Como funciona o Grande Colisor de Hádrons?

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Há 100 metros de profundidade, sob a fronteira entre a França e a Suíça, existe uma gigantesca máquina que pode nos revelar os segredos do universo. Esta máquina é o mais poderoso acelerador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider (LHC - Grande Colisor de Hádrons) e ficou famosa pela descoberta do, há muito procurado, bóson de Higgs em 2012. Desde então, o colisor passou a funcionar com a metade de sua potência para que pudesse sofrer uma grande atualização. Neste ano, o LHC voltou a funcionar com força total para que mais de 12 mil cientistas possam explorar as questões mais profundas e mais estranhas da física de partículas. O que eles vão encontrar, é uma incógnita, mas vamos tentar entender como este colisor funciona.




Dando Start

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Este grande experimento começa em uma garrafinha de hidrogênio que é onde estão os prótons que serão acelerados. Um equipamento chamado Duoplasmatron gera uma descarga elétrica nos átomos de hidrogênio arrancando deles o seu único elétron, deixando livre o seu próton correspondente.




Aceleração

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Saindo do Duoplasmatron, os prótons passam por 4 estágios de aceleração até chegar a galeria do LHC. O colisor ocupa um túnel circular de cerca de 27 km de circunferência e é revestido com diferentes tipos de ímãs supercondutores com uma série de estruturas de aceleração para aumentar a energia das partículas ao longo do caminho.

Desta forma, dois feixes de prótons viajam ao redor do túnel em direções opostas. Lá, essas partículas se movimentam próximo da velocidade da luz, dando 11 245 voltas no túnel a cada segundo.

Para que mantenham essa velocidade, elas são guiadas em torno do acelerador por um forte campo magnético mantido por eletroímãs supercondutores que precisam ser refrigerados por hélio líquido para que se mantenham a temperatura de -271,3 °C

Milhares de ímãs de diferentes variedades e tamanhos são usados para direcionar os feixes ao redor do acelerador. Pouco antes da colisão, um destes ímãs faz uma aproximação das partículas, aumentando as chance delas colidirem. Para se ter uma ideia, fazê-las colidir é semelhante a disparar duas agulhas a 10 km de distância uma da outra com a precisão necessária para que elas se encontrem.




Colisão

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No interior do colisor há detectores construídos de maneira específica para realizar diferentes tipos de estudos. As colisões são previstas para ocorrerem em quatro locais ao redor do túnel que correspondem à posição dos quatro detectores de partículas do LHC. São eles: o ATLAS, que é um detector de uso geral, usado para procurar fenômenos que estejam além Modelo Padrão da Física, o CMS, também de uso geral, utilizado para caçar o bóson de Higgs e procurar por pistas sobre a natureza da matéria escura, o ALICE, que está estudando uma forma de “fluido” da matéria chamado de plasma quark-glúon que existiu logo após o Big Bang, e LHCb que está investigando a antimatéria.




O que ocorre com as partículas após a colisão

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A famosa teoria de Einstein, E = mc², define que a energia pode ser convertida em massa e vice-versa. Assim, a energia de dois prótons colidindo pode se combinar e se converter em novas partículas maciças, como os quarks up, down, strange, charm, bottom e top. O quark top é a mais pesada partícula do mundo subatômico já observada. Ele é instável, o que o faz decair rapidamente em quarks up ou down, que são geralmente estáveis e mais comuns no universo. Strange, charm e bottom também são quarks instáveis que só podem ser produzidos em colisões de alta energia.

Essas partículas subatômicas se afastam do ponto de colisão. Desta maneira, os detectores podem medir suas propriedades, incluindo posições no espaço, energia, força, massa e carga. Os físicos usam estas informação para deduzir a identidade das partículas criadas no momento da colisão e vasculhar os dados para anomalias que podem indicar algo inteiramente novo.

  1. Bruno Alexandre

    2 de julho de 2015 em 00:00

    Inclusive o famoso bosón de higgs foi descoberto ali… a partícula que dá massa a tudo…

  2. Iron Man

    19 de junho de 2015 em 23:58

    “é revestido com diferentes tipos de ímãs supercondutores ” , não seriam eletroImãs ?

  3. Carlos Dimé

    19 de junho de 2015 em 17:58

    Megadeth

    • Emmanov Kozövisck

      19 de junho de 2015 em 19:54

      Kiko Loureiro.

  4. RICARDO CAPIBERIBE

    19 de junho de 2015 em 14:32

    Ótimo artigo, mas contém um erro crasso, um erro clássico: MASSA NÃO PODE SER CONVERTIDA EM ENERGIA E NEM ENERGIA CONVERTIDA EM MASSA!

    Eu sei que alguém leu isso em algum livro de divulgação científica algum autor famoso, mas infelizmente está errado!

    Leia o livro Teoria da Relatividade Especial de Roberto de Andrade Martins e Introdução a Teoria da Relatividade Especial de Robert Resnick.

    A equação E = mc² atesta que em certas condições a massa possui uma energia, mesmo em repouso, denominada energia de repouso. E toda energia possui uma inércia (ou uma massa maupertuisiana) dada por m = E/c².

    Ou seja em reações nucleares que há “desaparecimento de massa”, a massa inicial era devido a energia de ligação, quando essa energia foi liberada a massa do produto diminuiu, pois a energia está livre e está energia liberada contém massa! Não houve conversão de massa em energia, a massa continua sendo da energia, só que antes ela estava na forma de energia potencial, agora está na forma de energia livre!

    • Gato Endiabrado

      20 de junho de 2015 em 04:13

      Cara, vc acredita físico Roberto de Andrade Martins, e ñ no Einsten????

      • RICARDO CAPIBERIBE

        20 de junho de 2015 em 14:22

        Acho que você não entendeu a questão Gato.

        O livro do Roberto de Andrade é justamente baseado nas ideias de Einstein, nos artigos originais de Einstein.
        Você já leu os dois papers originais de Einstein ou simplesmente assumiu o que alguém falou sem consultar a fonte?

        http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/E_mc2/www/

        Em momento algum ele fala que há transformação de massa em energia ou equivalência. O que Einstein deixa claro desde o título de artigo é que a energia possui um conteúdo inercial e vice-versa.

        Outra coisa: a física não é religião, se o Einstein falar que os bodes voam ninguém abaixa a cabeça para ele e acredita, Einstein é um físico, portanto suas ideias são passíveis de serem questionadas. Einstein não acreditava no princípio da incerteza e passou 40 anos tentando achar uma teoria determinística do campo unificado. Então vamos acreditar em um Heisenberg ou no físico Einstein?

    • Joel Alvarenga

      19 de junho de 2015 em 14:54

      Vou ler um pouco mais sobre o assunto, estou no primeiro semestre de Física e pretendo pegar uma IC em F. Nuclear, alguma recomendação?

      • RICARDO CAPIBERIBE

        19 de junho de 2015 em 19:29

      • RICARDO CAPIBERIBE

        19 de junho de 2015 em 19:28

        Existe um livro sobre o assunto do Feynman: FÍSICA NUCLEAR TEÓRICA.

        Todos que eu te recomendei você acha em pdf ou djvu!

      • RICARDO CAPIBERIBE

        19 de junho de 2015 em 19:27

        Primeiro seria interessante você estudar a matemática da Mecânica Quântica. Estude cálculo diferencial e integral para várias varáveis. Depois estude variáveis complexas, existem dois livros ótimos: Variáveis complexas e suas aplicações (Churchil) e a bíblia deste tópico Complex Variables: Introduction and Applications (Ablowitz & Fokas). Estude muita álgebra linear, o melhor livro é Linear Algebra (Hoffman). Agora comece a estudar Equações Diferenciais, para uma introdução estude o Equações Diferenciais e Problemas de Contorno (Boyce, Diprima) e depois invista no livro Boundary and Eigenvalue Problems in Mathematical Physics (Sagan). Se sua biblioteca for completa você vai achar a bíblia da Física Matemática: Methods of Theoretical Physics, Parts 1 and 2 (Morse; Feshbach). Então comece a estudar Mecânica Quântica, existem alguns autores que são referência Sakurai, Fock, Landau.

    • RICARDO CAPIBERIBE

      19 de junho de 2015 em 14:34

      Sou físico pelo INFIMS, minha especialidade é Teoria da Relatividade Geral, com ênfase em geodinâmica de Buracos negros carregados.

  5. Gato Endiabrado

    19 de junho de 2015 em 04:55

    Bazinga

  6. Doge

    18 de junho de 2015 em 23:53

    Ao invés de prótons usar o Flash também funciona.

  7. chapolim do mal

    18 de junho de 2015 em 22:11

    Achoque essa série deveria ter uma continuação com o aprofundamento do que é estudado, esses tais quarks, antimatéria já tem post e os outros dois.

  8. Mutley

    18 de junho de 2015 em 20:26

    Curioso , a imagem 5 me lembrou a explosão de uma estrela.

  9. Miroslau

    18 de junho de 2015 em 20:14

    Uma pequena singularidade u-u

  10. meu nome é um grande texto que não faz sentido e que faz apologia a drogas e sexo, mas nem todas as drogas, esse nome não faz apologia a droga que é o DC he-he-he, onde será? que eu posso chegar aqui no nome, pois é óbvio que em algum momento o esp

    18 de junho de 2015 em 19:56

    No ano passado meu professor foi convidado para ir ver essa máquina, acho que eles chamaram um grupo de brasileiros, só acho que isso não via fazer diferença para nós leigos, mas fora isso tem umas coisas impressionantes ai, tipo a dimensão da máquina e terem que usar algo próximo do zero absoluto para esfriar-la.

    • Joel Alvarenga

      18 de junho de 2015 em 21:41

      Se tiver interessado em conhecer um acelerador de partículas, existe um em Campinas, não sei se é fácil visita-lo mas não deve ser tão difícil quanto visitar o LHC, hehe.

      • meu nome é um grande texto que não faz sentido e que faz apologia a drogas e sexo, mas nem todas as drogas, esse nome não faz apologia a droga que é o DC he-he-he, onde será? que eu posso chegar aqui no nome, pois é óbvio que em algum momento o esp

        19 de junho de 2015 em 00:04

        Nem sabia que o Brasil podia ter uma coisa dessas. Vivendo e aprendendo. Mas imagino como a obra foi super faturada.

  11. Elyane

    18 de junho de 2015 em 19:32

    Nossa quanta informação não sabia da existência desta máquina. O bóson de Higgs e antimatéria nos remete automaticamente a filmes de ficção cientifica apocalípticos, de super armas, caso possa se obter maior controle sobre a produção destes elementos (quantidade maior) será que o benefício seria tão superior ao risco de serem usadas na fabricação de armas. Não entendo muito desta área da física, e por não conhecer me instiga mas também assusta. Existe realmente esta possibilidade ou é apenas mito?

    • Neko-san

      19 de junho de 2015 em 22:33

      Na verdade a área do laser eu considero mais mortifera do que a arena de partículas sub atômicas, porque eu digo isso? Simples, o laser ele pode matar alvos específicos, por exemplo, se um deputado do Brasil está la em brásilia na camara dos deputados, basta saber a localização exata dele e vai matar sem ferir outras pessoas.
      Se bem que o pessoal do LHCb estava querendo simular um buraco negro no LHC, o que poderia causar a destuição do sistema solar ou quem sabé até da galaxia, porque o buraco negro iria sair engolindo tudo e “aumentando”.
      Não respondi nada da sua pergunta porque não se sabe muito sobre o bóson .
      Tem uns físicos dinarmaqueses que dizem que o boson de rigges é uma evidencia do fim do mundo, se não me engano o próprio Stephen Hawking disse isso.
      Enfim poderia dizer n coisas, mas não conseguiria responder a sua pergunta do jeito específico que você quer. E a antimáteria por enquanto não se sabe muito, ja é possivel criar anti-elementos no LHC, porém não é possivel mantelos, já que quando um antí elemento encontra com o seu elemento correspondente as duas se aniquilam.

      • Elyane

        20 de junho de 2015 em 18:33

        Obrigada pelo esclarecimento, este laser seria bem interessante apesar da sua capacidade mortifica assustadora talvez reduziria a utilização de armas de destruição em massa, que acabam por ferir mais inocentes que os pretensos alvos que alegam. De qualquer forma são armas e como sempre serão usadas apenas para destruição e ampliação de poder de um país sobre outro.

  12. Rodrigo Duarte

    18 de junho de 2015 em 19:03

    Tá mais fácil entender o Super Luper Hipper Liper Pulo do Tigrão, olha o cálculo : muitíssimo bem, metade desse pulo é 90% mental
    se você calcular a tragetância especifista
    da sua celera atômica
    pelo quadrado do seu rekiki
    o indicador da sua situação vertical
    o seu impulso tigresônico deve
    ricochetechutear você a uma órbita hiper super felossêsca.

  13. Mutley

    18 de junho de 2015 em 18:46

    E por isso que eu preciso aprimorar meu conhecimento em física , entendi muito pouco do texto , mas mesmo assim valeu pela iniciativa da matéria , tem que ter mais posts assim , intrigantes , curiosos e que mecham com o imaginário do leitor.

    • Joel Alvarenga

      18 de junho de 2015 em 21:37

      Calma, tudo tem sua hora, comecei a cursar Física este ano e as vezes tento não me assustar com o que irei ver mais adiante e tento me preocupar mais com as coisas “básicas” que estou vendo agora.

      • Mutley

        19 de junho de 2015 em 14:39

        A minha intenção não é me especializar em Física cara , eu apenas queria compreender melhor a matéria (hue , ”matéria” entendeu ? e_e) , mas também acho que não da tentar entender tudo só de uma vez , tenho muita dificuldade em exatas e reconheço isso , só que pra ser Arquiteto eu preciso entender muita coisa dessa área , assim como de Matemática e Química , só que nesse caso eu percebi minha limitação ao tentar ler o texto e não entender quase nada.

        • Neko-san

          19 de junho de 2015 em 22:21

          Ou simplesmente procure sobre assuntos que te interessa na internet, por exemplo se você gostou da parte dos quarks você provavelmente vai acabar indo parar em campo elétrico, porque uma coisa acaba puxando a outra, e uma hora você vai dominar boa parte da física básica/intermediária.

          • Joel Alvarenga

            22 de junho de 2015 em 19:54

            O problema de simplesmente procurar na internet é que muitas vezes não achará artigos confiáveis, o Minilua é um exemplo, eu gosto muito do site, mas nunca vou usar algum texto para algo sério, pois foi um amador que escreveu.
            Uma saída seria procurar livros que tratam destes temas, porém dificilmente um leigo ira entender a linguagem matemática usada, a teoria escrita é bonitinha, mas a verdadeira teoria não vai estar expressa desta forma, por isto as aulas de Física Básica e pelo menos uma explanada sobre Cálculo ajudariam bastante.

        • Joel Alvarenga

          19 de junho de 2015 em 14:48

          Provavelmente você vai ver mais cálculos do que textos relacionados a física, mas se tiver dificuldades em ler estes textos, tenta entrar em algumas aulas de “Física Básica”(ou algo parecido) que elas tratam exatamente disso. ^^

  14. André Silva

    18 de junho de 2015 em 18:31

    Legal!

  15. Dyego

    18 de junho de 2015 em 18:20

    Somos micróbios de universo infinitamente maior — e gigantes de um universo infinitamente menor.

    • Joel Alvarenga

      18 de junho de 2015 em 21:35

      Olha quem está aqui…
      Realmente, quando falamos em astronomia ou quântica(usei um exemplo mais conhecido), nem conseguimos imaginar uma escala tão grande ou tão pequena.

      • Dyego

        18 de junho de 2015 em 22:52

        Fala, man! achei que tinha morrido!

  16. Sanic

    18 de junho de 2015 em 18:15

    first 2 vezes seguidas :3 (em breve serão 3 >:))

36 Comentários
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