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RELATIVIDADE

INTRODUÇÃO À RELATIVIDADE RESTRITA

6. Os Aceleradores de Partículas (Sincrofasotrons)

Nos aceleradores de partículas modernos, conhecidos como sincrofasotrons, utiliza-se o princípio de fazer com que partículas carregadas, como prótons, passem repetidamente por trajetos de aceleração onde há a presença de campos magnéticos intensos.

O movimento das partículas segue uma trajetória aproximadamente circular, mantida por um campo magnético. Esse campo magnético altera a direção da velocidade das partículas sem modificar sua energia.

Fig. 6

Os sincrofasotrons têm a forma de anéis de grandes dimensões. As partículas se movem dentro de uma câmara de vácuo, situada dentro de um sistema de eletroímãs. A trajetória de cada partícula é composta por pequenos segmentos retos e arcos de circunferência. Parte desses segmentos retos é utilizada para a colocação de eletrodos, entre os quais se forma um campo elétrico que provoca a aceleração. Em outros segmentos retos, são colocados instrumentos destinados a introduzir partículas carregadas no acelerador e a extrair feixes de partículas aceleradas até velocidades relativistas.

À medida que as partículas, como os prótons, atravessam os trechos de aceleração, sua velocidade (e consequentemente sua massa) aumenta. O campo magnético que curva a trajetória das partículas não deve permanecer constante. Para manter o raio de curvatura da trajetória, o campo magnético deve se tornar mais intenso conforme as partículas são aceleradas. Simultaneamente, com a variação do campo magnético, deve haver uma alteração precisa do campo elétrico nos trechos de aceleração. Para que o próton, movendo-se com uma velocidade crescente, alcance o trecho de aceleração no momento em que o campo elétrico tem a mesma direção de sua velocidade, a frequência do campo elétrico também deve aumentar com a aceleração. A sincronização entre o aumento do campo magnético e da frequência do campo elétrico é calculada utilizando a dinâmica relativista. O sincrofasotron, portanto, é um instrumento relativista.

Hoje, os sincrofasotrons representam avanços significativos na física de partículas, sendo utilizados em diversos centros de pesquisa ao redor do mundo. Esses aceleradores desempenham um papel fundamental na investigação das propriedades fundamentais das partículas e no desenvolvimento de novas tecnologias.

Os maiores aceleradores atuais são capazes de proporcionar energias na casa dos trilhões de elétron-volt (TeV), permitindo a observação de fenômenos físicos que não poderiam ser estudados com energias menores. A física de partículas continua a se beneficiar desses instrumentos sofisticados, abrindo novas fronteiras no entendimento do universo.