Por Marcelo Costa de Lima
O texto publicado em 2009, por ocasião da comemoração do ano da França no Brasil, inaugurou a seção de conteúdos em história da física do Museu Interativo da Física e presta um tributo à família Curie, cujo legado constitui um dos mais importantes capítulos da física feita na França, desde o final do século XIX até o primeiro quarto do século XX.
Prólogo
Quando Pierre Curie e Maria Sklodowska irromperam na cena científica francesa, nas últimas décadas do século XIX, o mundo era bem diferente do que é hoje. O telefone (1876) e a luz elétrica (1879) eram curiosidades às quais poucos podiam dar-se ao luxo. As ondas eletromagnéticas haviam acabado de ser descobertas por
Heinrich Hertz (1887) e o Telégrafo sem fio de Marconi (1896), que usava as ondas Hertzianas para transmitir o código Morse através do espaço, sem fios, eram os primeiros e tímidos indícios da futura era das telecomunicações. A ciência da eletricidade e do magnetismo saía, a passos cada vez mais largos, dos laboratórios de pesquisa, começando a transformar a sociedade e fazer a fortuna de seus inventores, ou daqueles que se apoderaram dos inventos. Desatentos e desinteressados em tais aplicações, dos fundamentos já estabelecidos na ciência, muitos acadêmicos continuavam a perseguir um ideal de ciência pura, de construção de um saber universal, racional, coletivo, patrimônio de toda a civilização, promotor do progresso e da libertação do homem. Quando perguntado, nos anos de 1880, pelas aplicações práticas de suas ondas eletromagnéticas Hertz teria dito: “nenhuma, eu acho”. Quando Röntgen recebeu o primeiro Prêmio Nobel de física, concedido a alguém, pela descoberta dos raios-X, doou todo o dinheiro do prêmio à sua Universidade. Entre estes positivistas certamente encontraremos Pierre e Marie.
Heinrich Hertz (1887) |
Wilhelm Conrad Röntgen e a mão de Anna (detalhe) |
Antoine Henri Becquerel |
A chapa de Becquerel |
Marie e Pierre
Pierre Curie e Marie Curie |
Os primeiros passos de Marie
Pierre, Irène e Marie |
J. J. Thomson |
Entrando pelo ano de 1898, Marie não dá sossego a todos os que lhe possam conseguir amostras de metais, minérios, enfim qualquer substância que também pudessem possuir a propriedade de emitir raios de Becquerel, usando, para isso, sua balança piezoelétrica. Descobre, então, raios de Becquerel no Tório, elemento de número atômico 90 na tabela periódica. Marie dá o nome genérico de radioatividade ao fenômeno da emissão. Como provara que o fenômeno da emissão espontânea não era exclusividade do Urânio, Marie vislumbra, então, pela primeira vez, que a radioatividade era um fenômeno proveniente do átomo de certas substâncias “privilegiadas”. Nesta ocasião Marie mede também a radioatividade de minérios de pechblenda e calcolita e fica confusa, pois sua atividade era
muito maior do que se poderia estimar a partir dos teores de Urânio e Tório, neles presentes. Ela faz então a conjectura de que haveria, nestes minerais, ao menos um elemento químico então desconhecido, e muito mais ativo que o Urânio ou Tório. No dia 12 de abril, Marie comunica à Academia de Ciências, através de seu ex-Professor Gabriel Lippmann, a atividade “anormal” da pechblenda e da calcolita dizendo que
“esse fato é muito marcante e leva a crer que esses minerais podem conter um elemento muito mais radioativo do que o Urânio”.
Pierre, percebendo que sua companheira estava diante de algo potencialmente “grande”, abandona seus trabalhos em magnetismo juntando-se a esposa no estudo da radioatividade.
Ernest Rutherford |
A descoberta
Após receberem uma tonelada de pechblenda (o óxido de urânio), que lhes fora ofertada pelo governo austríaco, o casal Curie inicia seu exaustivo processo de separar os diversos componentes da pechblenda, medindo a atividade de cada um deles. Em 13 de junho de 1898, Marie anota em sua caderneta que medira uma atividade de 150 vezes a do urânio, em um precipitado. Em 18 de julho estão seguros para anunciar a descoberta. No Comptes Rendus de julho anunciam a descoberta de um novo elemento químico.
É um metal, emissor espontâneo dos raios de Becquerel, ou, para usar o termo por eles cunhado: um elemento radioativo. Este viria a ocupar o lugar de número atômico 84 da tabela periódica e seria batizado, por Marie, de Polônio, em homenagem a sua terra natal. De certa forma, os dois se apressaram em batizar o elemento. Após reanálise dos dados ficaram convencidos de que haveria na pechblenda um segundo elemento, este sim o responsável dominante pela atividade do minério. O polônio, embora tivesse radioatividade alta, tinha uma vida muito curta o que tornava a possibilidade de isolá-lo, remota. Em setembro anunciariam a evidência do outro elemento radioativo, presente na pechblenda. Isolariam o segundo elemento, também radioativo, e que viria a ser o elemento 88 da tabela: o Rádio. A comunicação à Academia se daria em dezembro, assinada por Pierre Curie, Marie Curie, e pelo químico Georges Bémont. Eles haviam isolado 0,1 g de rádio a partir de 1 tonelada (1.000.000 g) da pechblenda. Sua amostra inicial era 7.500 vezes mais ativa que o minério original.
É um metal, emissor espontâneo dos raios de Becquerel, ou, para usar o termo por eles cunhado: um elemento radioativo. Este viria a ocupar o lugar de número atômico 84 da tabela periódica e seria batizado, por Marie, de Polônio, em homenagem a sua terra natal. De certa forma, os dois se apressaram em batizar o elemento. Após reanálise dos dados ficaram convencidos de que haveria na pechblenda um segundo elemento, este sim o responsável dominante pela atividade do minério. O polônio, embora tivesse radioatividade alta, tinha uma vida muito curta o que tornava a possibilidade de isolá-lo, remota. Em setembro anunciariam a evidência do outro elemento radioativo, presente na pechblenda. Isolariam o segundo elemento, também radioativo, e que viria a ser o elemento 88 da tabela: o Rádio. A comunicação à Academia se daria em dezembro, assinada por Pierre Curie, Marie Curie, e pelo químico Georges Bémont. Eles haviam isolado 0,1 g de rádio a partir de 1 tonelada (1.000.000 g) da pechblenda. Sua amostra inicial era 7.500 vezes mais ativa que o minério original.
Paralelamente às conquistas dos Curie, o entendimento da física das radiações começa a revelar que esta era o caminho de acesso à estrutura e ao interior do átomo. Em 1899 o professor Becquerel e colaboradores mostram que a radiação beta era, na verdade, a emissão de elétrons, da parte do material radioativo. Em 1900, Paul Villard descobre que há uma terceira “componente” na radiação dos sais de urânio, mais penetrante que as anteriores, a qual chamou radiação γ (gama). Em 1901 Röntgen é laureado com o primeiro Prêmio Nobel de Física, a ele concedido pela descoberta dos raios X. Em 1902, Rutherford e F. Soddy observam a transmutação espontânea do Tório (o elemento 90) radioativo em Argônio (o elemento 18!). Em 1903, Rutherford propõe a teoria do decaimento radioativo: cada processo radioativo é uma transmutação de elementos. Um átomo que se transforma em outro. A radiação são os “dejetos” do elemento primordial.
Nobel e fama
Diploma Nobel de Marie |
Foi neste período que o industrial francês Armet d’Isle iniciou a instalação do primeiro complexo industrial voltado para a extração do rádio, a partir da pechblenda. Na percepção de Armet o rádio era a matéria prima de muitas aplicações industriais e médicas futuras. Foi André Debierne, que fora colaborador de Marie, quem prestou assessoria ao industrial para instalação do complexo. Os Curie se recusaram a receber qualquer royalty ou patentear o processo de extração do rádio, renunciando à fortuna que isso lhes teria trazido.
Tragédia
Marie, Irène e Eve |
Em meio à comoção e ao luto pela viúva mais famosa da França, Marie recusa a oferta de pensão vitalícia que o Ministério da Educação lhe oferece. O conselho da universidade decide, por unanimidade, manter a cátedra criada para Pierre, em 1904, ofertando-a a Marie. Em novembro ela assume a cátedra que fora criada para Pierre, na Sorbonne. Foi a primeira mulher a ocupar uma posição acadêmica nesta universidade.
Física das Radiações e estrutura atômica
Os desdobramentos da física de radiações começam a revelar a estrutura atômica. Em 1909, Rutherford e T. Royds descobrem que a radiação α é uma emissão de átomos de Hélio (o elemento de número 2) duplamente ionizados, isto é, dos quais estão ausentes dois elétrons.
Em 1910, Marie publica seu primeiro tratado sobre radioatividade. Nele admite sem reservas a teoria da transmutação como base para a explicação da radioatividade. Antes, Pierre e Marie tinham recebido com reservas as idéias de Rutherford, acreditando que a radioatividade era uma propriedade de átomos “privilegiados” que mantinham sua “integridade” no processo. Em 1906 Marie dissera “Ela deve ser uma característica absolutamente essencial do próprio material”.
Neste mesmo ano Marie é incumbida, por ocasião do Congresso de Radiologia, em Bruxelas, de produzir um padrão para o rádio, necessário para a pesquisa quanto para a terapia. A ampola contendo 20mg de rádio metálico deveria ser depositada na Agência Internacional de Pesos e Medidas, em Paris. Neste mesmo congresso se introduziu o Curie (Ci), em homenagem a Pierre, como unidade de radioatividade.
Em 1911 Rutherford, H. Geiger e E. Marsden descobrem o núcleo atômico, em seu clássico experimento de bombardear uma fina folha de ouro, com um feixe de radiação α . A radiação α é entendida a partir daí como o núcleo do átomo de Hélio. Nascia a concepção do átomo como uma espécie de pequeno sistema solar.
Neste mesmo ano a nata da física mundial se reuniu, também em Bruxelas, para participar da primeira edição do Congresso Solvay de Física. Na fala de todos os expositores se podia perceber as dificuldades que os fundamentos da física, tal como eram então, enfrentavam para explicar os fenômenos antes imperceptíveis e agora “à luz do dia”. Lá se encontrava Max Planck, trazendo à pauta a natureza quântica do mundo atômico. Kamerlingh Onnes e sua recém descoberta propriedade da supercondutividade. Rutherford e os problemas da estabilidade atômica. Lorentz, Poincarè, o jovem Einstein e a teoria da relatividade como resposta aos problemas teóricos relacionados aos movimentos cujas velocidades eram próximas à da luz, entre outros mais. Este novo mundo da física Marie ajudara a revelar. Na célebre foto do encontro, vemos Marie acompanhando atenta a explanação do grande matemático francês, Henri Poincaré, ambos sentados à mesa. Atrás de Marie, em pé, outra grande figura na física de radiações e do átomo, Ernest Rutherford. Também de pé na extrema direita Albert Einstein. Mesmo não sendo o que hoje chamaríamos uma física matemática, Marie tinha clara percepção dos impasses teóricos enfrentados pela física. Do jovem Einstein dirá:
“Se considerarmos que Einstein ainda é muito jovem, temos o direito de depositar nele enormes esperanças e de nele ver um dos primeiros teóricos do futuro”.
De fato, Einstein ainda não publicara sua teoria da gravitação, o que faria apenas em 1915, cujas primeiras confirmações o iram sacralizar na física, como um novo Newton, em 1919. Ainda durante o encontro Solvay, Marie tem a notícia de que um segundo Prêmio Nobel lhe aguarda. No fim do ano é laureada com o Prêmio Nobel de Química. Nas palavras da Fundação Nobel, “pelos seus serviços ao desenvolvimento da química, com o descobrimento dos elementos rádio e polônio”.
Tempo de Guerra
Irène e Marie |
Instituto do Rádio
Irène e Marie |
Joliot e Irène |
No ano de 1934, descobriram fenômeno da produção de Radioatividade Artificial com emissão de pósitrons. Nas palavras de Juliot:
“desta vez chegamos na hora”.
Marie teve tempo de ver o fenômeno da radioatividade artificial, mas não pode testemunhas a premiação que isto renderia a Juliot e Irène: o Prêmio Nobel de Química, em dezembro 1935 (James Chadwick receberia o de Física, pela descoberta do nêutron). Marie viria a falecer no mês de setembro. Em reverência ao legado de seus sogros, Juliot decidiu mudar seu nome para Frédéric Juliot-Curie, ao casar-se com Irene.
Os Juliot-Curie
Com o Premio Nobel de 1935, Juliot iria assumir papel central na política científica francesa, afastando-se temporariamente da pesquisa. Irène, que seguiu em frente, resolve dedicar-se ao estudo do “suposto” elemento 93, que Enrico Fermi parecia ter produzido em 1934, irradiando o Urânio com nêutrons lentos. Na conjectura de Fermi, o processo de formação do elemento 93 seria o seguinte: ao ser exposto a um “banho” de nêutrons, imaginava-se que algum deles fosse absorvido pelo núcleu do Urânio. Uma vez lá dentro esse nêutron sofreria uma transmutação em próton (o chamado decaimento beta). Como o Urânio era o elemento 92, gerava-se assim o elemento 93, nunca antes
observado. Irène, e seu colaborador Pavel Savitch, “gerou” e observou as propriedades químicas do “elemento 93” e encontrou que ele não parecia diferir em nada ora do Lantânio ora do Actínio, todos elementos mais leves que o próprio Urânio primordial. Como poderia ser? Após esses resultados, publicados em 1937 e 1938, Juliot deve ter percebido, então, que estava vivendo um momento semelhante ao de seu sogro, em 1898, impelido a deixar de lado o que estava fazendo para unir os esforços, junto a sua companheira, diante de algo potencialmente significativo que ela encontrara. Assim o fez, mas já era tarde. Neste mesmo ano de 1938, em dezembro, Otto Hann e Fritz Strassmann, na Alemanha, são os primeiros a identificar que o processo de geração do elemento 93 era, na verdade, a quebra do núcleo de Urânio. O que Fermi, Irène, e os alemães estavam vendo era, na realidade, os fragmentos da fissão nuclear. Todos percebem, de imediato, o caráter extraordinário do novo processo nuclear. Juliot rapidamente retoma a vanguarda nas pesquisas. Juntamente com seus colaboradores Halban e Kowarski publica na Nature, em abril de 1939, o trabalho “Liberation of Neutrons in the Nuclear Explosion of Unarium”, no qual estima que cada fissão de um núcleo de Urânio libera aproximadamente 3 nêutrons. Haveria assim a possibilidade de uma reação em cadeia e o uso do Urânio como fonte efetiva de energia. Com o clima de Guerra, na Europa, cada vez mais onipresente, em maio de 1939, Juliot e colaboradores elaboram patentes secretas, em nome da CNRS (Centre national de la recherche scientifique) de como se construir um Reator Nuclear, o Método para controlá-lo e a Bomba. Com a invasão e capitulação da França, nos primeiros meses de 1940, Juliot dispersa o grupo, mandando seus colaboradores e a matéria prima que dispunha para a Inglaterra. Seus trabalhos seriam depositados como pis cachetés na Academia de Ciências, e somente seriam abertos em 1948. Contudo, ele volta para Paris, disposto a estar à frente da ciência francesa durante o período da ocupação e do governo de Vichy. A frustração constante, gerada pela dura negociação com as autoridades alemãs, o colocariam cada vez mais à esquerda, passando a defender a luta armada e a derrubada do governo de Vichy, unindo-se aos socialistas e passando à clandestinidade antes do fim da guerra. Irène, cuja saúde se debilitara muito nos últimos anos, seria levada em segurança, por ele, à Suíça.
Após a guerra, os Estados Unidos não reconheceram devidamente as contribuições da França à conquista principalmente do Reator, já havendo neste momento reatores em operação naquele país. O primeiro fora posto em operação por Fermi, em Chicago, em 1942. O general Grooves, chefe militar do projeto da Bomba atômica nutria abertamente uma inimizade em relação da Juliot que, para ele, era só “um comunista”.
Os Curie hoje
Os Curie são personagens centrais de algumas das conquistas científicas que moldaram e mudaram as
relações entre os homens, no século XX. Em números de 2001, a França era o país que mais proveito pacífico tirava da energia nuclear em toda a Europa, com 59 reatores em operação, gerando 63,203 Megawatts de energia elétrica. Atrás dela vinha a Alemanha, com 19 reatores e 21 Megawatts. O primeiro deles, embora não executado em sua época, por causa da guerra, fora obra de Juliot-Curie. Era, contudo, perfeitamente funcional. Em todos os continentes, países lançam mão da alternativa nuclear ao menos parcialmente, em suas matrizes energéticas. O ITER (International Termonuclear Experimental Reactor), que permitirá a geração de energia elétrica sem a produção do indesejável lixo atômico, seria para eles o coroamento da longa história do uso do átomo para o bem do homem. Não se pode deixar de pensar que há um significado simbólico em construir-se o ITER, embora seja um empreendimento de toda a comunidade européia, EUA, China, Índia, Coréia e Japão, no território francês.
As aplicações das radiações na medicina, começando pelos raios-X, passando pela radioterapia, no tratamento do câncer, deram lugar a medicina nuclear, e estão intimamente ligados aos Curie. A moderna Positron Emission Tomography (PET) faz uso da radiação artificial, descoberta por Irène e Juliot em 1934, para produzir a imagem, através da aniquilação elétron-pósitron.
Em sua ética positivista Pierre e Marie provavelmente ficariam felizes em ver o advento da Internet. Sua disseminação, a proliferação de conteúdos e serviços de graça: os programas “free-ware”, o “Google earth”, o “Easy-Web of Science”, a “virtualização” das Bibliotecas Públicas do mundo, o “internet Archives”. Usariam o “Linux” em vez do “Windows”, o “Latex” e não o “Word”. As grandes empreitadas científicas de nosso tempo, envolvendo conjuntos de nações em colaboração solidária, orçamentos públicos e privados monumentais, para o desenvolvimento da ciência, seriam acolhidos com grande alegria, por eles. Estariam felizes com a Estação Espacial Mundial, com o ITER, já mencionado, com o (LHC) o Large Hadron Collider, no CERN, na divisa da França com a Suíça, que poderá revelar a estrutura mais íntima das partículas subatômicas.
Texto: Marcelo Costa de Lima
Para saber mais:
- Bassalo, J.M.F. “Crônicas da Física”, tomo I, GEU-UFPA, Belém, 1987.
- Bassalo, J.M.F. “Nascimentos da Física (3500 a.C. – 1900 a.D)”, Editora Universitária UFPA, Belém, 1996.
- Weill, Adrienne R., CURIE, Marie. In: César Benjamin (ed.). Dicionário de Biografias Científicas. 3 vols. Rio de Janeiro: Contraponto Editora Ltda,2007, V. I, pp. 551 – 557.
- Wyart, Jean, CURIE, Pierre. In: César Benjamin (ed.). Dicionário de Biografias Científicas. 3 vols. Rio de Janeiro: Contraponto Editora Ltda,2007, V. I, pp. 557 – 563.
- Giroud, Françoise “Marie Curie”, Martins Fontes, São Paulo, 1989.
Muito legal essa postagem. Continuem fazendo este excelente trabalho!
ResponderExcluirMuito bom!!!!
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