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Publicado em: 31/07/2008

Aceleradores de partículas investigam os segredos da matéria

Débora Motta

Divulgação/LaCAM/UFRJ  

   

   UFRJ: destaque com acelerador do tipo Pelletron


Qual a constituição e a origem da matéria? De que forma os elementos estão unidos e como contribuem para a formação do universo? Para responder essas e outras questões, cientistas do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (IF/UFRJ) apostam em experimentos com aceleradores de partículas. Além de ser um dos poucos centros do país que tem um acelerador, a instituição conquistou papel de destaque no 
Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern, do francês Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), responsável pela criação do acelerador de partículas subatômicas mais potente do mundo – o LHC (Large Hadron Collider, ou Grande Colisor de Hádrons). A máquina está instalada num túnel de 27 km de circunferência a 100 metros da superfície, na fronteira franco-suíça, em Genebra.

Considerado o projeto mais desafiador da história da física, o Cern tem a cooperação de cerca de 10 mil profissionais de pelo menos 50 países. Além da UFRJ, têm participação importante no projeto, pelo Rio, o Instituto de Física Armando Dias Tavares da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj) e o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF). O LHC produzirá 40 milhões de colisões por segundo entre os prótons, com uma energia 10 vezes superior a qualquer outro acelerador em atividade no mundo. Os cientistas vão reproduzir em um experimento subterrâneo, previsto para começar em setembro de 2008, as condições do universo momentos após o Big Bang (a expansão inicial que teria dado origem a todo o espaço e a matéria nele contida, há 14 bilhões de anos). O experimento deve funcionar durante 10 anos. Em 21 de outubro, está prevista uma cerimônia de inauguração com a presença de autoridades de vários países.

"O objetivo do acelerador é concentrar muita energia e estudar como a gente imagina que era o universo bem próximo da sua criação, mas em escala reduzida", explica o físico da UFRJ Leandro de Paula, colaborador do Cern desde 1993. O professor trabalha no projeto Trigger, que vai controlar a aquisição de dados do detetor LHCb. "O volume de dados vai ser tão grande que será impossível armazenar tudo. Tecnicamente, só poderemos reter uma colisão para um milhão. O desafio do Trigger é filtrar através dos sinais eletrônicos quais são as colisões que podem gerar informação útil", diz Leandro de Paula.

Os detetores acoplados no acelerador de partículas serão os olhos eletrônicos dos cientistas no LHC após o início do experimento, quando ninguém poderá circular pelo túnel por medidas de segurança. Através deles, eles poderão observar o resultado das colisões das partículas provenientes dos feixes de partículas que vão viajar no LHC, a velocidades próximas à da luz. A idéia principal do experimento é entender melhor a estrutura da matéria. Pesquisadores acreditam na possibilidade de observar o bóson de Higgs, partícula que seria responsável pela geração da massa do universo e que jamais foi vista. Outra meta é entender o que é a matéria escura. "Estamos interessados em estudar com o LHCb as diferenças de comportamento entre matéria e anti-matéria para entender melhor o universo", destaca Leandro de Paula.

 Divulgação/Cern
    
 Acelerador do Cern fica em túnel de 27 Km
Criado para investigar a física subatômica em 1954, na Suíça, o Cern conta com a colaboração do Brasil nos quatro detetores do seu acelerador gigante: o Atlas, o Alice, o CMS e o LHCb. Além de participar do LHCb – que tem 400 pesquisadores de 15 países, sendo cerca de 30 brasileiros -, a UFRJ colabora com 27 pessoas no Atlas nas áreas de física, eletrônica e software. Liderada pelo professor Fernando Marroquim, a equipe do IF construiu e testou com o apoio da indústria nacional 2500 circuitos que estão instalados no detetor.

"Colaborar com o Atlas representa formar pessoal altamente qualificado e investir em mais um mercado de trabalho para nossos ex-alunos. A indústria brasileira tem a oportunidade de participar de uma área bem competitiva e o mercado de software pode ganhar novas soluções", avalia Marroquim. De acordo com o físico, o Atlas tem a forma de um cilindro com 45 metros de comprimento, mais de 25 metros de diâmetro e pesa 7000 toneladas, o equivalente ao peso da Torre Eiffel ou a 100 aviões Boeing 747 vazios.

"A importância dessa participação para o Brasil e para a UFRJ é muito grande. A princípio, será um avanço na compreensão da estrutura da matéria. Não se tem um objetivo imediato na área técnica, mas a pesquisa deve trazer conseqüências de melhorias tecnológicas. Exemplo disso é que a estrutura de 27 Km do LHC é mantida a uma temperatura muito baixa, de -273C, o que já é um fato inédito", diz Leandro de Paula, acrescentando que o LHCb recebeu um investimento de 80 milhões de francos suíços para 10 anos de construção e uma década de previsão de funcionamento.

Entre os avanços tecnológicos que já surgiram a partir do Cern está o protocolo livre da Internet (www), desenvolvido em 1993 para facilitar a troca de dados entre centenas de colaboradores do projeto em países diferentes. "Agora é provável que o experimento motive outros avanços, como uma Internet bem mais veloz e o desenvolvimento de aparelhos eletrônicos", prevê.

Apesar de todos os benefícios que o LHC pode trazer à humanidade, o medo da radiação produzida durante o experimento é uma possibilidade inconveniente. "Esse risco existe, mas a radiação no local está controlada. Só será produzida radiação no interior do túnel que contém o acelerador e os detetores enquanto o feixe estiver circulando. O acelerador de partículas é bem menos perigoso do que as usinas nucleares. O Cern é aberto uma vez por ano para a população acompanhar o experimento e ver que a radiação está controlada", ressalta Leandro de Paula, que descarta a possibilidade do experimento formar buracos negros que afetem a vida terrestre.

 Divulgação/Cern

   
    LHC será uma fábrica de mini Big Bangs
O Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro é um dos poucos no Brasil a ter um acelerador de partículas. Com exceção do Laboratório de Colisões Atômicas e Moleculares (LaCAM – UFRJ), inaugurado em 1998, apenas a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e a Universidade de São Paulo (USP) têm aceleradores de partículas de desenho moderno. "O objetivo da nossa máquina, do tipo Pelletron, é a pesquisa básica e aplicada envolvendo um grande leque de feixes de elétrons, prótons, íons atômicos ou moleculares e de agregados", explica o professor titular e diretor do IF Nelson Velho de Castro Faria.

Castro Faria foi contemplado pelo edital Cientistas do Nosso Estado da FAPERJ com o projeto Física Atômica e Molecular, Básica e Aplicada com o Acelerador de Íons do Instituto de Física da UFRJ. Simpático, o pesquisador que divide o gosto pela física com prazeres do cotidiano, como velejar e apreciar a boa gastronomia francesa, ressalta a importância do estudo com o acelerador do LaCAM: "O que fazemos é a produção de íons com essa fonte. Podemos transformar os negativos em positivos e ver como agem sobre a matéria. Fazemos física básica e aplicada", diz Castro Faria, citando como exemplo uma parceria com arqueólogos do Museu Nacional para observar, com ajuda do acelerador, a composição das tintas das cerâmicas dos tupinambás que viveram na Ilha de Paquetá (RJ).

Ao contrário do grande acelerador de partículas europeu, a aparelhagem da UFRJ tem dimensões bem menores e outra finalidade científica. "A intenção aqui é estudar a estrutura do átomo sob uma faixa de energia muito menor e sem a destruição da estrutura das partículas. Já no Cern, a idéia é investigar como são criadas as partículas a partir da reprodução de determinadas condições de concentração de energia. Lá as colisões destroem tudo para ver como se formam as coisas", explica Leandro de Paula. "A divisão dos aceleradores depende da sua utilidade", completa Castro Faria.

O estudo contribui para investigar a dinâmica das colisões em átomos e moléculas e suas aplicações em campos como a Física dos Materiais, Física da Atmosfera, Física Médica e Fragmentação de Moléculas de Interesse Biológico. Formado em 1998 pela reunião de diversos pesquisadores do Departamento de Física Nuclear, o LaCAM conta atualmente com 11 doutores em sua equipe permanente, dos quais dois são professores titulares da UFRJ. Vários pesquisadores do laboratório conquistaram a bolsa Cientistas do Nosso Estado e Cientista Jovem do Nosso Estado, ambas da FAPERJ.

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