Pesquisador titular do CBPF relembra artigo de César Lattes de 46

A convite do Núcleo de Comunicação Social, o físico Odilon A. P. Tavares, pesquisador titular (aposentado) do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), escreve sobre a relação de suas pesquisas atuais e aquelas realizadas pelo físico brasileiro César Lattes (1924-2005) na segunda metade da década de 1940, na Inglaterra.

Lattes e o radioelemento samário

A figura de César Lattes ‒ tido como ‘Nosso herói da era nuclear’ ‒ costuma ser relembrada nas datas alusivas à descoberta do píon (partícula responsável pela coesão do núcleo atômico) e do decaimento deste em múon (um ‘elétron’ pesado), investigações que aconteceram em 1947, em Bristol (Inglaterra), e no ano seguinte, em Berkeley (EUA).

No entanto, fato relevante ‒ e poucas vezes mencionado ‒é que o primeiro trabalho experimental da carreira científica de Lattes, feito em parceria como físico francês Pierre Cüer, foi publicado ainda em 1946, com o título ‘Radioactivity of samarium’ [Radioatividade do samário], no periódico Nature (v. 158, p. 197, 1946).

Nesse artigo, os dois autores relatam suas pesquisas sobre a radioatividade desse elemento químico (um ‘terra rara’), que havia sido detectada pela primeira vez, em dezembro de 1932, pelos radioquímicos G. Hevesy e M. Pahl, na Universidade de Freiburg (Alemanha), com resultados também publicados em Nature (v. 130, p. 846, 1932).

Tão logo Lattes chegara à Universidade de Bristol, no final de fevereiro de 1946, o líder do Laboratório de Física H. H. Wills, Cecil Powell, orientou os dois jovens físicos num trabalho de reinvestigação da radioatividade do samário, conhecido como elemento emissor de partículas alfa (núcleos de hélio, com dois prótons e dois nêutrons). À época, a literatura indicava valores de meia-vida muito discrepantes, variando de 600 a 1330 Ga (1 Ga = 1 bilhão de anos) ‒ (a meia-vida é o tempo necessário para que metade dos átomos de uma mostra radioativa se desintegre).

De imediato, Lattes familiarizou-se com o uso das novas emulsões nucleares que acabavam de ser preparadas pela empresa britânica Ilford, as quais passaram, então, a conter quatro vezes mais brometo de prata (o material sensível às radiações e às partículas carregadas eletricamente) do que as das placas fotográficas comuns.

Em apenas quatro meses, Lattes e Cüer submeteram à revista Nature , em 2 de julho, o resultado de seu trabalho, que foi publicado em 10 de agosto seguinte.

Valor aceito

Na época, a tabela de isótopos disponível ‒ de autoria do radioquímico norte-americano Glenn Seaborg ‒ indicava que a emissão de partículas alfa pelo samário natural se dava por conta da presença nele de 14% do isótopo ¹⁴⁸ Sm ( Review of Modern Physics v. 16, p.1, 1944). Essas informações levaram Lattes e Cüer a relatarem, com base em suas medidas, um valor de meia-vida igual a 130 ± 10 Ga atribuído ao isótopo ¹⁴⁸ Sm, resultado que corresponde a 930 Ga para a meia-vida do samário natural.

Um relato dessa investigação, com riqueza de detalhes, foi também submetido, em agosto de 1946, aos Anais da Academia Brasileira de Ciências , publicado em 31 de março do ano seguinte (v. 19, p.1, 1947). O artigo, com o título ‘Radioatividade do samário, utilização da placa fotográfica para a determinação de baixas concentrações de material radioativo’, é assinado também por E. G. Samuel.

César Lattes, em Bristol, em 1946

(Crédito: CBPF)

Entretanto, foi somente a partir de 1950 que ficou estabelecido, sem sombra de dúvidas, que o isótopo ¹⁴⁷ Sm ‒ presente em 15% no samário natural ‒era efetivamente o emissor por excelência das partículas alfa e não o ¹⁴⁸ Sm ( Physical Review v. 80, p. 301, 1950). Isso levou à seguinte correção nas meias-vidas acima mencionadas: (140 ± 10) Ga para o ¹⁴⁸ Sm, e a variação no intervalo de  90 a 200 Ga para o samário natural.

Cabe acrescentar que um grupo de pesquisadores soviéticos mediu, em 1968, a meia-vida do decaimento alfa do ¹⁴⁸ Sm como 7×10 ¹⁵ anos ( Soviet Journal of Nuclear Physics v. 8, p.131, 1969). Esse é o valor hoje aceito, que, combinado à sua abundância isotópica em torno de 11%, dá como resultado uma atividade alfa aproximadamente 100 mil vezes menor do que a do ¹⁴⁷ Sm ‒ portanto, desprezível.

Amostra com dois gramas do elemento samário

(Crédito: Wikimedia Commons)

Determinação precisa

Em Bristol, a partir do outono de 1946, as atenções se voltaram para as investigações da radiação cósmica com o uso das emulsões nucleares fabricadas pela Ilford, expostas em altitudes de montanha, abandonando-se o tema da radioatividade do samário.

Entretanto, o interesse sobre a atividade alfa do isótopo ¹⁴⁷ Sm começou a crescer a partir da década de 1970, com a descoberta de um novo método de datação de meteoritos e outras aplicações em geo- e cosmo-cronologia ( Meteoritics v. 9, p. 369, 1974), com base na desintegração radioativa do ¹⁴⁷ Sm em neodímio ( ¹⁴³ Nd). Desse modo, tornou-se importante conhecer a meia-vida do ¹⁴⁷ Sm com a melhor precisão possível, para atender aos cientistas dessas áreas do conhecimento em suas investigações.

Assim foi que, nos últimos 40 anos, cerca de uma dúzia de novas medidas foram realizadas, e os resultados indicaram uma variação de 105 a 117 Ga para a meia-vida do ¹⁴⁷ Sm, requerendo, portanto, uma análise apurada dos dados ‒ inclusive, pela via teórica ‒ para a obtenção de um valor confiável para aquela grandeza física.

Isso foi feito muito recentemente ‒ por este signatário e sua colega italiana Maria Letizia Terranova ‒ e apontou o valor recomendado de 106,3 ± 0,5 Ga para a meia-vida do isótopo ¹⁴⁷ Sm. Esse trabalho está publicado em Applied Radiation and Isotopes (v. 139, p. 26, 2018), com o título ‘Toward an accurate determination of half-life of ¹⁴⁷ Sm isotope’ [Rumo a uma determinação precisa da meia-vida do isótopo ¹⁴⁷ Sm].

Por fim, vale dizer que a investigação de Lattes sobre a radioatividade do samário, realizada há exatos 72 anos, foi a que o introduziu na física experimental com o uso das emulsões nucleares, técnica de medidas que ele passou a dominar com excelência, permitindo ao jovem físico brasileiro que, em apenas duas semanas, detectasse píons negativos no acelerador de Berkeley, em fevereiro de 1948 ( Science v. 107, p. 270, 1948). Esse foi um feito notável, que os físicos do Laboratório de Radiação na Universidade da Califórnia não haviam conseguido realizar em 15 meses de trabalho naquela máquina.

Odilon A. P. Tavares

Pesquisador titular (aposentado)

CBPF