MADRID, 14 nov. (EUROPA PRESS) -
O CSIC publicou "Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad", o novo volume da coleção ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata), no qual os pesquisadores do Instituto de Física Corpuscular (IFIC-CSIC-UV) Nuria Fuster e Daniel Esperante propõem uma viagem pela evolução dessas máquinas potentes e complexas.
Em 120 páginas, os especialistas em aceleradores de partículas analisam as funções desses dispositivos, descrevem os conceitos científicos e técnicos subjacentes à sua operação e apresentam várias aplicações nas quais eles desempenham um papel crucial, quase um século após seu surgimento.
Como eles lembram, os scanners de raios X, os tratamentos de radioterapia para curar o câncer e os microchips dos telefones celulares têm um elo em comum: os aceleradores de partículas. Esses dispositivos capazes de gerar, acelerar e confinar feixes de partículas eletricamente carregadas foram fundamentais para a compreensão da estrutura da matéria e, graças ao seu desenvolvimento e às múltiplas aplicações, tornaram-se ferramentas indispensáveis na sociedade atual.
"A história dos aceleradores de partículas é uma evidência da curiosidade humana e da perseverança científica porque, por meio dos avanços tecnológicos na construção de aceleradores, conseguimos entender melhor o universo em níveis subatômicos e responder a perguntas fundamentais sobre matéria, energia e as forças fundamentais que governam o cosmos", dizem os autores.
Os especialistas do IFIC explicam que gerar, impulsionar e guiar partículas requer conhecimento de física e engenharia. A partir daí, todos os aceleradores de partículas, embora variem em forma (linear ou circular), tamanho (de metros a quilômetros de comprimento) e tecnologia (supercondutores ou não), compartilham quatro componentes principais: a fonte de partículas, os tubos de vácuo e os geradores de campo elétrico e magnético.
Na fonte, são gerados jatos de partículas subatômicas carregadas, chamados de feixes. Depois de criadas, as partículas são injetadas em tubos de vácuo, "algo parecido com os canos que temos em casa onde a água circula, mas ultra-limpos, para que nossos minúsculos viajantes possam se movimentar sem encontrar obstáculos pelo caminho", dizem os autores. Para isso, são criadas condições de ultra-alto vácuo no interior dos tubos, que atingem valores próximos aos do espaço sideral.
As partículas são transportadas através desses tubos de vácuo por campos elétricos e magnéticos cuidadosamente projetados para guiá-las, agrupá-las e dar-lhes as propriedades de que necessitam.
Assim, "as partículas são guiadas até um ponto onde encontrarão outras partículas, se estivermos em um experimento de física de partículas, um bloco de material, se o experimento for de física nuclear, ou um paciente para tratamento de radioterapia, se estivermos em um hospital", explicam.
A história dos aceleradores de partículas remonta ao final do século XIX, quando a comunidade científica começou a explorar as propriedades dos constituintes fundamentais da matéria. Décadas depois, em 1930, o físico americano Ernest O. Lawrence e seu aluno Milton Stanley desenvolveram o primeiro cíclotron, com 10 centímetros de diâmetro.
Simultaneamente, estava sendo desenvolvido o conceito de um acelerador linear, conhecido como linac, no qual as partículas eram aceleradas ao longo de uma linha reta por campos elétricos que mudavam de polaridade.
À medida que o século XX avançava, os físicos perceberam que, para entender completamente as partículas subatômicas, precisavam de aceleradores mais potentes. Um salto quântico ocorreu na década de 1960 com a construção do Acelerador Linear de Stanford (SLAC) e, em 1983, do Tevatron no Fermilab (Chicago).
Os cientistas do CSIC enfatizam que "esses colisores possibilitaram o estudo de partículas subatômicas em energias nunca antes alcançadas, o que levou a descobertas importantes, como a observação de quarks, as partículas fundamentais que compõem os prótons e os nêutrons".
No século 21, o Large Electron Positron Collider (LEP) no CERN em Genebra, Suíça, tornou-se o maior acelerador de partículas do mundo, com 27 quilômetros de comprimento. Ele foi sucedido no mesmo túnel pelo Large Hadron Collider (LHC), o colisor de hádrons mais potente até hoje.
Os autores lembram que sua construção, iniciada em 1989, foi uma conquista internacional, e seu comissionamento em 2008 foi um marco na física de partículas, pois "permitiu em 2012 a confirmação do bóson de Higgs, uma partícula fundamental que explica como as partículas fundamentais adquirem massa".
De acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA), há mais de 30.000 aceleradores em uso no mundo e, desses, mais de 97% são usados para fins comerciais, incluindo aplicações médicas, que representam cerca de 45-50%.
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