O Grande Colisor de Hádrons do laboratório do CERN entrou na cultura popular: o comediante Jon Stewart faz piadas sobre isso no The Daily Show, o personagem Sheldon Cooper sonha com isso em The Big Bang Theory e vilões fictícios roubam antimatéria fictícia dele em Angels & Demons.

Apesar de seu aumento em popularidade, os aceleradores de partículas ainda têm segredos para compartilhar. Com a contribuição de cientistas em laboratórios e instituições em todo o mundo, Symmetry compilou uma lista de 10 coisas que você pode não saber sobre aceleradores de partículas.

Existem mais de 30.000 aceleradores em operação em todo o mundo.

Os aceleradores estão por toda parte, realizando uma variedade de trabalhos. Eles podem ser mais conhecidos por seu papel na pesquisa da física de partículas, mas seus outros talentos incluem: criar feixes de destruição de tumores para combater o câncer; matar bactérias para prevenir doenças de origem alimentar; desenvolver melhores materiais para produzir fraldas e filmes termoencolhíveis mais eficazes; e ajudando cientistas a melhorar a injeção de combustível para fazer veículos mais eficientes.

Um dos mais antigos modernos edifícios em todo o mundo foram construídos para um acelerador de partículas.

Aceleradores lineares, ou linacs, são projetados para lançar um feixe de partículas em linha reta. Em geral, quanto mais longo o linac, mais poderoso é o punção de partículas. O acelerador linear do SLAC National Accelerator Laboratory, perto de São Francisco, é o maior do planeta.

A galeria klystron do SLAC, um edifício que abriga os componentes que acionam o acelerador, fica no topo do acelerador. É um dos edifícios modernos mais longos do mundo. No geral, tem pouco menos de 2 milhas de comprimento, um recurso que leva os funcionários do laboratório a realizar uma corrida anual em torno de seu perímetro.

Aceleradores de partículas são as coisas mais próximas que temos das máquinas do tempo, de acordo com Stephen Hawking.

Em 2010, o físico Stephen Hawking escreveu um artigo para o jornal britânico Daily Mail explicando como é possível viajar no tempo. Precisamos apenas de um acelerador de partículas grande o suficiente para acelerar os humanos da mesma forma que aceleramos as partículas, disse ele.

Um acelerador de pessoa com as capacidades do Grande Colisor de Hádrons moveria seus passageiros a uma velocidade próxima de claro. Por causa dos efeitos da relatividade especial, um período de tempo que para alguém fora da máquina pareceria durar vários anos, aos passageiros em aceleração pareceria durar apenas alguns dias. No momento em que eles saíssem do passeio do LHC, eles seriam mais jovens do que o resto de nós.

Hawking não estava realmente propondo que tentássemos construir tal máquina. Mas ele estava apontando uma maneira pela qual a viagem no tempo já acontece hoje. Por exemplo, partículas chamadas mésons pi normalmente têm vida curta; eles se desintegram após meros milionésimos de segundo. Mas quando eles são acelerados até quase a velocidade da luz, sua vida útil se expande dramaticamente. Parece que essas partículas estão viajando no tempo, ou pelo menos experimentando o tempo mais lentamente em relação a outras partículas.

A temperatura mais alta registrada por um dispositivo artificial foi alcançada em um acelerador de partículas.

Em 2012, o colisor de íons pesados relativísticos do Brookhaven National Laboratory alcançou um Guinness World Recorde de produção da temperatura artificial mais quente do mundo, espantosos 7,2 trilhões de graus Fahrenheit. Mas o laboratório de Long Island fez mais do que esquentar as coisas. Ele criou uma pequena quantidade de plasma quark-gluon, um estado da matéria que provavelmente dominou os primeiros momentos do universo. Este plasma é tão quente que faz com que partículas elementares chamadas quarks, que geralmente existem na natureza apenas ligadas a outros quarks, se separem umas das outras.

Cientistas do CERN desde então também criaram plasma quark-gluon, a uma temperatura ainda mais alta, no Grande Colisor de Hádrons.

O interior do Grande O Colisor de Hádrons é mais frio do que o espaço sideral.

Para conduzir eletricidade sem resistência, os eletroímãs do Grande Colisor de Hádrons são resfriados a temperaturas criogênicas. O LHC é o maior sistema criogênico do mundo e opera a uma temperatura de 456,3 graus Fahrenheit. É um dos lugares mais frios da Terra, e é até alguns graus mais frio do que o espaço sideral, que tende a ficar a cerca de 454,9 graus Fahrenheit negativos.

A natureza produz aceleradores de partículas muito mais poderosos do que qualquer coisa feita na Terra.

Podemos construir alguns aceleradores de partículas bastante impressionantes na Terra, mas quando se trata de alcançar altas energias, não temos nada sobre aceleradores de partículas que existem naturalmente no espaço.

O raio cósmico mais energético já observado foi um próton acelerado a uma energia de 300 milhões de trilhões de elétronvolts. Nenhuma fonte conhecida em nossa galáxia é poderosa o suficiente para causar tal aceleração. Mesmo a onda de choque da explosão de uma estrela, que pode enviar partículas voando com muito mais força do que um acelerador feito pelo homem, não tem força suficiente. Os cientistas ainda estão investigando a fonte desses raios cósmicos de ultra-alta energia.

Partícula aceleradores não apenas aceleram partículas; eles também os tornam mais massivos.

Como Einstein previu em sua teoria da relatividade, nenhuma partícula com massa pode viajar tão rápido quanto a velocidade da luz – cerca de 186.000 milhas por segundo. Não importa quanta energia alguém acrescente a um objeto com massa, sua velocidade não pode atingir esse limite.

Nos aceleradores modernos, as partículas são aceleradas quase à velocidade da luz. Por exemplo, o injetor principal do Fermi National Accelerator Laboratory acelera os prótons a 0,99997 vezes a velocidade da luz. À medida que a velocidade de uma partícula se aproxima cada vez mais da velocidade da luz, um acelerador dá mais e mais impulso à energia cinética da partícula.

Visto que, como nos disse Einstein, a energia de um objeto é igual à sua massa vezes o quadrado da velocidade da luz (E = mc2), adicionar energia é, com efeito, aumentar a massa das partículas. Dito de outra forma: Onde há mais “E”, deve haver mais “m”. Conforme um objeto com massa se aproxima, mas nunca atinge, a velocidade da luz, sua massa efetiva fica cada vez maior.

O diâmetro do primeiro acelerador circular era menor que 5 polegadas; o diâmetro do Grande Colisor de Hádrons é de mais de 5 milhas.

Em 1930, inspirado nas ideias do engenheiro norueguês Rolf Widerøe, físico Ernest Lawrence de 27 anos criou o primeiro acelerador de partículas circulares na Universidade da Califórnia, Berkeley, com o estudante de graduação M. Stanley Livingston. Ele acelerou íons de hidrogênio até energias de 80.000 eletronvolts dentro de uma câmara com menos de 5 polegadas de diâmetro.

Em 1931, Lawrence e Livingston começaram a trabalhar em um acelerador de 11 polegadas. A máquina conseguiu acelerar os prótons para pouco mais de 1 milhão de eletronvolts, um fato que Livingston relatou a Lawrence por telegrama com o comentário adicional: “Uau!” Lawrence continuou a construir aceleradores ainda maiores – e a fundar os laboratórios Lawrence Berkeley e Lawrence Livermore.

Os aceleradores de partículas percorreram um longo caminho desde então, criando feixes de partículas mais brilhantes com energias maiores do que se imaginava possível. O Grande Colisor de Hádrons no CERN tem mais de 5 milhas de diâmetro (17 milhas de circunferência). Após as atualizações deste ano, o LHC será capaz de acelerar prótons a 6,5 trilhões de elétron-volts.

Na década de 1970, os cientistas do Fermi National Accelerator Laboratory empregaram um furão chamado Felicia para limpar as peças do acelerador.

De 1971 a 1999, o Laboratório de Meson do Fermilab foi uma parte fundamental dos experimentos de física de alta energia no laboratório. Para aprender mais sobre as forças que mantêm nosso universo unido, os cientistas estudaram partículas subatômicas chamadas mésons e prótons. Os operadores enviariam feixes de partículas de um acelerador Rator para o Meson Lab por meio de uma linha de feixe subterrâneo de quilômetros de extensão.

Para garantir que centenas de metros de tubulação de vácuo estivessem livres de detritos antes de conectá-los e ligar o feixe de partículas, o laboratório pediu a ajuda de um Felicia, o furão.

Os furões têm afinidade para cavar e escalar buracos, o que os torna a espécie perfeita para este trabalho. A tarefa de Felicia era puxar um pano embebido em solução de limpeza em um barbante por longas seções de cano.

Embora o trabalho de Felicia tenha sido assumido por um robô especialmente projetado, ela desempenhou um papel único e vital na construção e, em troca, pedia apenas uma dieta estável de fígado de frango, cabeça de peixe e carne de hambúrguer.

Aceleradores de partículas aparecem em lugares improváveis.

Os cientistas tendem a construir grandes aceleradores de partículas no subsolo. Isso os protege de serem colididos e desestabilizados, mas também pode torná-los um pouco mais difíceis de encontrar.

Por exemplo, os motoristas que dirigem pela Interestadual 280 no norte da Califórnia podem não notar, mas o acelerador principal do SLAC National O Laboratório do Acelerador funciona no subsolo, logo abaixo de suas rodas.

Residentes em vilas no interior da Suíça-França vivem no topo do colisor de partículas de maior energia do mundo, o Large Hadron Collider.

E por décadas, times da Cornell University jogaram futebol, futebol americano e lacrosse no Robison Alumni Fields a 12 metros acima do Cornell Electron Storage Ring, ou CESR. Os cientistas usam o acelerador de partículas circular para estudar feixes de partículas compactas e produzir luz de raios-X para experimentos em biologia, ciência dos materiais e física.