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A ideia básica de um acelerador de partículas é bem simples: colocar partículas elementares (ou até mesmo átomos inteiros ionizados, ou seja, eletricamente carregados) em velocidades bem altas para… Bom, o que se faz com essas partículas em alta velocidade dependerá do tipo de projeto. Aceleradores não são todos iguais. Em geral, são projetados para fazer uma dessas três coisas:
Colisão Partícula-Partícula
É colocado essas partículas e átomos em alta velocidade para depois fazê-los colidir entre si. O maior exemplo atualmente é o LHC (Grande Colisor de Hádrons), onde ocorreu a detecção do bóson de Higgs: uma partícula fundamental que está associada à explicação do porquê as demais partículas elementares têm massa.
Para quem quiser fazer um tour virtual pelo LHC: https://cienciadoamanha.com/2019/01/20/tour-virtual-pelo-cern/
Uma das aplicações desse tipo de acelerador é a geração de partículas elementares a partir das colisões altamente energéticas. Quem nunca se perguntou “de quê são feitas as coisas?” A resposta dessa pergunta é estudada nesse tipo de acelerador. Além disso, com as altas energias envolvidas nas colisões, na escala de tamanho de núcleos atômicos, temos uma densidade de energia bastante alta no processo, o que é uma ferramenta essencial para estudar as características que o próprio universo tinha no passado distante, antes mesmo da formação das estrelas e das galáxias.
Colisão Partícula-Alvo
São colocadas partículas e átomos em alta velocidade para colidir contra alvos de diferentes materiais. Por exemplo, produz feixes de íons (átomos de hidrogênio, hélio, oxigênio, carbono, todos carregados eletricamente) a altas velocidades. As aplicações desse tipo de uso de acelerador são diversas. Por exemplo, usar feixes de nitrogênio para colidir contra uma fina camada de água congelada. Como resultado da colisão, vários aglomerados com diferentes números de moléculas de água são arremessados da superfície e suas massas são medidas. A interação entre uma superfície de gelo e partículas incidentes em alta velocidade é uma maneira de simular, em laboratório, condições de vários ambientes espaciais que ocorrem pelo universo.
Luz Síncrotron
A terceira possibilidade de projeto dessas máquinas não é para usar as partículas em si, mas sim a luz que elas emitem quando são desviadas no interior dos aceleradores, a chamada luz síncrotron. Toda partícula eletricamente carregada que for submetida a uma aceleração emitirá radiação eletromagnética, ou seja, luz. É importante notar que ao falarmos de “luz” não estamos nos referindo apenas à luz visível, mas sim a diferentes faixas de “luz” (radiação eletromagnética) de diferentes frequências, como, por exemplo, infravermelho, ultravioleta e raios-X.
Nesses aceleradores, as partículas carregadas são aceleradas a altas velocidades e depois passam por regiões de intenso campo magnético que as fazem mudar de rumo. O desvio da trajetória, ou seja, uma curva, gera aceleração sobre a partícula e a faz emitir a luz síncrotron. Atualmente, existem dezenas de aceleradores do tipo síncrotron pelo mundo.
O foco principal dessa modalidade de aceleradores é que eles sirvam como fonte de luz para várias técnicas experimentais. Por exemplo, quando se seleciona trabalhar com a emissão de luz ultravioleta pela partícula acelerada, essa luz pode servir de fonte de excitação para a técnica de espectroscopia de fluorescência. Quando se seleciona a faixa de raios-X, eles podem servir para técnicas experimentais de cristalografia, que permite identificar a estrutura cristalina de diferentes materiais.
