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Ciclotrons

Data da última atualização : 22/01/2008

Que é um bombardeador de átomos ?

Tanto átomos como vidraças de janelas são despedaçados quando atingidos com violência. Embora durante séculos os meninos traquinas tenham sabido como estilhaçar vidros das janelas com atiradeiras, somente nos últimos anos os cientistas aprenderam a bombardear o átomo, coisa considerada impossível durante muito tempo.

Uma importante indicação para a solução do mistério da desintegração do átomo foi obtida nos fins do século passado, quando descobriram que o átomo dos elementos como tório e o rádio eram desagregáveis por si mesmos, da mesma forma que o fogo de artifício se fragmenta em pequeninos pedaços. Cientistas estudaram esses elementos radioativos,

Detector de partículas do laboratório nacional de Brookhaven (USA)

parte do ciclotron do laboratório nacional de Brookhaven (USA). Separador de partículas.

como foram denominados, pois neles havia a evidência primeira de que um elemento poderia ser transformado em ouro.

Em 1919, Lorde Rutherford bombardeou gás de nitrogênio com partículas alfa, oriundas de elementos radioativos, à proporção que se iam efetuando certas mudanças. Algumas partículas do nitrogênio foram mudadas em oxigênio. Pela primeira vez na História o homem conseguiu transformar um elemento em outro. Deste modo, a ciência moderna realizou o sonho dos antigos alquimistas, que procuraram, sem sucesso, transformar metais comuns, como cobre e chumbo, em preciosos, como o ouro e prata.

Atualmente, os átomos estão sendo transformados por meio de grandes máquinas bombardeadoras das quais existem vários tipos. Talvez as mais conhecidas e mais largamente difundida seja ciclotron, um bombardeador de átomos inventado por Ernest Orlando Lawrence, da Universidade da Califórnia.

Assim como um menino gira uma funda acima da cabeça e deixa a pedra voar em direção à vidraça do vizinho, do mesmo modo o ciclotron gira projéteis atômicos incessantemente, até que tenham adquirido grande velocidade e em seguida os lança como pedras elétricas em determinado alvo.

Da mesma forma que um menino tem um estoque das pedras que vai empregar em sua funda, o ciclotron recebe o seu estoque de um gás a baixa pressão, contido num tanque. Se o gás é hidrogênio, o ciclotron arremessa prótons; se existe hélio no tanque, são despedidas


Com a forma de um túnel com 4,0 metros de diâmetro, 3,0 quilômetros de comprimento e enterrado a 13 metros sob o solo, o SLAC encontra-se na Califórnia (USA).
A matéria, seja ela animal, vegetal ou mineral é constituída de átomos.
O átomo, formado pelo núcleo e nuvem de elétrons, mede 10 milionésimos de milímetro.
O núcleo, onde estão os prótons e nêutrons é 10.000 vezes menor que o átomo.
O próton é dez vezes menor que o núcleo. E cada próton é formado por três quarks.
O quark já é 1.000 vezes menor que o próton. Pode ser que exista algo ainda menor.

partículas alfa; e se o gás é hidrogênio impuro resultam deuterons.

Além do ciclotron, um outro bombardeador tem grande aceitação pelos cientistas: o gerador eletrostático de Van de Graaff, por meio do qual pequenas cargas elétricas são reunidas em cinturões intermináveis. Essas cargas são armazenadas até que se criem altas voltagens para enviar projéteis atômicos contra alvos atômicos.

Os nêutrons são produzidos em relativa abundância pelos núcleos de átomos bombardeados por deuterons ou partículas alfa. Esses nêutrons, por sua vez, são dirigidos a outros objetos tais como átomos ou células cancerosas. O nêutron constitui um bom projétil atômico porque, embora tenha a constituição de um próton, falta-lhe uma carga elétrica e daí o fato de não ser repelido pelas forças em redor de um núcleo de átomo. Os desintegradores de átomos mudaram a maioria dos elementos em outros e tornaram muitos elementos artificialmente radioativos. O ciclotron mudou o sal de cozinha comum em um sal radioativo com uma atividade equivalente às emanações de rádio no valor de 4 milhões de dólares. Sais radioativos dessa natureza têm sido empregados no tratamento de indivíduos cancerosos. Uma vez que a radioatividade

Quarks
Quark "em cima" (up) é o menor e mais leve, massa = 19,6. Tem carga elétrica positiva, +2/3.
Quark "em baixo" (down) é um pouco mais pesado que o "em cima", massa = 20, com carga negativa, -1/3.
Quark "estranho" (strange) massa de dez a trinta vezes a dos anteriores, 294. Carga negativa, -1/3.
Quark "charmoso" (charm) Mil vezes mais pesado que o "em cima", massa = 2.940. Carga positiva, +2/3.
Quark "fundo" (botton) Massa de três "charmosos", 10.780 e carga negativa, -1/3.
Quark "topo" (top) Equivalente a 40 "fundos" em peso, 174.440. Carga positiva, +2/3.

diminua, os sais podem ser tomados por via bucal ou injetados. O rádio atual aplicado desta maneira seria perigoso, de vez que a atividade do mesmo continua por tanto tempo que os efeitos curativos seriam superados pela destruição do tecido sadio.

Por meio do ciclotron, o ouro foi mudado em platina; este método não é prático, uma vez que a platina, empregada como matéria-prima, é mais dispendiosa do que o ouro.

Não devemos considerar como uma tolice ou experiência perdida a transmutação de um elemento em outro menos valioso, pois, segundo o Dr. Lawrence frisou "a informação que estamos obtendo é mais valiosa do que ouro".

O bismuto, elemento vulgar, tem sido transformado em forma permanente de rádio pelo ciclotron.


Cada núcleo de ouro contém 79 prótons e 119 nêutrons. Dentro deles existem partículas menores, os quarks. Uma colisão em alta velocidade poderia liberá-los.

Os nêutrons tem sido empregados em lugar dos Raios-X e rádio para destruir o câncer incipiente, embora o tratamento seja relativamente recente para que os cientistas estejam certos do seu valor. Muitos átomos atacados por nêutrons têm estourado com enorme desprendimento de energia atômica. Se tais explosões pudessem ser provocadas em larga escala teríamos em nossas mãos uma fonte de energia jamais imaginada.

Estudos são feitos continuamente em cíclotrons espalhados pelo mundo.


Após a colisão de átomos de ouro, os quarks livres podem se reagrupar dando origem a outras partículas atômicas como prótons, nêutrons, elétrons e outras partículas de vida efêmera.
Para trazer de volta toda a família de partículas e estudá-las, é preciso aquecer núcleos atômicos, e a melhor maneira de fazer isso é provocar trombadas entre eles. Atualmente, já se consegue transformar o quark "em baixo" e o quark "em cima" em seus outros primos, mas isso sempre acontece no interior dos prótons e dos nêutrons. O laboratório nacional de Brookhaven será o primeiro capaz de recriar todas as espécies de quarks em completa liberdade.

Com isso, os físicos esperam descobrir como essa forma de matéria se comporta, e no futuro podem aprender a usá-la para fabricar materiais e aparelhos que hoje são inimagináveis. Nessa pesquisa, o primeiro passo será estudar prótons e nêutrons diferentes dos usuais. É possível que pelo menos um desses núcleos dê as caras quando o novo instrumento americano entrar em operação.

A partícula diferente que se espera encontrar foi

Partículas nucleares
Prótons são formados por dois quarks "em cima" de cargas +2/3 cada e um quark "em baixo" de carga -1/3, totalizando carga +1.
Nêutrons são formados por dois quarks "em baixo" de cargas -1/3 cada e um quark "em cima" de carga +2/3, totalizando carga zero.
batizada de "Strangelet" composta de três quarks "estranho". Caso ela apareça, e não cause nenhum
desastre, poderá ser estudada em detalhes. Mesmo se os físicos não a virem, aprenderão alguma coisa a seu respeito. Será um indício de que ou a energia do novo instrumento não é suficiente para criá-la ou ela é muito instável, desintegrando-se num tempo infinitesimal. Assim, as informações obtidas durante as experiências poderiam revelar se a partícula se esconde no centro de astros superdensos, chamados estrelas de Nêutrons. Esse parece ser o único lugar em que ela existe no universo, atualmente.

Fonte(s) : Coleção Tesouro da Juventude - W.M.Jackson, INC. Editores
Super Interessante - Editora Abril - Dezembro/1991 - Março/1992 - Abril/1996 - Outubro/1999

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