::: 7 TeV: LHC BATEU RECORDE DE ENERGIA! :::

UOL Ciência e Saúde (AFP/Fabrice Coffrini)

Tela do computador no CERN mostrando registros do experimento

Hoje é um dia histórico para a Física de partículas: o LHC - Large Hadron Collider, o maior acelerador de partículas de todos os tempos, funciona perfeitamente bem e bateu recorde de energia(1)!

Os cientistas do CERN - Organização Européia para Pesquisa Nuclear conseguiram acelerar prótons até a velocidade v = 0,999999964c onde c é a velocidade da luz no vácuo. Na prática, dentro do anel são acelerados dois feixes de prótons em sentidos opostos, cada qual com velocidade v, quando então são alinhados para entrar em colisão, um processo delicado que, segundo Steve Myers, diretor de aceleradores e tecnologia do CERN, "É como disparar agulhas dos dois lados do Atlântico e esperar que elas colidam de frente no meio do caminho". 

Nesta velocidade v = 0,999999964c a energia de cada próton chegou a 3500 GeV(2) (como pode ser visto abaixo na imagem que mostra a tela capturada de um dos computadores que controlam o experimento CMS).

CERN/LHC/CMS

Tela do computador mostrando o valor de energia de 3500 GeV ou 3,5 TeV

O valor 3500 GeV também pode ser escrito como 3500 x 1.109 eV ou 3,5.1012 eV. O número 1012 = 1.000.000.000.000 (o algarismo 1 seguido de 12 zeros, que equivale a um trilhão) é representado pelo prefixo T (que se lê Tera). Então podemos dizer que a energia recorde dos prótons em cada feixe atingiu hoje a marca de 3,5 TeV. E, portanto, cada colisão envolveu uma energia de 3,5 TeV + 3,5 TeV = 7,0 TeV.

:: Qual é o limite energético do LHC?

O projeto do LHC prevê que os prótons possam ser acelerados até uma velocidade v = 0,999999991c. Vamos calcular qual é a energia de cada próton nesta velocidade?

De acordo com a Teoria da Relatividade Restrita de Esintein, o fator gama (γ) de correção relativística (ou fator de Lorentz) para um próton viajando com velocidade v = 0,999999991c valerá:

Com o valor do Fator de Lorentz nas mãos podemos estimar a energia cinética EC relativística que cada próton carrega. O cálculo não é complicado e se baseia na ideia de equivalência massa-energia de Einstein resumida na famosa expressão E = m.c² que prevê que, mesmo parado, o próton tem uma energia, chamada energia de repouso E0, dada por:

 

Se estiver em movimento, como dentro do anel do LHC, cada próton terá uma energia total relativística E dada por:

Esta energia total E que corresponde à energia que o próton já tinha quando parado (energia de repouso E0) acrescida da energia de movimento (energia cinética EC), a energia "extra" que o próton tem por estar se movendo.  Em outras palavras, E = E0 + EC.

E m é a massa inercial relativística do próton já em movimento que difere da massa de repouso m0 pelo fator γ, ou seja, m = γ.m0. Pode parecer estranho, especialmente para quem tem os dois pés na Física Clássica, mas a Teoria da Relatividade Restrita de Esintein prevê que a massa inercial de um corpo depende da sua velocidade! Então: 

 

Como E = E0 + EC, então E= E - E0. Logo:

 Simplficando a expressão acima encontramos uma maneira de calcular a energia cinética relativística EC:

Lembrando que a massa de repouso do próton é m0 = 1,67.10-27 kg = 0,938 GeV/c2 =0,938.109 eV/c2 e usando o fator de Lorentz γ = 7453 que calculamos acima chegaremos em:

Temos, portanto, uma energia de praticamente 7 TeV para cada próton ou 7TeV + 7TeV = 14TeV para a colisão. Hoje o LHC demonstrou seu poder de fogo, cravou a marca recorde de 7TeV por colisão, mas ainda está na metade de sua capacidade energética máxima que é de 14TeV.

Quando chegar ao seu limite máximo, o que deve acontecer dentro de dois ou três anos, talvez seja possível "ver" migalhas da matéria nunca antes observadas, ou seja, descobrir novas partículas, como o Bóson de Higgs que foi previsto teoricamente, mas nunca detectado.

Com o LHC funcionando, estável, e resistindo bravamente aos experimentos com energia cada vez maiores, vem outra fase: aprender a usar a máquina. É preciso aprender na prática a lidar com ruídos e imperfeições intrínsecas do sistema para "separar o joio do trigo" a ponto de confiar nas medidas feitas. A brincadeira vai longe. Mas hoje podemos marcar no calendário da história da humanidade: o primeiro passo para uma nova era de novas energias foi definitivamente dado! Esperamos novidades!  

Saiba mais sobre o LHC através dos links abaixo.


(1) Eu havia publicado originalmente que o LHC havia conseguido atingir o seu limite máximo de energia. Na verdade ele bateu o recorde de energia em aceleradores de partículas mas chegou a 50% da sua capacidade energéitca. O texto foi corrigido.
(2) A unidade eV, elétron-volt, corresponde à energia que uma partícula de carga elementar e = 1,6.10-19 C adquire ao ser acelerada numa diferença de potencial de 1V e que, no Sistema Internacional (S.I.), corresponde a 1,6.10-19 J. 

Para ver


Já publicado aqui no Física na Veia! 





Um forte abraço. E Física na Veia!
prof. Dulcidio Braz Júnior (@Dulcidio)
às 14h58





::
:: Clique e recomende este post para um amigo
::


 
  [ página principal ] [ ver mensagens anteriores ]  
 
 
 



Dulcidio Braz Jr
Físico/Professor, 49 anos

São João da Boa Vista
São Paulo/Brasil
  visitante(s) on line agora
Física na Veia!, um Blog Legal do UOL!
Clique e assine

Busca aqui no Física na Veia!
 
 

Clique para conhecer meu livro de Física Moderna
Sobre Física, você diria que:
Adora
Gosta, mas tem muita dificuldade em aprender
Não gosta, mas reconhece que é importante
Não gosta e acha bobagem
Odeia
Votar Ver resultado parcial





  ESPECIAIS TEMÁTICOS








Clique aqui e dê sua nota para o Física na Veia

Clique aqui e indique o Física na Veia para os amigos!





Add to Technorati Favorites