Físico da Unicamp relembra evento histórico

A convite do Núcleo de Comunicação Social do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de janeiro (RJ), o físico experimental Edison Hiroyuki Shibuya, professor aposentado do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas (SP), escreve sobre o evento Andrômeda, que, por suas propriedades físicas peculiares e seu alto nível de energia, fez com que a Colaboração Brasil-Japão marcasse época na história da física de raios cósmicos.

O evento Andrômeda

Passado cerca de meio século ‒ mais exatamente, entre 03 e 12 de junho de 1969 ‒, no monte Chacaltaya (Bolívia), a cerca de 5,2 km de altitude em relação ao nível do mar, o experimento denominado Câmara de Emulsões Nucleares e Chumbo nº 14 (CENC14), um dos detectores desse tipo da Colaboração Brasil-Japão (CBJ), observou evento notável, de altíssima energia.

A denominação Andrômeda (figura 1) se justifica pela semelhança com a nebulosa de mesmo nome. O evento teve energia estimada de 10¹⁶ eV (elétrons-volt), com a maior parte dela concentrada em uma área de 19,6 cm².

Evento Andrômeda, detectado pela CBJ

(Crédito: CBJ)

O Andrômeda é o que os físicos de raios cósmicos denominam cascata eletromagnética. Ou seja, é um ‘chuveiro’ de partículas subatômicas ‒ basicamente, elétrons (negativos) e suas antipartículas, os pósitrons (positivos) ‒ criado quando um raio cósmico (núcleo atômico) ou um raio gama (partícula de luz) chegam, com altíssima energia, à Terra e se chocam contra átomos da atmosfera terrestre.

Essas colisões causam fluxo imenso de novas partículas (por vezes, até bilhões delas), que viajam a velocidades próximas à da luz (cerca de 300 mil km/s) rumo ao solo. Parte dessa cascata é dita eletromagnética, por ser formada por fótons, que, por sua vez, se materializam em elétrons e pósitrons. Esse é o caso do Andrômeda.

O Andrômeda, por suas características peculiares, despertou a atenção da comunidade científica internacional ‒ notadamente, de pesquisadores do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), com sede em Genebra (Suíça), como Carlo Rubbia, ganhador do Nobel de Física de 1984.

Também foi manchete de jornais brasileiros, por se tratar do primeiro evento de repercussão internacional da CBJ. Recentemente, o jornal O Globo republicou reportagem de época sobre o fenômeno e a câmara 14.

A colaboração

Para capturar esses eventos, a CBJ ‒ que começou suas atividades em 1962 ‒ construiu, no alto do monte Chacaltaya, várias câmaras, as quais podem ser imaginadas como camadas de placas fotográficas (emulsões nucleares), filmes de raios X e placas de chumbo. Estas últimas fazem com que as partículas de luz (fótons) se transformem em pares de elétron-pósitron. Esses pares, por sua vez, por serem dotados de carga elétrica, deixam ‘marcas’ (traços) no interior nas emulsões nucleares.

Essas câmaras podem capturar vários desses eventos por dia. Mas, entre todos detectados ao longo de décadas de atividades da CBJ, o Andrômeda se destacou por ser imensamente energético.

A parte brasileira da CBJ era liderada por César Lattes (1924-2005), um dos descobridores do méson pi – partícula que mantém o núcleo atômico coeso – na segunda metade da década de 1940 e um dos fundadores do CBPF. A parte japonesa, por Yoichi Fujimoto e Shunichi Hasegawa, da Universidade de Waseda.

Quando a CBJ começou, Lattes estava no então Departamento de Física da Faculdade de Filosofia, Ciência e Letras da Universidade de São Paulo ‒ mais tarde, Instituto de Física da USP. Em 1967, transferiu-se para o recém-formado Instituto de Física da Unicamp ‒ hoje, Instituto de Física Gleb Wataghin ‒, levando para lá a parte brasileira da colaboração.

O CBPF, a partir de meados da década de 1960, também passou a ser parte da CBJ.

Grande euforia

As emulsões nucleares e os filmes de raios X, depois de expostos em Chacaltaya, eram transportados para o Brasil, para passarem pelo processo de revelação e, posteriormente, de análise com a ajuda de microscópios, pois os eventos não são visíveis a olho nu nas emulsões. O objetivo era buscar as ‘assinaturas’ de cascatas eletromagnéticas, o que era feito inicialmente nos filmes de raios X. No caso de detecção de evento interessante, este seria procurado na emulsão nuclear – acondicionado dentro de um mesmo envelope com o filme em questão.

As chapas da câmara 14 foram transportadas, de Campinas (SP) para La Paz, por via aérea. A montagem da câmara se deu entre 14 e 17 de maio de 1968, em Chacaltaya, passando, a partir daí, à exposição à radiação cósmica. Os dois membros da CBJ responsáveis pela montagem da câmara tinham viajado de avião até La Paz – em um voo que levava o cantor e compositor brasileiro Roberto Carlos. Após um ano de exposição ‒ ou seja, em maio de 1969 ‒, elas foram transportadas de volta ao Brasil, por via ferroviária, novamente sob responsabilidade de Euclides Santana, técnico do CBPF.

O processamento químico do material foi efetuado entre 03 e 12 de junho de 1969 e, para essa atividade, contou-se com a colaboração de outros membros do CBPF: as microscopistas Terezinha Villar, Nair Miranda e Ermelinda Gonçalves.

A observação por meio de microscópios também ocorreu nas dependências do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia (DRCC), da IFGW. O Andrômeda foi detectado em 15 de maio de 1968, no conjunto nº 126 das emulsões da câmara 14, e observado durante o processamento químico do material fotossensível, ou seja, na primeira quinzena de junho do ano seguinte.

Possível interpretação sobre a origem do Andrômeda: um raio gama de altíssima energia – proveniente da direção do centro de nossa galáxia (Via Láctea) – que chegou à atmosfera terrestre e criou a cascata eletromagnética que imprimiu sua assinatura na câmara 14.

À época, o DRCC, ainda em fase de instalação, funcionava provisoriamente no porão de uma escola, a Bento Quirino, à rua Culto à Ciência, em Campinas (Figura 2).

Figura 2. Instalações do DRCC à época; abaixo, à esq., caixas de emulsões e chapas de raios X

(Crédito: E. H. Shibuya/CBJ)

A observação do evento Andrômeda criou grande euforia entre os membros da CBJ e despertou interesse da comunidade internacional de raios cósmicos para o trabalho da colaboração entre Brasil e Japão. As comemorações coincidiram com o aniversário (14 de junho) de um dos integrantes do experimento, Akinori Ohsawa (figura 3).

Lattes (esq.) comemorando o aniversário de Ohsawa e a detecção do Andrômeda

(Crédito: E. H. Shiubya/CBJ)

Mirim, açu e guaçu

Além do Andrômeda, a CBJ, ao longo de seus cerca de 30 anos de atividades, detectou outros eventos de menor energia, mas não menos fenomenologicamente intrigantes que o Andrômeda.

Esses outros eventos ‒ denominados exóticos ou anômalos ‒ foram batizados, por Lattes, com palavras da língua tupi: mirim, açu e guaçu, os quais foram interpretados como manifestações de partículas mais fundamentais, segundo Toru Shibata, outro membro da CBJ.

O subdetector Castor (sigla, em inglês, para Pesquisa de Objetos Estranhos e Centauros) esteve acoplado ao experimento CMS, um dos quatro grandes detectores do LHC (Grande Colisor de Hádrons), maior e mais potente acelerador de partículas da atualidade, instalado no CERN.

É possível que desse experimento saiam dados interessantes que ajudem a entender eventos que a CBJ começou a detectar nos raios cósmicos ainda na década de 1960.

Edison Hiroyuki Shibuya

Pesquisador aposentado,

Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia

Instituto de Física Gleb Wataghin

Universidade Estadual de Campinas (SP)

Mais informações:

César Lattes: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172005000300025

Castor: https://arxiv.org/pdf/1905.02435.pdf

Emulsões nucleares: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172011000200018