Acelerador De Partículas LHC (Large Hadron Collider)Tudo é imenso no LHC, o acelerador que inaugura a física do séc. 21
Sem atrito não há fogo. O autor desse ditado deve ter se inspirado nas maiores aventuras tecnológicas do século 20. Tanto a viagem à Lua quanto a construção da bomba atômica foram geradas por conflitos. A primeira é fruto da Guerra Fria, entre EUA e URSS. A outra teve seu processo acelerado devido às hostilidades entre os Aliados e o Eixo na Segunda Guerra Mundial. Para fornecer uma alternativa a esse modelo de produção científica, o mundo civilizado atual vem dando mostras de que é possível dar saltos tecnológicos sem usar a raiva como mola
Sem atrito não há fogo. O autor desse ditado deve ter se inspirado nas maiores aventuras tecnológicas do século 20. Tanto a viagem à Lua quanto a construção da bomba atômica foram geradas por conflitos. A primeira é fruto da Guerra Fria, entre EUA e URSS. A outra teve seu processo acelerado devido às hostilidades entre os Aliados e o Eixo na Segunda Guerra Mundial. Para fornecer uma alternativa a esse modelo de produção científica, o mundo civilizado atual vem dando mostras de que é possível dar saltos tecnológicos sem usar a raiva como mola.
Resultado da colaboração entre mais de 25 nações, o acelerador de partículas LHC(Large Hadron Collider, ou Grande Colisor de Partículas Hadron) entra em funcionamento neste ano, na Suíça. Ele custou US$ 8 bilhões, abastecerá de dados milhares de físicos do mundo todo, Brasil inclusive, e mostrará o que ocorre quando estão em ação energias tão altas como não se vêem desde pouco depois do Big Bang. A física do século 21 vai começar
"Quando se vai tão longe na escala de energia, entra-se numa região totalmente nova", disse a Galileu Lyn Evans, líder do projeto. Ok, mas por que os físicos estão tão excitados com o LHC? Para entender, comece imaginando os aceleradores como uma bomba atômica ao contrário. Tanto nela quanto neles, o que está agindo é o princípio de equivalência entre matéria e energia, enunciado na equação E=MC2, descoberta por Einstein. Mas as semelhanças param por aí. "A bomba transforma matéria em energia. É da massa do urânio que vem a energia liberada na explosão", diz Ignácio Bediaga, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, que vai participar do LHC-B, um dos experimentos no LHC.
O túnel onde fica o LHC tem 27 km de circunferência e fica a uma profundidade média de 100 metros. O vácuo em seu interior é comparável ao do espaço sideral, e dentro dele os prótons podem completar
11 mil voltas a cada segundoMaior laboratório do mundo voltado para a pesquisa básica, o CERN emprega cerca de 3 mil pessoas e mantém suas instalações principais em Meyrin. Elas se espalham pelos dois lados da fronteira entre França e Suíça
Localização
Aparelhos assim já existem desde a década de 1930. Aliás, no mesmo lugar onde o LHC foi construído, funcionava até 2000 outro acelerador, o LEP. O que a nova máquina traz de revolucionário é a chance de alcançar uma escala de energia inédita. Só para comparar, uma TV normal é capaz de acelerar elétrons até que alcancem uma energia de 20 mil volts. No LEP, eles chegavam aos 100 bilhões de volts. Já o LHC vai acelerar prótons (que são 1.836 vezes mais pesados do que os elétrons) até os 7 trilhões de volts. É muita velocidade: cada próton levará apenas 90 milionésimos de segundo para completar uma volta nos 27 km do acelerador.
A energia liberada numa colisão entre os dois prótons, que estarão viajando a
0,999997828 vez a da luz, será de
14 trilhões de volts, resultando no aparecimento de aproximadamente uma centena de novas partículas. "Isso vai nos ajudar a simular condições similares às que existiam pouco depois da grande explosão que deu origem ao nosso Universo", diz Bediaga.
Quatro detectores principais funcionam no LHC: Atlas, LHC-B, Alice e CMS. O Atlas, abaixo, é grande o suficiente para conter a nave da Catedral de Notre Dame e irá tentar detectar a partícula bóson de Higs
Estágios1.Entrada dos prótonsEles são gradualmente acelerados em máquinas menores.
Neste ponto, estão a 0,3 vez a velocidade da luz
PS: primeiro estágio de aceleração
2.Separação3.Aceleração dos prótons• Os aceleradores criam campos magnéticos que variam entre as polaridades positiva e negativa.
No instante em que os prótons passam por dentro de cada um deles, o campo se torna positivo, e a força os acelera um pouco mais.
É o acúmulo dessas passagens que vai tornando os prótons cada vez mais velozes
Após passarem pelos aceleradores, os prótons estão a
0,99999vez a velocidade da luz
A energia equivale à de um carro a
25.000 km/h4. EstabilizadoresPara manter a trajetória das partículas no acelerador, 1.232 magnetos vão gerar um campo magnético 100 mil vezes maior do que o da Terra. Os magnetos apresentam propriedades supercondutoras. Para isso, 22 km de túneis são mantidos resfriados a uma temperatura de
-271 0C.5. Colisão e detecçãoAcontecem 1 bilhão de colisões por segundo dentro dos detectores. Para monitorar tudo, aparelhos como o Atlas dispõem de até 1 milhão de canais de informação, que é processada por 2 mil computadores online
a. anéis supercondutores
b. escudo térmico
c. feixe de prótons
d. Detector de partículas tipo múon
e. detectores eletromagnéticos
f. detector de partículas tipo hadron
g. feixe de prótons
h. anéis supercondutores
i. feixe de prótons
j. escudo térmico
Para acelerar as partículas a velocidades tão altas, os físicos recorrem a gigantescos ímãs.
Eles geram campos eletromagnéticos que variam no tempo, em perfeita sincronia com a passagem das partículas. "Cada vez que uma das partículas chega ao ponto onde estão esses ímãs, ela recebe um impulso dado pelo campo eletromagnético", afirma Marcelo Munhoz, da USP, que participará do experimento chamado Alice.
"É como se recebesse um chutinho que, a cada vez, o deixasse mais rápido", diz. Além de acelerar as partículas, o eletromagnetismo é a força responsável por mantê-las na trajetória correta.
Essa tarefa cabe a um outro tipo de magneto, que acelera as partículas para dentro, a fim de que façam a curva. Sem isso, elas sairiam dos limites do acelerador.
Uma vez aceleradas, as partículas se dirigem a pontos específicos do LHC onde estão montados quatro aparelhos destinados à detecção das partículas. Cada um foi desenhado com objetivos diferentes, visando a resolver alguns dos principais enigmas da física de hoje. No interior deles ocorrerão um bilhão de colisões por segundo. Mas estima-se que apenas 100 delas poderão conter informação relevante. As demais têm seus dados descartados.
Aceleração lenta: À esquerda, o túnel em obras em 2002, depois que o acelerador anterior (LEP) já havia sido desativado; no meio, os primeiros magnetos, instalados em 2005; à direita, um dos 9.300 magnetos em operação
Tão impressionante quanto a complexidade tecnológica do LHC é o esforço diplomático que possibilitou a sua construção. O projeto pertence à Organisation Europeénne pour la Recherche Nucléaire, o CERN, que desde 1954 opera aceleradores na Europa. Evans diz que até 1996 a previsão era construir o LHC em duas etapas, contando apenas com o financiamento dos 20 países membros da instituição. "Mas naquele ano recebemos carta branca para buscar apoio financeiro em outras nações, a fim de concluir a construção numa só etapa”.Foi a deixa para ir atrás de países como Japão, Rússia, Canadá, Índia e, principalmente, EUA. Em apenas um ano, quase todos já tinham aderido. "Convencer os cientistas foi fácil, difícil foi fazer o mesmo com os políticos", diz Evans.
Para os EUA, a física de partículas é assunto tanto de ciência quanto de política. Os americanos desenvolvem grandes aceleradores desde os anos 1940, e consideram esse tipo de pesquisa vital para manterem a liderança tecnológica. Sob os auspícios do governo, chegaram a projetar, na década de 1980, uma nova variedade que seria mais poderosa do que o próprio LHC, mas no início dos anos 1990 o projeto foi abortado. "Com isso, eles viram que não teriam opções, a não ser colaborar conosco", diz Evans. Melhor assim. Sem os norte-americanos, a festa não seria tão completa. Até porque estão entre os principais financiadores de 80% do preço dos detectores e ajudam a amortizar 20% dos custos do acelerador.
Assim, antes mesmo de fazer a primeira detecção importante, o LHC já é um projeto vencedor pelo lado político, pois representa a vitória da cooperação pacífica entre nações. Mas o melhor vem no aspecto científico. "O LEP foi concebido para confirmar o que já sabíamos. Já o LHC vai fazer a física avançar", diz Bediaga
Fotos Visão Externa
Visão Interna
Visão Interna Superior
Corte Lateral
Responsáveis Pelo Projeto
