CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Filardo Bassalo
www.bassalo.com.br

Anéis de Colisão.

 

Os aceleradores, lineares e circulares, são máquinas de alvos-fixos, ou seja, o acelerador envia um feixe de partículas com uma dada energia (energia de laboratório: EL) para um alvo em repouso de energia E0 = m0c2. No entanto, quando EL é grande comparada com E0, uma boa parte daquela energia é desperdiçada. Assim, a energia importante não é a EL, mas a energia do centro de massa (ECM) do sistema projétil-alvo. Por exemplo, para o caso de um próton relativístico atingindo um próton fixo, tem-se: . Assim, se um próton é acelerado com 1.000 GeV, contra um próton em repouso, que tem E0 = 0,938 MeV, então resulta que: ECM  43 GeV!. [Emilio Segré, Dos Raios X aos Quarks: Físicos Modernos e suas Descobertas (EDUnB, 1987)]. Ora, como o custo das máquinas aceleradoras é proporcional à energia do laboratório [em média: 1 $ (dólar) = 1 eV], era evidente que havia necessidade de se conseguir diminuir tais custos. Pensando nessa dificuldade, físicos experimentais idealizaram um tipo de acelerador em que partículas (ou partícula e sua antipartícula), aceleradas em sentido contrário, colidissem em determinados pontos de suas trajetórias. A primeira ideia desse tipo de acelerador foi apresentada pelo físico norte-americano Donald William Kerst (1911-1993), em 1955, em uma conferência do Midwest Universities Research Association (MURA). [Val Logsdon Fitch and Jonathan L. Rosner; e David M. Brink, Twentieth Century Physics II (Institute of Physics Publishing and American Institute of Physics Press, 1995)]. Essa ideia só se tornou pública, em 1956, quando Kerst e os físicos norte-americanos F. T. Cole, Horace T. Crane (n.1907), L. W. Jones, L. J. Laslett, A. M. Sessler, Keith R. Symon, K. M. Terwilliger, N. V. Nilsen e o japonês T. Okhawa (Physical Review 102, p. 590); o também físico norte-americano Gerard Kitchen O´Neill (1900-1992) (Physical Review 102, p. 1418); e Symon, Kerst,  Jones, Laslett e Terwilliger (Physical Review 103, p. 1837) discutiram a proposta da construção daquele tipo de acelerador. É oportuno registrar que, nesse tipo de acelerador, a colisão de dois feixes de prótons de 22 GeV, produz no CM a energia de 44 GeV. Note-se que essa ordem de energia, conforme vimos acima, só era conseguida com um próton acelerado com 1.000 GeV colidindo com um próton fixo.    

                   Tendo em vista a ideia de um novo tipo de acelerador, O´Neill, do Departamento de Física da Universidade de Princeton, foi conversar com o físico norte-americano Wolfgang Kurt Hermann Panofsky (1919-2007), então Diretor do Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), para que as duas Universidades (Princeton e Stanford), estudassem a possibilidade de construírem um colisor pósitron-elétron (e+-e-). Em consequência dessa conversa, O´Neill e mais os físicos norte-americanos Burton Richter (n.1931; PNF, 1976), W. Carl Barber e D. Gittelman iniciaram, em 1959, na Universidade de Stanford, a construção do primeiro anel de colisão pósitron-elétron [Stanford Positron Electron Asymmetric Ring (SPEAR)], cujas primeiras experiências foram concluídas em 1965, com seus resultados apresentados por aqueles físicos, em 1966 (Physical Review Letters 16, p. 1127). Depois, seguiram-se outros aneis de colisão como, por exemplo, em 1967, em Orsay, na França e em Novosibirsk, na então União Soviética; em 1969, o ADONE do Frascati National Laboratory (FrNL), na Itália; e em 1974, o DORIS (DOppel RIng Speicher), em Hambourg, na Alemanha. Registre-se que a primeira colisão próton-antipróton () foi realizada no Intersecting Storage Rings/Super Proton Synchrotron (ISR/SPS), no Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), em agosto de 1981. É oportuno destacar que foi inaugurado em setembro de 2008, no CERN, o Large Hadron Collisor (LHC), que é um anel de colisão próton-antipróton. Registre-se que neste acelerador está depositada a esperança de descobrir o bóson de Higgs, que é a partícula responsável pela massa das demais partículas elementares, porém, não a sua própria massa [Mario Novello, Cosmos e Contexto 1 (Dezembro, 2011)]. Uma primeira tentativa não obteve êxito em setembro de 2010. Contudo, no final de 2011, o LHC anunciou que já existem indícios de sua existência, porém sua confirmação está anunciada apenas para o final de 2012