Acelerador de particulas subatomicas

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Introdução
No início do século XX, descobrimos a estrutura do átomo. Descobrimos que o átomo era feito de fragmentos bem pequenos chamados partículas subatômicas: mais notadamente o próton, o nêutron e o elétron. Entretanto, os experimentos conduzidos na segunda metade do século XX com os "quebradores de átomos", ou os aceleradores de partícula, revelaram que a estrutura subatômica do átomo eramuito mais complexa. Os aceleradores de partículas podem pegar uma partícula, tal como um elétron, acelerá-lo até quase a velocidade da luz, colidi-lo com um átomo e dessa forma descobrir suas partes internas.

Foto cedida pelo Laboratório Nacional de Brookhaven
Visão final de uma colisão de dois feixes de ouro no colisionador de íons pesados relativísticos
Neste artigo, veremos estesincríveis aparelhos e como os resultados que eles obtêm nos falam sobre a estrutura fundamental da matéria, as forças que mantêm tudo junto e as origens do universo.
Um acelerador de partículas
Sabia que você tem um tipo de acelerador de partículas em casa? Na verdade, é provável que esteja lendo este artigo usando um! Os tubos de raios cátodos (CRT) de qualquer TV ou monitor de computador é, naverdade, um acelerador de partículas.




O CRT pega as partículas (elétrons) do cátodo, acelera-as, e muda sua direção usando eletroímãs no vácuo. Depois, as faz colidir em moléculas de fósforo na tela. O resultado da colisão é um ponto de luz, ou um pixel, na sua TV ou no monitor do computador.
Um acelerador de partículas funciona do mesmo modo, exceto que os aceleradores são muito maiores,as partículas se movem muito mais rápido (quase na velocidade da luz) e a colisão resulta em mais partículas subatômicas e em vários tipos de radiação nuclear. As partículas são aceleradas por ondas eletromagnéticas dentro do aparelho, quase do mesmo modo que um surfista é empurrado pela onda. Quanto mais energéticas as partículas, mais visível fica a estrutura da matéria. É como espalhar asbolas dispostas no triângulo de bolas do jogo de bilhar. Quando o taco (partícula energizada) aumenta a velocidade, ele recebe mais energia e então pode espalhar melhor as bolas (liberando mais partículas).
Existem dois tipos básicos de aceleradores de partículas:
• linear - as partículas viajam por um caminho longo e reto e colidem com o alvo
• circular - as partículas viajam ao redor de umcírculo até colidirem com o alvo
Nos aceleradores lineares, as partículas viajam no vácuo ao longo de um tubo de cobre. Os elétrons acompanham as ondas criadas pelos geradores de ondas chamados de clístrons. Os eletroímãs mantêm as partículas confinadas em um feixe estreito. Quando o feixe de partículas atinge um alvo no final do túnel, vários detectores registram os eventos: as partículassubatômicas e a radiação liberada. Estes aceleradores são enormes, e são mantidos no subsolo. Um exemplo de acelerador linear é o linac no Laboratório de Acelerador Linear de Stanford (SLAC) na Califórnia, que tem cerca de 3 km de comprimento.

Foto cedida SLAC
Vista aérea do acelerador linear do SLAC: o linac está no subsolo e traçado de branco
Aceleradores circulares fazem basicamente a mesma coisaque os linacs. Entretanto, ao invés de usarem um caminho linear longo, impulsionam as partículas, muitas vezes, ao redor de um caminho circular. A cada passo, o campo magnético é intensificado para que o feixe de partículas acelere com cada passo consecutivo. Quando as partículas estão em sua energia mais alta ou desejada, um alvo é colocado no caminho do feixe, nos detectores ou próximo a eles.Os aceleradores circulares foram os primeiros tipos de aceleradores inventados em 1929. Na verdade, o primeiro cíclotron (mostrado abaixo) tinha apenas 10 cm de diâmetro.

Foto cedida pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley
O primeiro acelerador de partículas (cícloton) desenvolvido por Ernest O. Lawrence, em 1929
O cícloton de Lawrence usava ímãs em forma de D (chamado de Dee)...
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