Imagine poder viajar no tempo até os primeiros instantes do Universo ou visualizar a estrutura de um vírus para criar um novo medicamento. Embora a máquina do tempo ainda seja ficção científica, cientistas de todo o mundo utilizam ferramentas monumentais que nos permitem espiar os segredos mais bem guardados da matéria: os aceleradores de partículas.
Essas máquinas, que podem ter quilômetros de extensão, são verdadeiros laboratórios do invisível, sendo extremamente importantes para descobrir os segredos da matéria. Mas, afinal, como os aceleradores de partículas funcionam e para que servem na prática?
De forma simplificada, um acelerador de partículas é uma máquina projetada para pegar partículas subatômicas – como prótons e elétrons – e acelerá-las a velocidades próximas à da luz. O princípio por trás dessa proeza é a utilização de campos elétricos e magnéticos. Pense nos campos elétricos como uma série de “empurrões” que aumentam a velocidade das partículas. À medida que as partículas carregadas passam por cavidades de radiofrequência, elas recebem pulsos de energia que as impulsionam para frente.
Para manter essas partículas em uma trajetória controlada, entram em cena os campos magnéticos, gerados por ímãs supercondutores extremamente potentes. Em aceleradores circulares, como o famoso Grande Colisor de Hádrons (LHC), na fronteira franco-suíça, esses ímãs curvam a trajetória das partículas, forçando-as a girar em um anel por bilhões de vezes, ganhando mais energia a cada volta.
Em aceleradores lineares, os ímãs atuam como lentes, focando o feixe de partículas para que ele não se disperse. Todo o processo ocorre dentro de tubos com um vácuo altíssimo para evitar que as partículas colidam com moléculas de ar.
O grande objetivo de acelerar essas partículas é colidi-las. Ao promover choques frontais entre dois feixes de partículas ou contra um alvo fixo, os cientistas recriam, por uma fração de segundo, condições de energia semelhantes às que existiam logo após o Big Bang.
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