PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
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Acelerador de Partículas
Em junho de 2008, a revista VEJA publicou a seguinte reportagem:
A Máquina de Brincar de Deus: O maior acelerador de partículas do mundo vai reproduzir fenômenos que sucederam ao big-bang, a “súbita expansão” inicial do Universo
"A atmosfera pastoril na vizinhança do maior laboratório de física da Europa, o Cern, na periferia de Genebra, na Suíça, esconde a descomunal liberação de energia que se ensaia nos subterrâneos da região. Ali está sendo preparado o mais ousado experimento da história da física. Cem metros abaixo da superfície, físicos,engenheiros e técnicos fazem os acertos finais para pôr em operação a maior máquina já construída em todos os tempos – o acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider). [...] o LHC é um reality show que vai produzir e acompanhar as interações mais íntimas do interior da matéria jamais observadas pelo homem. [...] Os físicos vão brincar de Deus com o LHC”.
[...]
A partir deste fragmento da notícia é possível perceber que o LHC é um complexo instrumento científico, a partir do qual são realizados importantes experimentos da história da humanidade.
Mas afinal, que instrumento é esse?
Os aceleradores de partículas são enormes equipamentos que buscam, por meio de processos eletromagnéticos, fornecer energia e, por isso, fazer com que feixes de partículas subatômicas adquiram velocidades extremamente elevadas. Mas para que atinjam essas velocidades as partículas perpassam diferentes ambientes com arranjos que diferem bastante entre os diversos tipos de equipamentos.
Inicialmente sugerimos que você assista o vídeo ao lado.
Antes de falarmos sobre os tipos de equipamentos que os feixes percorrem para ganhar energia, vamos tornar mais claro os processos eletromagnéticos a que estão submetidas estas partículas.
Para isso, vamos utilizar um exemplo simples: O tubo de raios catódicos usados em aparelhos de TV, fabricadas nas décadas passadas. Observe a figura abaixo:
Basicamente todos os tipos de aceleradores, independentemente de seu grau de avanço tecnológico, obedecem aos mesmos princípios básicos do tubo de raios catódicos.
De maneira objetiva, no tubo de raios catódicos temos um filamento que quando aquecido libera elétrons. Estes elétrons são atraídos por um sistema de focalização, carregado eletricamente com partículas positivas, que colima o feixe de elétrons. Estes são atraídos e repelidos por meio de placas de deflexão, onde se aplica uma voltagem, gerando um Campo Elétrico que acaba acelerando o feixe. Em seguida, um campo magnético produzido por um ímã, direciona o feixe contra a tela que, no caso dos aparelhos de televisão, é revestida de fósforo, formando a imagem.
No final do século XIX, os resultados dos estudos do Físico inglês J. J. Thomson feitos acerca do elétron e de outras partículas, utilizando um tubo de raios catódicos, impulsionaram a elaboração de vários equipamentos eletrônicos, que vão desde telefones celulares a computadores de última geração.
O que os diferencia os diversos aceleradores de partículas dos tubos de raios catódicos são o seu formato geométrico e o seu poder de aceleração, que lhes conferem características específicas. Estes aceleradores podem ser lineares ou cíclicos, sendo que cada um destes englobam diferentes tipos. Vamos ver cada um deles em específico.
Para isso é necessário que você clique em cada uma das caixas abaixo.
Os aceleradores, mencionados acima, estão espalhados pelo mundo. Veja você que, no Brasil, assim com mostrou o vídeo no início do texto, há aceleradores em Universidades de diversos estados, como por exemplo em São Paulo na Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) e no Rio Grande do Sul na UFRGS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul).
Mas nenhum desses aceleradores, ou dos demais que se encontram espalhados pelo mundo, podem ser comparados ao LHC.
Como já temos uma compreensão inicial do que são so aceleradores de partículas, vamos agora conhecer o que é o Large Hadron Collider.