Osvaldofisica: Acelerador linear

quinta-feira, 18 de dezembro de 2014

Acelerador linear

Posted: 16 Dec 2014 12:21 PM PST

Por: Elisiane C. O. Albrecht

Rifle de Gauss- “Acelerador de Partículas” Magnético.

O funcionamento de um acelerador de partículas pode ser demonstrado através de um experimento simples. O Rifle de Gauss é constituído de forma linear, montado sobre uma bancada reta, com um trilho no qual se tem ímãs fortes, onde as bolinhas de metal se movimentam, com isso é possível aplicar campo magnético dando uma energia mecânica às bolinhas. Estas são dispostas sobre o trilho à frente dos ímãs de tal forma que durante o movimento das primeiras, as próximas sejam “aceleradas”.

Figura 1: Representação Gráfica do Acelerador de partícula linear. Fonte: Science.

Com este dispositivo podemos perceber uma reação magnética em cadeia que causa o aumento da energia cinética do sistema. Para realizar a experiência é necessário colocar, no mínimo, duas bolinhas à frente de cada ímã, armando assim o também conhecido Rifle de Gauss. Para ocorrer o disparo é essencial que se empurre uma esfera do lado contrario ao que se encontram as outras. Assim, essa adquirirá uma energia cinética através do empurrão, que podemos adotar como inicial. Quando o projétil (a bolinha) se aproximar do ímã ele sofrerá uma interação com seu campo magnético aumentando sua energia cinética, ou seja, sua velocidade aumentará, quando esse colidir com o anteparo (ímã) ele transferirá sua energia cinética às esferas que estão à sua frente. A segunda bolinha (mais afastada do ímã) é disparada e continua o ciclo. Com isso, as próximas bolinhas sairão com maior velocidade e, em consequência, a última bolinha irá se mover com uma velocidade relativamente maior do que a da primeira que foi empurrada em direção ao primeiro ímã.

Figura 2: Experimento rifle de Gauss. Fonte: SCI-Toys.

Se imaginarmos que o sistema é ideal, ou seja, considerando que todas as bolas possuam o mesmo diâmetro, que os ímãs tenham o mesmo tamanho e mesma magnetização, que o trilho não exerça atrito sobre as esferas e que as colisões sejam elásticas (a energia cinética e o momento linear se mantem iguais antes e depois da colisão) o aumento da energia cinética será linear.

Este experimento possui um análogo no meio microscópico são os aceleradores de partículas. Existem diversos laboratórios com este tipo de tecnologia espalhados pelo mundo. A diferença primordial é que ao invés de se usarem esferas metálicas, empregam-se luz ou pacotes de partículas elementares, tais como prótons, elétrons, nêutrons, fótons e etc. Estas são aceleradas com a interação do campo magnético. Vale ressaltar que não existem apenas aceleradores lineares, há também dispositivos circulares.

O acelerador de partículas mais conhecido é o LHC (Large Hadron Collider - O Grande Colisor de Hádrons) que fica localizado em Genebra, Suíça no CERN. Este é, atualmente, o maior acelerador de partículas do mundo, e tem como um de seus objetivos reproduzir uma situação molecular e micro espacial semelhante o que aconteceu após o inicio do big bang. O Brasil também possui essa tecnologia, o Laboratório Nacional de Luz Sincrotron esta situado na cidade de Campinas, em São Paulo e faz pesquisa em diversas áreas da ciência.