A CIÊNCIA DE FRONTEIRA PRESENTE NOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS BRASILEIROS APLICADA NA DIVULGAÇÃO CIENTÍFICA

## A CIÊNCIA DE FRONTEIRA PRESENTE NOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS BRASILEIROS APLICADA NA DIVULGAÇÃO CIENTÍFICA

Ramon Metello 1 , Samuel Almeida 2 , Lucas Santos 3 , Nícolas Teixeira 4 , Vitor Acioly 5

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Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense, ramoncesar@id.uff.br 2 Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense, samuelmarques@id.uff.br 3 Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense, lmarcello@id.uff.br 4 Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense, nicolasteixeira@id.uff.br 5 Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense, vitoracioly@id.uff.br

Palavras-chave : Aceleradores; Luz síncrotron; Ondas eletromagnéticas

## Resumo expandido

Os aceleradores de partículas têm sido cada vez mais importantes no desenvolvimento científico e tecnológico dos últimos dois séculos. Posto isso, torna-se interessante abordar esse tópico em sala de aula como forma de introduzir os alunos a alguns conceitos da ciência e mostrar a eles a aplicabilidade dos conteúdos de física no fazer científico estudados durante sua formação.

A partir do exposto, achamos interessante realizar uma pesquisa sobre alguns aceleradores de partículas presentes no Brasil, sendo eles: SSAAMS (Laboratório de Radiocarbono na UFF), Acelerador Van De Graaff (PUC-RJ), LaCAM (UFRJ), Pelletron (USP) e dando maior ênfase ao mais novo acelerador de partículas brasileiro e fonte de luz síncrotron, o Sirius (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais). Assim, este trabalho se propõe a fazer uma conexão entre os aceleradores de partículas brasileiros e a ciência presente neles, utilizando a divulgação científica como ferramenta de popularização e valorização da ciência brasileira para aproximar os conteúdos de física com o cotidiano.

Para a elaboração da pesquisa, o grupo se dividiu a fim de coletar dados de cada um dos aceleradores mencionados para iniciar o processo de adaptação de uma linguagem acadêmica para uma mais acessível, visando tornar mais ilustrativo o funcionamento dos aceleradores de partículas escolhidos e o processo de geração de luz síncrotron no Sirius. Todas as informações foram coletadas no LAPED (Laboratório de Pesquisa em Ensino e Divulgação da Ciência), situado no Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense.

Os cinco aceleradores citados podem ser divididos em basicamente dois grupos: o primeiro é o de espectrometria de massa - utilizado para caracterizar materiais a partir da sua deflexão quando submetidos a um campo magnético -, dos quais fazem parte o LaCAM, o SSAAMS, o Acelerador Van De Graaff e o Pelletron; já o segundo, é do tipo síncrotron - acelerador que usa um campo magnético para curvar a trajetória de partículas -, como o Sirius. Pelo fato de esse último acelerar

elétrons para produzir radiação eletromagnética, optou-se por utilizá-lo como uma abordagem ao ensino de ondas eletromagnéticas.

- O presente trabalho visa analisar como os campos elétrico e magnético gerados por um feixe de elétrons acelerados no Sirius produzem a radiação eletromagnética do tipo síncrotron.

Inicialmente, os elétrons são lançados por um canhão e um campo magnético começa a atuar neles para fazê-los curvar e seguir uma trajetória circular. Enquanto percorrem essa trajetória, eles são acelerados de forma a aumentar sua velocidade. Assim, eles interagem com o campo magnético e emitem a luz síncrotron.

- O campo magnético do Sirius atua no feixe de elétrons acelerados para fazê-los curvar e seguir a trajetória circular do acelerador. Esse movimento ocorre devido ao fato de a força magnética atuante nos elétrons causar uma deflexão na trajetória original das partículas. Como a força magnética é sempre perpendicular à velocidade e ao campo, ela desvia os elétrons de sua trajetória usual e os faz curvar em um movimento circular (G1, 2020).

Os elétrons, por possuírem carga elétrica, criam um campo elétrico ao seu redor. Quando eles se movem, o campo criado passa a variar e ter um valor e uma orientação diferentes em cada ponto do espaço. Esse campo também varia ao longo do tempo e, por causa disso, ele cria um outro campo, agora magnético, o qual também começa a variar ao longo do tempo. O campo magnético gerado, por também variar com o tempo, irá gerar um outro campo elétrico, também variante, o qual gerará outro campo magnético variante. Esse processo se estende indefinidamente, criando campos elétricos e magnéticos oscilantes. O fenômeno citado, apesar de parecer incomum, ocorre a todo momento, já que esse é o mecanismo pelo qual uma partícula elétrica emite luz.

No caso do Sirius, o feixe de elétrons acelerados libera uma luz colimada, ou seja, mais concentrada e menos dispersa (fazendo uma comparação, essa luz se assemelha mais àquela emitida por um laser do que a emitida por uma lâmpada, já que o primeiro focaliza a luz, enquanto o segundo a dispersa). Essa luz gerada no Sirius é chamada de luz síncrotron, e ela cobre faixas de frequência desde o infravermelho até os raios-x (MARZOCHI, 2020). A imagem abaixo mostra como os campos elétrico e magnético interagem para gerar ondas eletromagnéticas (luz).

Figura 01: Onda eletromagnética

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Devido ao fato de o Sirius produzir um espectro tão amplo de radiação, é possível conduzir diversas pesquisas em seu interior, chamadas de 'linhas de luz'. Nessas linhas, a luz comumente penetra em certos materiais para se investigar sua estrutura, como ocorreu em 2020, quando a linha MANACÁ contribuiu para pesquisas acerca da estrutura de uma proteína presente no vírus da Covid-19

(MARZOCHI, 2020). Da mesma forma, alguns tipos de radiação eletromagnética podem penetrar na nossa pele, como é o caso da luz ultravioleta liberada pelo Sol, a qual pode causar câncer de pele, dependendo do tempo de exposição. Os raios-x também conseguem atravessar a pele humana, como ocorre nos exames de radiografia, onde uma fonte emite radiação nessa faixa de frequência diretamente na pessoa. Esses raios atravessam a pele e queimam a chapa posta atrás do indivíduo; já os ossos bloqueiam esses raios, o que faz com que a região correspondente a eles não seja queimada, ficando branca.

A partir do que foi discutido no trabalho, conclui-se que os aceleradores de partículas podem ser usados para abordar temas de física que permeiam a rotina. Além disso, as fontes de luz síncrotron, como exemplo do Sirius, podem aproximar conceitos da ciência básica do público geral. Ao mostrar essas aplicações, espera-se estimular nos estudantes um sentimento de naturalidade da ciência, de forma que não seja mais vista como algo extremamente complicado que somente algumas pessoas entendem, mas sim como algo corriqueiro que possui diversas aplicações no mundo que nos cerca.

## Referências:

MARZOCHI, Roger. Sirius: o que é e como funciona o acelerador de partículas brasileiro. Revista Galileu , 2020. Disponível em:

&lt;https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2020/11/sirius-o-que-e-e-como-funci ona-o-acelerador-de-particulas-brasileiro.html&gt;. Acesso em: 27 de jun. de 2023.

CNPEM e Sirius fecham acordo de colaboração científica com maior colisor de partículas do mundo. G1 , 2020. Disponível em:

&lt;https://g1.globo.com/sp/campinas-regiao/noticia/2020/12/04/cnpem-e-sirius-fecham -acordo-de-colaboracao-cientifica-com-maior-colisor-de-particulas-do-mundo.ghtml&gt;. Acesso em: 28 de jun. de 2023.

LNLS. Linhas de luz. Linhas de luz. Disponível em: &lt;https://lnls.cnpem.br&gt;. Acesso em: 27 de jun. de 2023.