Um anel de 27 km enterrado 100 metros sob a fronteira franco-suíça acelera partículas quase à velocidade da luz, usando uma sequência de ímãs supercondutores para controlar os feixes
Dois feixes percorrem tubos separados em sentidos opostos antes de serem direcionados para colisões registradas por detectores gigantescos
Sob campos, cidades e estradas na fronteira entre França e Suíça existe uma máquina circular de proporções extraordinárias. O Grande Colisor de Hádrons acelera partículas até velocidades extremamente próximas à da luz e provoca colisões controladas para investigar componentes fundamentais da matéria.
Como o Grande Colisor de Hádrons consegue acelerar partículas em um anel de 27 km?
O LHC, sigla de Large Hadron Collider, ocupa um túnel circular com aproximadamente 27 quilômetros de circunferência. Ele fica no subsolo da região de Genebra, atravessando a fronteira franco-suíça, com profundidade que varia ao longo do percurso e costuma ser resumida como cerca de 100 metros.
Os prótons não começam sua viagem diretamente no grande anel. Antes, passam por uma cadeia de aceleradores menores do CERN, aumentando progressivamente de energia. Quando chegam ao LHC, cavidades de radiofrequência fornecem impulsos adicionais enquanto os feixes completam sucessivas voltas.
Para que servem os milhares de ímãs espalhados pelo acelerador?
Partículas eletricamente carregadas tenderiam a seguir em linha reta, por isso campos magnéticos extremamente fortes são necessários para dobrar e controlar sua trajetória dentro do anel. O LHC possui 1.232 grandes ímãs dipolares, cada um com cerca de 15 metros, além de outros ímãs destinados a focalizar e ajustar os feixes.
- Ímãs dipolares curvam a trajetória dos feixes.
- Ímãs quadrupolares ajudam a concentrar as partículas.
- Cavidades de radiofrequência aumentam e estabilizam a energia.
- Sistemas de vácuo permitem que os feixes circulem com mínima interferência.
O vídeo da BBC News leva o espectador para dentro das instalações do CERN e do LHC, mostrando a escala do acelerador subterrâneo e seus principais componentes, o que complementa a explicação sobre a estrutura física da máquina.
Por que o Grande Colisor de Hádrons precisa de ímãs supercondutores?
Os principais eletroímãs trabalham em estado supercondutor, permitindo correntes elétricas muito elevadas e campos magnéticos intensos. Isso é decisivo para manter partículas de altíssima energia circulando dentro de um anel de apenas 27 quilômetros, em vez de exigir uma instalação muito maior.
Segundo o CERN, se ímãs convencionais fossem utilizados para alcançar desempenho equivalente, o acelerador precisaria ter aproximadamente 120 quilômetros. Os componentes supercondutores, portanto, não são apenas uma escolha de eficiência: tornam possível curvar os feixes dentro das dimensões atuais da instalação.
| Componente | Função |
|---|---|
| Dipolos | Curvam os feixes |
| Quadrupolos | Focalizam as partículas |
| Cavidades RF | Controlam a energia dos feixes |
| Detectores | Registram produtos das colisões |
Como dois feixes podem circular no mesmo túnel sem colidir o tempo inteiro?
Na realidade, eles não percorrem exatamente o mesmo tubo. O LHC possui dois tubos de feixe separados, mantidos sob vácuo, nos quais grupos de partículas viajam em sentidos opostos. Os feixes podem permanecer circulando durante horas sem se encontrarem ao longo da maior parte do anel.
Somente em pontos determinados suas trajetórias são conduzidas para o encontro. O CERN opera quatro grandes regiões de colisão associadas aos experimentos ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, cada um projetado para investigar diferentes aspectos das partículas produzidas.
O Grande Colisor de Hádrons realmente acelera partículas até a velocidade da luz?
Não exatamente. Partículas com massa, como prótons, não podem alcançar a velocidade da luz no vácuo. No LHC, elas chegam extremamente perto desse limite, de modo que a expressão “quase à velocidade da luz” é a descrição correta.
À medida que os prótons recebem mais energia, sua velocidade passa a aumentar muito pouco; grande parte da energia adicional aparece no comportamento relativístico do feixe. É justamente a enorme energia disponível quando os dois feixes se chocam que permite produzir partículas raras e estudar fenômenos impossíveis de observar diretamente em condições cotidianas.
Como os cientistas descobrem o que aconteceu depois de cada colisão?
Ao redor dos pontos de encontro existem detectores gigantescos construídos em várias camadas. Quando os feixes colidem, novas partículas e outros produtos atravessam esses instrumentos, deixando sinais que permitem medir propriedades como trajetória, energia, momento e carga elétrica.
Os computadores não observam uma “explosão” como uma câmera comum. Eles combinam uma enorme quantidade de sinais para reconstruir digitalmente os eventos. É assim que experimentos do CERN conseguem comparar colisões com previsões da física de partículas e procurar desde fenômenos conhecidos até indícios de processos ainda não explicados.
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