SÍRIUS aprovado para 2018!

Apesar de Sírius ser o nome da estrela mais brilhante do céu, escrevo para falar sobre outro objeto que também emite luz: o novo acelerador de partículas brasileiro, batizado de Sírius, que recebeu no mês passado a autorização que faltava para ter sua construção iniciada.

Esta super máquina que emprega a luz síncrotron na pesquisa de materiais começará a operar em 2018, e será bem maior que o LNLS (na foto ao lado), o maior acelerador de partículas do hemisfério Sul do planeta - tive o prazer de conhecer essa estrutura em 2003 junto com meus colegas de faculdade.

Acelerador de partículas, luz síncrotron, LNLS... Não sabe o que isso tudo significa? Essa publicação é uma ótima oportunidade para entender esses e outros detalhes sobre grandiosos projetos da ciência brasileira!

Luz Síncrotron 

Apesar de ser uma ferramenta poderosa no estudo da estrutura de materiais (orgânicos e inorgânicos), a luz síncrotron é pouco conhecida, até mesmo por estudantes de cursos que de uma forma ou de outra estudam as propriedades da matéria (como a física, química, engenharias, etc). Por isso resolvi escrever sobre esse tema complexo para meus pequenos entenderem o que significa.

Vamos começar do começo: para entender a importância da luz Síncrotron, é necessário compreender cientificamente o que é "aquilo" que chamamos de LUZ.

Cientificamente, luz não é apenas aquele brilho que sai da lâmpada quando a acendemos... Luz é uma onda, como a ilustrada ao lado, que apresenta simultaneamente propriedades elétricas (em vermelho) e magnéticas (em azul), perpendiculares entre si e com a direção de propagação da onda, definida por 3 características básicas: seu comprimento, sua frequência e sua energia. 

A imagem abaixo ilustra aquilo que as pessoas chamam de cores - você talvez as reconheça como as cores do arco íris. Contudo, aquilo que chamamos comumente de cor azul é cientificamente falando uma onda eletromagnética de comprimento de onda de (aprox.) 440 nm e 680 Tera hertz de frequência.  Para os que acharam mais fácil chamá-la simplesmente de azul, apenas compare na tabela abaixo as características de cada onda, ou melhor, cor... 

As cores da tabela acima são apenas algumas das cores que existem - as listadas ali são chamadas de luz visível. Essa forma de apresentar as cores nos leva a um entendimento incorreto sobre o que é luz, pois nos leva a crer que apenas essas cores são luzes... Saiba que existem outros tipos de luzes que nossos olhos não enxergam, como o raio-x, o infravermelho, o ultravioleta ... E que todas elas são ondas eletromagnéticas com características físicas distintas.

Ao comparar ondas eletromagnéticas diferentes é possível classificá-las de acordo com suas características físicas:  ondas de maior comprimento ficam de um lado, enquanto as de menor ficam de outro, por exemplo. A classificação de todas as ondas eletromagnéticas chama-se ESPECTRO. A imagem  abaixo revela o espetro de todas as ondas eletromagnéticas que existem, e compara seus comprimentos, frequências e energias:

Observe que as ondas de grande comprimento possuem menor frequência e por tanto menor energia.

Quando um objeto emite luz ele não emite apenas uma única frequência ou cor, mas sim um conjunto delas em diferentes intensidades... é dessa mistura que nossos olhos (ou outros instrumentos oticos que eventualmente utilizemos) identificam as cores (ou propriedades óticas) de um objeto.

Vou deixar para falar sobre como a luz é emitida pela matéria em outro momento... Por hora basta entendermos que Luz Síncrotron é uma luz especial: ela é uma luz que contem um conjunto de ondas eletromagnéticas de diferentes cores, visíveis e invisíveis para nossos olhos, que vão especificamente do infravermelho ao raio-x. Assim, um feixe de luz síncrotron é composto por um conjunto de diferentes ondas eletromagnéticas - e portanto é considerado um feixe de amplo espectro.
 
E qual é a "cor" desse feixe?  
Como é um feixe de muita energia, não é recomendado olhar para ele... mas considerando que possamos observá-lo diretamente, pode-se afirmar que é um feixe branco muito intenso, formado pela união das cores da faixa do espectro que cito acima.

E como a Luz Sincrotron é produzida?

Essa luz não é gerada por nenhuma usina de energia... Mas precisa de muita energia para ser gerada! 

A luz Síncrotron é produzida dentro de máquinas de altíssima tecnologia, capazes de lidar com partículas minúsculas - são os chamados aceleradores de partículas ou síncrotrons. Como seu nome já diz, aceleradores impulsionam partículas dentro de uma trajetória fechada (quase circular) até alcançarem velocidades muito próximas a da luz. Nessas condições, quando são forçadas a fazerem as curvas do trajeto, emitem a luz Sincrotron. Ao longo do anel várias estações são instaladas para captar essa luz e aproveitada em estudos científicos. 

A animação ao lado ilustra os "pontos de escape" da luz síncrotron onde estão instalados tais estações e como ela é produzida.

 Fonte: World of Crystallography

A imagem a seguir ilustra a disposição de linhas pesquisas ao longo do anel.

Para que serve a Luz Síncrotron?

Esse tipo de luz nos permite "ver" estruturas muito pequenas, como a estrutura de um átomo ou de ligações quimicas entre diferentes materiais... É empregada numa área da ciência muito avançada que une a física e a química chamada de cristalografia. Empresas do mundo todo utilizam a luz sincrotron para estudar em detalhes a estrutura da matéria e melhorar seus produtos. 

Nesse link você encontra alguns exemplos de como a luz síncrotron é utilizada em diferentes áreas da ciência (em espanhol).

OLNLS

Você sabia que em nosso país está instalado o maior síncrotron do hemisfério sul do planeta? Se não sabia, não se preocupe, pois muita gente também não o conhece. Desde 1987, o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), está em funcionamento na cidade de Campinas (mapa ao lado).  Eu estive lá com meus pais e minha esposa, juntamente com colegas da faculdade em 2003. Quem nos apresentou as instalações foi nosso professor, Irineu Mazzaro, um dos pesquisadores da UFPR que colaborou na  construção do LNLS.

Esse é um laboratório de pesquisas avançadas, utilizado por várias empresas brasileiras e internacionais, como a Petrobrás e a Natura, no estudo da estrutura e propriedades de diferentes tipos de materiais, que vão desde rochas, ligas metálicas, a células, proteínas, e até fios de cabelos tratados com diferentes tipos de xampu, por exemplo.

O LNLS é o maior síncrotron do hemisfério Sul do planeta. Ele é composto por um (quase) anel de 15m de raio e apenas 2,5 cm de espessura, e opera com energia de 1,3 GeV, capaz de acelerar seus elétrons a 99,9999999% da velocidade da luz. Ao longo desse trajeto, 17 estações chamadas de linhas de luz captam e canalizam diferentes intensidades da  luz síncrotron emitida pelo feixe de elétrons.

Importante é ressaltar que ele não é um colisor, apesar das semelhanças com o LHC e outros (considerando as devidas escalas, claro). Apenas acelera partículas que rodam sempre na mesma direção, que completam "trilhões de voltas por segundo" (período de 113 ns), e formam um feixe muito intenso de radiação, utilizada nas estações dispostas pelo anel. A foto abaixo ilustra uma parte do anel, exposta logo na entrada do laboratório (o tubo prateado no centro é por onde o feixe de elétrons se move, a parte azul são os ímãs que curvam os elétrons e a parte prata são as saídas do feixe para  as estações):

Cada estação filtra uma intensidade de energia (ou luz) diferente e por isso são nomeadas com o tipo de luz captada, que vão do infravermelho ao raio-x, individualmente ou numa mescla delas. Em 2009 o Estadão publicou uma reportagem sobre o funcionamento do LNLS e suas estações. Divulgo o cliping abaixo por apresentar todos os detalhes de seu funcionamento (clique na imagem para amplia-la):

A estrutura de quase 30 anos possui vasta produção científica em áreas bem diferentes. Entre 1997 e 2011, o uso do LNLS mais que dobrou, e, no último ano, o local foi usado por 1.335 cientistas (sendo 82% brasileiros) envolvidos em 443 propostas de pesquisas, que levaram à publicação de 337 artigos científicos. Nessa página do LNLS você pode ver todas as pesquisas já publicadas desde sua fundação.

De olho nesse crescimento, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (Cnpem), com o apoio do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT), elaborou o projeto de um laboratório ainda mais moderno, batizado como projeto “Sirius”. A construção ainda não começou, mas a previsão é de que ele esteja pronto para operar até 2018, no mesmo campus em que fica o LNLS, em Campinas (SP), com um custo aproximado de R$ 700 milhões.

Sírius: o novo acelerador de partículas brasileiro

Considerado um dos maiores e mais completos projetos científicos produzidos pela ciência brasileira, o Sírius é um síncrotron de 3ª geração. Projetado para ter o maior brilho dentre todos os equipamentos na sua classe de energia, permitirá avanços em áreas estratégicas, como agricultura, energia, meio ambiente e saúde, obtendo imagens detalhadas da estrutura da matéria com resolução 10 mil vezes maior que um aparelho de raio X. Esses números colocará o Brasil na liderança mundial de geração de luz síncrotron. 

A tabela abaixo compara o Sírius com o LNLS e outros síncrotrons pelo mundo:

Segundo seus coordenadores, o prédio (ilustrado na simulação ao lado) está entre as obras civis mais sofisticadas já construídas no país, com exigências de estabilidade mecânica e térmica sem precedentes. O equipamento será composto em sua maioria por tecnologia brasileira e será instalado próximo à primeira e única fonte de luz síncrotron brasileira, o LNLS.

Abaixo, cliping da matéria do Estação sobre o projeto:

Fonte: Estadão (clique na imagem para ampliar)

Clique aqui para ler a página impressa do jornal Estadão sobre esse assunto.






Verifique o que aprendeu:
Ao ler essa publicação você deverá ser capaz de responder às seguintes perguntas:

1) O que é um acelerador de partículas? Por quais outros nomes eles também são conhecidos?
2) Sobre a luz Síncrotron: o que é essa luz? Onde e como é produzida? Para que é utilizada?
3) Cite alguns pontos em comum entre o LNLS e o Sírius.
4) Qual a importância para o Brasil em possuir aceleradores de partículas como esses?



Fontes :
Estadão, Portal Brasil, Fundep, Prefeitura de Campinas, Ciência Hoje, LNLS, Blog do CNPEM