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O que são os aceleradores de partículas?

São equipamentos complexos usados para uma missão “bem simples”: investigar do que o mundo é feito. Eles ajudam os cientistas a descobrir quais são os ingredientes básicos na composição de todos os materiais que conhecemos.

O primeiro acelerador de partículas foi criado pelo físico britânico Ernest Rutherford em 1911. Ele usou uma fonte radioativa para lançar partículas alfa 1 contra uma fina camada de ouro 2 . Ao redor desse obstáculo, uma chapa de sulfeto de zinco servia como um detector 3 , capaz de revelar a trajetória das partículas que atravessavam os átomos de ouro. Entretanto, Rutheford percebeu que algumas partículas “ricocheteavam” ao esbarrar em componentes ainda menores dos átomos de ouro. Foi isso que levou à descoberta de que o átomo era subdividido em elétrons, prótons e nêutrons. Os aceleradores atuais usam o mesmo princípio. Com eles os cientistas já identificaram que prótons e nêutrons são subdivididos em quarks.

O desafio agora é provar a existência das partículas de Higgs, que, teoricamente, seriam os elementos fundamentais que compõem todas as coisas.

AUTÓDROMO DE PARTÍCULAS

Veja como vai funcionar o maior acelerador do mundo, o LHC, um megatúnel em forma de anel

1- O Grande Prêmio das partículas começa nos injetores. Prótons de átomos de hidrogênio ganham velocidade ao percorrer quatro pequenos aceleradores, um em linha reta e três circulares. Quando atingem 19 mil km/s, são injetados no LHC – sigla em inglês para Grande Colisor de Hádrons (partículas feitas de quarks).

2- Em forma de anel, o LHC tem dois túneis subterrâneos, que funcionam como pistas de 27 km para a corrida dos prótons. Em cada túnel corre um feixe de prótons, em sentidos opostos. Os túneis são mantidos a vácuo, para que “retardatários” – como partículas de oxigênio ou nitrogênio do ar – não fiquem no caminho.

3- Ao longo dos túneis existem cavidades de radiofreqüência onde rola um campo eletromagnético bem forte. Como os prótons são partículas positivamente carregadas, eles recebem um empurrão extra cada vez que passam pelas cavidades. Isso acelera os prótons a uma velocidade final de 300 mil km/s!

4- Como se trata de um “circuito oval”, os prótons sofrem a ação da força centrífuga, que os joga na direção da parede. Para eles não “baterem no muro”, perdendo velocidade, o LHC conta com 1746 ímãs poderosos. Os imãs exercem uma força magnética perpendicular ao movimento dos prótons e os ajudam a fazer as curvas.

5- Em quatro pontos do LHC, as duas pistas viram uma só para forçar uma colisão entre os prótons. Os prótons que vêm de um lado batem nos que vêm na contramão e se despedaçam em partículas menores, como quarks e fótons. A energia liberada é tão grande que os cientistas também esperam ver a formação das partículas de Higgs.

6- Nos pontos de colisão há quatro detectores, dois deles gigantes – o Atlas e o CMS. As partículas de Higgs são instáveis e duram um milionésimo de bilionésimo de segundo, antes de virarem outras partículas. Como um filme fotográfico, as paredes dos detectores servem para registrar tudo o que se forma após as trombadas.

7- Os detectores identificam posição, energia, massa, velocidade e carga das partículas que surgem após as colisões. Como cada partícula tem características próprias, os detectores precisam ter diferentes camadas, cada uma delas com tecnologia específica para registrar um tipo de partícula.

8- Os sensores do LHC fornecerão dados 40 milhões de vezes por segundo! Toda essa informação será filtrada para aproveitar os dados de “só” cem colisões por segundo. Em um ano, serão armazenados 15 milhões de gigabytes em dados. Milhares de cientistas no mundo ajudarão a analisar tudo.

FICHA TÉCNICA DO LHC

PROFUNDIDADE

De 50 a 175 m, o equivalente a um prédio de 38 andares, na parte mais funda.

ENERGIA CONSUMIDA

800 mil MWh por ano, o suficiente para abastecer uma cidade de 250 mil habitantes no mesmo período.

ÁREA OCUPADA

56,6 km2, ou 35 vezes o Parque do Ibirapuera, em São Paulo.

VELOCIDADE DAS PARTÍCULAS

Um bilhão de km/h, 400 mil vezes mais rápido que um caça F-15 ou 99,99% da velocidade da luz.