ATPS: O Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider - LHC)

Introdução

O Grande Colisor de Hádrons (em inglês: Large Hadron Collider - LHC) do CERN, é o maior acelerador de partículas e o de maior energia existente do mundo. Seu principal objetivo é obter dados sobre colisões de feixes de partículas, tanto de prótons a uma energia de 7 TeV (1,12 microjoules) por partícula, ou núcleos de chumbo a energia de 574 TeV (92,0 microjoules) por núcleo. O laboratório localiza-se em um túnel de 27 km de circunferência, bem como a 175 metros abaixo do nível do solo na fronteira franco-suíça, próximo a Genebra, Suíça.

Um dos principais objetivos do LHC é tentar explicar a origem da massa das partículas elementares e encontrar outras dimensões do espaço, entre outras coisas. Uma dessas experiências envolve a partícula bóson de Higgs. Caso a teoria dos campos de Higgs estiver correta, ela será descoberta pelo LHC. Procura-se também a existência da supersimetria. Experiências que investigam a massa e a fraqueza da gravidade serão um equipamento toroidal do LHC e do Solenoide de Múon Compacto (CMS). Elas irão envolver aproximadamente 2 mil físicos de 35 países e dois laboratórios autónomos — o JINR (Joint Institute for Nuclear Research) e o CERN.

Com base nessas informações podemos desenvolver nossos conhecimentos de Física para estudar o movimento de alguns feixes de partículas do acelerador LHC.

Etapa 1

Fm= Força Magnética

Passo 1: Nessas condições, desenhe no esquema o diagrama das força que atuam sobre o próton.

P

Fe= Força Elétrica

Fg= Força Gravitacional

Passo 2: Suponha que seja aplicada uma Força Elétrica Fe= 1,00 N sobre o feixe de prótons.

FE = 1N

N = 1.1015 PROTONS

MP = 1,67 . 10-24 g) = 1,67 x 10-27 kg

(N) = m . a

1 = 1,67. 10-27.( 1.1015) a

1 = 1,67. 10-12 a

A= 1/ 1,67.10-12

A = 5,99.1011 m/s2

Passo 3: Se ao invés de prótons, fosse acelerados núcleos de chumbo, que possuem uma massa 207 vezes maior que a massa dos prótons. Determinar qual seria a força elétrica Fe necessária para que os núcleos adquirissem o mesmo valor de aceleração dos prótons.

R = m.a

FE = 207 x 1,67 x 10 x 10 x 5,99 x 10

- 1 N

FE = 2070,68 x 10

2 N

FE = 2070,68 = 207,068 n = 2,07068 x 10

Passo 4

r = 4,3 km

F centrípeta= V_2r

FM = 5 N

R = m. a

FCP =m. Acp

FCP = MV 2 R

5 = 1,67 x 10 x 10 x V2 x 4300

5 x 2 x 4300 = V

1

1,67 x 10

V = 25.748,5 x 10

V = 25748,5 x 10

V = 160,46 x 10 m/s

V = 1,6046 x 10 m/s

Leis de Newton:

1.conceito e força, equilíbrio de pontos materiais e dinâmicas de pontos materiais.

Na Etapa 1 mostramos um próton que voa acelerado pela força elétrica Fe no interior do LI-IC, numa região do anel em que pode ser aproximado de um tubo retilíneo, onde nessa região o único desvio de trajetória é a força gravitacional (Fg), e equilibrada a cada instante por uma força magnética (Fm) aplicada ao próton.

Etapa 2

Passo 1

Determine qual é a força de atrito FA total que o ar que o cientista deixou no tubo aplica sobre os prótons do feixe, sabendo que a força elétrica Fe (sobre todos os 1 x 1015 prótons) continua tendo valor de 1,00 N.

Passo: 1

T = 20 ns = 20 x 10 s

S = 10 m

S = So + Vt + At

2

10 = 0 + 0T + At (20. 10)

2

20 = a 400 x 10

2 x 10 = a

40

a = 0,05 x 10 = 5x10 m/s

Fe = 1 n

N = 10 p FA 0 FE

Fr = m x a

Fe-Fa = 1,67 x 10 x 10 x 5 x 10

1 – FA = 8,35 x 10 = 8,35 = 0,0835

100

1 – 0,0835 = FA

FA = 0,92 n

Passo 2

Quando percebe o erro, o cientista liga as bombas para fazer vácuo. Com isso ele consegue garantir que a força de atrito