O acelerador de partículas mais antigo do CERN (sigla em inglês da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear), lar do acelerador de partículas mais poderoso do mundo, está comemorando seu 60º aniversário. E ainda está funcionando.
O Proton Synchrotron (PS) acelerou seus primeiros prótons em 24 de novembro de 1959. Era o acelerador de maior energia do mundo quando começou a funcionar. Embora tenha perdido esse título, hoje ele fornece prótons ou íons pesados a vários experimentos de física de partículas, incluindo o Large Hadron Collider (que atualmente detém o título de acelerador de maior e mais alta energia).
O CERN foi criado em 1954 para o estudo pacífico da física de partículas e nuclear, e o PS estava entre seus primeiros projetos planejados (seu primeiro acelerador, o Synchrocyclotron, foi concluído em 1957 e desmontado em 1990). Os cientistas foram inspirados por uma visita ao Laboratório Nacional Brookhaven para construir um síncrotron baseado no princípio do gradiente alternado, a fim de construir um acelerador de energia mais alta.
Um síncrotron pega partículas injetadas e as dobra ao longo de um caminho circular usando campos magnéticos lentamente aumentados e sincronizados com a energia das partículas. O princípio do gradiente alternado era um meio de focalizar o feixe de partículas usando ímãs quadrupolos alternativos – imagine quatro ímãs com pólos alternados alinhados em forma de sinal de mais.
Como em qualquer acelerador, foi um desafio colocar a coisa em funcionamento. Em um momento, os cientistas conseguiram fazer os prótons girar uma vez, mas foi isso. Eles não conseguiram fazê-los continuar por semanas, até que , finalmente, todos os pequenos ajustes combinados fizeram com que funcionasse não apenas bem, mas com a energia projetada. Você pode ler um relato completo de 1969, escrito pelo físico canadense Hildred Blewett, aqui. Mas foi um momento emocionante, uma vez que realmente ligou e funcionou.
“Me disseram que gritei, o primeiro som, mas tudo que me lembro é de rir e chorar e todos ali gritando de uma só vez, apertando as mãos uns dos outros, dando tapinhas nas costas uns dos outros enquanto eu abraçava todos eles. E o feixe continuou, pulso após pulso”, escreveu Blewett, que trabalhou com outros físicos para chegar a esse ponto.
O PS aceita prótons de uma fonte de prótons (basicamente uma garrafa de gás hidrogênio) acelerada primeiro por outro acelerador linear. Os ímãs alternados enviariam os prótons em torno de sua circunferência de 628 metros para 25 giga elétron-volts. É a quantidade de energia necessária para elevar um grão de areia a um décimo de polegada, mas também é 25 vezes a massa restante do próton, o suficiente para começar a explorar o domínio da física de energia mais alta, anteriormente inacessível aos experimentos. Nos primeiros cinco anos após a construção do PS, ele (e outros aceleradores semelhantes da época) revelou uma infinidade de novas partículas a serem estudadas.
Os cientistas anexaram novos aceleradores e coletores maiores ao PS com o passar do tempo, aumentando a energia desses coletores em busca de mais partículas subatômicas. Eles foram impulsionados em parte por uma teoria chamada Modelo Padrão da física de partículas. Logo, o PS estava fornecendo prótons para o super síncrotron de prótons 400 GeV, que por sua vez acelerava e fornecia prótons para o Large Electron-Positron Collider e agora o Large Hadron Collider, o maior experimento de física já construído.
A importância do PS significa que ele continua a ser atualizado e a receber manutenção. No momento, ele está temporariamente desligado para reparos. Quarenta e oito de seus 100 ímãs estão sendo renovados. Os cientistas estão limpando o acelerador e substituindo bombas e 3 quilômetros de tubos no sistema de refrigeração do instrumento. Não é um presente de aniversário ruim.
Feliz aniversário de 60 anos do Proton Synchrotron. A física de partículas não seria a mesma sem você!