Acelerador de partículas

Os aceleradores de partículas podem acelerar partículas subatômicas até muito próximo da velocidade da luz. Além disso, atualmente, existem cerca de 30 mil aceleradores no mundo.

Acelerador de partículas é uma máquina criada pelo humano. Além disso, ele é capaz de acelerar prótons, elétrons e átomos a velocidades próximas à da luz. Isso acontece por meio de um feixe muito estreito. Assim, veja o que é um acelerador de partículas e como funcionam. Além disso, veja quais são os principais aceleradores do mundo e do Brasil.

O que é um acelerador de partículas

Acelerador de partículas é um equipamento capaz de fornecer altas energias para partículas subatômicas. Por exemplo, prótons e elétrons. Assim, todo aparato desse tipo é capaz de concentrar uma grande energia, concentrada em um pequeno volume e de maneira controlada. Dessa forma, esses aparelhos servem, principalmente, para a pesquisa científica.

Além de seu uso científico, os aceleradores podem ter diversos tipos e usos. Por exemplo, um gerador de Van der Graaf e o tubos de televisores CRT são tipos de aceleradores de partículas. O primeiro equipamento desse tipo foi criado por Ernest Rutherford, no ano de 1911.

Como funciona

De maneira resumida, os feixes de partículas aceleram por meio de interações elétricas e magnéticas. Essa interação acontece com eletroímãs presentes no acelerador. Dessa forma, usa-se a diferença de potencial para que a velocidade aumente até próxima à velocidade da luz. Em alguns casos, a velocidade é 99% da velocidade da luz no vácuo. Além disso, o feixe de partículas subatômicas é focalizado por meio da interação magnética proveniente de eletroímãs muito poderosos.

A energia cinética desse feixe de partículas é medida em uma unidade pouco usual. Dessa maneira, essa unidade de medida relaciona a quantidade de energia que é armazenada em um elétron quando ele é submetido à uma diferença de potencial de 1 V. Assim, essa unidade é o elétron-Volt (eV). Além disso, 1 eV equivale a 1, 6 x 10 -19 J. Em aceleradores de partículas contemporâneos, a energia pode chegar próxima aos 1012 eV

Acelerador de partículas no mundo

Grande parte dos aceleradores de partículas estão localizados em universidades e em centros de pesquisa ao redor do mundo. Por isso, é difícil afirmar com precisão a quantidade desse tipo de aparato no mundo. Contudo, estima-se que, atualmente, existam cerca de 30 mil deles por todo o globo terrestre. Veja uma lista com os cinco principais:

  • LHC: é um dos maiores do mundo e foi inaugurado em 2008. Sua sigla em inglês significa Grande Colisor de Hadrons.
  • Fermilab: possuía o nome de National Accelerator Laboratory, mas seu nome mudou para homenagear Enrico Fermi. Além disso, também é um dos maiores do mundo.
  • RHIC: sua sigla em inglês significa Colisor Relativístico de Íons Pesados. Além disso, ele é um colisor de íons pesados.
  • LNLS: o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron abriga o Sírius, uma das principais fontes de luz síncrotron do mundo.
  • MAX IV: seu funcionamento é similar ao Sírius. Porém, está localizado na Suécia.

Os aceleradores de partículas podem ser de vários tipos. Além disso, estão localizados em todo o mundo. Inclusive, no Brasil.

Acelerador de partículas no Brasil

O Brasil conta com o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. Onde está localizado o Sírius, um dos maiores e mais importantes aceleradores de partículas do mundo. Ele está localizado na cidade de Campinas. Além disso, possui uma circunferência de 518 metros e 165 m de diâmetro.

Além do Sírius, o Brasil também possui o UVX. O qual foi o primeiro acelerador de elétrons a entrar em atividade na América Latina, no ano de 1997. Além disso, foi o primeiro laboratório de luz síncrotron no hemisfério sul. Esse aparelho faz parte do complexo do LNLS e também está localizado em Campinas.

A física de partículas no Brasil ainda é destaque internacional. Apesar do constante desmonte da Ciência brasileira promovido por políticas e governos neoliberais. Contudo, quando falamos desse campo da Física, surgem algumas curiosidades.

Curiosidades

A Física de partículas, bem como seus experimentos, são uma área recente da Ciência. Por isso, diversas curiosidades podem aparecer. Dessa maneira, selecionamos cinco delas. Confira:

  • O LHC está localizado no subsolo. A terra sobre o túnel ajuda na proteção das medidas contra a radiação natural da Terra.
  • O maior sistema de criogenia do mundo está localizado no LHC. Os ímãs do dispositivo precisam funcionar a uma temperatura de 1,9 K. Isto é, -271,3 °C.
  • A construção do maior acelerador de partículas do mundo levou 30 anos e envolveu 11 países.
  • Além disso, estima-se que o investimento nesse experimento tenha sido próximo dos 4,6 bilhões de euros.
  • Os aceleradores são muito seguros e o risco de explosão é praticamente nulo. Porém, caso isso aconteça, algumas partículas e radiações de alta energia podem ser liberadas nas proximidades do experimento..

Esse tipo de experimento pode causar estranhamento em algumas pessoas. Isso pode acontecer porque filmes de ficção científica usam esses aparatos como mote para os conflitos.

Vídeos sobre acelerador de partículas

Os aceleradores de prótons e elétrons estão localizados ao redor da Terra. Porém, não há porque acelerar para conhecer todos eles. Por isso, selecionamos alguns vídeos que podem ajudar a sanar sua curiosidade sobre esse campo da Física. Dessa forma, confira!

Reformas no LHC

O maior acelerador de hádrons e de partículas do mundo passou por reformas recentemente. Por isso, para entender o que aconteceu, assista ao vídeo do Canal USP e compreenda os motivos por trás dessa reforma.

O brasileiro que estudou as partículas

O Brasil quase teve um vencedor do prêmio Nobel de Física. Essa pessoa foi César Lattes. Para isso, ele foi o responsável pela detecção das partículas mésons-pi. Veja o vídeo do canal Ciência em Si e entenda como esse prêmio escapou das mãos do brasileiro.

Partículas que podem voltar no tempo

Kaori Nakashima do canal Ciência em Si explica como um erro experimental pode dar a impressão de viagem temporal. Além disso, ela explica como funcionam os laboratórios Anita e Ice Cube, que estudam as partículas em regiões extremas do planeta.

A Física de partículas é uma área muito nova da Ciência contemporânea. Por isso, muitos tópicos podem parecer obscuros para algumas pessoas. Dentre eles, está a antimatéria.

Referências

ROSADO, R. M. M. O que podemos aprender com um acelerador de partículas?. Disponível em: https://sites.usp.br/revistabalburdia/o-que-podemos-aprender-com-um-acelerador-de-particulas/
NOBREGA, F. K.; MACKEDANZ, L. F. O LHC (Large Hadron Collider) e a nossa física de cada dia. sdRev. Bras. Ensino Fís., São Paulo , v. 35, n. 1, p. 1-11, Mar. 2013
MAXIMO-PEREIRA, M. LHC: o que é, para que serve e como funciona?. A Física na Escola, v. 12, p. 37-41, 2011.

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Acelerador de partículas. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/acelerador-de-particulas. Acesso em: 19 de June de 2021.

Exercícios resolvidos

1.

O Grande Colisor de Hádrons (LHC) é um experimento muito grande e que está localizado na Europa. Qual é o nome que se dá para aparatos similares ao LHC?

a) Aceleradores quânticos.
b) Aceleradores de partículas.
c) Propulsores subatômicos.
d) Máquinas de antimatéria.

Alternativa correta: B

O LHC é um acelerador de partículas. No qual é possível acelerar partículas subatômicas até velocidades muito próximas à da luz.

2.

O conceito dos aceleradores de partículas surgiu com Ernst Rutherford em 1911. Com isso, estava criada a Física de Partículas. A qual é a área da Física:

a) que estuda os diferentes tipos de ligações e reações químicas.

b) responsável pelo estudo das partículas elementares e da interação entre radiação e matéria.

c) responsável por explicar as fusões e fissões nucleares.

d) estuda as interações entre entes matemáticos, como os campos, com a matéria..

e) estuda a interação clássica entre pontos idealizados do espaço.

Alternativa correta: B

A física de partículas estuda as interações entre a radiação e a matéria. Além disso, também estuda as partículas elementares.

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