{"id":856,"date":"2025-06-09T12:08:18","date_gmt":"2025-06-09T12:08:18","guid":{"rendered":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/?page_id=856"},"modified":"2025-06-17T15:11:02","modified_gmt":"2025-06-17T15:11:02","slug":"aceleradores","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/aceleradores\/","title":{"rendered":"Aceleradores de Part\u00edculas"},"content":{"rendered":"

O Super Microsc\u00f3pio<\/b><\/span><\/p>\n

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Videoplasty.com<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          O desenvolvimento de ferramentas para observar o mundo \u00e9 uma das caracter\u00edsticas que nos definem como humanos. Na busca por explorar o microcosmo, o microsc\u00f3pio foi desenvolvido, possibilitando a descoberta de microrganismos. Contudo, a humanidade n\u00e3o se contentou em explorar apenas os microrganismos, buscando ir mais a fundo, ao ponto de poder observar as mol\u00e9culas, os \u00e1tomos e as part\u00edculas subat\u00f4micas, ou seja, compreender do que as coisas s\u00e3o feitas e como essas estruturas min\u00fasculas funcionam. O “super microsc\u00f3pio” que utilizamos atualmente para observar esses constituintes b\u00e1sicos da mat\u00e9ria s\u00e3o os aceleradores de part\u00edculas.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

       Os aceleradores de part\u00edculas t\u00eam como princ\u00edpio acelerar feixes de part\u00edculas carregadas. Esses feixes s\u00e3o usados em experimentos de F\u00edsica de altas energias para o estudo do n\u00facleo at\u00f4mico e das intera\u00e7\u00f5es entre part\u00edculas elementares, ou como fonte de radia\u00e7\u00e3o s\u00edncrotron. Atrav\u00e9s dos aceleradores de part\u00edculas, podemos “enxergar” e estudar as menores part\u00edculas, alcan\u00e7ando as estruturas mais fundamentais da mat\u00e9ria.<\/span> No entanto, esse processo exige uma grande quantidade de energia. Por essa raz\u00e3o, a busca por energias cada vez maiores \u00e9 constante.<\/span><\/p>\n

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Vista do setor do t\u00fanel do LHC 3-4.<\/p>\n

Maximilien Brice, CERN<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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T\u00fanel do colisor no CERN.<\/p>\n

Justin Pickard<\/a>, CC BY-SA 2.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

A era dos Aceleradores!<\/b><\/span><\/p>\n

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Acelerador Cockcroft-Walton de 750 keV na KEK (The High-Energy Accelerator Research Organization) em Tsukuba, Jap\u00e3o.<\/p>\n

Kestrel<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          Os primeiros aceleradores, constru\u00eddos por volta de 1929 por Van der Graaf, Cockroft e Walton, eram aceleradores eletrost\u00e1ticos<\/span><\/strong>, que usavam o campo el\u00e9trico para aumentar a velocidade de uma part\u00edcula carregada. Em 1932, esse tipo de acelerador foi usado para acelerar pr\u00f3tons em dire\u00e7\u00e3o a um alvo de l\u00edtio, e isso mostrou que os pr\u00f3tons desintegravam o n\u00facleo de l\u00edtio em duas part\u00edculas alfa, o que fez com que Cockroft e Walton ganhassem o Nobel de F\u00edsica em 1951 por seu trabalho na transmuta\u00e7\u00e3o de n\u00facleos por part\u00edculas at\u00f4micas artificialmente aceleradas.<\/span><\/p>\n

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E come\u00e7am os Problemas… E Solu\u00e7\u00f5es!<\/b><\/span><\/p>\n

1\u00ba Problema:<\/b><\/span> Em meio aos avan\u00e7os no estudo da F\u00edsica de part\u00edculas, surgiu um obst\u00e1culo na constru\u00e7\u00e3o desses aceleradores de part\u00edculas eletrost\u00e1ticos: <\/span>era muito perigoso e invi\u00e1vel operar com as alt\u00edssimas voltagens<\/span> necess\u00e1rias para os experimentos.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Solu\u00e7\u00e3o:<\/b><\/span> Ent\u00e3o, o f\u00edsico Ernest Orlando Lawrence idealizou um acelerador que, ao inv\u00e9s de acelerar part\u00edculas em uma se\u00e7\u00e3o reta, as <\/span>aceleraria em uma se\u00e7\u00e3o circular (\u00f3rbitas espirais)<\/span>, para que pudessem ser aceleradas v\u00e1rias vezes com pequenas voltagens.<\/span> Esse acelerador ficou conhecido como <\/span>C\u00edclotron<\/span><\/strong>.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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A fotografia mostra o c\u00edclotron de 60 polegadas no Laborat\u00f3rio de Radia\u00e7\u00e3o Lawrence da Universidade da Calif\u00f3rnia, Berkeley, em agosto de 1939. A estrutura de metal \u00e0 esquerda \u00e9 o enorme eletro\u00edm\u00e3 da m\u00e1quina.<\/p>\n

Department of Energy. Office of Public Affairs<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

2\u00ba Problema: <\/b><\/span>Com a evolu\u00e7\u00e3o do c\u00edclotron, era poss\u00edvel acelerar part\u00edculas cada vez mais, por\u00e9m, para velocidades acima de 10% da velocidade da luz, <\/span>os efeitos relativ\u00edsticos se tornam relevantes<\/span>.<\/span> Como consequ\u00eancia dos efeitos relativ\u00edsticos, ocorre uma diminui\u00e7\u00e3o do sincronismo entre o alternador e o movimento da part\u00edcula, que se agrava a cada volta, levando a energia a um valor constante.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Solu\u00e7\u00e3o:<\/span><\/strong> Ent\u00e3o, um dispositivo foi criado para solucionar o problema da barreira de energia do c\u00edclotron, levando em considera\u00e7\u00e3o a mudan\u00e7a relativ\u00edstica. Esse dispositivo \u00e9 o <\/span>Sincroc\u00edclotron<\/span><\/strong>. Com o sincroc\u00edclotron, o c\u00edclotron se tornou muito mais poderoso, conseguindo produzir feixes de part\u00edculas alfa com energia de 390 MeV (sincroc\u00edclotron de Berkeley, 1946).<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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O n\u00facleo magn\u00e9tico massivo do Synchrocyclotron do Space Radiation Effects Laboratory no Langley Research Center da NASA. O conjunto de 3000 toneladas (6 milh\u00f5es de libras), 36′ x 21′ x 19,5′ de a\u00e7o forjado serve como o cora\u00e7\u00e3o do acelerador de pr\u00f3tons de alta energia de 600 milh\u00f5es de el\u00e9tron-volt.<\/p>\n

NASA<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

3\u00ba Problema: <\/b><\/span>Assim como no c\u00edclotron, o sincroc\u00edclotron precisava estar todo imerso em uma regi\u00e3o de campo magn\u00e9tico<\/span>, ent\u00e3o, apesar de n\u00e3o haver limites para o aumento da energia obtida pelo sincroc\u00edclotron, existiam <\/span>muitas dificuldades tecnol\u00f3gicas e financeiras para se produzir enormes \u00edm\u00e3s<\/span>, pois, com o aumento da energia da part\u00edcula carregada, o raio de sua \u00f3rbita aumenta, logo, necessitamos de um \u00edm\u00e3 cada vez maior.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Solu\u00e7\u00e3o: <\/b><\/span>Surge ent\u00e3o uma ideia diferente e ousada em 1945, que propunha <\/span>acelerar as part\u00edculas em um raio orbital fixo<\/span>.<\/span> Para fazer isso, era necess\u00e1rio variar o campo magn\u00e9tico conforme as part\u00edculas aceleram, fazendo assim com que a necessidade de um \u00edm\u00e3 cada vez maior fosse dispensada. Esse dispositivo ficou conhecido como <\/span>S\u00edncrotron<\/span><\/strong>.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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Vis\u00e3o geral do Cosmotron mostrando os ajustes finais para instala\u00e7\u00e3o da bobina principal.<\/p>\n

ENERGY.GOV<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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Setembro de 1996. ESTRUTURA DE BLINDAGEM DE TELHADO E TRAN\u00c7A DE EDIF\u00cdCIO BEVATRON – Laborat\u00f3rio de Radia\u00e7\u00e3o da Universidade da Calif\u00f3rnia, Bevatron, 1 Cyclotron Road, Berkeley, Condado de Alameda, CA.<\/p>\n

See page for author<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

          Portanto, resolvidos os problemas de sincronia da part\u00edcula e da exig\u00eancia de \u00edm\u00e3s de tamanho e custos gigantescos, os s\u00edncrotrons s\u00e3o os aceleradores padr\u00e3o atuais para a F\u00edsica de part\u00edculas. O primeiro s\u00edncrotron foi o Cosmotron (Brookhaven, Nova York, 1952), sendo o primeiro a ultrapassar o limite de MeV, chegando a uma energia de 3 GeV. Em 1954, foi constru\u00eddo o Bevatron (Berkeley), operando com o dobro da energia do Cosmotron. Em 1960, o AGS (Alternating Gradient Synchrotron) substituiu o Cosmotron em Brookhaven, e este acelerava pr\u00f3tons a energias de 33 GeV. <\/span><\/span><\/p>\n

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S\u00edncrotron de gradiente alternado no Laborat\u00f3rio Nacional de Brookhaven. O tubo que se estende pelo corredor (\u00e0 esquerda) \u00e9 o tubo de sa\u00edda para um \u00edm\u00e3 analisador que curva o feixe de pr\u00f3tons em 25 graus para determinar a dispers\u00e3o de energia dos pr\u00f3tons. Em primeiro plano, h\u00e1 uma caixa de visualiza\u00e7\u00e3o com tampas de Lucite sobre os mecanismos de acionamento. c. 1961.<\/p>\n

ENERGY.GOV<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

Fermilab<\/b><\/span><\/h2>\n
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O local do Fermilab de 6.800 acres abriga uma cadeia de aceleradores de part\u00edculas que fornecem feixes de part\u00edculas para v\u00e1rios experimentos e programas de P&D. Esta anima\u00e7\u00e3o de 2 minutos explica como a fonte de pr\u00f3tons fornece as part\u00edculas que s\u00e3o aceleradas e viajam pelo complexo do acelerador a uma velocidade pr\u00f3xima \u00e0 da luz. Os cientistas usam esses feixes para gerar pr\u00f3tons, n\u00eautrons, m\u00faons, p\u00edons e neutrinos para v\u00e1rias \u00e1reas de pesquisa no local do Fermilab. Mais de 4.000 cientistas de mais de 50 pa\u00edses usam o Fermilab e seus aceleradores de part\u00edculas, detectores e computadores para suas pesquisas.<\/p>\n

Fermilab, Reidar Hahn<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          Por muitos anos, o AGS foi destaque para a pesquisa em F\u00edsica em altas energias, mas a disputa por altas energias era acirrada. Ent\u00e3o, os EUA come\u00e7aram a pensar no sucessor do AGS, para continuar acelerando part\u00edculas com energias ainda maiores. Em 1 de mar\u00e7o de 1972, funcion\u00e1rios do Laborat\u00f3rio Nacional de Aceleradores, o qual recebeu o nome, em 1974, Fermi National Accelerator Laboratory, ou somente Fermilab, em homenagem ao f\u00edsico Enrico Fermi, abriram as portas para uma nova era de compreens\u00e3o do mundo em que vivemos, quando o acelerador conhecido como Main Ring (Anel Principal), com um raio de 1 km, acelerou um feixe de pr\u00f3tons de hidrog\u00eanio para a energia projetada de 200 Gev.<\/span> O Anel Principal acelerou pr\u00f3tons a energias de 500 GeV a partir de 1976, mais que o dobro do programado inicialmente. Bons resultados produzidos pelo Anel Principal e a competitividade por altas energias, levaram \u00e0 constru\u00e7\u00e3o de um dos maiores e mais inovadores aceleradores de part\u00edculas at\u00e9 aquele momento, o Tevatron.<\/span><\/span><\/p>\n

          O Tevatron foi o primeiro colisor de pr\u00f3tons com antipr\u00f3tons que rompeu a barreira de energia de 1000 GeV ou 1 TeV.<\/span> Em 1987, entrou em atividade e tornou-se o acelerador de maior energia no mundo por quase 25 anos, chegando a energias de cerca de 2 TeV. CDF e Dzero s\u00e3o os dois detectores que os f\u00edsicos usaram no t\u00fanel de Tevatron para observar colis\u00f5es entre pr\u00f3tons e antipr\u00f3tons. Cada detector possu\u00eda v\u00e1rios subsistemas de detec\u00e7\u00e3o que reconheciam os diversos tipos de part\u00edculas que surgiam de colis\u00f5es pr\u00f3ximas \u00e0 velocidade da luz. Em 1995, f\u00edsicos de ambos os experimentos observaram os primeiros quarks top produzidos pelos aceleradores. O programa de pesquisa Tevatron levou a in\u00fameras conquistas em tecnologia de detec\u00e7\u00e3o, acelera\u00e7\u00e3o e computa\u00e7\u00e3o. Ap\u00f3s uma extensa e saud\u00e1vel trajet\u00f3ria de busca por altas energias, a disputa entre o Fermilab e o CERN encerrou-se em 30 de setembro de 2011, quando o Tevatron foi oficialmente desligado.<\/span><\/span><\/p>\n

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          Atualmente, o Fermilab est\u00e1 envolvido no experimento internacional para desvendar os mist\u00e9rios dos neutrinos, o DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), que ainda est\u00e1 em constru\u00e7\u00e3o. O DUNE \u00e9 considerado o experimento mais ambicioso da hist\u00f3ria das pesquisas sobre neutrinos<\/span> e buscar\u00e1 tr\u00eas grandes objetivos cient\u00edficos: descobrir se os neutrinos podem ser a raz\u00e3o pela qual o universo \u00e9 feito de mat\u00e9ria; procurar por fen\u00f4menos subat\u00f4micos que possam ajudar a realizar o sonho de Einstein de unifica\u00e7\u00e3o das for\u00e7as; e observar os neutrinos emergindo de uma estrela em explos\u00e3o, talvez testemunhando o nascimento de uma estrela de n\u00eautrons ou de um buraco negro.<\/span><\/p>\n

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Aceleradores no Brasil<\/b><\/span><\/h2>\n
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Torre do acelerador de feixes de part\u00edculas Pelletron, parte do Laborat\u00f3rio Aberto de F\u00edsica Nuclear do Instituto de F\u00edsica da Universidade de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

Erich Leistenschneider<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

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          O primeiro acelerador de part\u00edculas no Brasil foi o Betatron, um acelerador de el\u00e9trons constru\u00eddo pelo professor Marcello Damy na Universidade de S\u00e3o Paulo (USP) em 1950. Na mesma \u00e9poca, foi constru\u00eddo um acelerador eletrost\u00e1tico do tipo Van de Graaff pelo professor Oscar Sala, tamb\u00e9m na USP. Tanto o professor Marcello Damy quanto o professor Oscar Sala foram disc\u00edpulos do f\u00edsico experimental russo naturalizado italiano Gleb Wataghin, que foi o f\u00edsico respons\u00e1vel por desenvolver a F\u00edsica no Brasil. Posteriormente, o acelerador Van de Graaff foi substitu\u00eddo pelo Pelletron, uma evolu\u00e7\u00e3o do acelerador Van de Graaff, que come\u00e7ou a operar em 1972. No final dos anos 1960, iniciou-se a constru\u00e7\u00e3o do Acelerador Linear da USP, que operou at\u00e9 1993, produzindo feixes de el\u00e9trons da ordem de 70 MeV.<\/span><\/p>\n

          Atualmente, o Brasil possui o Sirius, um s\u00edncrotron de 4\u00aa gera\u00e7\u00e3o, localizado em Campinas (SP) e desenvolvido pelo CNPEM<\/span> (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais). O Sirius \u00e9 a nova fonte de luz s\u00edncrotron brasileira, e tamb\u00e9m a maior e mais complexa infraestrutura cient\u00edfica j\u00e1 constru\u00edda no pa\u00eds. A luz s\u00edncrotron \u00e9 um tipo de radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica de alto fluxo e brilho que permite a realiza\u00e7\u00e3o de experimentos mais r\u00e1pidos, com uma investiga\u00e7\u00e3o detalhada de materiais. Essa luz \u00e9 gerada quando aceleramos el\u00e9trons pr\u00f3ximos \u00e0 velocidade da luz e desviamos seu caminho por campos magn\u00e9ticos. Por ter um vasto espectro, que vai da luz infravermelha aos raios X, possui grande versatilidade para realizar diversas an\u00e1lises e experimentos. O Sirius \u00e9 um dos mais modernos aceleradores de el\u00e9trons do mundo, proporcionando o que h\u00e1 de mais moderno em an\u00e1lise de materiais e colocando o Brasil como refer\u00eancia nessa \u00e1rea.<\/span><\/span><\/p>\n

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04.07.2024 – Presidente da Rep\u00fablica, Luiz In\u00e1cio Lula da Silva, durante Visita \u00e0s linhas de luz do Sirius no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas – SP.\u2028\u2028
Foto: Ricardo Stuckert \/ PR.<\/p>\n

Lula Oficial<\/a>, CC BY-SA 2.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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14\/11\/2018. Campinas-SP. Ministro da Ci\u00eancia, Tecnologia, Inova\u00e7\u00f5es e Comunica\u00e7\u00f5es, Gilberto Kassab, participa da inaugura\u00e7\u00e3o do acelerador de part\u00edculas Sirius.<\/p>\n

Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia, Inova\u00e7\u00f5es e Comunica\u00e7\u00f5es<\/a>, CC BY 2.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Links interessantes sobre Aceleradores de Part\u00edculas<\/strong><\/em><\/span><\/h2>\n

Conte\u00fados em portugu\u00eas<\/span><\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

V\u00eddeos<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n