O novo projeto do CERN é construir um mecanismo que será quase quatro vezes maior do que o maior dispositivo existente. Mas para que serve exatamente?
O Large Hadron Collider (LHC) é indiscutivelmente um dos dispositivos mais misteriosos do mundo. Ele está localizado em um túnel circular de 27 quilômetros de extensão na fronteira entre a França e a Suíça, e sua principal tarefa é colidir com as menores partículas do universo.
Este mecanismo ficou famoso em todo o mundo em 2012, quando o CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) anunciou a descoberta do bóson de Higgs. A teoria da existência dessa partícula elementar apareceu há muitas décadas, os cálculos matemáticos por trás do modelo padrão de partículas elementares assumiram que ela existe, mas ninguém poderia corrigi-la antes do experimento no LHC.
E agora o CERN está falando sobre planos para o futuro. Experimentos com a ajuda do LHC vêm sendo realizados desde 2009, com interrupções para atualização do mecanismo. Agora, basta uma pausa e o LHC será lançado novamente em 2021, após o que funcionará por várias décadas.
Mas os projetos existentes são tão ambiciosos que o CERN vem discutindo há vários anos uma proposta para construir um sucessor para o LHC. E agora os funcionários da organização estão prontos para falar sobre sua visão do futuro.
Agora chamado de Colisor Circular do Futuro (FCC), os planos para sua construção foram anunciados em janeiro de 2019. O BCC é muito maior e mais poderoso do que o acelerador atual. Embora seja apenas um plano, ainda não foi aceito. Se o plano for implementado, os experimentos no BCC começarão na década de 2040.
De acordo com o CERN, o custo total de construção chegará a pouco mais de 200 bilhões de coroas (mais de 1,5 trilhão de rublos - tradução aproximadamente). Os países membros da organização financiarão o projeto por várias décadas. A Noruega é um dos 22 países membros do CERN e contribuirá com aproximadamente 240 milhões de coroas (mais de 1,8 bilhões de rublos) em 2019.
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Mas por que precisamos de um novo acelerador de partículas, o que os cientistas esperam alcançar com ele?
Túnel Longo
O LHC é colocado no mesmo túnel que o acelerador de partículas anterior, apenas um novo enchimento foi colocado lá. O trabalho do dispositivo anterior foi reduzido em 2000.
Mas um túnel completamente novo de 100 quilômetros de comprimento será construído para o BCC. Devido ao aumento do comprimento do acelerador de partículas, as partículas irão colidir com muito mais força.
“Por cem anos, a colisão de pequenos pedaços de matéria com grande força foi talvez o método experimental mais importante para estudar a estrutura e a composição da matéria”, disse Anders Kvellestad, físico de partículas do Imperial College London.
Na verdade, o plano do CERN prevê a construção de vários dispositivos no mesmo túnel, que serão localizados um após o outro. O primeiro mecanismo irá colidir elétrons e pósitrons, e pode ser usado para medições e estudos mais precisos, por exemplo, o bóson de Higgs, sobre o qual nada se sabe.
Também será possível detectar trilhas quânticas de partículas desconhecidas completamente novas sem fazer observações diretas.
Nova física?
Além de outros experimentos envolvendo colisões de elétrons e núcleos de átomos de chumbo, planeja-se mais tarde construir um mecanismo muito poderoso pelo qual prótons colidirão com prótons no túnel.
“Na física de partículas, a colisão de um próton com um próton se assemelha a uma marreta, enquanto a colisão de um elétron com um pósitron pode ser comparada a um pequeno martelo geológico. O primeiro dá mais poder, enquanto o último é mais preciso."
A potência do feixe de partículas em si é medida em teraeletronvolts (TeV). O LHC, de 27 quilômetros de comprimento, pode suportar 14 TeV, enquanto o novo acelerador suportará potência de até 100 TeV.
Energias mais altas permitem que você "atraia" partículas mais massivas, o que pode não ter sido observado antes, e é possível que os resultados de tais experimentos dêem uma ideia de uma física completamente nova, explica Kvellestad.
Porque o universo ainda está cheio de coisas que os cientistas não entendem. Por exemplo, não há resposta para a questão do que realmente são a energia escura e a matéria escura, embora sejam conceitos centrais em nossa compreensão atual do universo.
Também existe um grande problema na física moderna. A relatividade geral e a teoria quântica de campos, que descreve as partículas elementares, não coincidem. Atualmente não há explicação para a própria gravidade, que se encaixa em ambos os modelos.
Independentemente de como você olha para ele, há algo faltando na compreensão do universo. Muitas explicações são oferecidas, mas os pesquisadores precisam de provas.
E os físicos esperavam que o atual acelerador de partículas do LHC fornecesse uma pista sobre a nova física. Isso ainda não aconteceu, mas o LHC funcionará por muitos mais anos.
“Agora sabemos tudo sobre algumas discrepâncias pequenas, mas interessantes, entre a teoria e a prática nos dados existentes. Portanto, espero que os resultados da próxima rodada de trabalho do LHC nos mostrem se essas discrepâncias se devem à "nova física" ou são apenas variações estatísticas”, diz Kvellestad.
Mas também existem dúvidas sobre os planos de construção de novos aceleradores de partículas.
Realmente fará alguma coisa?
A física alemã Sabine Hossenfelder é uma das críticas à proposta do MCC. Ela escreveu um livro sobre como a física se preocupa demais com a "beleza" das equações.
Em coluna do The New York Times, ela critica o projeto, em particular, pelo fato de o CERN oferecê-lo com as mesmas promessas feitas antes da construção do LHC: encontrar matéria escura e esclarecer a origem do universo.
O problema é que esse resultado não pode ser garantido de forma alguma, diz Hossenfelder. Os físicos tinham quase certeza de que encontrariam o bóson de Higgs com a ajuda do LHC, mas agora eles não têm alvos tão promissores.
A supersimetria é uma teoria que previu a existência de várias partículas diferentes que poderiam preencher as lacunas do modelo padrão, mas essas partículas ainda não foram abordadas em experimentos.
Hossenfelder defende que a física deveria estar explorando outras possibilidades por enquanto, e é melhor aguardar a construção de um grande acelerador, focando na questão de por que as supostas partículas não apareceram no LHC.
Se estiver interessado, você pode ler mais sobre as críticas ao projeto no blog dela. Ela também diz que se, com a ajuda do LHC, nos próximos anos, for realmente possível encontrar algo, o quadro pode mudar.
Pesquisa básica
“Após a descoberta do bóson de Higss, não temos mais nenhuma 'garantia' teórica de que encontraremos novas partículas em experimentos da próxima geração, - diz Anders Kvellestad. - Mas isso realmente significa apenas que a física das partículas está de volta ao normal para o fundamental estado de pesquisa - quando ninguém sabe o que pode ser revelado no próximo experimento."
"Existem vários exemplos de descobertas na história da física que ninguém previu."
Kvellestad acredita que mesmo que os físicos discordem sobre o que esperar desses experimentos, isso não deve ser um argumento contra a realização de novos experimentos grandes.
Graças aos novos aceleradores de partículas, os cientistas serão capazes de investigar e medir melhor as partículas já conhecidas, disse Kvellestad.
Precisa construir um mecanismo maior, mas não agora?
“Não há dúvida de que o futuro caminho da pesquisa em física de partículas passa por um mecanismo maior”, diz Bjørn Samset, pesquisador do Centro Cícero para Pesquisa Ambiental e Climática Internacional. Ele é um físico de partículas elementares por formação e trabalhou no CERN.
"A única questão é se é hora de construí-lo ou se é melhor se concentrar em outras coisas por enquanto."
Ele também acredita que a física provavelmente se beneficiaria mais se outros projetos fossem avaliados com mais detalhes primeiro, o que poderia ajudar a entender melhor o que exatamente o novo dispositivo pode encontrar.
Samset cita a matéria escura como exemplo.
"Muitos esperavam que o LHC tivesse energia suficiente para criar as partículas das quais a matéria escura pode ser feita."
Muitas teorias foram apresentadas e algumas foram refutadas, mas muitas ainda precisam ser verificadas. A questão é se não seria melhor se concentrar em outros métodos, como sensores especiais, com os quais você pode capturar diretamente a matéria escura.
Se o BCC for construído, isso não acontecerá em breve, mas Samset enfatiza que é muito importante discutir esses projetos com antecedência.
“O perigo de esperar é a perda de experiência. Os técnicos do CERN são verdadeiros mágicos, eles fazem o acelerador fazer coisas incríveis. Se não começarmos a planejar o próximo projeto agora, muito dessa experiência pode ser perdida."
Ao mesmo tempo, ele acredita que a experiência pode ser transferida no âmbito de outros projetos. Mas ele está confiante de que enormes aceleradores ainda serão construídos.
"Esse mecanismo deve ser construído, e será construído, mas talvez ainda seja muito cedo?"
Lasse Biørnstad
