Solenoide trabalhando - "A máquina do tempo"

Qual a origem da matéria? Do que é feito o universo? Para muitos cientistas, tentar decifrar inúmeras questões como estas pode ter uma resposta inusitada: "viajar no tempo"! Mas vamos explicar melhor. Na verdade, com um projeto de tamanho estratosférico, digno das pesquisas envolvidas, o CERN (Organização Européia de Pesquisa Nuclear, do francês Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), construiu o LHC (Large Hadron Collider) ou o mais poderoso acelerador de partículas do mundo. Ou quem sabe, a máquina do tempo! Claro, não como vemos em filmes de ficção. A idéia é tentar recriar o que aconteceu no universo, uma fração de segundo após o Big Bang. Para tanto, chama-se este projeto de "A coisa mais complicada já construída pelo ser humano". Afinal, mesmo tendo iniciado em 1993 algo parecido e escavado mais de 14 quilômetros de túneis no Texas, os americanos desistiram de encarar tamanha tarefa sozinhos.

Mas afinal, o que é esta máquina do tempo? De forma simplista, trata-se de uma impressionante estrutura embaixo da fronteira franco-suíça, perto de Genebra, e que é hoje o maior e mais complexo instrumento científico do mundo. São 27 quilômetros de túneis que visam colidir dois feixes de prótons a 99,9% da velocidade da luz. Esperam então os cientistas que se recrie situações que não existem desde o Big Bang, conseguindo assim um melhor entendimento do Universo. As forças liberadas serão capazes não só de distorcer o espaço (assim como a gravidade distorce o espaço ao redor da terra), mas também o tempo! Por isso, a comparação com uma máquina do tempo.

Como cita a pesquisa publicada por Irina Arefieva e Igor Volovich: "...na relatividade geral, uma curva no espaço tempo irá correr do passado para o futuro. Mas, em alguns espaço-tempos as curvas podem se encontrar gerando uma curva mais fechada, o que é interpretado como uma máquina do tempo - o que sugere a possibilidade de viagens no tempo".

Dois prótons viajarão em direções opostas e colidirão em quatro pontos ao longo do caminho - replicando as condições do Big Bang "do plasma cósmico", um misterioso estado, quase líquido, que ocorreu antes dos quarks esfriarem suficientemente para permitir que átomos se formassem. O acelerador de partículas irá forçar os quarks a se separar e recriar o "plasma cósmico" original e reconstruir as condições do Big Bang. Será possível?!

No gigantesco túnel, estão localizados 4 detectores do tamanho de edifícios, alojados em grandes cavernas em pontos diferentes. São eles: Atlas, CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb e Alice (A Large Ion Collider Experiment). Apenas um supercondutor solenóide, contém mais ferro do que a Torre Eiffel.

Determinação, empenho e dedicação é o que não falta, além, claro, de muito dinheiro. Veja alguns dados que dão a dimensão do projeto:

• 20 anos de trabalho ainda em andamento;

• Equipe formada por mais de 7.000 físicos de mais de 80 países;

• 27 km de circunferência, 175 metros abaixo do solo;

• Cada túnel é grande o suficiente para passar um trem através dele;

• As temperaturas geradas são mais de 1.000.000 de vezes mais quentes que o núcleo do sol;

• Magnetos supercondutores são resfriados a uma temperatura mais fria que a do espaço profundo.

A dimensão do LHC é fantástica, assim como deverá ser a maneira de lidar com seus resultados. Quando estiver funcionando, o CERN registrará um por cento de todas as informações geradas no planeta: 15 petabytes ou 15 milhões de gigabytes de dados por ano. Como processar tudo isso?!

Aqui começará uma nova etapa na Internet: a Grid! A HP foi a primeira empresa comercial a levar esta tecnologia ao LHC Computing Grid (LCG) do CERN - uma Grid (rede) de proporções épicas. Os HP Labs e o programa HP University Relations Programme estão colborando com o CERN Openlab para o desenvolvimento de softwares e hardwares para a Grid. Ela então não só partilhará informação, mas também terá capacidade de computação e armazenamento, significando que cientistas de qualquer lugar do mundo poderão ligar-se à Grid através de seus computadores pessoais e ter os cálculos feitos por máquinas em todo o planeta. Esta tarefa, embora árdua, tem o know-how do CERN que intitulam inventor da www.

Entre as inúmeras surpresas que os cientistas esperam testemunhar com o acelerador de partículas estão é claro, um big-bang de média dimensão ou um pequeno buraco negro. Eles garantem porém, que mesmo isso ocorrendo, serão pequenos demais e terão pouca duração para gerar uma forte força gravitacional, ou em outras palavras: Genebra não vai ser sugada para outra dimensão.

Dia 06 de Abril o CERN abrirá as portas e receberá visitantes pela última vez antes de entrar em operação. Se você estiver na região nesta data, está aí uma bela sugestão de visita.

Leia mais: http://obviousmag.org/archives/2008/03/maquina_do_tempo.html#ixzz2DTt7vMiD

Por que o ímã atrai o ferro?

Ferro, um material ferromagnético.

O ferro, o níquel, o cobalto e algumas ligas metálicas são ditas substâncias ou materiais ferromagnéticas, ou seja, na presença de um campo magnético eles se imantam fortemente, fazendo com que o campo magnético resultante seja bem maior que o inicial. Mas por que um pedaço de ferro é atraído pelos pólos de um ímã? Imagine um pedaço de ferro, inicialmente não imantado, que é colocado nas proximidades de um ímã. O campo magnético produzido pelo ímã imanta o ferro de forma que os seus ímãs elementares se alinham no sentido do campo que é aplicado, ou seja, o ferro se transforma em um ímã, ocorrendo dessa forma a atração entre ferro e ímã. Então, de modo mais simplificado, podemos dizer que um pedaço de ferro só é atraído por um ímã quando, mediante a aplicação de um campo magnético, ocorre o alinhamento de seus ímãs elementares. 

Se agora fizermos o mesmo procedimento com um material diamagnético, ou seja, materiais que se imantam fracamente, como, por exemplo, o cobre, veremos que ocorrerá o processo inverso do que aconteceu com o pedaço de ferro. Ao aplicar um campo magnético sobre esse material os seus ímãs elementares se alinharão no sentido contrário ao sentido do campo que está sendo aplicado, ocorrendo então a repulsão entre esse material e o ímã. Esse fato foi observado pela primeira vez por Faraday, no século XIX, quando ele aproximou uma amostra de bismuto, também substância diamagnética, de um ímã e viu que ela era repelida, ao contrário do que acontecia com os pedaços de ferro que ele já estava acostumado a ver.

Por Marco Aurélio Da Silva Santos

Disponível em http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/por-que-ima-atrai-ferro.htm,  acessado em 28 de novembro de 2012.

O reator experimental de fusão Tokamak

Principais componentes de um sistema
de confinamento magnético do tipo tokamak.

O reator experimental de fusão Tokamak é um grande toróide que produz um campo magnético para confinar partículas carregadas. Bobinas constituídas por mais de 10 quilômetros de fios de cobre resfriados à água conduzem uma corrente pulsada que chega a 73.000 A e produz um campo magnético de 5,2T durante cerca de 3s.

O campo magnético é produzido por uma bobina em forma de toróide, um sólido semelhante a um pneu de automóvel, pode ser determinado aplicando-se a Lei de Ampère a uma circunferência de raio r.

O tokamak é o engenho mais promissor, até o momento, para a obtenção da fusão termonuclear. Consiste num toróide (formato de um pneu de carro) no qual uma câmara de vácuo contém um anel de plasma confinado por campos magnéticos retorcidos .

Nota - a palavra tokamak é um acrônimo das palavras russas toroidal'naya kamera magnitnoi katushki, que significam câmara toroidal e bobinas magnéticas.

Configuração de um tokamak - Uma corrente elétrica transitória que circula na bobina primária de um tokamak induz no anel de plasma uma corrente, que servirá tanto para aquecê-lo como para produzir um campo magnético poloidal. O outro componente importante do campo magnético corresponde ao campo magnético toroidal, gerado por correntes elétricas que circulam nas bobinas de campo toroidal ao redor do toróide. Além disso, correntes que circulam nas bobinas de controle de posição geram campos magnéticos auxiliares que modificam o campo poloidal, equilibrando o anel de plasma e controlando sua posição dentro da câmara. A combinação dos campos poloidal e toroidal conduz ao confinamento adequado do plasma em tokamaks.

Aquecimento de plasma - A maneira mais eficiente de aquecer o plasma num tokamak é fazer com que circule através dele uma corrente induzida pela bobina primária. Esta bobina representa o circuito primário de um transformador no qual o anel de plasma constitui o circuito secundário. Funciona como um aquecedor elétrico onde o calor gerado depende da intensidade da corrente e da resistência elétrica. Entretanto, a resistividade do plasma diminui à medida que sua temperatura aumenta, tornando o processo de aquecimento menos eficiente. A temperatura máxima que pode ser atingida em tokamaks por aquecimento resistivo (aquecimento ôhmico) é de aproximadamente 3×10⁷ K, duas vezes maior que a temperatura no centro do Sol, mas que é menor do que a necessária para fazer com que um reator funcione, aproximadamente 10⁸ K. Em experimentos que utilizam máquinas do tipo tokamak, técnicas de aquecimento auxiliar tem sido utilizadas para atingir temperaturas de até 5×10⁸ K (mais que 30 vezes a temperatura no centro do Sol). Os dois métodos principais de aquecimento adicional consistem na injeção de feixes de partículas neutras de alta energia e de ondas de radiofreqüência de vários tipos.

Fontes:

- Tipler, P.A. Física: para cientistas e engenheiros. Volume 2, 4ª edição.

- Site: http://www.plasma.inpe.br/LAP_Portal/LAP_Sitio/Texto/Tokamaks.htm, acessado em 24 de outubro de 2012.