O tubo da televisão é o exemplo mais
simples de um acelerador de partículas. Um feixe de elétrons é gerado por
emissão termiônica (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 radiofrequência, onde se propagam campos
eletromagnéticos com frequências 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 radiofrequência 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 radiofrequência. 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 radiofrequência. 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.
Ciência Hoje, Agosto de 2006
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