O que são e para que servem os aceleradores de partículas?

Acelerador de partículas - LHC "Large Hadron Collider" no CERN.

Eles são os maiores laboratórios já construídos pelo homem. Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos - como prótons e elétrons - são aceleradas a velocidades próximas à da luz. Durante o trajeto pelo grande túnel, elas se chocam contra obstáculos ou até mesmo umas com as outras. Para quê? Para os cientistas entenderem melhor os mais ínfimos componentes da matéria. Os quarks, por exemplo, que formam prótons e nêutrons, só foram descobertos em aceleradores.

Só com esse tipo de equipamento é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes menores que o átomo. Por um lado, dá para dizer que os aceleradores são uma espécie de gigantesco microscópio, já que permitem ao observador saber o que há dentro das menores partículas. Por outro, podem ser considerados um tipo de máquina do tempo. Afinal, eles nos mostram do que era composto o universo antes de os próprios átomos terem se formado. Outra função desse sofisticado equipamento é pesquisar o que acontece no mundo das velocidades relativísticas - assim chamadas por causa da Teoria da Relatividade, criada pelo grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955).

A famosa teoria prevê acontecimentos bizarros para a matéria caso sua velocidade chegue próxima à da luz. Nessas condições, as partículas ficam com massa 20 vezes maior e vivem dez vezes mais tempo. Para um múon, tipo de partícula que vive só dois milionésimos de segundo, isso é pouco. Mas se fosse possível manter um ser humano a essa velocidade ele teoricamente viveria quase 1 000 anos! Enfim, apenas os grandes aceleradores são capazes de trazer para a prática esse mundo pra lá de estranho das teorias físicas. Aceleradores menores, do tamanho de uma sala, têm outras aplicações.

Eles criam jatos de partículas úteis, por exemplo, na medicina. "Um tumor de câncer pode ser combatido com feixes de prótons criados em aceleradores", diz o físico Alejandro Szanto, chefe do Departamento de Física Nuclear da Universidade de São Paulo (USP).

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.

Existem também outros tipos de aceleradores, como:

• “Tandems” – onde íons negativos são acelerados por um potencial elétrico positivo até um alvo sólido ou gasoso, perdendo elétrons e se transformando em íons positivos, sendo novamente acelerados.

• Van de Graaff – uma esfera é carregada eletricamente até alguns MV e dentro dela há fonte de íons que são acelerados.

• Lineares – partículas com cargas aceleradas em linha reta por um campo elétrico constante ou por meio de campos elétricos com frequência de rádio.

• Cíclotron – o íon descreve semicírculos sob a ação de um campo magnético, onde esses semicírculos são acelerados por um campo elétrico, passando várias vezes na mesma região, tornando o potencial elétrico pequeno em uma grande energia final.

• Eletrostático – um elétron ou íon é acelerado por um gerador externo.

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 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, como é conhecido o grande acelerador de partículas, bateu um recorde, produziu a colisão de dois feixes de prótons a 7 tetraelétron volts, criando uma explosão chamada pelos cientistas de miniatura do “Big Bang”.

Fontes:Brasil Escolas / Mundo Estranho