As partículas precisam vir de algum lugar antes de se precipitarem. Esta foto de 1941 é, na verdade, do destruidor de átomos da Universidade de Notre Dame, o que era novo na época. © Bettmann / Corbis Quando os físicos querem partículas para seus aceleradores, eles navegam em um site chamado OK Quark, onde respondem a uma série de perguntas sobre o que procuram. Você gostaria de uma partícula com uma personalidade positiva, ou um com uma energia mais neutra sobre isso? Aquele tipo de coisa.
Em seguida, o físico leva a partícula para as bebidas (ninguém quer ficar preso a uma partícula insatisfatória durante um jantar inteiro). Se tudo correr bem, o físico pergunta à partícula se ela está interessada em um processo de aceleração. E é assim que o bóson de Higgs foi feito!
Se apenas. Ao contrário de seus primos cientistas, os biólogos (que podem pesquisar todas as ordens de roedores, lombrigas e semelhantes em sites para facilitar a compra em massa), os físicos devem criar seus próprios objetos de teste. Acontece que agarrar uma partícula para colisões de alta velocidade não é tão fácil quanto apenas colocar as mãos em concha e soprar algumas partículas subatômicas no Grande Colisor de Hádrons como tantos flocos de neve invisíveis.
Antes de entrarmos no que estamos realmente colocando em um acelerador de partículas, talvez seja sensato fornecer um pouco de base sobre o que diabos pretendemos fazer com nossas partículas, uma vez que as tenhamos. O que são aceleradores, e por que não podemos jogar em algo um pouco mais substancial do que uma partícula, qualquer forma?
O acelerador de partículas mais conhecido é provavelmente o Large Hadron Collider, um gigante circular de 27 quilômetros no subsolo. Localizada na Suíça, o LHC é administrado pela Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, ou CERN. (Confie em nós - a sigla fazia sentido para o título original em francês.) O LHC se tornou o Grande Acelerador no campus em 2012, quando colisões de partículas no CERN revelaram evidências do elusivo bóson de Higgs. A descoberta do Higgs permitiu aos físicos confirmarem com mais confiança a existência do campo de Higgs, que nos deu algumas respostas sobre como a matéria no universo adquiriu massa.
Mas se o LHC é a Beyoncé do mundo dos aceleradores, há alguns jogadores de estúdio que também ficam felizes em trabalhar. Na verdade, existem cerca de 30, 000 outros aceleradores zumbindo ao redor do mundo, e são aqueles Joes trabalhadores que devem agradecer por todos os tipos de invenções práticas [fonte:Dotson]. Considere a fralda.
Isso mesmo, o amigo de qualquer pai atormentado é a fralda descartável. Os cientistas que queriam estudar os polímeros superabsorventes usados em descartáveis estavam tendo problemas para estudá-los úmidos, então - ta-da! - eles os colocam em microscopia de raios-X (que usa aceleração de partículas) [fonte:Clements]. Ser capaz de identificar e estudar a estrutura dessas cadeias moleculares levou-as a mexer na fórmula e manter nossas fraldas modernas tão secas quanto a própria explicação da aceleração de partículas.
Os aceleradores também encontram seu caminho em ambientes médicos, como tratamento de câncer. Aceleradores lineares (onde as partículas colidem com um alvo depois de viajar em linha reta) enviam elétrons para colidir com um alvo de metal, o que resulta em precisão, raios X de alta energia que irradiam tumores [fonte:RadiologyInfo.org]. Agora que sabemos um pouco sobre para que são usados os aceleradores, vamos falar sobre o que estamos alimentando eles.
Como dissemos antes, cientistas em uma instalação como o CERN são encarregados (ha!) de produzir as partículas eles próprios - o que parece um pouco como pedir a um contador que construa uma calculadora para preencher os impostos de um cliente. Mas os físicos de partículas são uma raça à parte; não é nenhum incômodo para eles. Tudo o que eles precisam fazer é começar com hidrogênio, tira elétrons usando um duoplasmatron, e terminar com prótons. Qualquer que seja. Não é nada demais.
E é aqui que descobrimos que a parte mais simples da aceleração de partículas - obter as partículas daninhas - ainda parece loucamente intimidante para quem não recebe um cartão de Natal de Stephen Hawking. Mas realmente não é tão assustador quanto parece. Para um, o hidrogênio é apenas um gás que alimenta a primeira etapa do acelerador de partículas - o duoplasmatron . Pode parecer algo saído do "Mystery Science Theatre 3000", mas um duoplasmatron é bastante simples. Os átomos de hidrogênio têm um elétron e um próton; dentro do duoplasmatron, os átomos de hidrogênio são despojados de seus elétrons por meio de um campo elétrico [fonte:CERN]. O que resta é um plasma de prótons, elétrons e íons moleculares que passam por mais grades de extração, de modo que resta apenas um feixe de prótons [fonte:O'Luanaigh, CERN].
O LHC não usa prótons apenas para um dia de trabalho. Os físicos do CERN também têm a divertida tarefa de colidir íons de chumbo para estudar o plasma de quark-gluon, que é apenas um pouco do que, o universo primitivo estava nadando em [fonte:CERN]. Ao esmagar íons de heavy metal (obras de ouro, também), os cientistas podem formar o plasma quark-gluon por um momento.
Mas agora você é sofisticado demais para acreditar que os íons de chumbo simplesmente aparecem magicamente em aceleradores de partículas. Então é assim que acontece:o físico do CERN encarregado de coletar íons de chumbo, na verdade, começa com chumbo sólido, chumbo-208, um isótopo específico do elemento. O chumbo sólido é aquecido até a forma de vapor - cerca de 1472 graus F (800 C) [fonte:O'Luanaigh]. O vapor de chumbo é eletrocutado por uma corrente elétrica que ioniza a amostra para criar plasma. O recém-criado íons (átomos com carga elétrica líquida que ganharam ou perderam elétrons) são então levados para um acelerador linear que lhes dá um pouco de velocidade e faz com que percam ainda mais elétrons [fonte:Yurkewicz]. Depois que eles são acumulados e acelerados mais uma vez, os íons de chumbo estão prontos para a mesma viagem que os prótons, e pode voar através do Large Hadron Collider sem se preocupar com o mundo.
Então aí está. As partículas para os grandes aceleradores de partículas não são compradas no mercado negro, mas criadas internamente.
Talvez este artigo tenha deixado você com mais uma pergunta incômoda:algo além de uma partícula pode passar por um acelerador? Ao que os cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração Fermi disseram:"Claro. Que tal um furão?"
Não ligue para a PETA ainda. Primeiramente, eles não estavam acelerando Felicia, o furão, perto da velocidade da luz. (Sim, ela tinha um nome. Vamos, não é uma fazenda.) Em vez disso, eles a estavam usando como empregada doméstica. Os furões são conhecidos por cavar e abrir caminho por espaços apertados. Felicia tinha um pano de solução de limpeza amarrado em sua coleira por cientistas, que a deixaram passar pelos canos estreitos antes de serem conectados durante a construção [fonte:Gustafson]. (Eles finalmente conseguiram um robô para limpar o acelerador.)
