Nas profundezas do Grande Colisor de Hádrons, o ATLAS é o maior detector de partículas do mundo.

Uma imagem gerada por computador do detector ATLAS, completa com figuras humanas para mostrar sua enorme escala. Crédito da imagem: CERN

O experimento ATLAS é o maior detector de partículas do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior destruidor de átomos do mundo. O experimento ATLAS (abreviação de "A Toroidal LHC Apparatus") detecta as minúsculas partículas subatômicas criadas depois que feixes de partículas colidem uns com os outros à velocidade da luz no LHC, que é operado pela Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN). Mais notoriamente, os físicos do LHC descobriram o bóson de Higgs em 2012, graças, em grande parte, aos resultados do experimento ATLAS.

O DETECTOR DE PARTÍCULAS ATLAS

Feixes de partículas no LHC giram em torno de um anel subterrâneo de 27 quilômetros perto de Genebra, antes de se chocarem. As colisões criam partículas que voam em todas as direções, e é tarefa de um detector de partículas, uma massa de equipamentos de alta tecnologia em torno do ponto de colisão, capturar o máximo de informações possível sobre elas, de acordo com o CERN. 

As partículas normalmente viajariam em linhas retas, mas se tiverem uma carga elétrica diferente de zero, seus caminhos podem ser curvados pela aplicação de um forte campo magnético. No caso do ATLAS, isso é conseguido usando uma série de eletroímãs extremamente poderosos em forma de rosquinha chamados toroides. Esses toroides dão ao ATLAS seu nome, de acordo com o ATLAS Open Data. A quantidade de curvatura depende do momento de uma partícula, então é possível calcular isso rastreando a trajetória exata de uma partícula.

Isso é feito pelo detector interno do ATLAS, que segundo o CERN é composto por três camadas. Primeiro, a apenas 3,3 centímetros do feixe central, há uma matriz de quase 100 milhões de pixels de silício, cada um menor que um grão de areia, para detectar partículas carregadas à medida que saem do ponto de colisão. Ao redor do detector de pixels está um rastreador semicondutor composto por milhões de “micro-tiras” de sensores, que fornecem rastreamento adicional das partículas emitidas. Finalmente, um rastreador de radiação de transição feito de 300.000 tubos cheios de gás, cada um com 0,17 polegadas (4 milímetros) de diâmetro, é usado para detectar e identificar partículas carregadas à medida que ionizam o gás.

O detector interno é cercado por uma série de calorímetros, dispositivos que param e absorvem partículas para medir sua energia. Finalmente, a parte mais externa do sistema consiste em um espectrômetro de três camadas de alta precisão destinado a detectar um tipo particularmente evasivo de partícula chamada múon.

O EXPERIMENTO ATLAS NO GRANDE COLISOR DE HÁDRONS

Lado A do detector ATLAS na caverna subterrânea (lado C sendo o lado oposto) após as atualizações Long Shutdown 2 (LS2). Foto de Maximilien Brice. Crédito da imagem: Experiência ATLAS © 2022 CERN

Com um comprimento de 46 metros (151 pés), um diâmetro de 25 m (82 pés) e um peso de 7.700 toneladas (7.000 toneladas métricas), o ATLAS é o maior detector de colisores já construído, de acordo com o Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido. Ele fica em uma caverna subterrânea a 100 m (328 pés) abaixo da superfície, perto da vila de Meyrin, na Suíça. Sua característica mais distintiva, seu enorme sistema magnético, assume a forma de oito toroides supercondutores, cada um com 25 metros de comprimento.

As colisões de partículas que ocorrem no coração do detector o fazem a uma taxa de cerca de um bilhão por segundo, de acordo com o site do experimento ATLAS. Os dados dessas colisões são registrados em mais de 100 milhões de canais eletrônicos, antes de serem analisados por equipes de cientistas espalhados pelo mundo. Com mais de 5.500 membros, a comunidade ATLAS é uma das maiores colaborações científicas da história.

RESULTADOS DO EXPERIMENTO ATLAS

O ATLAS é um dos dois detectores de uso geral no LHC, juntamente com o experimento Compact Muon Solenoid (CMS), de acordo com o CERN. Embora os dois detectores diferem em sua abordagem técnica e design de ímã, eles têm os mesmos objetivos científicos básicos. De acordo com a equipe ATLAS da University College London, isso inclui abordar algumas das maiores perguntas não respondidas que os cientistas têm sobre o universo, como a natureza exata da matéria escura, por que a matéria é muito mais abundante que a antimatéria e se o espaço tem outras dimensões não descobertas.

O maior momento do ATLAS até hoje foi, sem dúvida, a descoberta do bóson de Higgs. Esta partícula havia sido prevista para existir na década de 1960, mas, devido à sua grande massa e existência efêmera, nunca havia sido observada com gerações anteriores de detectores de partículas. No entanto, a longa busca finalmente terminou em 2012, quando o ATLAS e o CMS detectaram a partícula de Higgs com um significado de "5 sigma", o que significa que havia menos de uma chance em um milhão da detecção ter sido causada por flutuações aleatórias. O anúncio, em 4 de julho de 2012, foi tão esperado que apenas as pessoas que fizeram fila na noite anterior conseguiram entrar na sala no dia do anúncio, segundo o CERN.

Desde a descoberta do Higgs, o ATLAS tem estado ocupado. Em junho de 2021, a colaboração ATLAS apresentou seu milésimo artigo científico para publicação, de acordo com o CERN. Essa é uma quantidade verdadeiramente surpreendente de pesquisa de ponta para sair de uma única instalação ao longo de 10 anos. Mas seu trabalho ainda não está concluído, porque os cientistas ainda estão procurando pela próxima grande descoberta além do bóson de Higgs. 

Por muito tempo, acreditou-se que isso poderia envolver toda uma família de partículas "supersimétricas" teoricamente previstas. Mas um estudo de 2021 realizado por pesquisadores do ATLAS não encontrou nada do tipo. Isso é uma má notícia para os teóricos, mas não necessariamente para o resto de nós, porque significa que o avanço, quando finalmente chegar, pode ser algo totalmente inesperado.

Em 3 de agosto de 2020, os experimentos do CERN anunciam as primeiras indicações de um raro processo de bóson de Higgs. Aqui vemos um evento Run 2 ATLAS contendo dois múons (vermelhos) com massa compatível com a do bóson de Higgs, e dois jatos frontais (cones amarelos). Crédito da imagem: Colaboração ATLAS/CERN

RECURSOS ADICIONAIS

• Explore o próprio site do experimento ATLAS.
• Veja por dentro do mundo da cientista do ATLAS Clara Nellist em seu canal no YouTube.
• Veja centenas de imagens do ATLAS no servidor de documentos do CERN.

BIBLIOGRAFIA

• Anthony, K. (2021, 18 de junho). ATLAS comemora resultados de 1.000 documentos de colisões. Experimento ATLAS, CERN. https://atlas-public.web.cern.ch/updates/news/1000-collision-papers
• Experiência ATLAS. (nd). O experimento ATLAS. CERN. Recuperado em 16 de março de 2022, de https://atlas.cern/about
• Dados Abertos ATLAS. (nd). Detector ATLAS no LHC. Recuperado em 16 de março de 2022, de http://opendata.atlas.cern/release/2020/documentation/atlas/experiment.html
• CERN. (nd). ATLAS. Recuperado em 16 de março de 2022, de https://home.web.cern.ch/science/experiments/atlas
• CERN. (nd). Como funciona um detector. Recuperado em 16 de março de 2022, de https://home.web.cern.ch/science/experiments/how-detector-works 
• Gray, H., & Mansoulié, B. (2018, 4 de julho). O bóson de Higgs: A caça, a descoberta, o estudo e algumas perspectivas futuras. Experimento ATLAS, CERN. https://atlas-public.web.cern.ch/updates/feature/higgs-boson
• Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia. (2016, 3 de março). ATLAS. Pesquisa e Inovação do Reino Unido. https://stfc.ukri.org/research/particle-physics-and-particle-astrophysics/large-hadron-collider/atlas/
• University College Londres. (nd). ATLAS@UCL. Recuperado em 16 de março de 2022, de https://www.hep.ucl.ac.uk/atlas/

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Referência:

MAY, Andrew. What is the ATLAS experiment? Live Science, Nova York, 17, mar. 2022. Referência. Disponível em: <https://www.livescience.com/cern-atlas-experiment>. Acesso em: 03, mai. 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.