[Física] Grande Colisor de Hádrons (LHC)

Grande Colisor de Hádrons (ou LHC, de Large Hadron Collider) é um acelerador de partículas localizado no Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear (CERN), fundado em 1954. Foi ligado no dia 10 setembro de 2008, porém apresentou problemas e está em manutenção. Quando for ligado novamente superará o acelerador Tevatron e se tornará o acelerador de mais alta energia. Ele possui um túnel de 2€7 km de extensão para ser usado no Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons (LEP). Ao invés de colidir pósitrons (anti-elétrons) e elétrons, a colisão será entre prótons e prótons (P+P), íons com íons (chumbo com chumbo, por exemplo) e também de prótons com íons (P-A). A energia total de colisão entre dois prótons será de 14 TeV, ou seja 7 Tev para cada próton, dos quais apenas 2 TeV serão a energia liberada. Com esta energia, espera-se observar traços do Bóson de Higgs, se esta efetivamente existir.


Funcionamento

Nos colisores as partículas são aceleradas dentro de um campo eletromagnético até atingirem altos níveis energéticos, e depois são colididas com outras partículas de matéria. Quando os feixes de partículas vão viajando dentro do anel de colisão, elas são aceleradas pelos campos elétricos, sendo assim, os campos elétricos são proporcionais a energia das partículas (quanto maior o campo elétrico maior será a energia da partícula). Essas partículas absorvem parte da energia da onda de rádio à medida que circulam nas cavidades de colisão. Para que os feixes de partículas passem pelas câmaras à vácuo várias vezes, elas precisam ser circulares. Para se obter uma enorme quantidade de energia é preciso bombardear dois feixes de partículas um dentro do outro, pois as partículas se aniquilam, liberando uma energia tão alta que pode ser convertida em partículas pesadas. As colisões dos feixes de partículas vão ocorrer em uma escala jamais vista e isso resultará em uma quantidade imensa de dados, cerca de 15 Petabytes de dados anualmente.


Características

O LHC possui um túnel a pelo menos 50 metros a baixo da terra onde os prótons serão acelerados. O anel de colisão tem cerca de 27 km de circunferência. Amplificadores serão usados para fornecer ondas de rádio que são projetadas dentro de estruturas repercussivas conhecidas como cavidades de freqüência de rádio. 1.232 ímãs bipolares supercondutores de 35 toneladas e 15 metros de comprimento agirão sobre as transferências de energias dentro do LHC. São 6 detectores de partículas, que monitoram os resultados das colisões, têm mais ou menos o tamanho de prédios de cinco andares. Os detectores são: CMS (Solenóide de Múon Compacto). Sua principal finalidade é a busca do bóson de Higgs e outros fenômenos. O LHCb (Large Hadron Collider beauty) tem propósito de obter medidas precisas dos decaimentos dos mésons B, seus resultados poderão responder o porquê prevaleceu a matéria à anti-matéria no universo. ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) observará fenômenos que envolvem grandes e massivas partículas que não foram observadas com anteriormente em aceleradores com menor nível de energia. O ALICE (A Large Ion Collider Experiment) irá colidir prótons a prótons e também íons de chumbo (Pb), gerando uma grande densidade de energia e altas temperaturas que irão produzir o plasma quark-gluon. O TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation) compartilha a intersecção com o ponto IP5 Compact Muon Solenóide (CSM). O TOEM visa a medição total da seção transversal, espalhamento elástico e processos deflectivos.O LHCf (Large Hadron Collider forward) destina-se a medir a energia e os números dos pions neutros (π0) produzidos pelo colisor. Com isso espera-se ajudar a explicar a origem dos raios cósmicos de ultra alta energia. Estima-se que o LHC custou cerca de R$ 8.2 bilhões.


Objetivos

Um dos principais objetivos do LHC é tentar explicar a origem da massa das partículas elementares por meio da descoberta do bóson de Higgs que deve existir pela teoria de campos de higgs. Procura-se também a existência da supersimetria. Experiências investigam fraqueza da gravidade. As experiências por meio do LHC devem permitir descobrir várias partículas dotadas de todas as cargas de energia e exercendo as mesmas interações que as partículas do Modelo Padrão que nós já conhecemos. No ALICE e no ATLAS será estudado, a partir da colisão de íons de chumbo a íons de chumbo (colisão Pb+Pb), o plasma quark-glúon. Este plasma é uma fase da cromodinâmica quântica composta por quarks e glúons (quase) livres. Acredita-se que ele tenha existido durante os primeiros 20 a 30 microssegundo após o big bang. O plasma quark-glúon pode ser criado aquecendo a matéria até a temperatura de 175 MeV. Os projetos envolvem aproximadamente 2 mil físicos de 35 países.


Críticas e riscos

Alguns cientistas acreditam que este equipamento pode provocar uma catástrofe de dimensões cósmicas, como um buraco negro que acabaria por destruir a Terra. Para tanto, corre um processo num tribunal do Havaí tentando impedir a experiência, até que haja uma total comprovação de que não haja riscos. Outros acusam o CERN de não ter realizado os estudos de impacto ambiental necessários. No entanto, apesar das alegações de uma suposta criação de um buraco negro, o que de fato poderia ocorrer seria a formação de strange quarks, possibilitando uma reação em cadeia e gerando a matéria estranha; esta possui a característica de converter a matéria ordinária em matéria estranha, logo gerando uma reação em cadeia na qual todo o planeta seria transformado em uma espécie de matéria estranha.
Apesar das alegações "catastróficas", físicos teóricos de notável reputação como Stephen Hawking e Lisa Randall afirmam que tais teorias são meramente absurdas, e que as experiências foram meticulosamente estudadas e revisadas e estão sob controle.
Entretanto, se um buraco negro fosse produzido dentro do LHC, ele teria um tamanho milhões de vezes menor que um grão de areia, e não viveria mais de 10−27 segundos (ou 0,0000000000000000000000000001 segundo), pois por ser um buraco negro, emitiria radiação e se extinguiria.
Mas, supondo que mesmo assim ele continuasse estável, continuaria sendo inofensivo. Esse buraco negro teria sido criado à velocidade da luz (300 mil km por segundo) e continuaria a passear neste ritmo se não desaparecesse. Em menos de 1 segundo ele atravessaria as paredes do LHC e se afastaria em direção ao espaço. A única maneira de ele permanecer na Terra é se sua velocidade for diminuída a 15 km por segundo. E, supondo que isto ocorresse, ele iria para o centro da Terra, devido à gravidade, mas continuaria não sendo ameaçador. Para representar perigo, seria preciso que ele adquirisse massa, mas com o tamanho de um próton, ele passaria pela Terra sem colidir com outra partícula (não parece, mas o mundo ultramicroscópico é quase todo formado por vazio), e ele só encontraria um próton para somar à sua massa a cada 30 minutos a 200 horas. Para chegar a ter 1 miligrama, seria preciso mais tempo do que a idade atual do universo.
O cientista do MIT, Ph.D em Astrofísica pela Universidade de Bolonha, o brasileiro Gabriel Moraes Ernst, considera a teoria concernente com as principais vertentes de análise, ao considerar a aplicabilidade da transferência de pósitrons com base na massa do buraco negro gerado.



Fontes:
http://www.actaphysica.com/wiki/LHC
http://pt.wikipedia.org/wiki/LHC