Landmarks: A Primeira Antipartícula

Lawrence Berkeley National Laboratory

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APS colocou todo o arquivo da Physical Review online, de volta a 1893. Os marcos de foco apresentam artigos importantes do arquivo.

A descoberta do elétron positivo, ou positron, em 1932, foi o exemplo perfeito de uma descoberta experimental marcante, seguindo de perto uma previsão teórica notável – exceto que o experimentador não estava ciente da teoria e se deparou com a nova partícula por acidente. Mas logo após a publicação de seus resultados na Revisão Física, ele soube da previsão por outros no campo. Vindo sobre os calcanhares da identificação do nêutron no mesmo ano, a descoberta do positron marcou o início de uma era de décadas, na qual os avistamentos de novas partículas subatômicas vieram grossos e rápidos.

Em 1930 Carl Anderson do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena começou a estudar os raios cósmicos, partículas de alta energia de composição então desconhecida que tinham sido encontradas para chover sobre a Terra. Ele usou uma câmara de nuvens, na qual rastros de partículas aparecem como fios de gotículas minúsculas em um vapor supersaturado. Quando a câmara é colocada num campo magnético, o percurso de cada partícula curva de acordo com a carga e energia da partícula. Anderson registou inúmeras pistas que poderiam ter sido produzidas quer por partículas carregadas negativamente num sentido, quer por partículas carregadas positivamente no outro.

Para distinguir estas duas possibilidades, Anderson colocou uma placa de chumbo de 6 milímetros de espessura através do centro da sua câmara de nuvens. Qualquer partícula que passasse pela placa perderia energia, tornando sua curva de pista mais nítida do outro lado e revelando sua direção de movimento. Num total de 1300 fotografias de câmaras de nuvens, Anderson encontrou 15 pistas que correspondiam a partículas com carga positiva. Mas elas não podiam ser prótons, ele percebeu, pois prótons da energia certa para produzir a curvatura da pista observada diminuiriam por colisões após alguns milímetros, enquanto as pistas que ele viu tinham centímetros de comprimento.

Anderson anunciou brevemente na Science sua descoberta de “positivos facilmente deflegíveis”, seguindo com um artigo completo na Physical Review que analisava cuidadosamente o equilíbrio entre a massa e a velocidade das partículas e sua perda de energia ao longo das pistas. Anderson argumentou que as partículas carregavam uma unidade positiva de carga e tinham uma massa não superior a 20 vezes a do elétron. Saltando para a conclusão de que estas partículas eram provavelmente elétrons positivos, ou “positrões”, seguindo a sugestão do editor da revista, ele propôs que elas foram ejetadas dos núcleos de átomos próximos por impactos de raios cósmicos.

Anderson sabia que Paul Dirac da Universidade de Cambridge tinha elaborado uma equação mecânica quântica relativista para o elétron. Mas aparentemente ele não sabia que em 1931 Dirac tinha usado sua teoria para prever a existência de uma partícula idêntica ao elétron, exceto por ter a carga oposta. Aprendendo a descoberta de Anderson, Patrick Blackett e Giuseppe Occhialini, também em Cambridge, conduziram experimentos com câmaras-nuvem nos quais eles viram a produção simultânea de pares de elétrons positivos e negativos em colisões de raios cósmicos. Eles anunciaram seus resultados como evidência direta para a previsão antipartícula de Dirac, uma conclusão que Anderson rapidamente concordou com.

Historian Helge Kragh da Universidade de Aarhus na Dinamarca sugere que a interpretação inicial de Anderson de seus resultados foi fortemente influenciada pela opinião de seu mentor na Caltech, Robert A. Millikan, que tinha sido pioneiro em muita pesquisa sobre raios cósmicos, mas permaneceu desconfiado com a teoria quântica de alto nível. Embora a rápida vindicação da predição de Dirac fosse um importante impulso para a teoria, Anderson sempre insistiu que “a descoberta do positron foi totalmente acidental” .

-David Lindley

David Lindley é um escritor de ciência freelance em Alexandria, Virginia.

1. Carl D. Anderson, Science 76, 238 (1932)
2. P.M.S. Blackett e G.P.S. Occhialini, Proc. Roy. Soc. A 139, 699 (1933)
3. Anderson citado por A. Pais, Inward Bound, Oxford University Press, p. 352 (1986)

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