Como funciona um acelerador de partículas?

Um acelerador de partículas é um dispositivo de física que usa campos elétricos para acelerar partículas carregadas a imensas velocidades, às vezes frações significativas da velocidade da luz. Partículas comuns que podem ser encontradas dentro de aceleradores de partículas incluem prótons e elétrons, os blocos de construção do átomo.

Um acelerador de partículas é usado para observar o comportamento de pequenas partículas em altas velocidades e energias, bem como para fins mais cotidianos, como gerar um tipo específico de radiação eletromagnética. Os aceleradores de partículas são frequentemente usados ​​para esmagar partículas umas contra as outras em velocidades muito altas, revelando seus componentes mais fundamentais. O gerador de raios-x e o aparelho de televisão são exemplos comuns de aceleradores de partículas, com o mesmo design básico que seus primos maiores usados ​​em experimentos de física de alta energia. Um acelerador de partículas se enquadra em uma de duas categorias: circular ou linear.

Em um acelerador de partículas circular, as partículas são aceleradas em um caminho circular contínuo. A vantagem desse arranjo é que a partícula pode ser direcionada em círculo muitas vezes, economizando hardware. A desvantagem é que as partículas nos aceleradores circulares emitem radiação eletromagnética, chamada radiação síncrotron. Como o momento deles os incentiva constantemente a seguir uma trajetória tangencial ao círculo, a energia deve ser gasta continuamente para mantê-los no caminho circular, o que significa que os aceleradores de partículas circulares são menos eficientes. Em grandes aceleradores, a radiação síncrotron é tão intensa que todo o acelerador deve ser enterrado no subsolo para manter os padrões de segurança. O acelerador de partículas Fermilab, em Illinois, possui um caminho circular de 6,43 km.

Aceleradores lineares disparam partículas em linha reta em um alvo fixo. O tubo de raios catódicos da sua televisão é um acelerador de partículas de baixa energia, que dispara fótons na faixa de luz visível em uma placa de vidro, a tela. O fluxo de fótons é constantemente redirecionado para preencher a tela com pixels. Esse redirecionamento ocorre com rapidez suficiente para percebermos o fluxo alternado de fótons como uma imagem contínua.

Aceleradores lineares de alta energia, ou linacs , são usados ​​em aplicações físicas. Alternativamente, uma série de placas atrai e repele as partículas carregadas que se movem através delas, puxando as partículas para frente quando elas ainda não passaram por ela e empurrando-as para longe depois que elas passam. Dessa maneira, campos elétricos alternados podem ser usados ​​para acelerar fluxos de partículas a velocidades e energias muito altas. Os físicos usam esses aceleradores para simular condições exóticas, como as que estão no centro das estrelas ou perto do começo do universo. O "zoológico de partículas" descrito pelo Modelo Padrão da física de partículas foi descoberto de forma incremental em experimentos com aceleradores de partículas. O maior acelerador linear de partículas é o Acelerador Linear de Stanford, com um comprimento de 3,2 km.

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