Física de Altas Energias

Toda a vida da Humanidade se desenvolveu a baixas energias. Com efeito a energia produzida através das reacções químicas é apenas de alguns eV.
Por exemplo a energia captada por um electrão entre os terminais de uma vulgar pilha é cerca de 1 eV. É a ordem de grandeza da energia posta em jogo por um átomo no decurso de uma reacção química, como as que se produzem no interior de uma pilha e permitem o seu funcionamento. A energia das combustões ( a principal fonte de energia das sociedades) vai pouco mais além. A própria energia solar que nos aquece e desencadeia a fotossíntese tem energias na gama de poucos eV- 11,6 eV é já uma energia brutal transportada pelos fotões pois arrancam o electrão do Hidrogénio, ionizando-o.
A primeira vez que a Humanidade assistiu à libertação de uma quantidade inimaginável de energia foi pelas piores razões- Horoshima e Nagasaki. 1 000 000 eV (1 MeV) libertados em poucos segundos e duas cidades quase instantaneamente arrasadas.
O maior acelerador do mundo actualmente - o LHC - tem capacidade para produzir 1 000 000 de vezes mais eenrgia que a libertada na década de 40 do século passado, isto é, 1 Tera Ev (1x exp(12) eV). Qual a utilidade de se produzir tanta energia?, perguntarão os utilitaristas.
Existem duas boas razões, uma dada pela Mecânica Quântica (MQ) e a outra pela Relatividade de Einstein.
Ao tentar estudar a estrutura da matéria usando um microscópio a natureza ondulatória da luz impõe um limite inexorável ao que é observado: é impossível ver estruturas com dimensão inferior ao comprimento de onda (c.d.o.) da luz que incide sobre o objecto que é observado.
O c.d.o. da luz visível é da ordem de 0,5 mícron ( 0,5 x exp( -6), portanto o microscópio óptico que usa luz visível apenas verá objectos com dimensão superior a 0,5 mícron. Todo esse conhecimento provém da Óptica Clássica.
A MQ descobriu que todos os objectos têm uma natureza dual:corpuscular e ondulatória que se manifesta através da equação de de Broglie:
                                                    c.d.o. =h/p
h = constante de Planck
p= momento linear
O que está equação nos diz é que quanto maior o c.d.o. menor o momento linear, as pequenas distâncias (por via do c.d.o.) estão relacionadas com a energia ( por via do momento linear)- é o que nos ensina a MQ e motiva a construção dos enormes aceleradores de partículas.
A título de exemplo: a energia luminosa da ordem os eV permite distinguir uma bactéria de dimensão 0,5 mícron, mas para atingir a resolução de um trilionésimo de metro (1 x exp (-18)), isto é, para "ver" um núcleo atómico, a energia do fotão já terá que ser da ordem de 100 mil milhões de eV (100 GeV). Os microscópios electrónicos que usam uma tensão de 100 000 volts para acelerar os electrões cujo c.d.o. é da ordem dos 2x exp (-12) já permitem "ver" estruturas menores que a bactéria, por exemplo, um vírus.


Em 1905 Einsteins demonstrou que massa e energia são manifestações diferentes de uma mesma realidade. Se concentrarmos num ponto uma energia suficiente podem ser criadas partículas por materialização de parte dessa energia.
A actual experiência do CERN com o monumental LHC serve apenas para criar novas partículas através de violentas colisões entre protões.E como a energia atingida envolvida é a mais alta energia alguma vez atingida pelo ser humano, as partículas que se criarem na Suíça nunca surgiram antes no nosso planeta: o bosão de Higgs, as partículas supersimétricas e, quiçá, outras totalmente desconhecidas.
Apesar da energia alcançada pelo LHC ser impressionante é totalmente insignificante face às energias cósmicas, por exemplo, a energia libertada pela morte de uma estrela.