Por que um acelerador de partículas? – parte I de…?

Há pouco tempo escrevi um pousté sobre o LHC e o CERN, rápido, rapidíssimo. A população mundial procurava, então, por informações sobre como o mundo poderia acabar (e de imediato!!!!): seu fim seria provocado por meia dúzia de cientistas; pesquisadores metidos à besta, preocupados em escrutinar, esmiuçar a natureza, desprovidos de interesse nos problemas cotidianos, que saem de casa calçando meias trocadas e camisetas do avesso. Verdade? Pode-se dizer que sim, prefiro não negar a premissa e guardar o assunto para o futuro. Não deixo, entretanto, passar a oportunidade de dizer que, sim, a qualidade de vida de todos os terráqueos tende a melhorar por causa do desenvolvimento indireto impulsionado pela pesquisa pura (esse assunto merece, por si só, outro pousté). 

por que se importar com os outros mortais?
Olhar alucinado, o mundo em suas mãos: por que deveria o cientista (maluco e egocêntrico é pouco) se importar com os outros mortais?

Sem fugir à pergunta, queria tentar expor justificativas para a existência de instalações como o LHC e seu similar americano, o Tevatron. Antes, entretanto, cabe entender o que são estas máquinas para, então, discutir que experimentos elas possibilitam e quais respostas são esperadas das experiências nelas realizadas. A idéia é tirar um pouco da mítica criada pela mídia e por livros como Anjos e Demônios, de Dan Brown: fugir um pouco da liberdade que eles se dão e abusar daquelas que me permito. E sim, me permito liberdades porque o assunto é difícil, cabeludo mesmo. Espero ter um mínimo de habilidade pra colocar o assunto da forma mais bem apanhada possível, porque se alguém não entender o que eu escrevi a culpa será minha, única e exclusivamente. Vam’bora.

O LHC e o Tevatron são aceleradores de partículas; e não estou falando de partículas de poeira, porque estas são grandes demais, muito mesmo, formadas por uma quantidade enorme de átomos! Recomeço. Eles, o LHC e o Tevatron, são chamados de aceleradores de partículas pra economizar palavras (os físicos costumam ver beleza na economia: seus modelos têm tendências minimalistas). Ao invés de serem econômicos, talvez fosse mais interessante que os físicos fossem didáticos, deixando mais evidente o que querem dizer por partículas. Serei mais específico, separando as partículas em duas categorias: elementares e compostas. A distinção entre as categorias virá logo a seguir. Qualquer que seja a categoria das partículas, a idéia de uma máquina que as acelere pode soar esquisita, logo à primeira vista. Muito da física moderna, do que observamos na natureza durante o último século, contraria nosso senso comum: querendo ou não, as evidências experimentais continuam a nos demonstrar isso (elas existem aos montes).

//www.flickr.com/photos/sfgirlbybay/265782577)

As TVs do século passado eram pequenos aceleradores de partículas (photo by sfgirlbybay, http://www.flickr.com/photos/sfgirlbybay/265782577)

Partículas elementares e compostas: o que LHC e Tevatron aceleram? 

O assunto urge porque não vejo muita alternativa para discutir estes aceleradores sem tocar em tópico tão importante ao menos uma vez: que diacho é uma partícula elementar? E que raios é uma partícula composta? Darei a mais simples das definições e também a mais imediata: partículas elementares são aqeulas que não têm estrutura interna, não podem ser decompostas em estruturas menores. Partículas compostas são formadas por outras partículas. Um exemplo, aqui, é importante; ressalto que farei um bocado de escolhas, fazendo divisões, quebrando a matéria, buscando componentes menores e menores, sem me preocupar com medidas.

Uma casa. Uma casa é composta por paredes, tubos, torneiras, uma porção de coisas. Podemos pegar qualquer dessas coisas que compõem uma casa e dividir em pedaços ainda menores, em componentes; a parede, por exemplo, pode ser dividida em tijolos ou blocos, ou pedaços de madeira. Suponhamos uma parede de tijolos que são ecológicos, como aqueles tijolos desenvolvidos no Amazonas; estes tijolos são feitos de argamassa e garrafas PET. O material de que são feitas as garrafas PET, por sua vez, é o politereftalato de etileno, um tipo de plástico; 10 átomos de carbono, 8 átomos de hidrogênio e 4 átomos de oxigênio compõem uma molécula do politereftalato de etileno.

Decompus uma casa em pedaços cada vez menores, até chegar à proposta desenvolvida pelos filósofos gregos há cerca de 2500 anos: a hipótese atômica, que enuncia que toda a matéria é composta de pequenos pedaços, indivisíveis – daí a palavra átomo, que significa “indivisível” -. A hipótese atômica só foi verificada experimentalmente no século XVIII, com as primeiras experiências que separaram moléculas em elementos químicos – outra maneira de chamar os átomos, um apelido sério, maior, e desprovido de carinho ou jocosidade -, hoje bem organizados na conhecida tabela periódica dos elementos. Ao final do século XIX, os físicos conseguiram dividir o indivisível, o átomo: descobriram (ou perceberam, detectaram, fiquem os politicamente corretos de plantão com o termo que preferirem) o elétron, uma partícula eletricamente carregada que estava presente nos átomos de diversos elementos químicos testados, havendo a possibilidade de que estivesse presente, de fato, em todos os elementos químicos conhecidos.

Thomson no laboratório Cavendish, em Cambridge

Thomson no laboratório Cavendish, em Cambridge

Enquanto verificava-se a existência do elétron e era proposto que o átomo tinha estrutura interna, ou seja, poderia ser divido, descobria-se a radioatividade. Pouco depois, no começo do século passado, experiências em que um certo tipo de radiação, chamada partículas alfa – as partículas alfa são portadoras de carga elétrica positiva -, era jogado contra finas folhas de metal revelaram a existência do núcleo atômico, que possuidor de carga elétrica oposta à do elétron (o conteúdo histórico que conto aqui está pouco linear, mas que se há de fazer?, o motivo deste é falar de aceleradores de partículas). A descoberta do núcleo atômico levou ao desenvolvimento do modelo atômico que é ensinado nas escolas atualmente. Os experimentos em que era feito uso de partículas alfa como projéteis e de folha de material metálico como alvo são os primeiros experimentos de colisões de partículas de que se tem notícia.

Quando foram desenvolvidos os primeiros modelos atômicos do século XX – eu estaria bancando o político malandro, enganando todo mundo, se dissesse que nunca houve modelo atômico anterior aos desenvolvidos no século passado –, por conta das características verificadas nos experimentos, acreditava-se que o átomo era composto somente por um núcleo e elétrons. Constatava-se, no mesmo ano em que a radioatividade foi descoberta, que os átomos são compostos pelos mesmos tipos de partículas: todos os 117 elementos químicos conhecidos são formados por prótons, nêutrons (o nêutron só foi verificado experimentalmente na década de 1930, mais de 20 anos depois da descoberta do núcleo atômico) e elétrons, em diferentes quantidades.

Façamos uma pausa neste pousté para fixar uma informação importante: é a experiência quem dita a verdade científica, não o contrário. O exemplo do átomo pode ser suficientemente instrutivo. Vejamos: os filósofos gregos tiveram a idéia do átomo, um corpúsculo supostamente indivisível que formaria toda a matéria. Muito tempo depois os químicos conseguiram separar a matéria em tipos diferentes de átomos que, chegou-se a acreditar, seriam o menores componentes da matéria existentes. Acontece que eles não eram: foram encontradas partículas mais fundamentais que compunham todos os átomos; demonstrou-se, aí, que o átomo deixava de ser um nome apropriado: um átomo poderia ser dividido em partículas menores. O importante neste parágrafo, é que se perceba que os físicos não podem simplesmente adequar a natureza às suas crenças: qualquer modelo teórico desenvolvido pelos físicos é passível de ser testado. Tento um exemplo mais familiar, pra que fiquemos bem entendidos (o assunto é realmente importante). Suponhamos que tenha havido um assassinato; a vítima morreu depois de levar disparos de revólver. A polícia descobre uma faca na casa de alguém suspeito, que tinha motivos pra cometer o tal assassinato e, por causa disso, prende essa pessoa. O suspeito foi preso sem provas convincentes. Bem, a polícia não pode simplesmente mantê-lo preso por considerá-lo culpado sem que existam provas minimamente adequadas de que ele tenha cometido o crime. A ciência evolui mais ou menos do mesmo jeito. Um conjunto de evidências (exumação, exames diversos de perícia, testemunhas) indicam como aconteceu o assassinato e, com estas informações, constrói-se o caso. Quanto mais evidências, mais bem construída será a argumentação e maiores serão as chances de prender o verdadeiro culpado. Não se pode prender alguém que supostamente cometeu um assassinato com uma arma de fogo sob a alegação de que o suspeito tinha facas na cozinha. É isso que quero dizer quando argumento que “a natureza não pode se adaptar às crenças de alguém.”

Não é hora de entrar em detalhes, mas adianto: o núcleo atômico foi dividido em prótons e nêutrons que, por sua vez, já foram decompostos em partículas ainda menores (guardarei esse assunto para outro pousté, sem maiores explicações). Simplesmente não há uma regra efetiva que diga algo como “chega, não dá pra decompor a matéria ainda mais.” E, caso houvesse, ela poderia estar errada. Quem termina por definir isso – novamente, insisto – é a própria natureza e não o que pensamos sobre ela.

Tanto foi escrito e consegui falar quase nada sobre os prótons e sobre o funcionamento dos aceleradores de partículas. É isso que dá querer fugir do minimalismo na esperança de ser didático. De qualquer forma, já foi dada alguma idéia do que são partículas elementares, que afinal são objetos de estudo destas enormes máquinas. No próximo texto, espero falar sobre o porque dos experimentos serem como são e… ah, aguardem. 

A propósito: essas postagens sobre ciência não me parecem cair muito bem com o restante deste espaço. Se alguém concordar comigo, é bom dizer; cria-se outro lugar para tais discussões.

Comments
4 Responses to “Por que um acelerador de partículas? – parte I de…?”
  1. J-O-N-A-S disse:

    Olá amigos, sabemos que nos cálculos a humanidade já tenta provar que não há um DEUS, essa experiência é mais uma loucura humana de provar o inexplicável, só podemos esperar duas respostas uma boa e outra péssima. A boa é que DEUS existe e o brinquedinho frances não vai causar nenhum dano ao planeta, somente ao homem e a notícia péssima é que a cada tentativa do homem de querer ser DEUS, retrocede a humanidade a milhares de anos na sua busca eloquente e esse retrocesso acontece de várias formas; guerras, doenças epidêmicas, crises, etc.

    • McFly disse:

      Jonas,

      eu não sei que nos cálculos a humanidade já tenta provar que não há um Deus. Tem quem faça isso, mas é absurdo dizer “a humanidade”, como se todos estivessem atrás desta resposta.
      Quanto às respostas, os experimentos que serão realizados no LHC não têm qualquer intenção de provar a existência de Deus – quanto ao fator segurança, se ainda não falei em entrada alguma, falarei, saiba disso -; e não entendi como estes experimentos poderiam causar guerras, doenças, epidemias e crises. Poderia explicar?

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