Acceleratorenelparticelle è una macchina in grado di accelerare protoni, elettroni o atomi carichi, confinandoli in fasci stretti, con velocità prossime al velocità della luce, attraverso l'applicazione di intensi campi elettrici e magnetico. Gli acceleratori di particelle sono utilizzati per la ricerca scientifica e anche per la produzione di radiazione di sincrotrone.
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Come funziona un acceleratore di particelle?
Acceleratori di particelle utilizzare i campi elettrici per accelerare le particelle come protoni ed elettroni attraverso un grande differenza di potenziale. La traiettoria di queste particelle è controllata da un intenso campo magnetico esterno, responsabile della focalizzazione del fascio di particelle, rendendolo sempre più stretto.
IL energia cinetica di particelle che si muovono all'interno degli acceleratori è misurato in un'unità non convenzionale, il elettronvolt (eV). Questa unità è equivalente a quanta energia è immagazzinata in un elettrone quando sottoposto a a potenziale elettrico di 1V. Un elettronvolt equivale a circa 1,6.10-19 J, e, nei moderni acceleratori di particelle, è possibile ottenere collisionitra le particelle la cui energia è vicina a 7 TeV (7.1012 eV). Per raggiungere una tale quantità di energia, protoni ed elettroni vengono accelerati a più di 99% della velocità della luce.
Gli acceleratori di particelle più semplici sono i generatore van der graaf è il tubo a raggi catodici (usato sui televisori CRT, noti anche come televisori a tubo), entrambi gli acceleratori lineare e elettrostatica. Lineare perché? cariche elettriche guadagnare velocità lungo un percorso rettilineo ed elettrostatica operando con campielettricocostanti, cioè, non variano nel tempo.
I moderni acceleratori di particelle dispongono di acceleratori lineari e circolari. Un esempio di acceleratori moderni è il LHC (Large Hadron Collider). All'LHC, i protoni vengono iniettati in un acceleratore lineare, quindi questo raggio di protoni viene diretto verso una sequenza di anelli. In questi anelli, il fascio di protoni è sempre più collimato da campi magnetici e accelerato da campi elettrici dinamici.
A cosa serve un acceleratore di particelle?
Gli acceleratori di particelle hanno molti usi, il più comune dei quali è quello che cerca "visualizzare" sottoparticelle estremamente energetiche, come il quark e il bosoni di higgs. Queste particelle possono essere osservate solo per brevissimi istanti, quando due atomi che si muovono a velocità molto vicine a quella della luce si scontrano frontalmente.
Acceleratori di particelle servono anche a produrre radiazione di sincrotrone.. Radiazione di sincrotone è il nome dato a onde elettromagnetiche emesso dalle particelle che si muovono nell'anello circolare di un acceleratore di particelle. La radiazione viene emessa da particelle accelerate, quindi alcuni acceleratori di particelle può produrre diverse "linee di luce" — raggi X, raggi gamma e tutte le frequenze desiderate. Queste radiazioni vengono utilizzate per gli scopi più diversi: analisi strutturale dei materiali, trattamenti oncologici, esami di immagine, ecc.
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Dove sono gli acceleratori di particelle?
La maggior parte degli acceleratori di particelle si trova nelle università e nei centri di ricerca di tutto il mondo. Attualmente ci sono circa 30 mila acceleratori di particelle in funzione.
Acceleratori di particelle in Brasile
Il Brasile ha grandi acceleratori di particelle nel Laboratorio Nazionale della Luce di Sincroton (LNLS), tra questi spicca il Sirius, una delle più moderne sorgenti di luce sincrotonica di quarta generazione in Brasile e nel mondo. Il nuovo acceleratore di particelle è in fase di implementazione e servirà a diversi scopi, come la ricerca accademica relativa all'energia, all'ambiente, alla difesa, all'industria, alla salute, ecc.
L'acceleratore Sirius sarà in grado di produrre righe di luce miliardi di volte più intense di quelle prodotte dal UVX, aperto nel 1997 e chiuso nel 2019. In questo modo si possono effettuare nuove ricerche, promuovere lo sviluppo della scienza nazionale.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-um-acelerador-particulas.htm