O CERN é uma organização de pesquisa que opera o maior acelerador de partículas do mundo.

Crédito da imagem: Getty Images

O CERN é o laboratório europeu de física de partículas localizado perto de Genebra, na Suíça. Se você vir uma manchete sobre novas partículas subatômicas exóticas, é provável que a descoberta tenha sido feita no CERN. Um exemplo recente ocorreu em janeiro de 2022, quando cientistas do CERN anunciaram “evidências de partículas X no plasma de quarks-glúons produzidos no Grande Colisor de Hádrons (LHC)”, segundo o MIT News. 

Escondido por trás dessa tecnobabléia está o fato surpreendente de que o CERN conseguiu recriar uma situação que não ocorria naturalmente desde alguns microssegundos após o Big Bang. Esse estudo em particular se baseou em dados pré-existentes do LHC.

O DESTRUIDOR DE ÁTOMOS

O LHC é um acelerador de partículas, um dispositivo que impulsiona partículas subatômicas a enormes energias de maneira controlada, para que os cientistas possam estudar as interações resultantes, de acordo com o CERN. 

O “grande” que o L (do inglês large) representa é um eufemismo; o LHC é de longe o maior acelerador do mundo, ocupando um túnel circular com cerca de 27 quilômetros de circunferência. 

A letra do meio, H, significa "hádron", o nome genérico para partículas compostas, como prótons, que são feitas de partículas menores chamadas quarks. Finalmente, o C significa “collider”, porque o LHC acelera dois feixes de partículas em direções opostas, e toda a ação ocorre quando os feixes colidem.

Como todos os experimentos de física, o objetivo do LHC é testar previsões teóricas, neste caso, o chamado Modelo Padrão da física de partículas, e ver se há falhas, como a Gaia Ciência relatou anteriormente. Por mais estranho que pareça, os físicos estão ansiosos para encontrar algumas falhas no Modelo Padrão, porque há algumas coisas, como matéria escura e energia escura, que não podem ser explicadas até que o façam.

O LHC foi inaugurado em 2009, mas a história do CERN vai muito além disso. A pedra fundamental foi lançada em 1955, seguindo uma recomendação do Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear, ou "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire" em francês, de onde recebeu o nome, segundo o CERN.

Entre a sua criação e a abertura do LHC, o CERN foi responsável por uma série de descobertas inovadoras, incluindo correntes neutras fracas, neutrinos leves e os bósons W e Z. Assim que o LHC voltar a funcionar, podemos esperar que essas descobertas continuem, de acordo com o CERN.

O Grande Colisor de Hádrons está atualmente desligado para manutenção, o que criou uma oportunidade de oferecer acesso ao público. Crédito da imagem: Ronald Patrick/Stringer/Getty Images

EXPERIMENTOS DO CERN

Um dos principais mistérios do universo é por que ele aparentemente contém muito mais matéria do que antimatéria. De acordo com a teoria do Big Bang, o universo deve ter começado com quantidades iguais de ambos. 

No entanto, no início, provavelmente no primeiro segundo da existência do universo, praticamente toda a antimatéria havia desaparecido, e apenas a matéria normal que vemos hoje permaneceu. Essa assimetria recebeu o nome técnico de violação de CP, e estudá-la é um dos principais objetivos do experimento LHCb do Grande Colisor de Hádrons. 

Todos os hádrons são compostos de quarks, mas o LHCb foi projetado para detectar partículas que incluem um tipo particularmente raro de quark conhecido como beauty. Estudar a violação de CP em partículas contendo beauty é uma das maneiras mais promissoras de esclarecer o surgimento da assimetria matéria-antimatéria no universo primitivo, de acordo com o CERN.

Ciência do clima 

Longe do LHC, existem outras instalações no CERN que estão realizando pesquisas importantes. Um experimento no Proton Synchrotron do CERN está ligando a física de partículas à ciência do clima. Este é um acelerador menor e menos sofisticado que o LHC, mas ainda é capaz de fazer um trabalho útil.

Um dos cientistas do projeto dentro da câmara de experimentos CLOUD. Crédito da imagem: CERN

O experimento climático é chamado de CLOUD, que significa "Cosmics Leaving Outdoor Droplets". Tem sido teorizado que os raios cósmicos desempenham um papel na formação de nuvens, semeando minúsculas gotículas de água ao redor da Terra.

Este não é um processo fácil de estudar na atmosfera real, com raios cósmicos reais, então o CERN está usando o acelerador para criar seus próprios raios cósmicos. Estes são então lançados em uma atmosfera artificial, onde seus efeitos podem ser estudados muito mais de perto.

Caçando partículas exóticas

Compartilhando a mesma caverna subterrânea que o LHCb, há um instrumento menor chamado MoEDAL, que significa Monopole and Exotics Detector no LHC. Enquanto a maioria dos experimentos do CERN são projetados para estudar partículas conhecidas, este visa descobrir partículas não descobertas que estão fora do atual Modelo Padrão. 

Um monopolo, por exemplo, seria uma partícula magnetizada consistindo apenas de um polo norte sem um polo sul, ou vice-versa. Tais partículas há muito são hipotetizadas, mas nunca observadas. O objetivo do MoEDAL é procurar quaisquer monopolos que possam ser criados em colisões dentro do LHC, de acordo com o CERN. 

Este experimento também poderia detectar certas partículas massivas estáveis que são previstas por teorias além do Modelo Padrão. Se for bem sucedido em encontrar qualquer uma dessas partículas, o MoEDAL pode ajudar a resolver questões fundamentais, como a existência de outras dimensões ou a natureza da matéria escura.

O experimento MoEDAL fica na mesma furna do LHCb. Crédito da imagem: CERN

Fazendo antimatéria

A antimatéria geralmente aparece dentro dos aceleradores de alta energia do CERN, como metade de um par partícula-antipartícula. Mas no curso normal dos eventos, as antipartículas não duram muito antes de serem aniquiladas em colisões com partículas comuns. Se você deseja criar antimatéria que permaneça por tempo suficiente para um estudo detalhado, você precisa de mais do que apenas um acelerador. 

É aqui que entra a Fábrica de Antimatéria do CERN.

Ele pega as antipartículas criadas no Proton Synchrotron e as reduz a velocidades gerenciáveis no que é efetivamente o exato oposto de um acelerador de partículas: O Antiproton Decelerator, de acordo com o CERN. 

Os anti-átomos resultantes podem então ser estudados por uma variedade de instrumentos como o AEGIS (Experiência Anti-hidrogênio: Gravidade, Interferometria e Espectroscopia). Uma pergunta fascinante que a AEGIS deve ser capaz de responder em breve é a de saber se a antimatéria cai para baixo em um campo gravitacional, como a matéria comum, ou para cima na direção oposta.

AEGIS usa eletroímãs para prender a antimatéria para que ela não se aniquile em contato com a matéria comum. Crédito da imagem: CERN

O CERN É PERIGOSO?

Por várias razões ao longo dos anos, as pessoas especularam que os experimentos no CERN podem representar um perigo para o público. Felizmente, tais preocupações são infundadas. Tomemos por exemplo o N no CERN, que significa nuclear, de acordo com o órgão público UK Research and Innovation (UKRI). 

Isso não tem nada a ver com as reações que ocorrem dentro das armas nucleares, que envolvem a troca de prótons e nêutrons dentro dos núcleos. A pesquisa do CERN está em um nível ainda mais baixo do que isso, nos constituintes dos próprios prótons e nêutrons. Às vezes é chamado de física de 'alta energia', mas as energias são apenas 'altas' quando vistas em escala subatômica.

As partículas dentro do LHC, por exemplo, normalmente só têm a energia de um mosquito, de acordo com o site oficial do CERN. As pessoas também temem que o LHC possa produzir um mini buraco negro, mas mesmo que isso aconteça, o que é improvável, seria incrivelmente pequeno e tão instável que desapareceria em uma fração de segundo, de acordo com o The Guardian.

ENTREVISTA COM UM CIENTISTA DO CERN

Dra Clara Nellist ao lado do detector ATLAS no CERN. Crédito da imagem: Clara Nellist

Conversamos com a cientista do CERN Clara Nellist sobre seu trabalho com o detector ATLAS do LHC, um dos dois principais detectores de uso geral do LHC. 

Como você se envolveu com o experimento ATLAS?

"Comecei no ATLAS para minha pesquisa de doutorado. Eu estava desenvolvendo novos sensores de pixel para melhorar a medição de partículas à medida que passam pelo nosso detector. É muito importante torná-los resistentes a danos de radiação, o que é uma grande preocupação quando você coloca os sensores próximo às colisões das partículas. 

Desde então, tive a oportunidade de trabalhar em vários projetos diferentes, como entender como o bóson de Higgs e o quark top interagem entre si. Agora estou aplicando algoritmos de aprendizado de máquina aos nossos dados para procurar indícios de matéria escura. Um dos maiores mistérios da física atualmente é: O que é 85% da matéria em nosso universo? Chamamos de matéria escura, mas na verdade não sabemos muito sobre isso!"

Como é trabalhar com uma máquina tão única e poderosa?

"É realmente incrível poder trabalhar nesta máquina incrivelmente complicada com pessoas de todo o mundo. Ninguém pode executar tudo, então cada equipe se torna um especialista em sua parte específica. Então, quando todos trabalhamos juntos, podemos fazer descobertas sobre os menores blocos de construção do nosso universo".

Há algum novo desenvolvimento empolgante que você esteja particularmente ansioso?

"Estamos iniciando o Grande Colisor de Hádrons novamente este ano, então estou muito animada para ver o que podemos encontrar com ele. Parte do nosso trabalho é entender as partículas que já conhecemos com o máximo de detalhes possíveis para verificar que nossas teorias correspondem ao que medimos. Mas também estamos procurando por novas partículas que nunca vimos antes. Se encontrarmos algo novo, pode ser um candidato à matéria escura, ou pode ser algo completamente inesperado!"

RECURSOS ADICIONAIS

• Para obter mais informações sobre o CERN e o LHC, visite seu site. 
• Confira também, "A Um dia no CERN: Tour guiado pelo coração da Física de Partículas", de Gautier Depambour
• "Manual do Grande Colisor de Hádrons (Manuais de Haynes)" de Gemma Lavender.

BIBLIOGRAFIA

• Jennifer Chu, "Os cientistas fazem a primeira detecção de partículas exóticas "X" no plasma de quark-gluon ", MIT News, janeiro de 2022. 
• Matthew Sparks, "Prévia de 2022: o Large Hadron Collider alcançará o limite da física", New Scientist, dezembro de 2021. 
• Micho Kaku, "O fim do mundo como o conhecemos?", The Guardian, junho de 2008. 
• Pesquisa e Inovação do Reino Unido, "Instalações e recursos", janeiro de 2022. 
• CERN, "Onde tudo começou?", acesso em abril de 2022. 
• CERN, "Fatos e números sobre o LH", acesso em abril de 2022. 
• CERN, "A segurança do LHC", acesso em abril de 2022. 
• CERN, "LHCb” , acesso em abril de 2022. 
• CERN, "MoEDAL-MAPP", acesso em abril de 2022. 
• CERN, "Experiment MoEDAL-MAPP", acesso em abril de 2022. 
• Ana Lopes, "LHCb vê nova forma de assimetria matéria-antimatéria em partículas beauty estranhas", CERN, outubro de 2020.

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. Inscreva-se no boletim informativo. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

MAY, Andrew. CERN: Organization, experiments and facts. Live Science, Nova York, 22, abr. 2022. Refência. Disponível em: <https://www.livescience.com/cern>. Acesso em: 27, abr. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.