O Grande Colisor de Hádrons (LHC) é uma maravilha da física de partículas moderna que permitiu aos pesquisadores sondar as profundezas da realidade.

O maior destruidor de átomos do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, forma um anel de 27 quilômetros sob a fronteira franco-suíça. Crédito da imagem: Maximilien Brice/CERN

Suas origens remontam a 1977, quando Sir John Adams, ex-diretor da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), sugeriu a construção de um túnel subterrâneo que pudesse acomodar um acelerador de partículas capaz de atingir energias extraordinariamente altas, de acordo com um Artigo de história de 2015 do físico Thomas Schörner-Sadenius.

O projeto foi aprovado oficialmente vinte anos depois, em 1997, e a construção começou em um anel de 27 quilômetros de comprimento que passava sob a fronteira franco-suíça capaz de acelerar partículas até 99,99% da velocidade da luz e esmagá-las junto. Dentro do anel, 9.300 ímãs guiam pacotes de partículas carregadas em duas direções opostas a uma taxa de 11.245 vezes por segundo, finalmente reunindo-as para uma colisão frontal. A instalação é capaz de criar cerca de 600 milhões de colisões a cada segundo, expelindo quantidades incríveis de energia e, de vez em quando, uma partícula pesada exótica nunca antes vista. O LHC opera com energias 6,5 vezes maiores do que o acelerador de partículas recordista anterior, o Tevatron desativado do Fermilab nos EUA.

O LHC custou um total de US$ 8 bilhões para ser construído, dos quais US$ 531 milhões vieram dos Estados Unidos. Mais de 8.000 cientistas de 60 países diferentes colaboram em seus experimentos. O acelerador ligou seus feixes pela primeira vez em 10 de setembro de 2008, colidindo partículas com apenas um décimo de milionésimo de sua intensidade original do projeto.

Antes de iniciar as operações, alguns temiam que o novo destruidor de átomos destruiria a Terra, talvez criando um buraco negro que tudo consumiria. Mas qualquer físico respeitável diria que tais preocupações são infundadas.

“O LHC é seguro, e qualquer sugestão de que possa apresentar um risco é pura ficção”, disse o diretor geral do CERN, Robert Aymar, à LiveScience.

Isso não quer dizer que a instalação não possa ser potencialmente prejudicial se usada incorretamente. Se você enfiasse a mão no feixe, que concentra a energia de um porta-aviões em movimento até uma largura de menos de um milímetro, ele faria um buraco e então a radiação no túnel o mataria.

Pesquisa inovadora

Nos últimos 10 anos, o LHC esmagou átomos para seus dois experimentos principais, ATLAS e CMS, que operam e analisam seus dados separadamente. Isso é para garantir que nenhuma colaboração esteja influencianda a outra e que cada uma forneça uma verificação em seu experimento irmão. Os instrumentos geraram mais de 2.000 artigos científicos em muitas áreas da física de partículas fundamentais.

Em 4 de julho de 2012, o mundo científico assistiu com a respiração suspensa enquanto pesquisadores do LHC anunciavam a descoberta do bóson de Higgs, a peça final do quebra-cabeça de uma teoria de cinco décadas chamada Modelo Padrão da física. O Modelo Padrão tenta levar em conta todas as partículas e forças conhecidas (exceto gravidade) e suas interações. Em 1964, o físico britânico Peter Higgs escreveu um artigo sobre a partícula que agora leva seu nome, explicando como a massa surge no universo.

O Higgs é na verdade um campo que permeia todo o espaço e arrasta cada partícula que se move através dele. Algumas partículas se arrastam mais lentamente pelo campo, e isso corresponde à sua maior massa. O bóson de Higgs é uma manifestação desse campo, que os físicos vinham perseguindo há meio século. O LHC foi construído claramente para finalmente capturar esse achado elusivo. Eventualmente, descobrindo que o Higgs tinha 125 vezes a massa de um próton, tanto Peter Higgs, quanto o físico teórico belga François Englert receberam o Prêmio Nobel em 2013 por prever sua existência.

Esta imagem composta do Grande Colisor de Hádrons foi criada por um artista 3D. Os tubos de feixe são representados como tubos transparentes, com feixes de prótons contra-rotativos mostrados em vermelho e azul. Crédito da imagem: Daniel Dominguez/CERN

Mesmo com o Higgs em mãos, os físicos não podem descansar porque o Modelo Padrão ainda tem algumas lacunas. Por um lado, não lida com a gravidade, que é coberta principalmente pelas teorias da relatividade de Einstein. Também não explica por que o universo é feito de matéria e não de antimatéria, que deveria ter sido criada em quantidades aproximadamente iguais no início dos tempos. E é totalmente silenciosa sobre a matéria escura e a energia escura, que ainda não haviam sido descobertas quando foram criadas.

Antes do LHC ser ligado, muitos pesquisadores teriam dito que a próxima grande teoria é conhecida como supersimetria, que adiciona parceiros gêmeos semelhantes, mas muito mais massivos, a todas as partículas conhecidas. Um ou mais desses parceiros pesados poderiam ter sido um candidato perfeito para as partículas que compõem a matéria escura. E a supersimetria começa a controlar a gravidade, explicando por que ela é muito mais fraca do que as outras três forças fundamentais. Antes da descoberta do Higgs, alguns cientistas esperavam que o bóson acabasse sendo um pouco diferente do que o Modelo Padrão previu, sugerindo uma nova física.

Mas quando o Higgs apareceu, era incrivelmente normal, exatamente na faixa de massa onde o Modelo Padrão disse que estaria. Embora esta seja uma grande conquista para o Modelo Padrão, deixou os físicos sem boas pistas para prosseguir. Alguns começaram a falar sobre as décadas perdidas perseguindo teorias que pareciam boas no papel, mas parecem não corresponder às observações reais. Muitos esperam que as próximas execuções de coleta de dados do LHC ajudem a esclarecer parte dessa desordem.

O LHC foi desativado em dezembro de 2018 para passar por dois anos de atualizações e reparos. Agora ele é capaz de esmagar átomos com um ligeiro aumento de energia, mas com o dobro do número de colisões por segundo. O que ele vai encontrar então é uma incógnita. Já se fala em um acelerador de partículas ainda mais potente para substituí-lo, situado na mesma área, mas quatro vezes maior que o LHC. A enorme substituição pode levar 20 anos e US$ 27 bilhões para ser construído.

Recursos adicionais:

• Faça um tour virtual pelo LHC.
• Leia mais sobre a ciência no CERN.
• Confira esta coleção de imagens do Higgs.

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Referência:

MANN, Adam. What Is the Large Hadron Collider? Live Science, 29, jan. 2019. Disponível em: <https://www.livescience.com/64623-large-hadron-collider.html>. Acesso em: 27, mar. 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.