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LHC: O que é, para que serve e como funciona

Uma discussão presente de modo bastante atual na área de ensino de física está relacionada à importância da inserção de temas mais atuais de física nas aulas dessa disciplina no Ensino Médio. Nesse sentido, sabemos que, em física, um dos maiores e mais importantes centros de pesquisa da atualidade é a Organização Européia para Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN, onde se encontra o LHC (Large Hadron Collider, em português, Grande Colisor de Hadróns). Desse colisor podem vir importantes contribuições para a confirmação de teorias já existentes e/ou construção de outras no que diz respeito aos conhecimentos necessários para a compreensão tanto do mundo subatômico como da origem e formação do Universo.

Objetivos

A partir dos cursos e visitas técnicas que realizamos no CERN por conta de nossa participação na Escola de Professores no CERN em Língua Portuguesa 2010, explicaremos o que é, para que serve e como funciona o LHC, além de descrevermos os experimentos que aí são realizados e o tipo de física que se faz a partir desse colisor. Pensamos ser esta uma forma de fazer chegar aos professores de física do Ensino Médio e, por intermédio deles, aos alunos, um pouco mais de conhecimento sobre o principal centro de pesquisa do mundo em física de partículas (ver Ref. [3]) na atualidade. Devido à extensão deste artigo, não será possível realizar uma revisão de conhecimentos de física de partículas e do modelo padrão das partículas elementares, necessários à completa compreensão dos assuntos aqui tratados. Contudo, sempre que citarmos algum aspecto dessas teorias, procuraremos informar, através de referências bibliográficas acessíveis a professores de Ensino Médio, fontes complementares de explicações sobre o tema.

LHC: a física que dá sentido à sua construção e seus objetivos

Sabemos que as partículas que constituem a matéria e que são responsáveis por mediar as interações fundamentais da natureza são tão infinitamente pequenas que é impossível observá-las com um microscópio, pois suas dimensões são muito menores do que o comprimento de onda da luz visível. Essa explicação foi elaborada no início do século XX, quando descobriu-se que essas partículas em movimento podem se comportar como ondas em determinados experimentos (dualidade onda-partícula, ver Ref. [4]) e que os comprimentos de onda dessas partículas tornam-se menores com o aumento da energia. Isso significa que, para estudar detalhes na escala de um bilhão de vezes menor que o visível, precisamos dar às partículas energias um bilhão de vezes maiores do que as energias típicas do mundo macroscópico. Este constitui o princípio básico de como um acelerador pode ser usado para medir o mundo subatômico. Nessa escala de tamanho, “ver” significa detectar um sinal, observar um rastro luminoso, medir a energia. Assim, os aceleradores são usados para aumentar a energia das partículas antes da colisão e, desse modo, tornar os resultados visíveis indiretamente usando detectores. As partículas são aceleradas no LHC.