Os Aceleradores de Partículas: Uma Perspectiva Histórica

A herança da física de aceleradores
A con!rução do Cíclotron e a consolidação de uma nova "nâmica cientifica.
Renan Milnitsky
renan.milnitsky@u#.br
Ponto de partida
História como meio para compreender diferentes dimensões
da construção do conhecimento científico;
Ponto de partida
Aceleradores de partículas surgem em meio a revolução
científica;
Ponto de partida
O que será que muda com a revolução científica?
Mudam-se apenas os conceitos?
A forma de "fazer ciência" é única e imutável? Lidar classicamente
com a física moderna?
Como conceber um acelerador de partículas?
Ponto de partida (Enfim!)
O experimento de Geiger-Mardsen;
Descoberta do núcleo atômico por Rutherford;
Experimento de Geiger-Mardsen
Experimento de Geiger-Mardsen
Objeto científico
O objeto se constrói por meio de uma relação dialética entre o
processo
racional e a experiência.
Razão
Experiência
"O real da ciência contemporânea não aparece como fenômeno e sim como
noumeno. O noumeno é um objeto de pensamento e o fenômeno, um objeto de
percepção."
BULCÃO, M.
"O objeto da microfísica é um verdadeiro noumeno e não uma miniatura do
objeto comum."
BACHELARD, G.
Conflito entre os modelos
Modelo de J. J. Thomson
O átomo nuclear e a dimensão do núcleo
A corrida pelo núcleo atômico
Para desvendar os mistérios do núcleo precisamos agora de feixes de partículas
carregadas mais energéticas do que aquelas emitidas naturalmente por substâncias
radioativas.
Corrida segue dois caminhos
Aceleradores de partículas
Raios cósmicos
Aceleradores de partículas
Tensão contínua
Tensão alternada
Acúmulo de cargas promovem altas
tensões aplicadas na aceleração de
partículas carregadas.
Aplicam-se diversas vezes pequenas
diferenças de potencial que promovem a
aceleração de partículas carregadas.
Primeiros passos
Comunidade científica busca alternativas aos mecanismos de tensão contínua;
Artigo de Wideröe (1929) baseado nas ideias de Ising (1924);
Mecanismo de aceleração linear.
Mecanismo de Ising
Apresentava uma série de questões técnicas que impossibilitavam
sua construção, exigia ainda um grande desenvolvimento
tecnológico.
Lawrence e o Cíclotron
"Em uma noite, no ano de 1929, enquanto eu
estava debruçado sobre periódicos atuais na
biblioteca da Universidade, me deparei com um
artigo do Jornal Alemão de Engenharia Elétrica,
escrito por Rolf Wideröe. Ele tratava sobre um
método de aceleração múltipla de íons positivos.
Não sendo capaz de compreender o idioma
alemão, apenas olhei para os diagramas e
fotografias do dispositivo de Wideröe e pelas
diversas figuras presentes no artigo pude
compreender sua abordagem geral ao problema a múltipla aceleração de íons positivos por meio
da aplicação adequada de tensões alternadas,
que oscilam na faixa de radio frequencia, a uma
serie de eletrodos em formas de tubos cilíndricos
conectados em linha reta reta."
LAWRENCE, E. O.
Idealização
"Coloquei a mim mesmo a seguinte questão: ao
invés de utilizar diversos eletrodos cilíndricos
em linha reta, poderiam haver apenas dois
eletrodos e um arranjo adequado de campos
magnéticos que fizessem com que os íons
passassem diversas vezes por eles."
Funcionamento do Cíclotron
Idealização
Dependência do raio com a velocidade;
Frequência angular independente da velocidade.
Condição de ressonância: freqüência angular igual a freqüência da fonte de tensão.
Relação entre as forças
magnética e centrípeta.
Relação entre as velocidades
angular e linear
Análogo Mecânico
Construção
Cíclotron 11" (28 cm) "1931"
Cíclotron 60" (1,5 m) "1939"
Cíclotron 27" (69 cm) "1932"
Cíclotron 184" (4,7 m) "1942"
A consolidação de uma nova
dinâmica
Necessidade econômica para a construção de aceleradores
maiores;
Orçamentos para pesquisa nas universidades da época eram
pequenos; (Crise de 29)
Saída de Lawrence: procurar financiamentos e criar uma
dinâmica de colaborações; (Novas habilidades do cientista)
Grupos de pesquisa engajados com o trabalho competindo
constantemente entre si.
Consolidação do primeiro Laboratório de Radiações (Rad Lab).
Laboratório nacional de Berkeley
Laboratório nacional de Berkeley
1933: (6 membros)
Lawrence, Livingood, Livingston, Lucci, McMillan, Sabbatarian.
1938: (43 membros)
Lawrence, Cooksey, Alvarez, McMillan, Ruben, Seaborg,
Brobeck, Corson, Emo, Erf, Farley, Green, Kamen, Hamilton,
Langsdorf, Larkin, MacKenzie, McNeel, Salisbury, Segre,
Simmons, Tuttle, Waltman; Lewis, Aebersold, Marshak, Hoag,
Kruger; Backus, Condit, Kennedy, Livingston, Nag, Scott, Wahl,
Wright, Wu, Yockey; Physics Assistant Lofgren, Raymond;
Cornog, Helmholz, Wilson.
Considerações finais
Rad Lab de Berkeley serviu como modelo
para grandes projetos como o Rad Lab do
MIT e o Manhattan Project;
Constitui-se, na década de 30, o começo da
dinâmica de colaborações que estamos
inseridos nos dias de hoje.
O que é ser cientista?