Como funcionam e para que servem os aceleradores de partículas?

O tubo da televisão é o exemplo mais simples de um acelerador de partículas. Um feixe de elétrons é gerado por emissão termoiônica (emissão de elétrons por um filamento aquecido, a alta voltagem) na parte mais fina do tubo e os elétrons são acelerados e focalizados por campos elétricos até atingirem a tela. Mas esse não é o único exemplo de acelerador de partículas com aplicações práticas. Em muitos hospitais, há aceleradores para esterilizar roupas e equipamentos. Esse tipo de esterilização é usado também para aumentar a durabilidade de frutas.

O uso mais visível de aceleradores ocorre na pesquisa científica, em particular, para estudar a estrutura da matéria. Para isso, são construídos aceleradores enormes, que acumulam grande quantidade de energia em uma região diminuta de espaço. Quanto maior a energia, maior o acelerador. Essas máquinas aceleram cargas elétricas do repouso até velocidades muito próximas à da luz. O único mecanismo disponível para acelerá-las são os campos elétricos.

O elemento acelerador, que gera os campos elétricos, são caixas de radiofreqüência, onde se propagam campos eletromagnéticos com freqüências características de rádio. Nessas caixas, as partículas entram em fase com as ondas eletromagnéticas e ganham um pouco de energia ao sair das ondas. É como um surfista, que tem que estar em fase com a crista de uma onda. As partículas também ‘surfam’ as ondas eletromagnéticas.

Há duas possibilidades de fazer com que as partículas ganhem muita energia: a) alinhar uma grande quantidade dessas caixas de radiofreqüência em um acelerador linear, com comprimento medido em quilômetros; b) guiar as partículas em um percurso circular (também medindo quilômetros), com campos magnéticos, e fazê-las passar muitas vezes pelas mesmas caixas de radiofreqüência. O primeiro método é usado para partículas muito leves, como o elétron, enquanto o segundo é usado para prótons e suas antipartículas (próton carregado negativamente).

O LHC (Large Hadron Collider), que será inaugurado no próximo ano em Genebra, na Suíça, é um acelerador do segundo tipo, onde as partículas irão percorrer um túnel circular com 27 km de comprimento. Já a próxima geração de aceleradores de elétrons, como o ILC (International Linear Collider), planejado para ser construído daqui a 10 anos, alinha cerca de 30 km de caixas de radiofreqüência. Qualquer um desses aceleradores tem um consumo de energia equivalente ao de uma cidade de porte médio.

Ronald Cintra Shellard
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas e
Departamento de Física,
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro 

 

 

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