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ED 032

A física que congelou cobalto para provar que a natureza tem lado

Em Washington, Chien-Shiung Wu resfriou cobalto-60 a milésimos de grau acima do zero absoluto e derrubou uma lei que a física dava como certa.

Chien-Shiung Wu ajustando o criostato do experimento de cobalto-60 no laboratório do Bureau Nacional de Padrões, em Washington.

Bureau Nacional de Padrões, Washington, 1956

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Aos 44 anos, a física Chien-Shiung Wu devolveu a passagem de navio que a levaria de volta à China depois de vinte anos fora, mandou o marido embarcar sozinho e passou o inverno de 1956 num porão do Bureau Nacional de Padrões, em Washington, montando um aparelho que ninguém garantia que fosse funcionar.

O que ela queria testar era uma lei que a física tratava como assunto encerrado: a conservação da paridade, a ideia de que qualquer processo da natureza teria um gêmeo espelhado igualmente possível. Se o universo não soubesse distinguir esquerda de direita, uma experiência e sua imagem no espelho dariam exatamente o mesmo resultado.

A dúvida tinha nascido de um problema prático. Duas partículas batizadas de tau e teta apareciam nos aceleradores com massa e tempo de vida indistinguíveis, mas decaindo de maneiras que a paridade proibia de vir da mesma origem. Em junho de 1956, Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang publicaram na Physical Review um levantamento incomodo: a paridade estava bem verificada na força eletromagnética e na força nuclear forte, e nunca tinha sido medida na interação fraca, a que governa o decaimento radioativo.

Wu era a pessoa do mundo com mais horas de bancada em decaimento beta, e enxergou o tamanho da tarefa em poucos minutos. Para ver se os elétrons saem preferencialmente num sentido, os núcleos que os emitem precisam estar todos apontados para o mesmo lado, e a agitação térmica de qualquer amostra em temperatura normal embaralha essa orientação em frações de segundo.

Alinhar núcleos de cobalto-60 exigia chegar a alguns milésimos de grau acima do zero absoluto, manter o detector dentro do criostato sem aquecer a amostra e contar elétrons por horas seguidas enquanto o campo magnético invertia de sentido. Nenhum laboratório universitário dos Estados Unidos tinha essa combinação de frio e de contagem.

A história dessa mulher começa numa vila às margens do Yangtzé, numa escola de meninas fundada pelo pai dela quando quase nenhuma menina chinesa aprendia a ler.

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I A Vida de Hoje

A menina de Liuhe e a escola que o pai fundou

Ela nasceu em 31 de maio de 1912 em Liuhe, vila de canais perto de Xangai, filha de Wu Zhongyi, engenheiro que tinha lutado na revolta que derrubou a dinastia Qing, e de Fan Fuhua. No ano seguinte ao nascimento da filha, o pai abriu a Escola Mingde, uma das primeiras da região a aceitar meninas.

O nome que o pai deu a ela dizia o projeto em voz alta: Chien-Shiung, algo como corajosa e heroica, escolhido de uma série que ele reservou para os filhos e aplicou também à menina, contra o costume da época.

Ela foi aluna da própria escola até os nove anos e saiu de casa aos onze para a Escola Normal de Meninas de Suzhou, a oitenta quilômetros. Entrou entre as primeiras colocadas de milhares de candidatas, num curso que formava professoras e não oferecia física no programa.

Wu resolveu o buraco por conta própria. Pegava emprestado os livros de matemática, física e química das colegas do curso científico, copiava os capítulos à noite e estudava sozinha depois do toque de recolher, enquanto participava das manifestações estudantis que sacudiam a China dos anos 1920.

Em 1930 entrou na Universidade Central Nacional, em Nanquim, e em 1934 se formou em física no topo da turma. Foi trabalhar num laboratório de raios X da Academia Sinica, em Xangai, sob orientação de Gu Jingwei, doutora formada em Michigan, que insistiu para que a aluna fosse buscar doutorado nos Estados Unidos.

Embarcou em 1936 com destino a Michigan e mudou de plano ao desembarcar em São Francisco. Descobriu que a universidade para a qual ia proibia estudantes mulheres de usar a entrada principal do grêmio, visitou o laboratório de radiação de Berkeley guiada por um estudante chamado Luke Chia-Liu Yuan e ficou.

Doutorou-se em 1940 sob Ernest Lawrence, com uma tese em duas partes: a radiação eletromagnética produzida por elétrons de decaimento beta e a identificação dos gases nobres gerados na fissão do urânio, entre eles o xenônio-135. Casou-se com Yuan em 1942, na casa do orientador dele, na Califórnia.

Nenhuma universidade de pesquisa a contratou. Wu deu aula na Smith College, passou por Princeton como primeira instrutora mulher do departamento de física e só em 1944 chegou à Universidade Columbia, contratada pela Divisão de Pesquisa de Guerra para trabalhar no enriquecimento de urânio por difusão gasosa.

Depois da guerra ela ficou em Columbia e virou a maior autoridade viva em decaimento beta. Em 1949 refez do zero as medidas do espectro de elétrons emitidos pelo cobre-64, com fontes finas como um sopro que ninguém conseguia preparar, e mostrou que os desvios atribuídos à teoria de Fermi vinham da espessura das amostras usadas por outros grupos.

Foi essa fama de mão precisa em experimento sujo que fez dois teóricos subirem até a sala dela, no sétimo andar do prédio de física de Columbia, na primavera de 1956.

II O Momento que Virou

Os elétrons que saíram todos para um lado

Em 27 de dezembro de 1956, com o cobalto-60 resfriado a cerca de três milésimos de grau acima do zero absoluto e os núcleos alinhados por um campo magnético, o contador de Wu registrou elétrons saindo preferencialmente no sentido contrário ao do spin nuclear, numa assimetria grande demais para ser erro de aparelho.

Lee trabalhava no mesmo andar que Wu e foi conversar com ela sobre o problema da paridade assim que o artigo com Yang ficou pronto. Ela conhecia o cobalto-60 melhor do que qualquer pessoa disposta a tentar, e respondeu que o teste era viável, difícil e urgente, porque outros grupos leriam o mesmo artigo.

Wu desistiu da viagem de navio que faria com o marido à Europa e à Extremo Oriente, avisou que ele fosse só, e procurou o único lugar do país com criogenia de milésimos de grau: o grupo de baixas temperaturas do Bureau Nacional de Padrões, em Washington, liderado por Ernest Ambler.

O aparelho que ela desenhou com Ambler, Raymond Hayward, Dale Hoppes e Ralph Hudson resolvia quatro problemas ao mesmo tempo, e cada um deles podia matar a medida sozinho:

Alinhar os núcleos uma camada finíssima de cobalto-60 foi depositada na superfície de um cristal de nitrato de cério e magnésio, resfriado por desmagnetização adiabática até a faixa dos milésimos de kelvin

Medir o alinhamento dois detectores de iodeto de sódio acompanhavam os raios gama emitidos pela amostra, cuja distribuição indicava o quanto os núcleos ainda estavam apontados

Contar os elétrons lá dentro um cristal de antraceno ficava dentro do criostato e a luz de cada cintilação saía por um bastão de acrílico de mais de um metro até a fotomultiplicadora, do lado de fora do frio

Excluir o defeito do próprio equipamento o campo magnético era invertido a cada rodada, e uma assimetria de aparelho apareceria igual nos dois sentidos, enquanto a assimetria da natureza trocaria de sinal

O trabalho começou em setembro de 1956 e consumiu três meses de fracasso técnico. O bastão de acrílico atrapalhava o vácuo, a amostra aquecia rápido demais, e cada rodada de medida durava poucos minutos antes de o cristal perder o frio conquistado.

Na véspera do Natal de 1956, a contagem já mostrava a assimetria, e Wu proibiu a equipe de comemorar antes de repetir tudo. Ela passou o feriado em Washington refazendo a montagem, e no dia 27 o efeito reapareceu limpo, com quase o dobro de elétrons de um sentido em relação ao outro.

"Para decidir sem ambiguidade se a paridade se conserva nas interações fracas, é preciso realizar um experimento que determine se essas interações distinguem a direita da esquerda."

Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang, Question of Parity Conservation in Weak Interactions, Physical Review, 1956

Em 15 de janeiro de 1957, Columbia convocou uma entrevista coletiva e os dois artigos foram enviados à Physical Review no mesmo dia. Wolfgang Pauli, que tinha escrito semanas antes que não acreditava num Deus canhoto e se ofereceu para apostar alto contra o resultado, admitiu por carta que perdera e que estava feliz por não ter apostado dinheiro.

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III O Que Ficou

O telefone que não tocou em outubro de 1957

A repercussão foi imediata. O New York Times abriu a primeira página de 16 de janeiro de 1957 com o anúncio, e físicos do mundo inteiro passaram os meses seguintes reescrevendo modelos que assumiam simetria de espelho na interação fraca.

Em outubro do mesmo ano, o comitê sueco anunciou o Prêmio Nobel de Física para Tsung-Dao Lee e Chen Ning Yang, pela previsão teórica, apenas dezesseis meses depois do artigo deles. O nome de Chien-Shiung Wu, que projetou e executou a medida que transformou a previsão em fato, ficou de fora da premiação. Ela nunca criticou o comitê em público.

A carreira dela seguiu acumulando primeiras vezes. Virou professora catedrática de Columbia em 1958, a primeira mulher com cátedra no departamento de física da universidade, e no mesmo ano entrou para a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos, a sétima mulher a conseguir a cadeira.

Em 1963 comandou em Columbia o experimento que confirmou a conservação da corrente vetorial, um dos pilares da unificação entre a interação fraca e o eletromagnetismo. Nos anos 1970 mudou de área e aplicou espectroscopia Mossbauer à hemoglobina de pacientes com anemia falciforme, procurando mudanças estruturais na molécula doente.

Em 1964 recebeu o Prêmio Comstock da Academia Nacional de Ciências, a primeira mulher a levá-lo em sessenta e um anos de existência da honraria. Em 1975 foi eleita presidente da Sociedade Americana de Física, também a primeira, e recebeu a Medalha Nacional de Ciência das mãos do presidente Gerald Ford.

Em 1978 o Prêmio Wolf de Física foi criado em Israel, e ela foi a escolhida para inaugurá-lo. A justificativa citava justamente o experimento do cobalto-60 e a longa série de medidas de decaimento beta que ela vinha assinando desde os anos 1940.

Ela morreu em Nova York em 16 de fevereiro de 1997, aos 84 anos, após um derrame. As cinzas foram levadas para Liuhe e enterradas no pátio da Escola Mingde, ao lado do túmulo dos pais, num monumento projetado pelo arquiteto I. M. Pei.

Uma menina que copiava livro de física emprestado à noite virou a experimentalista que derrubou uma lei de simetria da natureza em três meses de bancada, e viu o prêmio pelo resultado ser entregue a quem escreveu a pergunta.

"Quanto do trabalho que você entrega hoje sai assinado por outra pessoa?"

Chien-Shiung Wu respondeu assim num simpósio do MIT, em 1964, quando lhe perguntaram sobre mulheres na ciência: "Duvido que os átomos minúsculos, os núcleos, os símbolos matemáticos ou as moléculas de DNA tenham qualquer preferência por tratamento masculino ou feminino."