A reforma do Grande Colisorno more betHádrons que pode revolucionar a física:no more bet

Ele está depositando suas esperanças na grande reformulação do Grande Colisorno more betHádrons (LHC, na siglano more betinglês). É o aceleradorno more betpartículas mais avançado do mundo — uma máquina enorme que esmaga átomos para fragmentá-los e descobrir o que está dentro deles.

Ele foi turbinado ainda maisno more betuma reformano more bettrês anos. Seus instrumentos estão mais sensíveis, permitindo aos pesquisadores estudar a colisãono more betpartículas do interior dos átomos com uma definição maior; seu software foi atualizado para poder receber dados numa taxano more bet30 milhõesno more betvezes por segundo; e seus feixes estão mais estreitos, o que aumenta bastante o númerono more betcolisões.

O que tudo isso significa é que agora há uma chance maiorno more beto LHC encontrar partículas subatômicas que são completamente novas para a ciência. A expectativa éno more betque ele faça descobertas que vão desencadear a maior revolução na físicano more betcem anos.

Alémno more betacreditar que podem descobrir uma nova (quinta) força da natureza, os pesquisadores esperam encontrar evidênciasno more betuma substância invisível que compõe a maior parte do Universo, a chamada matéria escura.

Há uma pressão enorme sobre os pesquisadores para apresentar resultados. Muitos esperavam que o LHC já tivesse encontrado evidênciasno more betum novo reino da física.

Nova cadeia experimental

O LHC faz parte da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, conhecida como Cern, na fronteira franco-suíça, nos arredoresno more betGenebra.

À medida que você se aproxima, parece um complexo comum — blocosno more betprédiosno more betescritórios e dormitórios da décadano more bet1950,no more betmeio a gramados bem cuidados e vias sinuosas com nomesno more betfísicos renomados.

Mas a 100 metros no subsolo, está uma catedral para a ciência. Consegui chegar ao coração do LHC, a um dos detectores gigantes que fez uma das maiores descobertas da nossa geração, o Bósonno more betHiggs, uma partícula subatômica sem a qual muitas das outras partículas que conhecemos não teriam massa.

O detector Atlas tem 46mno more betcomprimento e 25mno more betaltura. É um dos quatro instrumentos do LHC que analisam as partículas criadas por ele.

São 7 mil toneladasno more betmetal, silício, eletrônica e fiação, reunidasno more betforma complexa e precisa. É uma coisano more betgrande beleza. "Majestade" é a palavra usada por Marcella Bona, da Queen Mary Universityno more betLondres, no Reino Unido, uma das cientistas que usam o detector Atlas para seus experimentos.

Fico olhando extasiado, enquanto Marcella me conta sobre as melhorias feitas no detector durante os três anosno more betdesligamento do LHC.

"Seráno more betduas a três vezes melhor,no more bettermosno more betcapacidade do nosso experimentono more betdetectar, coletar e analisar dados", diz ela.

"Toda a cadeia experimental foi atualizada."

Em meio ao barulho dos engenheiros terminando a reforma do Atlas, acho difícil imaginar que algo tão grande seja necessário para detectar partículas que são muito menores que um átomo.

O LHC tem quatro desses detectores, cada um fazendo experimentos diferentes. É bem no centro destes detectores gigantescos que partículas conhecidas como prótons, encontradas no núcleo dos átomos, colidem após serem aceleradas perto da velocidade da luzno more bettornono more betum anelno more bet27 kmno more betcircunferência.

As colisões geram partículas ainda menores que saem voandono more betdiferentes direções. Sua trajetória e energia são rastreadas pelos sistemas dos detectores, e é este rastro que informa aos cientistas que tipono more betpartícula é — mais ou menos como determinar a espécie e as característicasno more betum animal a partirno more betsuas pegadas.

Quase todas as partículas menores decorrentes das colisões já são conhecidas pela ciência. O que os físicos procuram aqui é evidênciano more betnovas partículas que podem surgir das colisões, mas acredita-se que sejam criadas muito raramente.

São essas partículas ainda desconhecidas que os físicos acreditam ser a chave para desvendar uma visão completamente nova do Universo. A descoberta delas pode provocar a maior mudança no pensamento da física desde as teorias da relatividadeno more betEinstein.

Os engenheiros passaram os últimos três anos atualizando o LHC para produzir mais colisõesno more betum espaçono more bettempo mais curto. A máquina reformada tem uma chance muito maiorno more betgerar e encontrar as novas partículas raramente criadas. Grande parte desse trabalho foi liderado por Rhodri Jones, que se alegra com seu títulono more bet"chefe dos feixes".

Encontro Rhodri na áreano more betmontagem magnética do Cern, que se assemelha a um grande hangarno more betaviões. Aqui, os engenheiros estão renovando os ímãs cilíndricosno more bet15 metrosno more betcomprimento que dobram os feixesno more betpartículas ao redor do acelerador. É um trabalhono more betprecisão com absolutamente nenhuma margemno more beterro.

Rhodri me conta queno more betequipe tornou os feixes mais estreitos,no more betmodo que mais partículas sejam espremidasno more betuma área menor. Isso aumenta bastante as chances das partículas colidirem umas com as outras.

"Estamos analisando processos muito raros, então quanto maior o númerono more betcolisões, maior a chanceno more betrealmente encontrar o que está acontecendo e ver pequenas anomalias", diz ele.

"A melhoria no feixe significa que, para toda a física que fizemos desde o início do tempono more betque o LHC estáno more betoperação, vamos poder obter a mesma quantidadeno more betcolisões nos próximos três anos, que obtivemos nesses dez anos."

Outra grande melhoria foi na captura e processamento dos dados das colisões. No LHC remodelado, os dados são coletadosno more betcada um dos quatro detectores a uma taxa impressionanteno more bet30 milhõesno more betvezes por segundo.

É claro que isso é demais para a mente humana assimilar, mas qualquer uma das colisões pode conter a evidência crucial da existênciano more betuma das novas partículas que os cientistas estão procurando.

O software do LHC foi atualizado para pesquisar automaticamente todos os dados coletados e, usando as técnicas mais recentesno more betinteligência artificial, identificar e salvar as leituras que podem serno more betinteresse potencial para os cientistas analisarem.

Dúvidas sobre a gravidade

A teoria atual da física subatômica é chamadano more betModelo Padrão. Embora tenha um nome pouco criativo, a teoria tem sido brilhanteno more betexplicar como as partículas subatômicas se unem para criar átomos que compõem o mundo ao nosso redor.

O Modelo Padrão também explica como as partículas interagem por meiono more betforças da natureza, como as forças eletromagnética e nucleares que mantêm os componentes dos átomos juntos.

Mas o Modelo Padrão não consegue explicar como a gravidade opera, tampouco como as partes invisíveis do Universo, que os físicos chamamno more betmatéria escura e energia escura, se comportam.

Os cientistas sabem que estas partículas e forças invisíveis existem a partir do movimento das galáxias no espaço — e juntas representam 95% do Universo. Mas ninguém ainda foi capazno more betprovarno more betexistência e determinar o que são.

O LHC foi construído para detectar estas partículas que podem explicar como grande parte do cosmos funciona. Marcella Bona me disse que agora há uma esperança realno more betque as atualizações tornem isso possível.

"É um momento realmente emocionante", ela sorri.

"Trabalhamos nos últimos três anos atualizando o maquinário. Agora estamos prontos."

Marcella fala apaixonadamente desde o momentono more betque a conheci. Mas seu entusiasmo aumenta quando pergunto se a descobertano more betuma partículano more betmatéria escura seria uma das maiores descobertas da física.

"Eu diria que sim", ela ri, arregalando os olhos. "Sim, sem dúvida, isso seria incrível", diz ela, permitindo-se, momentaneamente, se deleitar com a perspectiva realno more betque isso aconteça nos próximos meses.

Não menos entusiasmado está Sam Harper, o cientista que passou as últimas duas décadas caçando a "quinta força" da natureza. Ele trabalhano more betoutro dos quatro detectores do LHC, o chamado CMS, localizado na outra extremidade do complexo Cern.

Os resultados do LHC antesno more betser desligado para reforma eno more betvários outros aceleradoresno more betpartículas ao redor do mundo revelaram pistas tentadoras dessa quinta força. Mas com a potência extra do LHC, Sam acredita queno more betbusca científica pode terminarno more betbreve.

E, assim como Marcella, a emoção emno more betvoz aumenta quando ele dizno more betvoz alta o que não pode ser dito formalmente nos círculos científicos até que haja evidências sólidas.

"Isso abalaria as estruturas do campo. Seria a maior descoberta do LHC, a maior descobertano more betfísicano more betpartículas desde, desde..."

Sam faz uma pausa, tentando encontrar as palavras.

"Será maior que o Higgs."

O Cern vai celebrar o décimo aniversário da descoberta do Bósonno more betHiggs ainda neste ano. Mas as festividades chamam a atenção para o fatono more betque o LHCno more bet3,6 bilhõesno more betlibras (cercano more betR$ 22 bilhões), com um custo anualno more bet1,1 bilhãono more betlibras (cercano more betR$ 6,85 bilhões), não fez nenhuma grande descoberta desde então.

Muitos tinham expectativa, e alguns esperavam, que o aceleradorno more betpartículas mais poderoso do mundo já tivesse descoberto até agora a energia escura, a quinta força ou alguma outra partícula que provocasse uma mudançano more betparadigma.

Muito vai depender dos resultados que os pesquisadores vão obter nos próximos anos, uma vez que o Cern apresentará no more betbreve propostas para um colisorno more bethádrons ainda maior.

O plano mais ambicioso, o chamado Futuro Colisor Circular (FCC), teria um anelno more bet100 kmno more betcircunferência, que passaria por baixo do Lago Genebra.

O FCC pode custar cercano more bet20 bilhõesno more betlibras (cercano more betR$ 125 bilhões). A máquina atual tem pelo menos mais dez anos pela frente, e várias outras atualizações que vão oferecer ainda mais potência para tentar descobrir as partículas que vão mudar a física para sempre.

Mas os líderes científicos do Cern vão apresentarno more betsolicitação para a próxima fase dos experimentosno more betfísicano more betpartículasno more betbreve. E persuadir os governos dos países membros a se comprometerem com um grande aumento no financiamento será mais difícil se a atualização mais recente não conseguir encontrar sequer uma noção das novas partículas nos próximos dois ou três anos.

Sam Harper admite se sentir "um pouco apavorado", à medida que o LHC embarca emno more betpróxima sérieno more betexperimentos.

"Estamos tentando desesperadamente aprontar tudo e estamos trabalhando muito duro para garantir que não vamos perder nenhuma física nova possível. Porque a pior coisa do mundo seria a nova física estar lá, e não encontrarmos."

Mas bem maior do que o pavorno more betSam é a empolgação deleno more betrelação ao que os próximos anos reservam.

"O que move todos os físicosno more betpartículas é que queremos descobrir o desconhecido, e é por isso que coisas como a quinta força e a matéria escura são tão emocionantes, porque não temos ideia do que poderia ser ou se existem e queremos muito descobrir isso."

O que pode ser a primeira rachadura no Modelo Padrão foi descoberta por pesquisadores do Fermilab, o equivalente americano do LHC, no início deste mês.

Nos próximos meses e anos, os pesquisadores do LHC vão tentar confirmar seu resultado e encontrar muito mais fissuras na teoria atual até que ela desmorone para dar lugar a uma teoria nova, unificada e mais completano more betcomo o Universo funciona.

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