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LHC: O Grande Colisor de Hádrons

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Não é novidade para ninguém que a engenharia desafia a tudo e a todos. O impossível não existe no dicionário dessa profissão cheia de vertentes.

A mistura de vários campos da engenharia não poderia dar um resultado diferente: a magnífica criação do LHC, sigla em inglês para Large Hadron Collider, o Grande Colisor de Hádrons.

Projeto do LHC

A ideia da construção do LHC veio durante uma conferência na Suíça, em 1984. Com a colaboração de 100 países e mais de 200 universidades e centros de pesquisas, a obra finalmente teve início em meados dos anos 90. A um custo de, aproximadamente, 10 bilhões de euros, foi inaugurado em 10 de setembro de 2008.

Em formato de um tubo circular, tem 27 quilômetros comprimento e 7 metros de diâmetro, sendo, portanto, a maior máquina já construída pelo ser humano. Está a 100 metros de profundidade. De fato, é algo que chega a ser inimaginável.

frança

Formato e localização do LHC.

Localiza-se no maior centro de pesquisa de física de partículas do mundo, o CERN (em francês, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), na fronteira entre a França e a Suíça.

Com pouco mais de uma semana dos inícios das operações, o LHC precisou ser desativado temporariamente por causa de um vazamento de hélio, ocasionado devido a uma conexão elétrica entre dois ímãs. Posteriormente, em novembro de 2009, a máquina foi religada.

O que acontece dentro dos laboratórios?

Antes de mais nada, precisamos entender alguns conceitos.

Os hádrons são partículas formadas por meio da união de quarks, que não existem sozinhos, apenas em pares ou em trios, e formam os mésons e bárions.

O bárion é uma partícula subatômica formada por três quarks. Por exemplo, um bárion famoso é o próton: composto por dois quarks up (carga elétrica +2/3) e um quark down (carga elétrica +1/3), tendo carga elétrica total de +1.

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Formato do próton: dois quarks up (u) e quark down (d)

No interior do maior colisor de partículas do mundo, prótons são acelerados a 99,93% da velocidade da luz, com a ajuda de campos elétricos.

Os feixes rodam em uma direção dos tuneis atingindo até 7 teraelétron-volts (TeV). Enquanto outro feixe roda no sentido oposto. Quando colidem, geram uma energia de até 14 TeV, tão intensa que é capaz de formar partículas subatômicas momentâneas nunca observadas, como as que se formaram logo após o Big Bang.

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Partículas nos primeiros instantes do universo. Fonte: Beatriz Abdalla/Jornal da USP.

As partículas podem dar até 11.245 voltas por segundo no colisor. A pressão em algumas partes do LHC chega a 10-13 atm, muito perto da pressão no espaço.

Em funcionamento, pode chegar a temperaturas cem mil vezes maior do que a do sol. Também é refrigerado a -271,3 °C, próximo do zero absoluto.

Conforme os cientistas, as novas partículas encontradas poderão esclarecer melhor o funcionamento do universo, hoje explicado pelo Modelo Padrão.

Experiências

O LHC trabalha com várias experiências. As principais são:

ALICE – A Large Ion Collider Experiment (Experimento do Grande Colisor de Íons): dentro desse laboratório trabalham mais de 1000 físicos de 31 países diferentes. Nele, é estudado um estado da matéria chamado plasma de quark-glúons, onde somente é possível em um meio extremamente enérgico, com colisões de íons pesados.

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ALICE.

ATLAS – A Toroidal LHC Apparatus (Dispositivo Instrumental Toroidal para o LHC): Com mais de 2500 cientistas, tem 46 metros de comprimento, 25 metros de altura, 25 metros de largura e 7000 toneladas, o Atlas é um detector de partículas, onde, em 2013, foi detectada sinais do Bóson de Higgs (mais conhecido como partícula de Deus).

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ATLAS.

CMS – Compact Muon Solenoid (Solenoide Compacto de Múon): é um outro detector de partículas, assim como o Atlas, sendo uma versão mais compacta.

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CMS.

LHCb – Large Hadron Collider “beauty”: esse experimento é relacionado a física do quark-bottom (por isso a referência “beauty”), buscando as respostas sobre as assimetrias da matéria e antimatéria no universo.

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LHCb.

LHCf – Large Hadron Collider “forward”: o pequeno detector LHCf faz com que as partículas colidam “roçando” uma na outra, em vez de colidirem de frente (forward), simulando os raios cósmicos através de altas energias.

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LHCf.

TOTEM – Total Elastic and Diffractive Cross Section Measurement: segundo o site oficial do LHC, o experimento TOTEM visa fazer medição precisa do tamanho do próton e a luminosidade das colisões.

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TOTEM.

FASER – Forward Search Experiment: ainda de acordo com o site oficial, esse laboratório está situado a 480 metros do ponto de colisão do ATLAS para pesquisar novas partículas leves e estudar neutrinos.

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FASER.

O futuro do LHC

O LHC foi o substituto do LEP (Large Electron-Positron collider) e, atualmente, já se pensa no substituto do gigante.

A CERN apresentou o projeto do FCC (Futuro Colisor Circular). Com um custo de 25,5 bilhões de dólares, a expectativa é que comece a funcionar em 2050, terá um diâmetro de – pasmem – 100 quilômetros.

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Comparação do FCC com o LHC.

Há críticos que digam que temos muitos mais problemas a serem resolvidos com essa quantia tão alta para a construção. Mas cientistas da CERN estão certos de que a proposta dará respostas que hoje são uma incógnita para a humanidade.

Cayo César Nascimento Santos
Graduado em Engenharia Civil com ênfase em estruturas de concreto. Pretende fazer mestrado em Engenharia Aeronáutica. Atua na área de construção civil geral. Possui cursos de Matemática Aplicada, Orçamento de Obra, AutoCAD, Eberick, QIBuilder, Revit e Sketchup, desenvolvendo projetos em BIM.

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