Realizou seus estudos naUniversidade de Kyoto, onde se graduou em 1929, posteriormente mudou-se para aUniversidade de Osaka. Especializado emfísica atômica e familiarizado com as ferramentasquânticas, propôs em 1935 uma teoria original que explicava a natureza das forças nucleares fortes, fazendo uso de uma partícula, oméson, cuja massa se situa entre os valores dopróton eelétron, uma teoria análoga à vigente em eletrodinâmica quântica, que explicava a interação entre cargas elétricas por meio de intercâmbio defótons naUniversidade de Osaka.[1]
Em 1940, obteve o posto de titular na Universidade de Kyoto. Em 1947 foi professor nas universidades dePrinceton eColumbia. Em 1953 assumiu o cargo de diretor do Instituto de Investigação de Física Fundamental de Kyoto. A partir de 1947 suas investigações sobre partículas subatômicas versaram sobre a teoria dos campos. Em 1949 recebeu oNobel de Física. Foi eleitomembro estrangeiro da Royal Society em 1963. Foi um dos signatários doManifesto Russell-Einstein.[4][5][6]
Yukawa conta em sua autobiografia que no início da sua vida como pesquisador (meados de 1929) o interesse na pesquisa donúcleo atômico era muito limitada. Muitos físicos achavam a estrutura nuclear incompreensível e estavam satisfeitos em estudar os elétrons sob a perspectiva da nova e revolucionáriamecânica quântica.[7]
Já se sabia que deveria existir algumaforça atrativa entre osprótons dentro do núcleo, caso contrário estes se separariam graças àrepulsão eletromagnética. Após a descoberta doneutron em 1932 porJames Chadwick um enorme interesse nafísica nuclear surgiu, especialmente nas interações entre núcleons; esta força que mantinha os prótons unidos deveria também afetar os neutrons, ou seja, não poderia ser aforça elétrica, mas uma muito mais forte.
Werner Heisenberg foi o primeiro a tentar explicar isso, introduzindo uma interação chamda"Platzwechsel",[1] onde os neutrons seriam formados por prótons e elétrons; eles trocariam elétrons com os prótons do núcleo, transformando-os em neutrons e se transformando em prótons[8]. Essa ideia foi logo descartada por não haver nenhuma evidêcncia dos neutrons serem formados por prótons e elétrons, e também por essa transferência quebrar a conservação de spin entre as partículas.[9][8]
Enrico Fermi se baseou na teoria de Heisenberg para desenvolver seu trabalho nodecaimento beta, onde um neutron decairia em um próton, emitindo um elétron e umantineutrino[10]. Apesar de bem recebida, a Interação de Fermi não descreve trocas de energia suficientes entre os prótons e neutrons dentro do núcleo para justificar sua atração[1][9].
Se baseando nas ideias de Heisenberg e Fermi, Yukawa explicou em seu artigo de 1935[1] aforça nuclear de forma análoga à teoria já existente defótons virtuais nainteração eletromagnética. Uma partícula com carga pode emitir um fóton virtual sem quebrar asleis de conservação de energia desde que ele seja absorvido por outra partícula em um intervalo de tempo Δt tal que[11]:
A distância que este fóton pode percorrer neste intervalo de tempo é conhecida comoalcance (R) e é dada por:
Ou, substituindo ΔE por seu valorhf (constante de Plank vezes frequência):
Sendo λ ocomprimento de onda do fóton virtual. É possível notar nesta equação que, como não há limite para o comprimento de onda do fóton, seu alcance é potencialmente infinito[11]. Percebe-se também que isso é consequência do fóton poder ter energias extremamente pequenas.
De acordo com a mecânica quântica, a interação eletromagnética é causada pela emissão e absorção destes fótons virtuais. Como o alcance destes é infinito, o alcance da força eletromagnética também deve ser, fato que se verifica experimentalmente[11]. A força nuclear forte, por outro lado, aparenta ser de extremo curto alcance, se tornando insignificante em distâncias maiores que 2,5fm. Yukawa propôs que ela deveria ser mediada por uma partícula virtual assim como a força eletromagnética, mas com massa de repouso diferente de zero, ao contrário do fóton. A partícula de Yukawa deveria ter então um limite mínimo de energia dependendo da sua massa de repouso, dado por:
Seu alcance e, por consequência, o alcance da força mediada por ele deveria ser:
Yukawa calculou que a massa de tal partícula - chamada deméson, do grego paraintermediário - deveria ser de aproximadamente 200 vezes a massa doelétron.[11][9]
Por um tempo o trabalho de Yukawa permaneceu pouco discutido na comunidade científica, até uma partícula com a massa de 200 elétrons ser detectada emraios cósmicos porCarl David Andeson. Ficou claro que este não era o méson de Yukawa, pois interagia fracamente com o núcleo atômico e não poderia ser responsável pela interação forte. Contudo, essa descoberta tornou Yukawa uma figura conhecida na física teórica mundial e iniciou uma corrida para detectar sua partícula.[9]
A descoberta se deu principalmente pelo físico brasileiroCésar Lattes após desenvolver um novo método de emulsões nucleares com boro para detecção de raios cósmicos[12]. No final de 1946 Lattes pediu para seu ex-professorGiuseppe Occhialini, o qual saia de férias nosPirenéus franceses, que posicionasse suas chapas no topo doPic du MIdi.[12] Os resultados foram publicados em um artigo daNature de 1947[13], levando o nome deCecil Frank Powell como co-autor. Powell era chefe do grupo de pesquisa do qual Lattes fazia parte na época, mas, segundo o brasileiro, ele sequer tinha ciência do experimento que acontecia com as emulsões contendo boro e ainda utilizava as obsoletas chapas fotográficas em seu laboratório[12].
O experimento de Lattes mostrou uma nova partícula denominada méson-pi, oupíon, a qual demonstrou ser o méson de Yukawa (a partícula descoberta por Anderson foi posteriormente renomeadamúon e reconhecidacomo umlépton). Em 1949 Yukawa recebeu o Prêmio Nobel de Física pela sua previsão do píon, seguido por Powell em 1950 pela descoberta.[9]
↑Yukawa, Hideki; Brown, L M; Yoshida, R (janeiro de 1982).Tabibito (The Traveler) (em inglês). [S.l.]: WORLD SCIENTIFIC. Consultado em 29 de junho de 2025
↑Lattes, C. M. G.; Muirhead, H.; Occhialini, G. P. S.; Powell, C. F. (1947).«PROCESSES INVOLVING CHARGED MESONS».Nature (159): 694. Consultado em 29 de junho de 2025
