Descubra o que é e como funciona um acelerador de partículas


Aceleradores de partículas são máquinas que utilizam campos eletromagnéticos para impulsionar partículas carregadas em velocidades muito altas.

Estes conceitos podem soar muito complexos. Mas você sabia que neste momento você está lendo este artigo em um tipo de acelerador de partícula? Isso mesmo! Os monitores de computador e televisão funcionam através dos mesmos princípios que os gigantes aceleradores de partículas que já foram utilizados para grandes descobertas da física.

O que é um acelerador de partículas e como ele funciona?

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O primeiro acelerador de partículas foi criado em 1929. Estas máquinas possuem diferentes tamanhos e formatos, mas todas possuem algumas coisas em comum. Estes aparelhos devem conter:

  • Uma fonte que gere partículas eletricamente carregadas;
  • Campos elétricos para acelerar as partículas e campos magnéticos para controlar o caminho realizado por elas;
  • As partículas devem caminhar em um vácuo decente (mínimo de ar possível);
  • Devem ter algum meio de detectar, contar e medir as partículas após serem aceleradas pelo vácuo.

Colocando em prática, vamos entender como funcionam os monitores de televisão e computador. Os tubos de raios catódicos presentes neste aparelhos pegam as partículas de elétrons, aceleram elas e mudam sua direção utilizando força eletromagnética em um vácuo. Depois disso, ele quebra as partículas em moléculas de fósforo na tela. Desta colisão um ponto de luz surge. Este ponto de luz é o famoso pixel.

Os famosos aceleradores de partículas utilizados por cientistas para explorar questões como as submatérias e a antimatéria utilizam o mesmo princípio. No entanto, essas máquinas são muito maiores e aceleram as partículas em uma velocidade gigantesca, próximas até da velocidade da luz.

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Por dentro do LHC: O maior acelerador de partículas do mundo!

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Imagem da área do LHC

Um túnel circular de 27 quilômetros de diâmetro localizado entre as fronteiras da França e da Suíça formam o Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider, LHC), o maior acelerador de partículas do mundo.

Ele é na verdade um gigantesco esmagador de átomos construído por milhares de físicos e cientistas de várias partes do mundo. O maior objetivo do LHC é realizar as chamadas colisões.

Os bilhões de prótons que estão dentro desta máquina são acelerados em direções opostas para que as colisões aconteçam. Esse processo é extremamente difícil e o único jeito é fazer isso diversas vezes para que eventualmente ocorram colisões.

Existem pontos de colisões ao redor destas áreas com grandes laboratórios, onde os cientistas precisam ficar atentos para as descobertas que acontecem em menos de segundos. Duas informações essenciais são retiradas destas colisões: a direção da curvatura dos prótons colididos e o tamanho do rádio da curvatura.

Essas colisões são extremamente importantes para a ciência, pois revelam do que os prótons são feitos. Subparticulas atômicas como kaons, pions e neutrinos, descobertos nos acelerados de partículas, são chamadas de hádrons. Por isso, o nome “Grande Colisor de Hádrons”.

Essa tecnologia parece ser muito avançada e realmente é. No entanto, a ciência por trás é bastante antiga. Desde os primórdios dos estudos científicos, investigar o que está por dentro de alguma coisa era essencial para descobrir do que essa coisa era feita. Com as partículas e subpartículas é a mesma coisa. Cientistas tentam descobrir do que as partículas são feitas para ajudar a descobrir a essência de todo o universo.

Sírius: o acelerador de partículas do Brasil

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Sim, o Brasil também possui um acelerador de partículas bastante avançado e que ajuda a desenvolver as mais diversas pesquisas na área da física. Ele se chama Sírius e a primeira etapa do grande projeto foi inaugurada em 2018. Mas você sabia que ele não é o primeiro acelerador de partículas brasileiro?

O primeiro acelerador de partículas brasileiro começou a ser construído em 1985 e foi inaugurado em 1997. A máquina chamada UVX era uma tecnologia sem precedentes para toda a América Latina e ajudou em muitas pesquisas ao longo dos anos. Contudo, o UVX ficou obsoleto, o que justificou o investimento no Sírius.

Ambos aceleradores estão localizados na cidade de Campinas em São Paulo e são coordenadas pelo Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). Diferente dos estudos realizados com o LHC, preocupados em colisões de partícula, o acelerador de partículas brasileiro é do tipo síncrotron. Eles estão preocupados na radiação criada a partir do aceleramento de partículas de elétron. Eles utilizam esta energia criada no acelerador para realizar os mais diversos experimentos e estudar a matéria.

Outros tipos de aceleradores de partículas

Você vai ficar surpreso em saber que existem mais de 30.000 aceleradores de partículas ao redor do mundo. Contudo, são apenas uma fração pequena destas máquinas que fazem os tipos de experimento como as do LHC. O restante destas máquinas são utilizadas principalmente para radioterapia, processos e pesquisas industriais e pesquisas biomédicas.

Outros exemplos de aceleradores de partícula são as máquinas para exames de raios X, equipamentos utilizados para tratamento de câncer que utilizam a radioterapia e equipamentos destinados à polimerização de plásticos.

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Em "Anjos e Demônios", Robert Langdon (Tom Hanks) visita o CERN em uma pesquisa sobre a antimatéria

O grande fascínio por aceleradores de partículas com fins de investigação das subpartículas e antimatéria envolveram o imaginário popular através de filmes e livros. O mais famoso exemplo é o best-seller “Anjos e Demônios” do escritor Dan Brown. No livro e na adaptação para os cinemas, o professor de simbologia Robert Langdon investiga o uso da recém-descoberta antimatéria como arma de guerra. A história envolve um dos “pontos de colisão” do LHC, chamado de CERN, ou Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear.

Como fazer um acelerador de partículas caseiro

Como vimos, os aceleradores de partículas estão presentes no nosso dia-a-dia mais do que a gente poderia imaginar. É uma tecnologia relativamente antiga, mas que avançou de uma forma astronômica nas últimas décadas. Mas é possível criar um acelerador de partículas em casa?

Supostamente sim! E é muito simples na realidade. Se você pegar duas placas de metal, colocá-las em paralelo e conectá-las utilizando uma bateria, a carga da bateria move-se entre as placas de metal criando um campo elétrico que acelera partículas.

O único problema é que este tipo de experimento caseiro é extremamente fraco se comparado às versões modernas que os cientistas utilizam hoje e não são práticos para detectar informações relevantes para a ciência.

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