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Um novo supercolisor

Projeto de pesquisa internacional pretende construir túnel de 31km para estudar detalhadamente o bóson de Higgs e confirmar uma série de teorias da física

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postado em 21/08/2013 16:00 / atualizado em 21/08/2013 11:10

Roberta Machado

A confirmação da existência do bóson de Higgs no ano passado forneceu provas de um modelo elementar proposto há mais de 50 anos e que explica como a matéria se formou no Universo. Contudo, o feito científico também levantou uma série de outras questões, principalmente sobre o comportamento da partícula subatômica. Infelizmente, o mesmo equipamento que ajudou na descoberta não é potente o suficiente para responder a essas perguntas. Para compreender o verdadeiro potencial da menor parcela de toda a matéria existente, é necessário construir um novo equipamento grandioso: o Colisor Linear Internacional (ILC, na sigla em inglês), um túnel de 31km planejado há mais de uma década.

O ILC mais o Colisor Linear Compacto (Clic) — uma máquina que só deve sair do papel daqui a 30 anos — já exigem o trabalho de aproximadamente 2 mil cientistas de diversos países, entre especialistas em geologia, engenharia e física, que criaram e escolheram a tecnologia necessária para o avançado experimento. Hoje, o grupo é financiado por programas e universidades de várias partes do mundo e diferentes governos. O local de construção, no entanto, ainda não foi definido. O principal candidato a receber o túnel é o Japão, mas a formação geográfica do país oferece um grande perigo para a segurança do colisor em caso de terremotos. É preciso também arrecadar investimentos para custear a obra, estimada em US$ 7,8 bilhões.

A equipe responsável pelo colisor, contudo, ressalta que o projeto está pronto, e sua construção poderá ser iniciada imediatamente. O grupo já realizou testes de radiofrequência em vários pontos do mundo, tem em mãos os planos para a produção em massa de 16 mil cavidades supercondutoras que formarão os raios de partículas do ILC e determinou os parâmetros de estudos geológicos necessários para a obra. A ambiciosa iniciativa deve levar uma década para ser finalizada.

O novo colisor traçará um perfil mais detalhado do bóson de Higgs, definindo características como massa e orientação. Essas informações são essenciais para entender do que o Universo é feito. “Agora que os cientistas encontraram o bóson de Higgs, muitos anos de pesquisa complementar serão necessários para verificar sua identidade. Para uma partícula ser exatamente como foi concebida por Higgs originalmente, todas as suas propriedades devem ser medidas com grande precisão, e esse é um trabalho duro”, explica Eckard Elsen, pesquisador do acelerador de partículas DESY, na Alemanha.

De acordo com o modelo científico defendido por pesquisadores, mais e 90% de tudo que existe consiste de matéria negra, um tipo de partícula fundamental que não emite luz e nunca foi observada. “No ILC, a relação com a partícula de Higgs com partículas desconhecidas ou invisíveis poderá ser medida inequivocamente. Isso é importante, porque temos uma compreensão muito profunda de como essa relação deve ser. Qualquer divergência desse modelo deve abrir uma janela para um novo tipo de física”, explica Elsen.

Choque de opostos

As teorias só podem ser testadas em uma técnica diferente da empregada no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o equipamento instalado no Centro Europeu para a Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça: enquanto o modelo circular choca prótons em alta velocidade, o novo equipamento foi pensado para colidir elétrons e pósitrons. “Esse é um modelo muito mais limpo. O choque entre prótons produz uma matéria muito rica. Foi difícil achar o bóson de Higgs porque, com ele, outras partículas aparecem (depois da colisão)”, explica Alberto Santoro, líder do grupo da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj) do Solenoide de Múon Compacto (CMS), no Cern. “Passamos mais de dois anos varrendo várias regiões físicas para saber em que região aparecia de fato o bóson de Higgs.”

A máquina será composta de dois aceleradores lineares colocados lado a lado, projetados para funcionar a temperaturas abaixo de -200ºC e gerar energia equivalente a 1 trilhão de elétron volts. As partículas opostas serão chocadas a uma frequência de 7 mil vezes por segundo, resultando em poderosos raios de 20 bilhões de partículas. O resultado do experimento de alta energia será registrado por um conjunto de dois detetores capazes de medir raios de partículas mais finos que um fio de cabelo.

O antigo LHC, no entanto, não deve ser aposentado tão cedo. O equipamento, atualmente, passa por uma reforma de dois anos de atualizações. “Quando voltar a funcionar, em 2015, com colisões de maior energia, vai estudar em mais detalhes as propriedades do bóson de Higgs e continuar a busca por novos fenômenos, não explicados pelo modelo padrão, mas previstos em outras teorias”, adianta Rogério Rosenfeld, professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e pesquisador no Cern. A máquina tem experimentos planejados para até 2030.

Uma das questões da física fundamental que deve ser esclarecida pelo antigo e pelo novo supercolisores é o modelo das partículas supersimétricas, uma teoria de quase 50 anos que ainda carece de comprovação. Acredita-se que o bóson de Higgs só poderia existir com uma partícula complementar que o estabilizasse, o higgsino, e que os dois colisores podem ser usados em conjunto para comprovar esse modelo. “Ideias teóricas sempre precisam ser testadas em experimentos para confirmar se estão certas ou erradas. Isso é o que distingue, por exemplo, a ciência da religião”, defende Howard Baer, professor de física da Universidade de Oklahoma, nos Estados Unidos.

Para provar a chamada teoria da supersimetria, será usado um código computacional capaz de calcular a massa e os níveis de produção das partículas em uma colisão de alta energia. “O LHC tem procurado por esses superpares, mas tem falhado até então”, conta Baer. A teoria atualmente sustentada pelos cientistas diz que o higgsino deve emitir um tipo de luz invisível para o LHC, mas facilmente detectável pelo ILC.

 
Em 1964
Apelidado de partícula de Deus, o bóson de Higgs recebeu esse nome devido ao físico britânico Peter Higgs, que formulou sua existência teoricamente em 1964. Outros dois pesquisadores, os belgas François Englert e Robert Brout, já falecido, propuseram teoria semelhante no mesmo ano. Desde então, os especialistas buscavam identificá-la na natureza, o que só foi alcançado em 2012.

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