Especial: Os aceleradores de partículas

A dificuldade em imaginar que cerca de 200 anos atrás não se sabia nada sobre átomos, pois a Teoria Atômica de Dalton se iniciou no século XIX e que a descoberta da existência do elétron foi feita há apenas cem anos, nos intriga, pois estamos hoje tão envolvidos em materiais artificiais provenientes da tecnologia que se baseia em átomos e elétrons que pensar em viver sem tais materiais é inadmissível. 

As descobertas de novas partículas feitas a partir do século XX e a ideia de que seriam partículas elementares ocorreram por volta de 1950, com um novo ramo da Física denominado Modelo Padrão. Para que tais partículas e seu interior fossem estudados era necessário que os pesquisadores criassem, de forma artificial, condições para que essas partículas pudessem se apresentar com um alto nível de energia, e para que isso ocorresse os cientistas desenvolveram aceleradores potentes, capazes de identificar essa manifestação.

O acelerador de partículas produz feixes de átomos, elétrons, moléculas e outros tipos de partículas, tais como antiprótons e pósitrons ou mésons. Esse aparelho aumenta a velocidade de uma partícula carregada por campos eletromagnéticos, geralmente superiores a 1/1000 da velocidade da luz, que é lançada contra um ponto específico, onde existem detectores que registram o fato. Para que essas velocidades sejam atingidas, quase na velocidade da luz, as partículas sofrem a ação de forças eletromagnéticas.

E por que criar aceleradores de partículas? 

A fim de conhecê-las melhor após essa “mutação”, ou seja, colidindo-as em altas velocidades com outras partículas (átomos, fótons, elétrons, moléculas etc.) ou com sólidos. Outra razão seria também o estudo dos alvos atingidos por essa aceleração, podendo, por exemplo, obter a composição química de alguns objetos sólidos.

É importante ressaltar que grande parte das informações atuais sobre os átomos e sobre as moléculas são provenientes de tais colisões, feitas de forma controlada.

Os aceleradores também são fundamentais no tubo da televisão, onde são formadas as imagens; em microcircuitos do computador, acelerando íons a dezenas de milhares de eV e os jogando contra uma pastilha de silício; esses são chamados de aceleradores implantadores, sem os quais não existiria eletrônica moderna e computadores.

Pensado para reproduzir a teoria do Big Bang, proposta pelo físico belga Georges Lamaître em 1927, cientistas atuais, baseados nas teorias da Física Moderna, desenvolveram no complexo de aceleradores da Organização Europeia de Pesquisa Nuclear(CERN) o mais poderoso acelerador de partículas construído até hoje, que está localizado a, aproximadamente, 100 metros de profundidade, na fronteira entre França e Suíça. Ele tem como objetivo fazer com que feixes colidam uns com os outros, registrando em seguida os resultados da colisão.

Em 30 de março de 2010, o grande Colisor de Hádrons (LHC), como é conhecido o grande acelerador de partículas, bateu seu mais novo recorde, produziu a colisão de dois feixes de prótons a 7 tetraelétron volts, criando uma explosão chamada pelos cientistas de miniatura do “Big Bang”.

Como funciona o LHC?

1. Dentro do anel de 27 km de circunferência, bilhões de prótons, impulsionados por fortíssimos ímãs, são atirados uns contra os outros a uma velocidade próxima à da luz (300 000 km/s)
2. Mais de 40 milhões de choques acontecem a cada segundo. Isso ocorre no interior de detectores, para que os físicos saibam onde e como surgirão as partículas resultantes das colisões
3. Quando dois prótons colidem, eles se despedaçam em quarks, elétrons e fótons
4. Quase que instantaneamente, quarks se unem para formar os chamados mésons. Também surgem os múons – um tipo de elétron 207 vezes mais pesado que o normal
5. Ao estudar essas partículas, os físicos podem entender melhor a natureza da matéria e ter uma idéia de como ela se formou após o Big Bang

Algumas curiosidades sobre o LHC:

1. O que significa “Grande Colisor de Hádrons”?

A palavra grande se refere ao tamanho do aparelho. O LHC é um amplo túnel circular, com uma circunferência de 27 quilômetros, enterrado sob uma camada média de 100 metros de terra e rochas. O termo colisor diz respeito ao fato do aparato ser usado acelerar prótons (e ocasionais íons) em direções opostas, para então poder colidi-los e mostrar quais partículas resultam do processo.

Na física, os hádrons são uma família de partículas subatômicas feita de quarks e mantida junta por uma interação nuclear forte (uma das quatro interações fundamentais, que incluem ainda a gravitacional, a eletromagnética e a nuclear fraca). Os prótons e os nêutrons são alguns exemplos de hádrons.

 2. Por que ele fica no subsolo?

Uma das razões é o fato de que encontrar um imóvel de 27 quilômetros acima da terra é algo realmente caro. O LHC usa um túnel cavado originalmente para abrigar um colisor diferente, o Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons (LEP, na sigla em inglês), que foi desativado no ano 2000. Outro detalhe interessante é que toda a terra e rochas acima do aparelho servem como um excelente escudo contra a radiação natural que pode alcançar seus detectores.

3. Quanto custou?

A construção do LHC durou quase 30 anos e estima-se que ela custou aos países-membros do CERN (e outros participantes) € 4,6 bilhões (cerca de R$ 14,5 bilhões). Mas isso não é tudo – como diriam aqueles comerciais de TV paga –, já que também houve mais € 1,43 bilhão (aproximadamente R$ 4,51 bilhões) de gastos com detectores e capacidade computacional, entre outras coisas.

 4. De quanta eletricidade o LHC precisa para funcionar?

É preciso 120 MW para que o aparelho funcione, o que equivale ao consumo de energia cantão suíço de Genebra. Essa quantidade de força seria o suficiente para alimentar 1,2 milhão de lâmpadas incandescentes de 100 watts ou 120 mil casas medianas da Califórnia. Estima-se que o custo anual de funcionamento do LHC seja de € 19 milhões (quase R$ 60 milhões).

 5. O LHC pode criar um buraco negro que vai engolir a Terra?

Se você já tinha ouvido falar de aceleradores de partículas (não importa qual seja), provavelmente já ouviu teorias apocalípticas de que esses dispositivos poderiam dar origem a buracos negros que consumiriam nosso planeta, entre outras coisas.

Mesmo considerando que o LHC tem uma remota chance de criar um micro buraco negro, o produto teria uma medida e uma massa tão insignificantes que teria dificuldades para absorver sequer um próton, quanto mais um planeta inteiro. Outras teses apocalípticas (como a criação de strangelets, de monopolos magnéticos ou da “bolha-vácuo”), embora em teoria sejam minimamente possíveis, são altamente improváveis.

Fontes: Brasil Escola, Mundo Estranho, MegaCurioso.