A proposta do Big Bang (ou Grande explosão) foi feita inicialmente pelo padre e cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966), quando expôs uma teoria que afirmava um início repentino para o universo.
No entanto, com o passar do tempo a hipótese do cosmólogo belga começou a tomar forma quando em 1929 as linhas
espectrais da luz das galáxias observadas no observatório de Monte Palomar por Milton La Salle Humason
começaram a revelar um afastamento progressivo para as galáxias mais distantes, com características de uma dilatação universal.
Traduzida em números esta descoberta permitiu ao astrônomo Edwin Hubble encaixar uma progressão aritmética que mais tarde foi chamada de Constante de Hubble.
Até hoje essa proporção aritmética é a régua cósmica, instrumento indispensável para confirmação das teorias de astrônomos e cosmólogos
do mundo inteiro.
Big – Bang
Atualmente, a teoria que explica a origem do Universo, com maior aceitação por parte da comunidade científica (alguns cientístas já não concordam com esta teoria) é a chamada teoria do Big-Bang.
O Big-Bang, ou grande explosão terá ocorrido há cerda de 15 bilhões (15 000 000 000) de anos.
Logo após a explosão, a temperaturas muito elevadas, a matéria iniciou o seu resfriamento e começou a expandir-se. A partir de núvens de gás hidrogênio e poeira, formaram-se, ao longo de milhões e milhões
de anos, as galáxias, as estrelas, os planetas, as suas luas e muitos outros corpos celestes.
Acredita-se que o Universo continua em expansão, e algumas observações confirmam esta hipótese.
Como irá então evoluir o Universo ?
Existem duas hipóteses:
A primeira, designada como teoria da expansão, defende que o Universo continuará para sempre em expansão, tornando-se num local frio e desolador.
A outra hipótese é chamada de teoria do Universo Oscilatório e defende que, em determinada altura, o Universo vai parar de se expandir e inicia-se uma contração, que é por vezes chamada de Big-Crunch, no fim da qual se dará um novo Big-Bang, num ciclo interminável.
O vídeo a seguir mostra uma explicação interessante e detalhada sobre esta teoria que explica o origem do universo, concretamente, sobre os momentos iniciais do mesmo.
O Large Hadron Collider – LHC
(Grande Colisor de Hadrons) é o maior acelerador de partículas do
mundo construído até hoje, e está localizado no CERN.
O CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)
é o Laboratório Europeu de Física de Partículas, situado perto de
Genebra, Suiça. É o maior centro mundial de investigação do seu tipo,
sendo financiado por vinte Estados Membros. Desde a sua fundação em
1954, tem sido um exemplo bem sucedido de colaboração
internacional, juntando milhares de cientistas de várias
nacionalidades. O objectivo do CERN é a investigação científica pura,
sem objetivos militares: “de que é constituído o nosso Universo?”, “de
onde vem a matéria?”, “como é que as partículas elementares
interagem?” são algumas das perguntas para as quais os cientistas
procuram respostas. O CERN desempenha também um papel fundamental no
desenvolvimento de tecnologia de ponta, desde a ciência de materiais
até à engenharia mecânica ou computação, ou aplicações na medicina.
O LHC entrou em funcionamento no dia 10 de
Setembro de 2008 numa cerimônia de pompa e circunstância. Trata-se de
um projecto faraônico em que participaram mais de 10 mil cientistas e
engenheiros de 580 universidades e de cerca de 100 nacionalidades. É
um anel circular, com 27 km de comprimento e cerca de 8,6 km de
diâmetro, localizado a 100 metros abaixo da superfície, na fronteira da
França com a Suíça. Tem como objectivo simular o big bang, mais
propriamente os primeiros milésimos de segundo do Universo.
Ao contrário dos demais aceleradores de
partículas, a colisão no LHC será entre prótons (que pertencem a um
tipo de partículas a que os físicos chamam hadrons) e não
entre pósitrons e elétrons (como no LEP – Large Electron-Positron
collider). O LEP foi desligado em 2000 e desmontado em 2001, para dar
lugar, no mesmo túnel, a um novo acelerador, o LHC.
A construção e entrada em funcionamento do LHC têm
gerado uma enorme polêmica na Europa. Alguns cientistas acreditam que
este equipamento pode provocar uma catástrofe de dimensões cósmicas,
como um buraco negro que acabaria por destruir a Terra. Outros acusam o
CERN de não ter realizado os estudos de impacto ambiental necessários.
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 estão sob controle.
A 19 de Setembro de 2008 ocorreu um incidente no
LHC que originou uma fuga de hélio no túnel. O hélio é utilizado para resfriar os ímãs responsáveis pela aceleração das partículas. Em
circunstâncias normais, os ímãs deveriam estar submetidos a uma
temperatura negativa de – 271 ºC para poder gerar os
poderosos campos magnéticos necessários à experiência. Esta
fuga provocou um aquecimento de uma centena destes ímãs até 100 ºC.
Segundo umãs press release publicado pelo CERN,
foram feitas investigações que apontaram como provável causa um defeito
na ligação elétrica entre dois ímãs, o que causou uma falha
mecânica. O funcionamento do LHC será interrompido, durante alguns
meses.
Hoje em dia existem cerca de dez mil aceleradores
de partículas espalhados pelo mundo, metade dos quais são utilizados em
medicina e apenas alguns em investigação fundamental.
Em medicina, os aceleradores têm duas aplicações:
imagiologia (diagnóstico por imagem do corpo – por exemplo, a PET
(Positron Emission Tomography) e terapia com radiofármacos. Estes são
administrados no tratamento a doentes cancerosos. Como os radiofármacos
têm um tempo de vida curto, são produzidos num local próximo do
hospital onde irão ser usados, utilizando-se, para o efeito, um
acelerador de partículas. Os aceleradores de prótons têm a vantagem de
depositar toda a sua energia no mesmo local.
Este aspecto torna a terapia de prótons ideal para
o tratamento de tumores que se situam perto de órgãos delicados, onde a
precisão é vital.
Interdição temporária se deve a falha elétrica que causou vazamento de gás hélio no túnel do acelerador de partículas
Edição Online – 22/09/2008
Pesquisa FAPESP –
Apenas nove dias depois
de ter sido oficialmente inaugurado com grande cobertura da mídia, o
Large Hadron Collider (LHC) – o maior acelerador de partículas do
mundo, situado na fronteira da Suíça com a França – apresentou seu
primeiro problema de funcionamento. Devido a uma falha elétrica em sua
ligação, dois imãs provavelmente derreteram e pararam de funcionar,
provocando um grande vazamento de gás hélio no setor 34 do túnel do
LHC. Não houve feridos no incidente, que deve deixar o LHC inoperante
por alguns meses.
Num comunicado distribuído à impressa no
sábado (20/09/08), o Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern) havia
inicialmente minimizado o incidente. Dissera que esse tipo de problema
não era raro em aceleradores de partículas. Mas, devido à dimensão do
LHC (seu túnel se estende por 27 quilômetros), os reparos deveriam se
prolongar por cerca de 60 dias. Em 23/09/2008 no entanto, em novo
comunicado, a direção do LHC admitiu que o acelerador só deverá voltar
a funcionar em 2009, após o término do inverno no hemisfério norte.
O conserto será uma operação complexa. A máquina, que normalmente
opera a temperaturas baixíssimas, a -271.3 °C, precisará ser aquecida
antes de os trabalhos de reparo se iniciarem. Terminado o conserto,
terá de ser resfriada novamente antes de estar pronta para entrar em
operação.
O vazamento de gás hélio foi o incidente mais grave, mas não o único
a ocorrer no LHC na semana passada. Dias antes da falha elétrica, o
sistema de computadores do acelerador fora invadido por hackers.
Não será, portanto, neste ano que as tão esperadas colisões de
prótons no LHC irão ocorrer. Colisões que podem produzir informações
importantes sobre a origem do Universo e sobre a existência de
partículas até agora previstas apenas teoricamente, como os bósons de
Higgs.
Os aceleradores de partículas foram inventados na década de 1920 como uma ferramenta para a
investigação em física. Por fora, parecem grandes túneis, e podem ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, partículas como prótons, elétrons, pósitrons, anti-prótons e diferentes tipos de íons são acelerados a velocidades próximas das da luz, utilizando-se campos eletromagnéticos para esse efeito. O único requisito para acelerar
partículas é o de que estas tenham carga elétrica e vivam o tempo suficiente para poderem ainda ser úteis.
Os aceleradores de partículas são então equipamentos que fornecem energia a feixes
de partículas subatômicas eletricamente carregadas. Todos os aceleradores de partículas possibilitam a concentração de alta energia em pequeno volume e em posições arbitradas e controladas de forma precisa Exemplos comuns de aceleradores de ferramenta para a investigação em física.
Por fora, parecem grandes túneis, e podem ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, partículas como prótons, elétrons, pósitrons, anti-prótons e partículas existem nas televisões e geradores de raios-X, na produção de isótopos radioativos, na radioterapia do câncer, na radiografia de alta potência para uso industrial e na polimerização de plásticos.
O estudo das partículas elementares constituintes de núcleo atômico se iniciou de um pequeno acelerador desenvolvido em 1927 pelos físicos ingleses J. D. Cockcroft e E. T. S. Walton na Universidade de Cambridge, Inglaterra. Estes cientistas através do dispositivo conseguiram realizar primeira reação nuclear induzida artificialmente ganhando assim o Prêmio Nobel de física de 1951.
Tipos de aceleradores de partículas
O acelerador de partículas é um instrumento essencialmente construído utilizando
uma fonte de partículas carregadas expostas a campos elétricos que as aceleram.
Após a aceleração passam em seguida por um campo magnético que as desvia de suas trajetórias focalizando-as e controlando as direções (defletindo-as).
Todos os tipos de aceleradores de partículas, independentemente de seu grau de avanço tecnológico obedecem aos mesmos princípios básicos. Devido à disposição geométrica dos campos eletromagnéticos responsáveis pela aceleração das partículas, basicamente são classificados em dois tipos: cíclicos e lineares. Para que possam ocorrer às condições mais próximas do ideal, existe a necessidade de gerar vácuo de excelente qualidade na região de trânsito, evitando assim a dispersão destas partículas pelas moléculas de gases que porventura estejam na sua trajetória.
Aceleradores de partículas cíclicos
Estes são construídos para promover a trajetória curvada das partículas pela ação de campos magnéticos em espiral ou circulares.
Este tipo de acelerador força a partícula a passar diversas vezes pelos sistemas de aceleração. A energia final das partículas depende da amplitude da diferença de potencial aplicada e do número de voltas que estas dão no dispositivo. Os tipos de aceleradores cíclicos mais utilizados são o cíclotron e o síncrotron.
Cíclotron
O cíclotron é um aparelho que se destina a acelerar partículas com carga elétrica, por forma a conseguir elevadas energias cinéticas, por forma a que estas colidam com outras a fim de estudar as partículas daí resultantes, para melhor compreender a estrutura da matéria. O cíclotron foi inventado por Ernest Lawrence (1902-1958) em 1929, e foi posto em operação pela primeira vez em 1932, na Universidade da Califórnia, em Berkeley, e acelera partículas carregadas, como núcleos de hidrogênio, prótons, e núcleos de hidrogênio pesado, dêuterons, até altas energias, de modo a poderem ser usados em experiências de desintegração atômicas. Ernest Lawrence recebeu, pelo seu trabalho , em 1939, o Prêmio Nobel da Física
Síncrotron
O desenvolvimento dos síncrotrons foi necessário para melhorar as soluções de aceleração de partículas cujas trajetórias são de raios fixos. Estes, da mesma forma que os cíclotrons aceleram as partículas eletricamente confinando-as em campos magnéticos. A diferença é que o síncrotron utiliza o princípio da estabilidade de fase, mantendo desta forma o sincronismo entre o campo elétrico aplicado e a frequência de revolução da partícula.
Aceleradores de partículas lineares
Nos aceleradores lineares, as partículas são aceleradas para colidir com um alvo fixo, enquanto que nos circulares, normalmente elas irão colidir umas com as outras.
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