Mecânica ondulatória

            Mecânica ondulatória  é uma teoria do físico francês Louis de Broglie que, a princípio, afirma que cada partícula tem uma onda a ela associada e que matéria e energia são estados diferentes da mesma partícula subatômica. É um ramo da física que estuda a dupla natureza da matéria, ondulatória e corpuscular.

            Um princípio básico da física clássica, formulado por Isaac Newton no século XVII, dizia que matéria e energia são "duas entidades separadas e distintas". No início do século XX, porém, Albert Einstein concluiu que matéria e energia não são necessariamente distintas (E=mc²) e que a luz é composta de partícula chamada fóton. Na década de 1940, De Broglie mudou de posição argumentando que, "apesar de um elétron apresentar características parecidas com ondas, não se trata necessariamente de energia".

Características principais de uma onda

Frequência — número de oscilações de uma onda em determinado período de tempo. Medida em Hertz(Hz) e representada pela letra f.

Período — é o tempo necessário para uma onda completa (crista+vale). Representado pela letra T (maiúscula) e pode ser encontrado pela expressão: f=1/T ou T=1/f.

Comprimento — é o tamanho da onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. Crista é a parte alta da onda, vale, a parte baixa. É representada no SI pela letra grega lambda (λ).

Velocidade da Onda — determidada pela distância percorrida entre o eixo da onda até a crista. Equação: V = λ.f.

Amplitude — altura da onda.

Timbre — é a somatória de várias ondas que juntas formam uma onda complexa, isso permite distinguir um aparelho musical de outro ou uma voz humana de outra.

 [Infoescola: "Modelo atômico de Broglie" (página visitada em 21 de julho de 2013)]

Ir para cima ↑ Turner Publishing, Inc. — Nosso Tempo, volume I, pgs. 176-184. Editora Klick. São Paulo (1995)

Cosmos Carl Sagan Ep.2 - Uma Voz na Sinfonia Cósmica completo Dublado em PT-BR

Papa afirma que teoria do Big Bang não contradiz lei do cristianismo

O Papa Francisco afirmou nesta segunda-feira que a criação do mundo "não é obra do caos, mas deriva de um princípio supremo que cria por amor".

"O Big-Bang não contradiz a intervenção criadora, mas a exige", disse o pontífice na manhã desta segunda-feira para os acadêmicos da Pontifícia Academia das Ciências, reunidos para a sua plenária, na inauguração de um busto de bronze em homenagem ao papa emérito Bento XVI.

O papa criticou que quando as pessoas leem o livro do Gênesis sobre como foi a origem do mundo, pensam "que Deus tenha agido como um mago, com uma varinha mágica capaz de criar todas as coisas. Mas não é assim".

Segundo Francisco, o homem foi criado com uma característica especial - a liberdade - e recebe a incumbência de proteger a criação, mas quando a liberdade se torna autonomia, destrói a criação e homem assume o lugar do criador.

"Ao cientista, portanto, e, sobretudo, ao cientista cristão, corresponde a atitude de interrogar-se sobre o futuro da humanidade e da Terra; de construir um mundo humano para todas as pessoas, e não para um grupo ou uma classe de privilegiados", concluiu o pontífice.

A Pontifícia Academia das Ciências foi fundada em 1603, em Roma, com o nome de Academia dos Linces. É formada por 80 pesquisadores nomeados vitaliciamente pelo papa.

Conforme as regras, os candidatos a uma vaga na academia são escolhidos com base na relevância de suas análises científicas e da sua reconhecida estatura moral, sem qualquer discriminação ética ou religiosa.

Solte as vigas! Linac 4 atinge a marca de 50 MeV

Esta semana, o Linac 4 acelerador atingiu um marco de energia de 50 MeV - o que significa que agora é capaz de substituir o envelhecimento Linac 2 e, eventualmente, tornar-se o chefe da cadeia acelerador.

Linac 4 foi construído para impulsionar íons de hidrogênio negativos - que consiste em um átomo de hidrogénio com um elétron adicional - a altas energias para fornecer prótons ao Hadron Grande e para substituir o Linac 2. Este acelerador de 37 anos de idade, é o primeiro de uma série de quatro, que estão impulsionando partículas com energias cada vez mais altos, antes de serem injetados no Large Hadron Collider (LHC). Estes aceleradores estão também a prestar vigas para muitos outros experimentos no CERN.

Eventualmente Linac 4 vai acelerar os íons a 160 MeV para prepará-los para entrar no reforço Proton Synchrotron - o segundo Acclerator na cadeia de injeção do LHC. Estes íons são despojados de seus dois elétrons durante a injeção de Linac 4 Proton Synchrotron para o impulsionador para deixar apenas prótons. Isto permite que mais partículas que se acumulam no sincrotrão, simplifica injecção, reduz a perda de feixe no local de injecção e proporciona um feixe mais brilhante. Como parte essencial do programa de melhoramento do injector LHC, Linac 4 permitirá que o PS impulsionador para dobrar seu brilho feixe, o que contribuirá para aumentar a luminosidade do LHC, um fator crucial proporcional ao número de partículas em colisão dentro de um período de tempo definido.

Photowalk 2015

A montagem da foto do photowalk 2015, com Maurizio Vretenar, o líder do projeto Linac 4, ao lado de ambos os projetos para o acelerador e construído 2015 (Image: Maelle Baud / CERN)

Alcançar 50MeV é um marco, pois é a energia Linac 2 corridas no, e significa Linac4 é agora capaz de assumir a tarefa de fornecer partículas a cadeia acelerador do CERN - um processo que começará durante o longo desligamento a partir de 2018.

Linac 4 é composto por uma fonte de iões hidrogénio e quatro tipos de estruturas que são progressivamente encomendados um após o outro em aceleração. No início deste ano a segunda parte desta cadeia acelerando, os tanques linac tração do tubo foram totalmente instalado e comissionado, ou seja, o feixe pode ser ampliada para uma nova e mais elevada, a energia das suas anteriores 3 MeV.

"Este projeto inovador e patenteado é uma enorme conquista que tinha oito anos de produção", diz Maurizio Vretenar, o líder do projeto Linac 4. "Vimos estes tanques através da prancheta ao banco de ensaio, e agora para a própria cadeia acelerador; nós não poderíamos estar mais felizes com seu desempenho até agora. "

Garantindo conexões sem defeito entre os componentes do acelerador separados era uma parte fundamental do processo de comissionamento. Os tubos e as suas componentes teve de ser alinhados com precisão ± 0,1 mm umas das outras e com o resto da linha 4 linac.

"O primeiro passo foi a acelerar o feixe através do primeiro tanque do DTL, para encontrar as configurações corretas da parte baixa energia", diz Alessandra Lombardi, que está no comando da fase de comissionamento de Linac 4. Em seguida, acelerou o feixe progressivamente através do segundo e do terceiro tanque para a energia de 50 MeV ".

Agora, o feixe atingiu 50 MeV, a equipe Linac 4 está se movendo para o próximo item na agenda: o DTLS-Coupled Celulares (CCDTL), que trará Linac 4 até 100 MeV.

Magneto de teste pista dipolo produz registro campo de 16 tesla

Um novo recorde mundial foi quebrado pelo grupo ímã CERN quando seu magneto de teste pista produziu um campo de pico 16,2 tesla (16.2T) - quase o dobro do produzido pelos atuais dipolos LHC eo maior de sempre para um dipolo magnético dessa configuração.

A pista Modelo Coil (RMC) é um dos vários ímãs de teste de demonstração que está sendo construído pelo grupo de compreender e desenvolver novas tecnologias, que são vitais para aceleradores futuros.

Os ímãs são apenas mais curtos de 1 a 2 metros de comprimento, em comparação com os longos 5-7 metros necessários para o LHC de alta luminosidade.

Os testes são necessários para provar a viabilidade da criação de campos magnéticos de até 16 tesla, que são construídas nos projetos de aceleradores futuros.

"Os presentes dipolos LHC tem um campo nominal de 8.3T e estamos projetando aceleradores que necessitam de ímãs para produzir um campo de cerca de 16T - quase o dobro", diz Juan Carlos Perez, um engenheiro do CERN e do líder do projeto para a RMC .

Ímãs de alto campo são fundamentais para a construção de maiores aceleradores de partículas energéticas. Campos magnéticos elevados são necessários para dirigir um feixe na sua órbita - no caso de dipolos - ou espremer as vigas antes que eles colidem dentro das experiências, que é o caso para quadrupolos-alto gradiente.

O LHC usa nióbio-titânio ímãs supercondutores para ambos curva e se concentrar feixes de prótons como eles correm ao redor do LHC. Mas a RMC usa um diferente material supercondutor, nióbio-estanho, que pode chegar a campos magnéticos muito mais elevados, apesar de sua natureza frágil.

O recorde mundial é um passo em frente na demonstração da tecnologia para o LHC de alta luminosidade do projeto, e um marco importante para o estudo de projeto Circular Futuro Collider.

"É um excelente resultado, embora não devemos esquecer que este é um relativamente pequeno ímã, um demonstrador de tecnologia sem furo através do centro para a viga", diz Luca Bottura, Chefe de ímã Grupo do CERN. "Ainda há uma maneira a percorrer antes de 16 Tesla ímãs podem ser usados ​​em um acelerador. Ainda assim, este é um passo muito importante para eles. "

A RMC também está usando fios e cabos da mesma classe como aqueles que estão sendo usados ​​para construir FRESCA2, um ímã 13T dipolo com uma abertura de 100 milímetros que será usado para atualizar o CERN teste de cabo facilidade FRESCA. Bobinas FRESCA2 estão atualmente em construção e estará pronto para testes até ao Verão de 2016.

Esses campos são apenas possíveis graças a novos materiais e tecnologias, e também as relações estreitas entre diversas comunidades de física. A equipe trabalhou em estreita colaboração com outros programas europeus e estrangeiros de pesquisa e desenvolvimento para quebrar as barreiras da tecnologia.

fonte: CERN.

Atual recorde mundial em um supercondutor

No âmbito do projeto de alta luminosidade do LHC, os especialistas da equipe CERN Supercondutores obteve recentemente uma corrente recorde mundial de 20 kA a 24 K em uma linha de transmissão elétrica que consiste em dois longos cabos de 20 metros feita de diboreto de magnésio (MgB 2 ) supercondutor. Este resultado faz com que a tecnologia de uma solução viável para o transporte de energia a longa distância.

A linha de 20 metros de comprimento de transmissão elétrica que contenha os dois 20 kA MgB 2 cabos (Imagem: CERN)

"O teste é um passo importante no desenvolvimento de sistemas de transmissão de energia elétrica frias baseadas no uso de MgB 2," diz Amalia Ballarino, chefe da seção de Supercondutores e dispositivos supercondutores no CERN. "Os cabos e tecnologias associadas foram concebidos, desenvolvidos e testados no CERN. O fio supercondutor é o resultado de um esforço de I & D longa que começou em 2008 entre o CERN eo fabricante, Columbus Supercondutores em Génova, Itália."

O resultado foi alcançado a uma temperatura de 24 K (cerca de -249 c) utilizando uma estação de teste que foi e montados no CERN concebido para o efeito. A temperatura é mantida homogénea por todo o comprimento de 20 metros de linha por um fluxo forçado de gás hélio. Na sequência de intenso desenvolvimento, a 2 x 20 metros de comprimento MgB2 linha supercondutor completo foi alimentado com êxito para o atual recorde mundial de 20 kA, mostrando que esta tecnologia tem um grande potencial para a transmissão de energia elétrica.

As propriedades supercondutoras deste material relativamente barato foram descobertos em 2001, mas a tecnologia condutor só existia sob a forma de fita. Fio redondo, que é mais adequado para a montagem em cabos de alta corrente, não estava disponível quando o projeto começou CERN. "Primeiro, foi necessário o desenvolvimento de fios redondos de qualidade adaptados para uso neste projeto, com alta densidade de corrente e propriedades supercondutoras uniformes", diz Ballarino. "Este trabalho foi feito através de uma colaboração estreita entre o CERN e Columbus supercondutores, que fabrica diferentes gerações de fios com diferentes arquiteturas e com propriedades melhoradas. Em paralelo, no CERN desenvolveu os cabos de alta corrente e da linha de transmissão elétrica."

Os membros da equipa CERN Supercondutores e dispositivos supercondutores em frente à estação de teste (Imagem: CERN)

O projeto faz parte do FP7 Hi-Lumi LHC Estudo Design. Na configuração LHC de alta luminosidade, os conversores de energia que fornecem corrente aos ímãs supercondutores serão movidos de seu local presente no túnel do LHC à superfície ou áreas subterrâneas livre de radiação e eles serão conectados aos ímãs através de um novo frio sistema alimentar. Um estudo dedicado em 2009 confirmou que as linhas de transferência eléctrica baseados no uso de MgB 2 supercondutor, que tem uma temperatura crítica de 39 K, poderia ser uma tecnologia viável e económico, trazendo várias vantagens no que diz respeito ao cabo convencional barramento Nb-Ti usado hoje para o LHC.

Na sequência da iniciativa CERN, MgB2 tecnologia de supercondutores também foi proposto por Carlo Rubbia, diretor científico do Instituto de Estudos Avançados de Sustentabilidade (IASS) em Potsdam, na Alemanha, para uma linha de transmissão inovador para transporte de longa distância de energia verde.

"MGB 2 cabos supercondutores refrigerados por hidrogênio líquido têm sido propostos para uso em linhas de transmissão de energia subterrâneos de longa distância, com estações de refrigeração criogénicos espaçadas periodicamente. Um acordo de colaboração entre o CERN e IASS foi assinado em Março de 2012 com o objetivo de comprovar a viabilidade de a tecnologia ", diz Ballarino. "O desenvolvimento teve como objetivo testar uma linha de 20 kA DC operado a 20 K (-253 ° C), que também foi convenientemente próximo à exigência CERN para alimentar os ímãs. O resultado de nossos testes é uma demonstração de que essa alta corrente cabos pode ser operado em e acima da temperatura de hidrogénio líquido, e que a respectiva tecnologia de base está agora provado ".

Cosmos - As Margens do Oceano Cósmico - Episódio 1 - Completo - (Dublado em Português)

Mecânica Quântica

         

 

A mecânica quântica é a teoria física que obtém sucesso no estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas, muito embora também possa descrever fenômenos macroscópicos em diversos casos.

            A Mecânica Quântica é um ramo fundamental da física com vasta aplicação. A teoria quântica fornece descrições precisas para muitos fenômenos previamente inexplicados tais como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala.

            Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico. A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação.

            A mecânica quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica.

            Em estados ligados, como o elétron girando ao redor do núcleo de um átomo, a energia não se troca de modo contínuo, mas sim de modo discreto (descontínuo), em transições cujas energias podem ou não ser iguais umas às outras. A ideia de que estados ligados têm níveis de energias discretas é devida a Max Planck.

            O fato de ser impossível atribuir ao mesmo tempo uma posição e um momento exatas a uma partícula, renunciando-se assim ao conceito de trajetória, vital em Mecânica Clássica. Em vez de trajetória, o movimento de partículas em Mecânica Quântica é descrito por meio de uma função de onda, que é uma função da posição da partícula e do tempo. A função de onda é interpretada por Max Born como uma medida da probabilidade de se encontrar a partícula em determinada posição e em determinado tempo. Esta interpretação é a mais aceita pelos físicos hoje, no conjunto de atribuições da Mecânica Quântica regulamentados pela Escola de Copenhagen. Para descrever a dinâmica de um sistema quântico deve-se, portanto, achar sua função de onda, e para este efeito usam-se as equações de movimento, propostas por Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger independentemente.

            Apesar de ter sua estrutura formal basicamente pronta desde a década de 1930, a interpretação da Mecânica Quântica foi objeto de estudos por várias décadas. O principal é o problema da medição em Mecânica Quântica e sua relação com a não-localidade e causalidade. Já em 1935, Einstein, Podolski e Rosen publicaram seu Gedankenexperiment, mostrando uma aparente contradição entre localidade e o processo de Medida em Mecânica Quântica. Nos anos 60 J. S. Bell publicou uma série de relações que seriam respeitadas caso a localidade — ou pelo menos como a entendemos classicamente — ainda persistisse em sistemas quânticos. Tais condições são chamadas desigualdades de Bell e foram testadas experimentalmente por Alain Aspect, P. Grangier, Jean Dalibard em favor da Mecânica Quântica. Como seria de se esperar, tal interpretação ainda causa desconforto entre vários físicos, mas a grande parte da comunidade aceita que estados correlacionados podem violar causalidade desta forma.

            Tal revisão radical do nosso conceito de realidade foi fundamentada em explicações teóricas brilhantes para resultados experimentais que não podiam ser descritos pela teoria clássica, e que incluem:

Espectro de Radiação do Corpo negro, resolvido por Max Planck com a proposição da quantização da energia.

Explicação do experimento da dupla fenda, no qual eléctrons produzem um padrão de interferência condizente com o comportamento ondular.

Explicação por Albert Einstein do efeito fotoelétrico descoberto por Heinrich Hertz, onde propõe que a luz também se propaga em quanta , os chamados fótons.

O Efeito Compton, no qual se propõe que os fótons podem se comportar como partículas, quando sua energia for grande o bastante.

A questão do calor específico de sólidos sob baixas temperaturas, cuja discrepância foi explicada pelas teorias de Einstein e de Debye, baseadas na equipartição de energia segundo a interpretação quantizada de Planck.

A absorção ressonante e discreta de energia por gases, provada no experimento de Franck-Hertz quando submetidos a certos valores de diferença de potencial elétrico.

A explicação da estabilidade atômica e da natureza discreta das raias espectrais, graças ao modelo do átomo de Bohr, que postulava a quantização dos níveis de energia do átomo.

O desenvolvimento formal da teoria foi obra de esforços conjuntos de muitos físicos e matemáticos da época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr e John von Neumann, entre outros.

 Greiner, Walter; Müller, Berndt (1994), Quantum Mechanics Symmetries, Second Edition, cap. 2,, Springer-Verlag, p. 52, ISBN 3-540-58080-8

Ir para cima ↑ T.S. Kuhn, Black-body theory and the quantum discontinuity 1894-1912, Clarendon Press, Oxford, 1978.

Ir para cima ↑ A. Einstein, Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (Um ponto de vista heurístico a respeito da produção e transformação da luz), Annalen der Physik 17 (1905) 132-148 (reimpresso em The collected papers of Albert Einstein, John Stachel, editor, Princeton University Press, 1989, Vol. 2, pp. 149-166, em alemão; ver também Einstein's early work on the quantum hypothesis, ibid. pp. 134-148).

Mecânica clássica

          

  A mecânica clássica se refere às três principais formulações da mecânica pré-relativística: a mecânica newtoniana, mecânica lagrangeana e a mecânica hamiltoniana. É a parte da física que analisa o movimento, as variações de energia e as forças que atuam sobre um corpo. No ensino de física, a mecânica clássica geralmente é a primeira área da física a ser lecionada. É geralmente classificada em estática, cinemática e dinâmica.

            A quantidade de problemas resolvidos a partir da mecânica clássica é grande, e isto acontece porque seus axiomas, ou princípios, são gerais. Dentre estes, os principais são:

            O espaço é absoluto, imutável, não sofrendo alteração em função da matéria; Da mesma forma que o espaço, o tempo também é absoluto, não sofrendo mudanças em função da matéria;

A velocidade de um corpo pode crescer ilimitadamente.

            O movimento de projéteis é estudado na mecânica clássica, Qualquer medida física só tem algum significado se for acompanhada da respectiva unidade e da incerteza do processo de medida.

            A importância da unidade de medida é intuitiva: um texto que se refira a uma 'velocidade de 30' está claramente incompleto se não for especificada a unidade da velocidade, como em 'velocidade de 30 km/h' ou 'velocidade de 30 m/s'.

            Já a incerteza do processo de medida é uma informação frequentemente negligenciada. Qualquer processo de medida possui uma incerteza inerente. Por exemplo, uma régua escolar é precisa até a unidade dos milímetros, e portanto qualquer medição feita com este instrumento deve ser registrada com esta informação. Ou seja, a medição efetuada com uma régua escolar tem um erro de aproximadamente 0,5 milímetros (é metade da divisão menor). Por exemplo, o comprimento de um determinado fio é 20 cm, dizemos que o seu comprimento é 20 ± 0,05 cm; logo, o comprimento exato do fio encontra-se entre 19,95 e 20,05 cm.

            O erro de medida fica cada vez menor a medida que suas unidades são divididas em mais partes. Se, com a ajuda de algum aparelho especial, um milímetro de uma régua comum for dividido em 10 partes a medição será mais exata do que apenas usando o milímetro como unidade. No entanto, isso não elimina a incerteza; apenas a diminui. A medida de uma grandeza se faz adotando-se uma medida ou convenção denominada padrão, através desta, determina-se os múltiplos e submúltiplos do padrão.

            Em cada lugar do mundo se media de diferentes formas; cada maneira de medir se chamava sistema de medida. Atualmente se usa quase no mundo inteiro o Sistema Internacional de Unidades (SI), um sistema padrão. No Brasil, o sistema utilizado é o SI,3 cada sistema de unidades tendo uma unidade padrão para cada medida.

Física Nuclear

         

   Física Nuclear é a área da física que estuda os constituintes e interações dos núcleos atômicos. As aplicações mais conhecidas da física nuclear são a geração de energia nuclear e tecnologia de armas nucleares, mas a investigação tem proporcionado aplicação em muitos campos, incluindo aqueles em medicina nuclear e ressonância magnética, implantação de íons em engenharia de materiais, e datação por radiocarbono em geologia e arqueologia.

            O campo da física de partículas evoluiu a partir da física nuclear e, normalmente, é ensinado em estreita associação com a física nuclear.

            Para extrair um elétron de um átomo, é necessária uma certa quantidade de energia. Da mesma forma, cada núcleo (próton ou nêutron) necessita também de grande quantidade de energia, que é da ordem de milhões de vezes. Por esse motivo, a física nuclear é denominada física de alta energia.

            A física nuclear tem como objeto de estudo o núcleo atômico e suas propriedades. Os núcleos possuem propriedades que podem ser classificadas como estáticas (carga, tamanho, forma, massa, energia de ligação, spin, paridade, momentos eletromagnéticos, etc.) e dinâmicas (radioatividade, estados excitados, reações nucleares, etc.)

            A história da física nuclear como uma disciplina distinta da física atômica começa com a descoberta da radioatividade por Henri Becquerel em 1896, enquanto investigava fosforescência em sais de urânio. A descoberta do electrão por J. J. Thomson um ano mais tarde, foi uma indicação de que o átomo tinha estrutura interna. Na virada do século XX, o modelo aceito do átomo era o modelo de pudim de ameixas de J. J. Thomson de que o átomo era uma grande bola carregada positivamente com pequenos elétrons carregados negativamente embutidos dentro dele. Na virada do século, os físicos também tinham descoberto três tipos de radiação que emana de átomos, que deram o nome de alfa, beta e radiação gama.

            Esta área da ciência teve início a partir da evolução do conceito científico a cerca da estrutura atômica, pois até meados do século XIX acreditáva-se que os átomos eram esferas maciças indestrutíveis e indivisíveis. Esses conceitos estavam de acordo com a teoria atômica de John Dalton.

            O início do século XX foi marcado por diversas e incríveis descobertas. Por isso, não se sabe ao certo quem descobriu o próton. A descoberta é geralmente atribuída a Rutherford, que foi também quem deu esse nome ao então conhecido núcleo do átomo de hidrogênio. Em 1919, Rutherford e seus colaboradores realizaram o sonho dos alquimistas e conseguiram experimentalmente, pela primeira vez na história, transmutar um elemento em outro.

            O experimento consistia em bombardear o gás nitrogênio com partículas alfa altamente energizadas. Como resultado, alguns núcleos de hidrogênio eram detectados, e Rutherford estava certo que eles somente poderiam ser provenientes dos núcleos dos átomos de nitrogênio. Nesse processo, o que ocorreu é que o nitrogênio era transmutado em oxigênio, através de uma reação nuclear. Então, o núcleo do nitrogênio continha núcleos de hidrogênio! Como o hidrogênio era o elemento de menor massa, Rutherford concluiu que se tratava de uma partícula elementar dos núcleos de todos os átomos: o núcleo atômico possui uma estrutura, é formado por prótons!

Entretanto, duas questões importantíssimas estavam em aberto:

1. O número de prótons em um núcleo é insuficiente para justificar sua massa. De onde viria o restante da massa?

2. Cargas de sinais opostos se atraem. Cargas de mesmo sinal se repelem. Como é possível os prótons ficarem juntos em um espaço tão pequeno como o núcleo? De acordo com a Lei de Coulomb, a força de repulsão seria descomunal.

            Quando Rutherford descobriu que o número de prótons em um núcleo suficientes para justificar sua carga não era suficiente para justificar sua massa, imediatamente sugeriu a existência de outras partículas, eletricamente neutras, no núcleo.

            Rutherford atribuiu a seu aluno James Chadwick a tarefa de descobrir essa partícula. Em 1932 , Chadwick finalmente conseguiu detectar o nêutron através do seguinte experimento:

            Em 1930, descobriu-se que bombardeando Berílio com radiação alfa, era emitida outra radiação extremamente penetrante e sem carga elétrica, semelhante à radiação gama. Posteriormente, foi descoberto que incidindo esse novo tipo de radiação em uma substância rica em hidrogênio , prótons eram emitidos.

            Em 1932, Chadwick, com seus estudos quantitativos desse e de outros experimentos, concluiu que a radiação emitida pelo Berílio era na verdade um feixe de partículas neutras com massa quase igual à do próton: Chadwick descobriu o nêutron!

            Estas propriedades são analisadas através de modelos nucleares que são baseados na mecânica quântica, relatividade e teoria quântica de campos. A descoberta de que os nucleons (protons e neutrons) são na realidade sistemas compostos, redirecionou o interesse dos físicos nucleares para a investigação dos graus de liberdade de quarks e, com isto, atualmente os domínios da pesquisa da física nuclear e da física de partículas se tornaram interligados.