abrir novos caminhos para a investigação. Aqui o cientista deve ser dotado daquela disposição experimental intuitiva única que é o verdadeiro incentivo ao progresso científico.
Entre os estudantes do Instituto Lebedev em Moscovo, no início dos anos trinta, estava Pavel Cerenkov. A tarefa que lhe foi atribuída pelo seu professor, Professor Vavilov, para o seu trabalho de tese, foi estudar o que acontece quando a radiação de uma fonte de rádio penetra e é absorvida em diferentes fluidos. O mesmo problema tinha sem dúvida preocupado muitos cientistas antes deste jovem estudante de pós-graduação e, com certeza, muitos também tinham observado o fraco brilho azulado que emanava do líquido à medida que a radiação o penetrava. Uma menção especial deve ser feita à importante observação do francês Lucien Mallet. O brilho azulado tinha sido sempre considerado – como parecia ser por bons motivos – uma manifestação do conhecido fenômeno da fluorescência. Este fenómeno é utilizado há mais de meio século, por exemplo, pelos radiologistas nos fluoroscópios de raios X, onde se permite que a radiação X “invisível” atinja uma tela fluorescente, que depois se acende.
Cerenkov, no entanto, não estava convencido de que o fenómeno de luz que tinha observado fosse realmente da natureza da fluorescência. As suas primeiras experiências já indicavam que as suas suspeitas estavam correctas. Ele descobriu, por exemplo, que a radiação era essencialmente independente da composição do líquido. Isto estava em desacordo com a explicação da fluorescência. Ao observar a radiação mesmo em água duplamente destilada, ele eliminou a possibilidade de impurezas minúsculas fluorescentes nos líquidos.
Cerenkov fez da nova radiação, desconhecida, o objeto de uma investigação sistemática. Em seu trabalho ele descobriu que a radiação era “polarizada” ao longo da direção da radiação de rádio que chegava e que eram os rápidos elétrons secundários, produzidos por estes últimos, que eram a causa primária da radiação visível. Isto foi verificado pela irradiação dos líquidos apenas com os elétrons de uma fonte de rádio.
As investigações que Cerenkov publicou nos periódicos russos entre 1934 e 1937 estabeleceram essencialmente as propriedades gerais da radiação recém descoberta. No entanto, ainda faltava uma descrição matemática do efeito. Aqui dois colegas de Cerenkov em Moscovo entram em cena. Como pode um electrão rápido ao passar por um líquido dar origem a radiação com as propriedades observadas por Cerenkov? No início, o fenômeno parecia difícil de entender, mas no trabalho de Frank e Tamm (1937) foi dada uma explicação de que além de ser simples e claro, também satisfazia os requisitos de rigor matemático.
O fenômeno pode ser comparado com a onda de proa de um vaso que se move através da água com uma velocidade superior à das ondas. Esta é, aliás, uma experiência simples que qualquer pessoa pode fazer. Primeiro deixa-se cair um objecto numa tigela de água e observa-se a velocidade de propagação da frente de onda circular. Depois move-se o objecto ao longo da superfície da água muito lentamente para começar, mas aumentando gradualmente a velocidade. Quando a última excede a velocidade da onda anteriormente observada, forma-se uma onda de proa que se estende obliquamente para trás na forma bem conhecida.
A velocidade da onda na superfície da água é naturalmente baixa e por isso é fácil produzir a onda de proa neste caso. No ar, um fenômeno análogo ocorre quando um avião a jato penetra na chamada barreira sonora a cerca de 1.000 km/h, ou seja, quando a velocidade do jato excede a velocidade de propagação das ondas sonoras. Isto é acompanhado por um estrondo.
A condição necessária para formar a correspondente onda de arco Cerenkov de luz comum quando uma partícula carregada, por exemplo um elétron, atravessa um meio é, analogamente, que a partícula se move com uma velocidade maior do que a da luz no meio. A princípio, pode-se pensar que isto é impossível, pois segundo a famosa teoria da relatividade de Einstein, a velocidade da luz é a velocidade mais alta possível. Isto em si é correcto, mas a velocidade referida na teoria de Einstein é a velocidade da luz no espaço vazio ou no vácuo. Num meio, por exemplo, um líquido ou um sólido transparente, a velocidade da luz é inferior à do vácuo e, além disso, varia com o comprimento de onda. Este facto é bem conhecido das experiências escolares sobre a refracção da luz num prisma. Em tal meio, é assim inteiramente possível que um elétron ultra-rápido, emitido de uma fonte radioativa, se mova com uma velocidade maior do que a da luz no meio. Nesse caso, forma-se uma onda de arco Cerenkov e o líquido brilha com o brilho mágico azul brilhante da corrida agitada dos elétrons, com a luz fora de cena.
Vê-se uma bela visão ao olhar para dentro de um reator de urânio contendo água; um chamado reator de piscina. Todo o núcleo é brilhante com a luz azul Cerenkov e nesta luz pode-se até fotografar o interior do reactor.
Nos estudos bem sucedidos de novas partículas elementares realizados nos últimos anos, por exemplo, a descoberta em 1955 do antiprotão – o núcleo de hidrogénio negativo – o efeito Cerenkov desempenhou um papel decisivo. Foi concebido um instrumento baseado neste efeito, capaz de registar a passagem de partículas individuais. Somente sob a condição de que a partícula tenha uma velocidade suficientemente alta é que ela será registrada pelo instrumento que, ao mesmo tempo, pode medir a velocidade. Para a determinação da velocidade, que pode ser feita com considerável precisão, utiliza-se o fato de que o ângulo da onda de proa depende da velocidade da partícula. Quanto mais rápido a partícula se mover, menor será o ângulo entre elas. Isto é facilmente entendido a partir do exemplo com o vaso na água. Este novo tipo de detector de radiação recebeu o nome de Cerenkov e está agora entre os instrumentos mais importantes nos grandes laboratórios atómicos, onde as partículas elementares são aceleradas a velocidades extremamente elevadas.
A descoberta de Cerenkov, Frank e Tamm, há cerca de vinte anos, encontrou assim, durante os últimos anos, uma aplicação de importância decisiva no estudo da estrutura básica e da natureza da matéria.
Professor Cerenkov, Professor Frank, Académico Tamm. A Academia Real das Ciências da Suécia atribuiu-lhe o Prémio Nobel da Física pela sua descoberta e explicação do efeito que agora leva o nome de um de vós. Esta descoberta não só lança luz sobre um fenómeno físico até então desconhecido, mas também fornece uma nova e eficaz ferramenta para o estudo do átomo. Felicito-vos muito sinceramente em nome da Academia, e peço-vos que aceiteis o prémio das mãos de Sua Majestade o Rei.