{"id":858,"date":"2025-06-09T12:08:30","date_gmt":"2025-06-09T12:08:30","guid":{"rendered":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/?page_id=858"},"modified":"2025-06-10T14:50:12","modified_gmt":"2025-06-10T14:50:12","slug":"lhc","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/lhc\/","title":{"rendered":"O Grande Colisor de H\u00e1drons (LHC)"},"content":{"rendered":"

Como surgiu o maior laborat\u00f3rio de F\u00edsica de Part\u00edculas do mundo…<\/b><\/span><\/h2>\n
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Parte de um tubo de um acelerador do CERN com o logotipo do CERN.<\/p>\n

flickr.com xlibber<\/a>, CC BY 2.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

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       Ap\u00f3s a Segunda Guerra Mundial, a ci\u00eancia e a economia da Europa encontravam-se em uma situa\u00e7\u00e3o cr\u00edtica, o que ocasionou a partida de alguns cientistas para os Estados Unidos. Para reverter esse cen\u00e1rio, surgiu a ideia da constru\u00e7\u00e3o de um laborat\u00f3rio de F\u00edsica de altas energias. Com a ajuda da UNESCO, em 1952, foi criado um conselho provis\u00f3rio denominado “Conseil Europ\u00e9en pour la Recherche Nucl\u00e9aire” (Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear), de onde surgiu a sigla CERN, que foi mantida at\u00e9 hoje. Em 1954, com 12 Estados-Membros fundadores, nasceu oficialmente o CERN, como Organiza\u00e7\u00e3o Europeia para Pesquisa Nuclear.<\/span><\/span><\/p>\n

          O CERN possu\u00eda duas metas principais: uma de longo prazo: a constru\u00e7\u00e3o de um S\u00edncrotron de pr\u00f3tons (PS) para assumir a lideran\u00e7a em altas energias; e uma de curto prazo: a constru\u00e7\u00e3o de um Sincroc\u00edclotron (SC), menos poderoso, para iniciar rapidamente a pesquisa em f\u00edsica de part\u00edculas e fornecer experi\u00eancia na constru\u00e7\u00e3o de um acelerador por uma colabora\u00e7\u00e3o europeia.<\/span><\/p>\n

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Os primeiros: Sincroc\u00edclotron (SC) e S\u00edncrotron de Pr\u00f3tons (PS)<\/b><\/span><\/p>\n

          Em 1957, o primeiro feixe foi obtido pelo Sincroc\u00edclotron (SC)<\/span><\/strong>, onde pr\u00f3tons foram acelerados com energia m\u00e1xima de 600 MeV. Sendo o pioneiro do CERN, o SC teve um papel fundamental na realiza\u00e7\u00e3o dos primeiros experimentos e \u00e9 o acelerador que deu in\u00edcio a uma s\u00e9rie formid\u00e1vel de aceleradores e colisores constru\u00eddos no CERN.<\/span> Em 1959, o S\u00edncrotron de Pr\u00f3tons (PS)<\/span><\/strong> acelerou pr\u00f3tons, atingindo uma energia de 24 GeV, batendo o recorde do acelerador mais potente do mundo na \u00e9poca. No entanto, como vimos antes, esse recorde foi quebrado pelo AGS de Brookhaven em 1960. Posteriormente, o PS passou a ser utilizado como fornecedor de part\u00edculas para as novas m\u00e1quinas que surgiriam, sofrendo modifica\u00e7\u00f5es e aumentando a intensidade de seu feixe de pr\u00f3tons em mil vezes.<\/span> Com suas duas primeiras metas cumpridas, o CERN partiu para o pr\u00f3ximo passo, surgindo duas novas propostas: a constru\u00e7\u00e3o de mais um PS, baseado no anterior, mas com energia de 300 GeV, nomeado Super Pr\u00f3ton S\u00edncrotron (SPS)<\/span><\/strong>; e a constru\u00e7\u00e3o do primeiro acelerador do tipo colisor, que seria uma m\u00e1quina revolucion\u00e1ria e que causaria uma mudan\u00e7a total no desenvolvimento dos futuros aceleradores de part\u00edculas.<\/span><\/p>\n

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O Sincroc\u00edclotron de 600 MeV no CERN, vista frontal.<\/p>\n

Geek3<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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Vista a\u00e9rea do S\u00edncrotron de Pr\u00f3tons de 28 GeV. O anel subterr\u00e2neo do s\u00edncrotron de pr\u00f3tons de 28 GeV em 1965. \u00c0 esquerda, os sal\u00f5es experimentais Sul e Norte. No canto superior direito, parte do sal\u00e3o Leste. No canto inferior direito, a sala do gerador principal e os condensadores de resfriamento.<\/p>\n

CERN<\/a>, CC BY 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

O revolucion\u00e1rio e o grande: ISR e o Super Pr\u00f3ton S\u00edncrotron (SPS)<\/b><\/span><\/p>\n

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An\u00e9is de armazenamento de intersec\u00e7\u00e3o (ISR).<\/p>\n

Udpmprasanna<\/a>, CC BY 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          At\u00e9 aquele momento, os experimentos realizados nos aceleradores de part\u00edculas consistiam em um feixe de part\u00edculas aceleradas direcionadas para um alvo parado, e se examinavam os efeitos das colis\u00f5es. Por\u00e9m, notou-se que seria poss\u00edvel obter energias muito mais altas se os feixes de part\u00edculas pudessem colidir de frente, um com o outro. Ent\u00e3o, utilizando o conceito de ISR (An\u00e9is de Armazenamento de Intersec\u00e7\u00e3o)<\/strong>, que consiste em acelerar dois feixes de part\u00edculas em dire\u00e7\u00f5es opostas, em an\u00e9is circulares, fazendo com que colidam nas intersec\u00e7\u00f5es desses an\u00e9is. O interesse do CERN no ISR consistia em colidir pr\u00f3tons a uma energia de 28 GeV cada, tendo 56 GeV de energia dispon\u00edvel para os resultados da colis\u00e3o. Em um acelerador de alvo fixo, seria necess\u00e1ria uma m\u00e1quina de energia 1700 GeV para conseguir o mesmo resultado. O ISR consiste em dois an\u00e9is conc\u00eantricos de \u00edm\u00e3s com 300 m de di\u00e2metro, onde os pr\u00f3tons viajam em dire\u00e7\u00f5es opostas.<\/span><\/strong> Como o ISR precisava de uma grande \u00e1rea de terra para sua constru\u00e7\u00e3o, o governo franc\u00eas cedeu uma \u00e1rea ao lado do laborat\u00f3rio do CERN para a constru\u00e7\u00e3o do ISR, visto que a \u00e1rea cedida pela Su\u00ed\u00e7a n\u00e3o era suficiente. Assim, o CERN se tornou a primeira organiza\u00e7\u00e3o internacional que cruzou uma fronteira fisicamente. Ent\u00e3o, em 1971, usando o ISR, o CERN fez pela primeira vez dois feixes de pr\u00f3tons colidirem. Esse tipo de configura\u00e7\u00e3o ficou conhecido como an\u00e9is de colis\u00e3o ou colisores. Devido aos resultados promissores, o ISR mostrou uma nova dire\u00e7\u00e3o para os pr\u00f3ximos projetos. Com as experi\u00eancias obtidas com o ISR, futuramente, elas foram aperfei\u00e7oadas e utilizadas nas futuras m\u00e1quinas do CERN.<\/span><\/span><\/p>\n

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O experimento UA2 no CERN SPS Collider em 1982, mostrando o calor\u00edmetro central e as duas tampas de extremidade na posi\u00e7\u00e3o aberta.<\/p>\n

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

          O Super Pr\u00f3tons S\u00edncrotron (SPS) era o projeto que ficaria na fronteira de altas energias, no lugar do PS, e era para ser constru\u00eddo junto com o ISR, mas devido \u00e0 complexidade e diverg\u00eancias entre os Estados-Membros do CERN, sua constru\u00e7\u00e3o foi adiada. Com a ideia de fazer uso do PS como injetor do SPS, o SPS, com um anel de 7 km de circunfer\u00eancia, come\u00e7ou a operar em 1976 com uma energia de 400 GeV. No entanto, devido ao longo tempo que o projeto levou para ser aprovado, o SPS j\u00e1 n\u00e3o era o maior acelerador de energia do mundo, perdendo para o Main Ring (finalizado em 1976) do Fermilab (EUA), que operava com energia de 500 GeV. Utilizando a experi\u00eancia com o ISR, em 1976, o f\u00edsico italiano Carlo Rubbia e seus colaboradores surgiram com a ideia de aumentar a energia do SPS, sem precisar mexer em seu tamanho, sendo necess\u00e1rias apenas modifica\u00e7\u00f5es na m\u00e1quina. A ideia consistia em colidir pr\u00f3tons e antipr\u00f3tons viajando em sentidos opostos, logo, seria necess\u00e1rio transformar o s\u00edncrotron de um feixe para um s\u00edncrotron colisor de dois feixes. Ent\u00e3o, em 1978, o CERN aprovou este projeto, que ficou conhecido como SPP-S (Super S\u00edncrotron Pr\u00f3ton-Antipr\u00f3ton).<\/span> As primeiras colis\u00f5es do SPP-S ocorreram em 1981, e em 1983 foram descobertos os b\u00f3sons W e Z. <\/span><\/strong>Descoberta que rendeu o Nobel de F\u00edsica de 1984 para Carlo Rubbia e Simon van der Meer pelas contribui\u00e7\u00f5es decisivas para o grande projeto, que levou \u00e0s descobertas dos b\u00f3sons W e Z, mediadores da intera\u00e7\u00e3o fraca. Essa conquista, al\u00e9m de ser um resultado muito significativo para a F\u00edsica, garantiu a decis\u00e3o de construir o pr\u00f3ximo grande acelerador do CERN, o LEP (Large Electron Positron collider: Grande Colisor de El\u00e9trons e P\u00f3sitrons), cujo objetivo era produzir em massa os b\u00f3sons W e Z para mais estudos.<\/span><\/span><\/p>\n

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LEP, o antecessor\u2026 <\/b><\/span><\/p>\n

          At\u00e9 este momento, a evolu\u00e7\u00e3o dos aceleradores se concentrou principalmente em pr\u00f3tons, mas podemos acelerar qualquer outra part\u00edcula, incluindo el\u00e9trons. A ideia de utilizar el\u00e9trons e p\u00f3sitrons (anti-el\u00e9trons) surgiu do fato de el\u00e9trons n\u00e3o possu\u00edrem estrutura interna, o que permite experimentos mais precisos. Podemos dizer que, ao colidir pr\u00f3tons, o resultado visa a descoberta de novas part\u00edculas, enquanto ao colidir el\u00e9trons, os resultados visam o estudo minucioso do comportamento e das propriedades de part\u00edculas j\u00e1 conhecidas. Para a constru\u00e7\u00e3o do LEP(Large Electron Positron collider), v\u00e1rios obst\u00e1culos precisavam ser superados, como o financeiro, pois quando el\u00e9trons s\u00e3o acelerados, h\u00e1 uma enorme emiss\u00e3o de luz s\u00edncrotron, causando grande perda de energia. Logo, para compensar essa perda, \u00e9 necess\u00e1rio fornecer mais energia ao sistema, o que aumenta o custo da conta de eletricidade do laborat\u00f3rio. Ent\u00e3o, em 1980, surgiu a proposta de usar os aceleradores existentes (PS e SPS) como injetores do LEP, o que se tornou uma grande vantagem estrat\u00e9gica ao manter todos os aceleradores juntos em um s\u00f3 lugar. O LEP, com 27 quil\u00f4metros de circunfer\u00eancia e quatro pontos com enormes detectores chamados ALEPH (Aparelho para LEP F\u00edsica), DELPHI (Detector com Lepton, Photon e Hadron Identification), L3 e OPAL (Omni Purpose Apparatus para LEP), estudava o que acontecia em uma colis\u00e3o el\u00e9tron-p\u00f3sitron.<\/span> Tornou-se o maior acelerador de el\u00e9tron-p\u00f3sitron j\u00e1 constru\u00eddo, e a escava\u00e7\u00e3o do t\u00fanel do LEP foi o maior projeto de engenharia civil da Europa antes do T\u00fanel do Canal da Mancha.<\/span><\/strong> Ent\u00e3o, em 1989, o LEP foi ligado. O projeto possu\u00eda duas fases: LEP1 e LEP2. No LEP1, el\u00e9trons e p\u00f3sitrons colidiram com energia suficiente para fornecer sua massa, por volta de 91 GeV, e o trabalho era produzir as part\u00edculas Z. Em 1995, o LEP1 chegou ao fim, dando in\u00edcio ao LEP2, que, com melhorias que minimizaram a perda de energia, fez a m\u00e1quina atingir a energia de 190 GeV. O LEP2 tinha o trabalho de produzir as part\u00edculas W. Uma quantidade enorme das part\u00edculas Z e W foi produzida no LEP, possibilitando um estudo detalhado de suas propriedades, e confirmando as estimativas do Modelo Padr\u00e3o da f\u00edsica de part\u00edculas. O LEP contribuiu enormemente para o estudo detalhado da intera\u00e7\u00e3o eletrofraca. O b\u00f3son de Higgs tamb\u00e9m foi procurado na m\u00e1quina, mas n\u00e3o foi encontrado. Ent\u00e3o, em 2000, o LEP foi desativado, para dar lugar \u00e0 constru\u00e7\u00e3o da pr\u00f3xima m\u00e1quina, o Large Hadron Collider, no mesmo t\u00fanel, que tinha como um de seus objetivos encontrar o b\u00f3son de Higgs.<\/span><\/span><\/p>\n

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Fotografia do detector DELPHI, usado anteriormente para o experimento LEP, localizado no CERN.<\/p>\n

Anna Pantelia<\/a>, CC BY 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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O espectr\u00f4metro de m\u00faons no detector L3 no LEP com as portas magn\u00e9ticas abertas. L3 foi um experimento no colisor LEP (1989 a 2000).<\/p>\n

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

LHC, o maior acelerador de part\u00edculas do mundo!<\/b><\/span><\/p>\n

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T\u00fanel do Large Hadron Collider (LHC) do CERN com todos os \u00edm\u00e3s e instrumentos. A parte mostrada do t\u00fanel est\u00e1 localizada sob o LHC P8, perto do LHCb.<\/p>\n

Julian Herzog (Website)<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          Chegamos ent\u00e3o ao maior acelerador de part\u00edculas de todos os tempos, o LHC (Grande Colisor de H\u00e1drons). A busca pelo b\u00f3son de Higgs era fundamental para o Modelo Padr\u00e3o e foi um dos principais motivos para a constru\u00e7\u00e3o do LHC, pois seu antecessor havia falhado nessa miss\u00e3o, assim como o Tevatron (antes do LHC, o maior acelerador do mundo) do Fermilab.<\/span> O LHC \u00e9 composto por um complexo conjunto de aceleradores, incluindo alguns aceleradores antigos do CERN, um anel de 27 km com quatro detectores de part\u00edculas: ALICE, ATLAS, CMS e LHCb.<\/span><\/strong> O complexo conjunto de aceleradores \u00e9 utilizado para acelerar as part\u00edculas inicialmente, para depois serem injetadas no grande anel de 27 km. Os detectores s\u00e3o os locais onde ocorrem as colis\u00f5es, atingindo, nas colis\u00f5es, uma energia de 13 TeV. O LHC foi constru\u00eddo para acelerar pr\u00f3tons e \u00edons pesados. Em 2008, antes dos primeiros testes, o mundo inteiro voltava sua aten\u00e7\u00e3o para o LHC, com cobertura da m\u00eddia e comunicados que chegaram a causar medo na popula\u00e7\u00e3o. Rumores como o de que a “m\u00e1quina do apocalipse” geraria um buraco negro que engoliria a Terra foram propagados por uma m\u00eddia irrespons\u00e1vel. Assim, o CERN precisou emitir uma declara\u00e7\u00e3o oficial informando a aus\u00eancia de riscos de buracos negros e que n\u00e3o havia raz\u00e3o para p\u00e2nico quando a m\u00e1quina come\u00e7asse a operar. Naquele mesmo ano, um novo recorde foi estabelecido, ultrapassando o Tevatron e assumindo a lideran\u00e7a na \u00e1rea de altas energias. Em 2012, cientistas anunciaram a descoberta de uma nova part\u00edcula, que poderia ser o b\u00f3son de Higgs. Em mar\u00e7o do ano seguinte, o CERN confirmou que a part\u00edcula descoberta era o b\u00f3son de Higgs, encerrando assim uma investiga\u00e7\u00e3o de 50 anos!<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

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Complexo de aceleradores do CERN. A \u00c1rea Norte est\u00e1 localizada no centro do LHC.<\/p>\n

Haffner, Julie<\/a>, CC BY 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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O acelerador fica em um t\u00fanel de 27 km de circunfer\u00eancia (mostrado pelo c\u00edrculo amarelo), a uma profundidade de 175 m abaixo da fronteira franco-su\u00ed\u00e7a a noroeste de Genebra. A imagem foi adquirida em 26 de julho de 2012, cobre uma \u00e1rea de 14,2 x 15,4 km e est\u00e1 localizada a 46,3 graus de latitude norte e 6,2 graus de longitude leste.<\/p>\n

NASA\/METI\/AIST\/Japan Space Systems, and U.S.\/Japan ASTER Science Team<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

          Em 2018, iniciou-se uma nova atualiza\u00e7\u00e3o do LHC, que aumentar\u00e1 o potencial do acelerador. Com essa nova atualiza\u00e7\u00e3o, prevista para ser conclu\u00edda em 2026, ser\u00e1 poss\u00edvel investigar mais profundamente a hist\u00f3ria do Universo, examinar processos muito raros e estudar a F\u00edsica de part\u00edculas com muito mais detalhes. Portanto, o futuro da F\u00edsica de altas energias est\u00e1 no LHC!<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

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ALICE<\/p>\n

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

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CMS<\/p>\n

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

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ATLAS<\/p>\n

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

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LHCb<\/p>\n

Science and Technology Facilities Council<\/a>, CC BY-SA 2.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

O Brasil no LHC<\/b><\/span><\/p>\n

         Desde 1990, com base em um Acordo de Coopera\u00e7\u00e3o Internacional, o Brasil coopera formalmente com o CERN. Em 2024, foi conclu\u00eddo o processo de ades\u00e3o do Brasil ao status de Membro Associado do CERN, tornando o Brasil o 1\u00ba pa\u00eds das Am\u00e9ricas e o 3\u00ba pa\u00eds n\u00e3o europeu a fazer parte do CERN.<\/span><\/strong> A ades\u00e3o do Brasil como Estado Membro Associado representa um marco no fortalecimento da coopera\u00e7\u00e3o cient\u00edfica internacional e no desenvolvimento da ci\u00eancia e tecnologias de ponta do pa\u00eds. Assim, o Brasil se encontra em uma posi\u00e7\u00e3o privilegiada, principalmente no contexto da f\u00edsica de part\u00edculas.<\/span><\/p>\n

          O CNPEM e o CERN mant\u00eam uma colabora\u00e7\u00e3o desde 2020 na \u00e1rea de supercondutores para o desenvolvimento de componentes para o Sirius. Agora, com a associa\u00e7\u00e3o do Brasil ao CERN, a transfer\u00eancia de tecnologia alcan\u00e7ar\u00e1 outro patamar.<\/span><\/p>\n

Links interessantes sobre o LHC<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

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

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