Question

como funciona o LHC?

Answer 1

O Large Hadron Colider (LHC), ou Grande Colisor de Hádrons, é o maior equipamento desse tipo já construído até hoje. Localizado na fronteira entre a Suíça e a França, o LHC tem quase 27 km de circunferência.

Seu objetivo, como o próprio nome sugere, é acelerar partículas a velocidades próximas à da luz e fazer com que colidam entre si. Normalmente, as partículas aceleradas são prótons, obtidos a partir da remoção dos elétrons de átomos de hidrogênio. O LHC possui dois tubos, nos quais os prótons circulam em sentidos contrários. Em quatro regiões ao longo da estrutura, onde estão localizados os detectores de partículas (veja abaixo), os tubos se encontram e os prótons colidem entre si.

Quando isso acontece, inúmeras novas partículas são formadas e observadas pelos detectores, como elétrons, múons, quarks, partículas W e Z e fótons, entre outras. Entretanto, a maior parte delas, por serem instáveis, sobrevive apenas por pequenas frações de segundo antes de sofrer processos como decaimentos, para se transformarem em partículas estáveis.

Para que haja o mínimo de interferência possível, os tubos por onde os prótons circulam precisam estar livres de outras partículas, necessitando obter um ambiente próximo ao vácuo absoluto. A pressão no LHC é de cerca de 10-10 mbar, ou 10-13 atmosferas – um vácuo parecido ao da superfície da Lua. Além disso, a temperatura nos tubos também é extrema, chegando a 1,9 K, ou -271,3 oC. No espaço, a temperatura é de 2,7 K, ou -270,5 oC. Essas temperaturas tão baixas permitem ao acelerador de partículas explorar as propriedades da supercondutividade de alguns materiais, que faz com que os efeitos eletromagnéticos (aceleração nos campos elétricos e curvatura nos campos magnéticos) requeiram uma quantidade de energia muito menor devido ao fato da corrente elétrica ser conduzida sem resistência nem perdas.

Para fazer as partículas circularem nos tubos há mais de 9500 poderosos imãs. A energia final de cada próton chega a 6,5 TeV, fazendo com que a energia da colisão atinja a 13 TeV. Sua velocidade é superior a 99,9999% da velocidade da luz, fazendo com que cada partícula dê mais de 11 mil voltas no LHC por segundo. Quando os feixes de prótons se encontram, há mais de 1 bilhão de colisões por segundo.

Há quatro pontos ao longo do LHC onde os tubos com feixes de partículas circulando em sentidos contrários se encontram e levam às colisões. Esses são os locais onde os quatro detectores estão localizados: CMS (Compact Muon Solenoid), ATLAS, ALICE (A Large Ion Collider Experiment) e LHCb (Large Hadron Collider beauty).