Os aparelhos para acelerar partículas permitem estudar objetos muito pequenos, revelando-nos a estrutura mais íntima da matéria encontrada ao nível do núcleo dos átomos. Os aceleradores são tão importantes para a física das partículas, como os telescópios o são para a astronomia ou os microscópios para a biologia.
Em 1929, John Cockroft e Ernest Walton iniciaram, no Laboratório Cavendish, em Cambridge, Inglaterra, a construção de um aparelho deste tipo.
O laboratório era dirigido pelo reconhecido cientista neo-zelandês Ernest Rutherford, que considerava como problema central da física naquele momento, o conhecimento da estrutura do núcleo atómico.
Para isso, era preciso “partir o átomo” fazendo chocar partículas umas contra as outras, a elevadas velocidades. Para as atingir era preciso conceber uma máquina que produzisse tensões elétricas muito elevadas que serviriam para acelerar essas partículas.
Cockroft e Walton desenvolveram um aparelho que permitia produzir essas tensões (entre 600 000 e 800 000 Volt) com correntes relativamente baixas, usando um circuito multiplicador de tensão formado, sobretudo, por condensadores e díodos.
As partículas assim aceleradas atingiam energias da ordem dos 600 000 eV (electrão – Volt).
Construído o acelerador, Cockroft e Walton realizaram experiências sensacionais!
Foram eles que, em 1932, provocaram as primeiras reações nucleares com partículas aceleradas artificialmente. Utilizando um tubo de descarga auxiliar, os cientistas retiraram eletrões a átomos de hidrogénio, obtendo um feixe de protões. Os protões eram depois acelerados pela alta tensão, num tubo vazio e apontados para um alvo.
O lítio foi o primeiro elemento a ser utilizado como alvo e, por isso, a ser examinado. Do choque entre o feixe de protões e uma folha de lítio resultava a absorção de protões por parte do lítio e a deteção das chamadas partículas–alfa.
Rutherford já tinha identificado partículas-alfa no início da sua carreira, como núcleos de átomos de hélio que perdem os seus eletrões e que têm quatro vezes a massa do protão. Os resultados desta experiência foram mesmo fantásticos: pela primeira vez na história provocara-se uma desintegração não-espontânea de um núcleo atómico sem recorrer à utilização de elementos radioativos.
Cockroft e Walton foram ainda mais longe: mediram a energia cinética das partículas-alfa e confirmaram experimentalmente a famosa fórmula de Einstein, E = mc2, da equivalência entre a massa e a energia!
Os dois cientistas ganharam, pelo seu trabalho, o Prémio Nobel da Física em 1951.
Os trabalhos de Rutherford, Cockroft, Walton e de muitos outros, abriram caminho para a física das partículas e para a construção de aceleradores que já nada tem a ver com as primeiras máquinas aceleradoras de partículas concebidas nos anos trinta.
No Museu Nacional de História Natural e da Ciência, em Lisboa, existem componentes de um acelerador que chegou a Portugal em 1957 e pertenceu ao Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN). Foram adquiridos nos anos 90, para o Museu, pelo professor Bragança Gil. Na Jardineta do Museu está, hoje, exposto o Gerador de Cockroft–Walton (na imagem) fabricado pela empresa americana HighVoltage.
Na verdade, os aceleradores atuais são instrumentos enormes que exigem meios humanos e materiais imensos e que resultam da colaboração de vários países.
Atualmente, o Large Hadron Colider (LHC), no CERN, é o maior acelerador de partículas do Mundo. Com um perímetro de 27 km permite realizar colisões de partículas que atingem energias da ordem dos 7 TeV (7 x 1012 eV)!
O objetivo será o mesmo que animou Rutherford e a comunidade científica: penetrar mais fundo na natureza da matéria e descobrir os seus segredos…
Autor: Vasco Teixeira
Museu Nacional de História Natural e da Ciência
Ciência na Imprensa Regional – Ciência Viva
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