Como acelerar partículas?

Publicado em 13/12/2017
Tesla Júnior em dezembro de 2017

A tecnologia avança constantemente abrindo os horizontes da percepção humana. Com isso vão surgindo novas necessidades e novas áreas para serem descobertas e estudadas. Um dos novos meios de explorar essas áreas é através do Acelerador de partículas.

Os aceleradores de partículas são equipamentos que fornecem energia a feixes de partículas subatômicas eletricamente carregadas. Todos os aceleradores de partículas possibilitam a concentração de grande energia em um pequeno volume e em posições arbitrárias controladas de forma precisa. Exemplos comuns de aceleradores de partículas existem nas televisões e geradores de raios-X, na produção de isótopos radioativos, na radioterapia do câncer, na radiografia de alta potência para uso industrial e na polimerização de plásticos.

O maior acelerador de partículas do mundo tem formato circular, com 27km de circunferência e é localizado a 172 metros a baixo do nível do solo . Seu principal objetivo é obter dados sobre colisões de feixes de partículas, tanto de prótons a uma energia de 1,12 micro joules por partícula, ou núcleos de chumbo a energia de 92 micro joules por núcleo.

Em questão do estudo de partículas com um foco científico, existem instituições que utilizam equipamentos muito potentes, com o emprego de alta tecnologia. A CERN, Organização Europeia de Pesquisa Nuclear, se encontra no nordeste do subúrbio de Genebra e é responsável por providenciar aceleradores de partículas e outras estruturas para o estudo de fenômenos que envolvam altos níveis de energia. Esta mesma organização possui o LHC, um aparelho colisor de Hádrons, os quais são partículas compostas, formadas por um estado ligado de quarks, que são unidos por fortes interações eletromagnéticas. Um dos principais objetivos do LHC é tentar explicar a origem da massa de partículas elementares e encontrar outras dimensões no espaço. Uma dessas experiências envolve o bóson de Higgs, também conhecida como “A Partícula de Deus”. Caso a teoria dos campos de Higgs tenha sido formulada de forma correta, há grandes chances de que ela seja comprovada pela CERN, com a utilização do LHC.

Alguns cientistas acreditam que este equipamento poderia provocar uma catástrofe de dimensões globais como um buraco negro que acabaria por destruir a terra, ou uma reação causada pela possível formação de “strange quarks” que resultaria na criação de matéria estranha. Esta possui a característica de converter a matéria ordinária,  gerando uma reação em cadeia na qual todo o planeta seria transformado em uma espécie de matéria estranha. Apesar dessas alegações, físicos e teóricos bem conhecidos como Stephen Hawking e Lisa Randall afirmam que tais teorias são absurdas, e que as experiências foram meticulosamente estudadas e revisadas, estando sob controle. Entretanto, se um buraco negro fosse produzido dentro do LHC, ele teria um tamanho milhões de vezes menor que um grão de areia, e não viveria mais de segundos, o que o tornaria inofensivo.

Supondo a estabilidade deste fenômeno, esse buraco negro teria sido criado à velocidade da luz e continuaria a passear neste ritmo se não desaparecesse. Em menos de 1 segundo, ele consumiria as paredes do LHC e iria em direção ao espaço, ainda em um estado inofensivo. Para representar perigo, seria preciso que ele adquirisse massa. Mas, com o tamanho de um próton, ele passaria pela Terra sem colidir com outra partícula, e só encontraria um próton para somar à sua massa em um intervalo de 30 minutos à 200 horas. Para chegar a ter 1 miligrama, seria preciso mais tempo do que a idade atual do universo. Um dos fatos mais interessantes, é que existe um acelerador de partículas genuinamente brasileiro que se encontra no LNLS, o Laboratório Nacional de Luz Síncroton, conhecido também como UVX.

O UVX é usado como fonte de luz e é o pioneiro desse gênero no hemisfério sul. Foi projetado e construído inteiramente no Brasil. O projeto foi iniciado por dois físicos: Ricardo Lago e Ricardo Rodrigues , sendo inaugurado em 1997 com a presença do presidente Fernando Henrique Cardoso.             O LNLS é uma instalação com tecnologia avançada no Brasil, aberta para ser usada por pesquisadores de qualquer universidade ou empresa do país e do mundo. Sendo um equipamento único em toda a América Latina e raro no mundo inteiro, foi usado em projetos em parceria com a        Petrobrás para estudar a porosidade das rochas do pré-sal. A partir desse estudo, a Petrobrás pôde desenvolver maneiras mais eficazes de extrair o óleo dessas rochas, além do estudo das ligas metálicas usadas na construção das brocas que fazem a perfuração dessas fossas de petróleo.

Os aceleradores de partícula também podem ser usados no estudo de moléculas e átomos que compõem o corpo humano, explicando por exemplo o funcionamento de nossas enzimas.
Esses aparelhos pertencem a uma área da ciência que demonstra estar em constante desenvolvimento e aparenta ser a chave para abrir a porta que contém as soluções para o acontecimento de diversos fenômenos, podendo inclusive decifrar a origem do universo.