Detectores e Aceleradores de Partículas

DETECTORES DE PARTÍCULAS E ACELERADORES DE PARTÍCULAS

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIENCIA E TECNOLOGIA

Carlos Roney Marques Teixeira ([e-mail])

Maurilio Silva de Lima ([e-mail])

Disciplina: Física Contemporânea – Professor: Alex Sander Barros

Resumo

Nesse estudo sobre detectores de partículas e aceleradores de partículas, são apresentados alguns conceitos; dentre eles os de detectores de partículas que são aparelhos eu identificam partículas subatômicas, e produzem radiação. Os aceleradores de partículas que são dispositivos que utilizam campos eletromagnéticos com partículas em alta velocidade. Podemos ainda conhecer os tipos de aceleradores que são divididos em lineares e circulares com uma enforque no LHC que é o maior acelerador de partículas e o mais modernos que temos na atualidade e podemos conhecer alguma das aplicações desse estudo tanto na medicina indústria, etc.

Palavra-chave: Acelerador de Partículas, Detectores de Partículas, Radiação.

1. Introdução

Desde tempos vem se estudando partículas subatômicas, na tentativa de encontrar mais partículas e também compreender as que já são conhecidas. Com o estudo de reações nucleares, permitiu decifrar quase totalmente a constituição do núcleo dos átomos. Graças a esse estudo e aos aceleradores de partículas foi possível emitir radiações que são utilizados dentre os mais diversos campos, como medicina, indústria, tecnologia. Apresentamos os diferentes tipos de aceleradores e como funcionam, e os tipos de radiações.

2. Detectores de Partículas

Detectores de partículas são aparelhos que identificam partículas subatômicas, tornando-as muitas vezes visíveis, ou seja, são baseados na transferência de parte ou toda a energia de radiação para a massa do detector onde é convertida em uma forma mais acessível à percepção humana.

2.1 Tipos de radiação

As câmaras de Wilson que utilizam gás saturado de vapor de água, onde os íons são produzidos com um feixe de raios X, ou gama, que são emitidos por fontes radioativas.

Os Contadores de Geiger-Muller que utiliza radiação através de sinal audível podendo determinar o número de partículas.

Na física nuclear, a câmara de ionização funcionou com um dos primeiros detectores, que são responsáveis pela medição da ionização de uma partícula incidente.

Existem vários tipos de detectores de partículas, que são capazes de permitir a observação através da trajetória, as câmeras de emulsões nucleares que parecem com câmeras carregadas, que são ativadas com partículas carregadas, as câmeras de centelhas que possuem alto índice de energia, que ionizam o ar e o gás que estão entre as placas carregadas, as câmeras de faíscas que utilizam partículas em meio gasoso fazendo com que a câmaras faça saltar faísca, os contador de cintilação que provam emissão de fóton que são convertidos em elétrons, câmeras de partículas neutras que detectam partículas neutras, fazendo com que sofram reações que ionize o material.

2.2 como funcionam detectores de partículas

Durante o século XX, Para obtê-las, placas (ou chapas) fotográficas eram expostas ao ar livre com emulsão, de forma semelhante ao filme fotográfico comum. A técnica permitia a detecção da trajetória de partículas carregadas provenientes de raios cósmicos.

Atualmente, a tecnologia permite a construção de modelos tridimensionais para estudar colisões. Com a era digital dos grandes aceleradores, na década de 70, o principal método para se observar partículas deixou de se basear em raios cósmicos. Os experimentos, desde então, consiste em colidir partículas em ambientes controlados e analisar os resultados. Para isso, são usados sistemas de trigger e potentes detectores. As informações são transformadas em gráficos que permitem aos cientistas visualizar a trajetória detalhada de cada partícula gerada por uma colisão.

Os detectores são compostos por diversas câmeras e atuam como grandes filtros de partículas. A figura abaixo mostra o esquema do detector CMS.

[pic 1]

A região mais próxima às colisões são os sistemas de medida de trajetória – os trackers. Esses equipamentos, feitos totalmente de silício, têm como função medir o momento das partículas – o produto da massa pela velocidade – e acompanhar sua trajetória ao longo do detector. Assim como as câmaras de bolhas e de nuvens, os trackers também dependem da ionização do meio para funcionar, então apenas partículas com carga elétrica são acompanhadas por eles.

3. Aceleradores de partículas

Um acelerador de partículas é um dispositivo que utiliza campos eletromagnéticos para acelerar partículas carregadas à altas velocidades fazendo com que colidam com outras partículas.

Os grandes aceleradores de partículas estão baseados em um princípio muito simples: a alternância de campos magnéticos e campos elétricos.

Para estudar detalhes na escala de um bilhão de vezes menor que o visível, precisamos dar às partículas energias um bilhão de vezes maiores do que as energias típicas do mundo macroscópico. Este constitui o princípio básico de como um acelerador pode ser usado para medir o mundo subatômico.

3.1. Tipos de aceleradores de partículas

Existem no que se refere á forma, dois tipos de aceleradores: lineares e circulares.

 Nos aceleradores lineares o feixe de partículas praticamente percorre uma trajetória retilínea de uma extremidade a outra do acelerador.

Nos aceleradores circulares, o feixe de partículas percorre trajetórias circulares por varias vezes ates de colidir com o alvo. Com a presença de campos elétricos as partículas são mais aceleradas e usam imãs gigantes para manter o feixe de partículas em sua trajetória.