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21/09/2021 | domtotal.com

Aceleradores de partículas: da física fundamental ao saneamento básico e à proteção ao meio ambiente

Conhecimento científico de base como pilar para um número grande de aplicações cada vez mais próximas da vida diária

Ao longo de várias décadas a ciência tem buscado um entendimento cada vez mais profundo sobre a natureza e as características das partículas
Ao longo de várias décadas a ciência tem buscado um entendimento cada vez mais profundo sobre a natureza e as características das partículas (Pixabay)

*José Antonio de Sousa Neto

A teoria da relatividade especial mostrou que as partículas de luz, fótons, viajam através do vácuo a um ritmo constante de 299.792,458 km/s (ou 1..079.252.848,8 km/h) - uma velocidade imensamente difícil de alcançar e impossível de superar naquele ambiente. Ainda assim, em todo o espaço, desde os buracos negros até o ambiente próximo à terra, as partículas estão, de fato, sendo aceleradas a velocidades incríveis, algumas até atingindo 99,9% da velocidade da luz.  

Um dos trabalhos da Nasa, a agência espacial americana, é entender melhor como essas partículas são aceleradas. O estudo dessas partículas super-rápidas ou relativísticas pode ajudar a proteger missões de exploração do sistema solar, viajar para a Lua, e podem nos ensinar mais sobre nossa vizinhança galáctica: entre diversas outras consequências, viajar à velocidade da luz pode afetar componentes eletrônicos a bordo de uma nave e muitas delas em conjunto podem ter efeitos negativos de radiação em pessoas que viajam pelo espaço (para a Lua - ou além) .

Na verdade, todos nós já somos tripulantes de uma extraordinária “nave espacial” que é o nosso belíssimo planeta azul. Esta é uma nave que nos abriga e nos protege, assim como a toda a natureza que nos cerca, em função de sua atmosfera que, por sua vez, só existe graças ao campo magnético do seu entorno e que é criado pelo magma no interior do planeta. Os campos magnéticos estão por toda parte no espaço, circundando a Terra e abrangendo o sistema solar. Eles até guiam partículas carregadas que se movem através do espaço.

NASA´s Goddard Space Flight CenterNASA´s Goddard Space Flight CenterNa natureza existe uma interação constante entre partículas e campos magnéticos. A maioria dos processos que aceleram as partículas até a velocidades relativísticas (isto é,  próximas da velocidade da luz) funcionam com campos eletromagnéticos - a mesma força que hoje utilizamos nas pesquisas para o desenvolvimento das futuras centrais para geração de energia através do processo de fusão nuclear. Na verdade, a eletricidade e os campos magnéticos são na natureza dois lados de uma mesma moeda.

Já ao longo de várias décadas a ciência tem buscado um entendimento cada vez mais profundo sobre a natureza e as características das partículas. Um grande salto foi consolidado com o desenvolvimento dos chamados aceleradores de partículas, que utilizam campos magnéticos. A física experimental, normalmente, sempre foi um campo do conhecimento considerado de mais difícil acesso para muitos e  por muito tempo e com muito pouca frequência esteve no topo da agenda de notícias. No entanto, com a revolução tecnológica que trouxe também no seu bojo uma revolução no acesso ao conhecimento, essa realidade tem sido mudada de forma acelerada. O Large Hadron Collider (LHC - atualmente o maior acelerador de partículas já construído) catapultou teorias acadêmicas como a busca pelo "bóson de Higgs" - também conhecido como 'Partícula de Deus' - para os holofotes.

"Agora, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern) está planejando um sucessor do LHC.  O novo supercolisor circular ficará ao lado de seu antecessor no Cern, na Suíça, mas terá quase três vezes o seu tamanho, com uma circunferência de 100 quilômetros. O Future Circular Collider (FCC) vai buscar no LHC para continuar estudando as menores partículas do mundo. Contribuindo para esse renascimento dos aceleradores de partículas, os EUA estão recebendo sua primeira nova instalação de colisor em décadas, prevista para começar a operar por volta de 2030. Uma das missões do Electro-Ion Collider (EIC), em Nova York, será aumentar a aceleração de partículas energia eficiente".

Mas embora usados originalmente para investigar a estrutura do núcleo atômico, os aceleradores de partículas agora têm permitido cada vez mais a consolidação do conhecimento científico de base como pilar para um grande número de aplicações cada vez mais próximas da vida diária. Em um artigo muito interessante, a escritora Andrea Willige e  aborda algumas destas aplicações.

Um primeiro exemplo está na medicina. A aceleração linear de elétrons tem sido usada há muito tempo na radioterapia para criar raios-X para o tratamento de enfermidades. Mais recentemente, os feixes de prótons e íons entraram em cena porque podem fornecer radiação com um grau mais alto de precisão, tornando-os particularmente eficazes no tratamento de certos tipos de tumores. Foi demonstrado que a terapia por feixe de íons interrompe o crescimento do tumor em até 90% dos pacientes. A tecnologia se tornou um método de tratamento aceito, especialmente quando crescimentos não benignos estão localizados nas profundezas do corpo ou próximo a tecidos e órgãos sensíveis à radiação, como tronco cerebral, nervo óptico ou intestino, que podem ser danificados por irradiação menos focalizada.

Um outro exemplo importante está ligado à engenharia e à preservação ambiental/desenvolvimento sustentável. Os aceleradores também podem nos oferecer potencialmente uma maneira de lidar com quaisquer efluentes e emissões de gases de combustão da geração de energia e da indústria que não podem ser eliminados de outra forma. Com o aumento das prioridades climáticas e ambientais, a ideia de usar aceleradores para limpezas ambientais voltou às agendas de formuladores de políticas e cientistas.

"Mais de 30 anos atrás, um projeto piloto no condado de Miami-Dade, nos EUA, estabeleceu que o tratamento de águas residuais com elétrons poderia remover um número significativo de substâncias ambientalmente prejudiciais, incluindo produtos químicos e microorganismos. Outros projetos viram aceleradores ajudar a remover corantes tóxicos de águas residuais em uma fábrica têxtil coreana e limpar dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio de gases de combustão em uma usina na Polônia. Mas o desenvolvimento adicional nesta área foi impedido pelo custo, escala e complexidade dos aceleradores. Com o aumento das prioridades climáticas e ambientais, a ideia de usar aceleradores para limpezas ambientais voltou às agendas de formuladores de políticas e cientistas".

De toda forma, novas iniciativas estão em andamento para tornar a tecnologia do acelerador em uma opção mais viável. Por exemplo, pesquisadores estão trabalhando em um acelerador portátil a ser usado para limpeza ambiental. Seria usado para desencadear uma reação química que converte óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre em nitrato de amônio e sulfato de amônio. Eles são usados para fazer fertilizantes, com amônia alinhada para se tornar também uma alternativa de combustível sem carbono para o transporte marítimo que é um dos grandes agentes que contribuem para o aumento de CO2 em nossa atmosfera. Em outras palavras, da física fundamental ao saneamento básico.

Acho importante que as pessoas possam ter acesso a este tipo de informação. Em uma sociedade onde os desafios são potencializados por uma perspectiva do desenvolvimento humano frequentemente abordada de forma limitada e negativa pelas mídias é fundamental ver o outro lado do infinito potencial do desenvolvimento e das conquistas humanas.

*Professor da Dom Helder Tech

O texto reflete a opinião pessoal do autor, não necessariamente do Dom Total. O autor assume integral e exclusivamente responsabilidade pela sua opinião.



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