Electrical e-Library no CERN (Parte 2)

Dando continuidade à visita ao CERN. Esta segunda e última parte é sobre a exposição permanente do Microcosmo e a visita guiada.

Visita ao CERN (Parte 1)Clique aqui

Entrada do Microcosmo

Logo na entrada, tem um corredor que conta a formação do Universo, do Big Bang até o presente.

Primeira sala

Esta é a primeira sala do Microcosmo.

Antes de ir para o LHC, o próton entra em aceleradores menores. O LINAC1, cujo modelo mostrado abaixo, foi usado de 1958 até 1992. Atualmente o CERN usa os LINAC3 e LINAC4.

Um tanque de hidrogênio fornece átomos. O aparelho à esquerda se chama Duoplasmatron e remove os elétrons.

O LINAC é um acelerador de prótons linear, cada uma destas cavidades é um par de eletrodos alimentados por tensão alternada, criando um campo elétrico oscilante na frequência de ondas de rádio.

Luzes vermelhas aparecem entre as cavidades representando os prótons. Quando sai do LINAC, o próton já tem 30% da velocidade da luz.

Antes de entrar no LHC, o feixe de prótons entra em uma rede de aceleradores menores, como o SPS (círculo menor), ganhando energia a cada volta para finalmente entrar no LHC para colidir com outros prótons, produzindo várias partículas subatômicas.

Esta tela de toque explica vários conceitos de física.

Esta é uma câmara de nuvens, ou Câmara de Wilson. Estes rastros não são uma simulação, são deixados por partículas reais do espaço, chamadas de raios cósmicos. Muitas destas partículas atravessam nossos corpos o tempo todo, independentemente de onde estivermos. Fontes de radiação também deixam traços na câmara de nuvens.

Tubo do LHC

Mostrando as partes do interior do tubo do LHC.

• Hélio líquido (Liquid Helium): Os eletroímãs supercondutores precisam ser resfriados a 1,9 Kelvin (-271,25ºC). 800.000 litros de hélio líquido resfriam 36.000 toneladas de equipamento. É transportado por tubos indicados acima.
• Poste de suporte (Support post): Sustentam os ímãs, são feitos de compósito de epóxi, fibra e vidro de 4 mm. Projetados para sustentar 10.000 kg de eletroímãs e dissipar apenas 0,1 W de calor. Cada eletroímã é sustentado por 3 postes.
• Colares magnéticos (Magnet collars): Feitos de aço, mantêm os fios supercondutores nos lugares, impedindo que sejam deslocados e apertados devido às enormes forças eletromagnéticas. Qualquer fricção pode criar pontos quentes, fazendo o fio perder o status de supercondutor.
• Isolação térmica (Insulation): Além do vácuo no interior, o tubo é cercado por várias camadas de mylar aluminizado para impedir o vazamento de fluxo de calor.
• Jugo de ferro (Iron yoke): Para proteger o campo magnético 100.000 mais forte que o da Terra de perdas, os cabos supercondutores são cobertos por jugos de ferro laminado. Inclusive aumenta a densidade de fluxo magnético das bobinas. São usados 6 milhões de jugos para 1232 dipolos.

• Dipolo magnético (Dipole magnet): Gera o campo magnético para guiar os prótons. As bobinas precisam ser supercondutoras, senão haverá uma grande perda de energia em forma de calor. O LHC contém quadrupolos para os prótons colidirem dentro dos instrumentos.
• Tubo de viga (Beam pipe): Dentro destes tubos, um próton dá 400 milhões de voltas em uma circunferência de 27 km em 10 horas. Uma distância equivalente ao diâmetro do Sistema Solar. Estes tubos devem ter vácuo e se encontram nos 4 experimentos para a colisão.

Neste jogo, você controla um próton que viaja pelo interior do LHC com o joystick.

Sala dos experimentos

Uma foto do CMS (Solenoide de Múon Compacto), um dos 4 experimentos do LHC.

O ponto de colisão no centro não pode ser medido diretamente. O CMS foi construído em camadas, cada partícula deixa uma assinatura diferente nos detectores internos. As camadas externas (ao redor do círculo) são detectores de múons, as únicas partículas que conseguem passar pela camada interna sem serem barradas. Este é um multiplicador de elétrons a gás do CMS.

Um tubo de desvio de múons do Atlas.

O protótipo do rastreador do Atlas com 300.000 pequenos tubos. Cada um dos tubos tem uma mistura de gás, com um fio dentro e um campo elétrico entre o fio e a parede externa do tubo. As partículas colidem com os átomos do gás, movendo os elétrons.

Uma câmara de projeção temporal do Alice. Grava a trajetória de milhares de partículas carregadas.

Um calorímetro do Atlas, é imerso em argônio líquido.

Cristais do CMS.

Um ímã de solenoide do Atlas, identifica se as partículas têm carga positiva ou negativa.

Detector de tira de silício do Atlas. Os sensores mais próximos da colisão são feitos de silício.

O localizador de vértices do LHCb. 42 módulos cercam o ponto de colisão do LHCb,

Todas as medições e registros dos aceleradores e experimentos do CERN precisam ser armazenados em uma mídia física. Toda esta informação era armazenada em fitas como estas, cada uma tem capacidade para 1 Terabyte de dados e 30 minutos de colisões do LHC.

Eu comprei uma destas fitas na loja de souvenirs.

Sobre a visita guiada do CERN

Quando eu agendei a visita guiada, imaginei que fosse visitar parte das instalações do LHC. Em vez disso, veio um cientista do CERN fazer uma apresentação em PowerPoint e depois uma visita guiada ao Microcosmo. Não precisa de guia para esta exposição permanente. Na minha opinião, a visita guiada foi abaixo do esperado. Não espere entrar em nenhuma instalação do LHC ou de outro acelerador quando for para o CERN.

Pelo menos, eu e meu grupo entramos em uma sala e vimos o primeiro acelerador de partículas do CERN, o Synchrocyclotron (SC) de 600 MeV.

O Synchrocyclotron foi projetado e construído em apenas 3 anos, entrou em operação em 1957. Com este acelerador, físicos europeus conseguiram entender as interações da Força Nuclear Fraca. Por 33 anos, foi importante nas áreas de física nuclear, estado sólido, materiais e ciências da vida.