Fisica particulas, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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Fellipy Gonçalves

Igor Rezende

Bruno Santana

Física de par�culas e o LHC

profº Jan Carlos

Salvador-

Sumário

1.Introdução

2.Aceleração de partículas no LHC

3 .Condições de funcionamento

4.Campo magnético toroidal

5.Partículas conhecidas

6.Física de partículas e a medicina

7.Conclusão

8.Fontes

1.Introdução

A física de partículas é um ramo da física que estuda a física microscópica,ou melhor,

os constituintes elementares da radiação e da matéria, além das suas interações e

aplicações.

A grande Organização de estudos da física de particulas, hoje , é a Organização

Européia para Pesquisa Nuclear-CERN. Esta organização é um dos maiores centro de

física do mundo e é responsável por muitas tecnologias que encontramos hoje, como

por exemplo, a internet.

O laboratório CERN fica na fronteira Franco-Suíça, perto de Genebra. Seus estudos

são direcionados a física fundamental e eles detêm das maiores tecnologias conhecidas

gerado por imãs supercondutores. Os imãs são refrigerados a aproximadamente – 271ºC

por um sistema de distribuição de gás hélio liquido (principalmente), essa refrigeração

é feita para que aja uma supercondução, visando a quase nula resistência do sistema e

a não desenergização, visto que tais imãs são construídos a partir de bobinas de cabos

elétricos especiais que são muito eficiente no estado de supercondução.

São milhares de imãs de diversos tamanhos e variedade utilizada para guiem os feixe,

para se ter uma idéia são 1.232 imãs bipolares de 15 m de comprimentos-utilizados para

dobrar as vigas- 392 imãs quadripolares variando de 5 a 7m de comprimento para focar

os raios e ainda existem outro tipo de imã que literalmente são utilizados para

aproximar( “espremer”) os feixes e aumentar as chances de colisão. Estes imãs

utilizados para “espremer” os feixes são colocados próximos aos detectores de

partículas e são colocados em 4 pontos, ou seja, ocorrem 4 colisões e estas próximas aos

detectores de partículas para obter o resultado dos choques e as partículas obtidas

visando a descoberta do Bóson de Higgs.A colisão destas partículas é tão difícil que

chegam a comparar com a colisão duas agulhas lançadas em direções opostas a uma

distância de 10km. Toda a infra-estrutura do LHC está sobre o mesmo teto do centro de

controle do CERN e as tecnologias são lá mesmo criadas.

3.Condições de funcionamento

Para que o LHC funcione ele necessita de uma supercondutividade dos imãs e de um

ultra vácuo dentro dos dois tubos por onde os feixes serão lançados. Para que se tenha

uma supercondutividade é necessária uma temperatura muito baixa, pois segundo essa

propriedade física e intrísica a certos materiais quando submetidas a temperaturas muito

baixa certos materiais conduzem corrente sem resistência e sem perda. Assim a

temperatura dos grandes imãs do LHC é de aproximadamente – 271 ºC e como já dito

anteriormente ela é atingida com um sistema de resfrigeração com distribuição de hélio

superliquefeito e quando comprimimos uma gás e eles se liquefazem sua temperatura é

fica muito baixa.

Na questão do ultra vácuo, a pressão do ar na operação do LHC é de 10 - 13 pascal,

uma pressão muito baixa e considerada um ultra vácuo. Um comparação é com a

pressão do ar na lua que é de 10 -12 pascal. A necessidade deste ultra vácuo é para evitar

a resistência do ar e colisões dos feixes com outras partículas contidas no ar.

4.Campo magné�co toroidal

Toroide é um solenóide em forma de anel, onde seu núcleo pode ser de ar ou de material ferromagnético(geralmente o núcleo é feito de ferrite). Observe o tóroide na figura 4. abaixo.

A densidade do campo magnético no interior das espiras (no núcleo) da toróide é determinado pela fórmula:

Onde o campo (B) é igual a permeabilidade magnética( mi) multiplicada pelo numero de espiras das bobinas toroidais( N) e pela corrente que passa no toroide (I),e tudo isso dividido por duas vezes pi vezes o raio médio do toroide (r).

Assim utilizando a regra da mão direita obtemos o sentido das linhas do campo do toróide que ficam confinadas no seu núcleo como mostra a figura 4.13 abaixo.

5.Par�culas conhecidas

Tauón +1/2 -1 -1/2 0 1.777, Neutrino electonico

+1/2 0 +1/2 0 <3E-

Neutrino muonico

Neutrino tauonico

Quark

up +1/2 +2/3 +1/2 RGB ~

charm +1/2 +2/3 +1/2 RGB ~1.200, top +1/2 +2/3 +1/2 RGB >170. down +1/2 -1/3 -1/2 RGB ~ strange +1/2 -1/3 -1/2 RGB ~ bottom +1/2 -1/3 -1/2 RGB ~4.

Partículas Subatômicas

Hádrons Nome Estável Espín Confinamiento Massa (Mev/C²) inteiro Quark +antiquark Pión carregado

Pión neutro 136 Kaón carregado

Kaón neutro 497 D carregado 1800 B carregado 5200 Upsilon 9400

Bárions

fracionado 3 quarks

protón sim 938 neutron sim 940 delta 1232 ômega 2600 Xi doble 3500 Lambda inferior

6.Física de par�culas e a medicina

Na década de 1920 começaram a construir os aceleradores de partículas com o objetivo de descobrir estruturas não visíveis a olho nu mas que por sua vez formavam tudo que existe no mundo. Hoje já se conhece uma diversidade de partículas elementares.

Mas em que a física de partículas influenciou na medicina? Na verdade em muitas coisas influenciando principalmente na imagiologia e na terapia.

Nas partículas para imagiologia podemos falar em Raio-X e em tomografia de emissão de positrões.

O raio-X foi descoberto em novembro de 1895 por Wilhelm Conrad Röntgen. Um mês depois ele retirou a primeira radiografia no braço de sua esposa. Hoje em dia a radiografia é muito utilizada e faz parte de um leque de exames médicos, principalmente para identificar fraturas e luxações.

A tomografia de emissão de positrões o paciente entra em uma capsula onde recebe radiação de positrões, é um tipo de tecnologia que foi desenvolvida pelo CERN e pelo Geneva Cantonal Hospital que é a tecnologia radiofarmacêutica, onde radiofármacos,(materiais radioativos) se administram aos doentes. As partículas emitidas como resultado do decaimento destas substâncias são detectadas e analisadas. No caso da tomografia de positrões um radiofármaco que emite positrões, as antipartículas dos electrões, é administrado ao doente. Quando se dá a emissão de positrões, estes são rapidamente aniquilados com electrões no corpo do doente. Este processo liberta dois raios gama que são

7.Conclusão

A física de partículas embora tenha criado tecnologias para se detectar as partículas elementares e comprovarem a existência de partículas formadoras das matérias do Universo acabou contribuindo para o avanço da tecnologia tanto industrial, doméstica (internet) quanto medicinal - com suas influências em tratamentos e exames.

8.Fontes

http://www.fisica.ufs.br/CorpoDocente/egsantana/elecmagnet/magnetico/ cMagnetico.html#Campo magnético producido por un toroide( acessado em 21/11/2010);

http://pt.wikipedia.org/wiki/Supercondutividade( acessado em 21/11/2010);

http://fu2re.wordpress.com/tag/lhc( acessado em 21/11/2010);

http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas( acessado em 21/11/2010);

http://www.lip.pt/outreach/oldweb/brochures/accelmed_pt.html( acessado em 21/11/2010);

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=pt-BR&sl=en&u=http:// public.web.cern.ch/public/en/LHC/HowLHC-en.html&prev=/ search%3Fq%3Dcern%26hl%3Dpt- BR%26prmd%3Dnl&rurl=translate.google.com.br&usg=ALkJrhgHQUK3XYyPtYOLu uhUYAMwXCNUNQ( acessado em 21/11/2010);

http://www.scielo.br/scielo.php? pid=S0103-84782003000100007&script=sci_arttext( acessado em 21/11/2010);

http://www.molwick.com/pt/materia/570-particulas-elementares.html( acessado em 21/11/2010);

http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas( acessado em 21/11/2010);

http://www.infoescola.com/fisica/boson-de-higgs/( acessado em 21/11/2010);

http://www.scribd.com/doc/37231127/Montasgem-a-Terminar- Eletromagnetismo-10setembro( acessado em 21/11/2010);