LHC: o grande acelerador de partículas

O LHC é a maior máquina do mundo e é capaz de acelerar hádrons em velocidades muito próximas à velocidade da luz.

O LHC, do inglês Large Hadrons Collider, ou Grande Colisor de Hádrons, é o maior acelerador de partículas do mundo e também a maior máquina. Fica localizado na Suíça, em um grande laboratório chamado Centro Europeu de Reações Nucleares (CERN), cerca de 100 m abaixo da superfície. Consiste em um grande anel com 27 quilômetros de comprimento, repleto de ímãs supercondutores, que são resfriados com gás Hidrogênio e Hélio líquido em temperaturas de -271,3 ºC, e uma série de aceleradores lineares secundários.

Dentro desse grande anel, produz-se um vácuo quase perfeito, de forma que as partículas aceleradas em seu interior quase nunca se colidem com as moléculas do gás atmosférico. A pressão interna do anel primário do LHC chega a 10-13 atm, semelhante à pressão do vácuo espacial. Os prótons acelerados no LHC atingem até 99,3% da velocidade da luz, completando mais de 11.000 voltas pelo detector a cada segundo. Quando colidem uns contra os outros em sentidos contrários, esses prótons são desintegrados em partículas subatômicas de altíssima energia, como os diferentes tipos de quarks e os bósons de Higgs (o bóson responsável por atribuir massa a todas as outras partículas).

O projeto para a construção do LHC foi iniciado em 1984 e finalizado apenas em 2016, depois da construção dos mais de 1200 ímãs supercondutores usados para defletir o feixe de prótons na trajetória circular do acelerador. Além disso, cerca de 4 bilhões de francos suíços foram investidos desde o início do projeto, cerca de 15 bilhões de reais nos valores atuais.

O que são hádrons?

Hádrons são partículas formadas pela união de quarks, que, por sua vez, são partículas de carga elétrica intermediária (frações da carga elétrica fundamental) que não existem sozinhas na natureza e apresentam-se sempre aos pares ou trios, formando os mésons e os bárions (prótons e núcleos).

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Como funciona o LHC?

Por meio da aplicação de campos elétricos, os hádrons (geralmente núcleos do átomo de Hidrogênio) são acelerados em velocidades muito grandes nos aceleradores secundários, sendo então transferidos para o complexo do LHC, um grande acelerador circular, tanto no sentido horário quanto no sentido anti-horário. Cada um dos feixes de prótons apresenta uma energia cinética de aproximadamente 7 TeV, totalizando colisões de até 14 TeV. A grande quantidade de energia permite “desintegrar” momentaneamente os hádrons, que se colidem frontalmente, permitindo a observação de diversas partículas subatômicas altamente energéticas. Todo o maquinário do LHC foi construído a mais de 100 m de profundidade para diminuir os efeitos da radiação externa proveniente do Sol e outras fontes menores.

O que é TeV?

O elétron-Volts é uma unidade de energia muito usada na Física de Partículas, que geralmente lida com números muito pequenos para serem expressos nas unidades mais comuns de energia, como o Joule (J) ou o quilowatt-hora (kWh). O eV mede a quantidade de energia adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de potencial de 1 Volt (1V). Sua equivalência com o Joule é de:

1 eV = 1,602.10-19 J

Os níveis máximos de energia atingidos no LHC durante as colisões são de 14 TeV, ou seja, 14 Teraelétron-Volts (1012 eV) equivalem a valores muito pequenos se comparados ao Joule:

14.1012.1,602.10-19 = 22,4.10-7 J

Para efeito de comparação, 9,8 J é a quantidade de energia potencial gravitacional de um corpo de 1 kg no campo gravitacional terrestre.

*Créditos da imagem: Cern/Creative Commons

O interior dos anéis do LHC é um dos locais mais frios do Universo, bem como um dos mais rarefeitos

O interior dos anéis do LHC é um dos locais mais frios do Universo, bem como um dos mais rarefeitos

Por: Rafael Helerbrock

Artigos relacionados

Campo elétrico gerado por duas cargas

Estudo do campo elétrico gerado por duas cargas puntiformes.

Modelo-Padrão da Física de Partículas

Férmions, bósons, léptons, hádrons, mésons, bárions, quarks, múons, neutrinos, glúons: entenda de uma vez por todas quais são as partículas fundamentais da natureza, quais são as suas características e acabe com as suas dúvidas relacionadas a tantos nomes que parecem não fazer muito sentido à primeira vista.

O quilowatt-hora

O consumo de energia elétrica de nossas residências é medido em quilowatt-hora

Supercondutores

O que são materiais supercondutores? Quais suas vantagens em relação a materiais condutores?