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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

Passo 01

Desenho do diagrama das força que atuam sobre o próton.

Fm

Fg

Fm= Força magnética

Fg= Força Gravitacional

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

Fr=0

Fm-Fg

MP=1,67.10-24 x g2 x 1kg

1000

MP=1,67.10-24 x 9,81 x 1kg

MF=MP.n

MF=1,67 x 1027kg x 1 x 1015

MF=1,67 x 1012kg

Fc= m x f x a

a= fc = 1N

mf 1,67 x 10-12 kg

a= 5,99 x 1011 m/s

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.

Fcpç=(npç x mf) x a

Fcpç=(2,07 x 1,67 x 10-12) x 5,99 x 1011

Fcpç=207 N

Passo 4: Considerar agora toda a circunferência do acelerador, conforme o esquema. Assumindo que a força magnética Fm é a única que atua como força centrípeta e garante que os prótons permaneçam em trajetória circular, determinar qual o valor da velocidade de cada próton em um instante que a força magnética sobre todos os prótons é Fm = 5,00 N. Determinar a que fração da velocidade da luz (c = 3,00 x 108 m/s) corresponde esse valor de

velocidade.

r = 4,3 km

FM = M x V2

R

V=√5 X 4,3 X 103M

1,67 X 10-12

V=1,1535 X 108

3,0 X 108 ----------- 100%

1,135 X 108------------- X

LEIS DE NEWTON:

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