O que é o Grande Colisor de Hádrons?

-via Live Science*

O maior destruidor de átomos do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC), forma um anel de
27 quilômetros sob a fronteira entre a França e a Suíça.      (Crédito: Maximilien Brice/CERN)

O Grande Colisor de Hádrons - em inglês Large Hadron Collider (LHC) -, é uma maravilha da moderna física de partículas que permitiu aos pesquisadores mergulhar nas profundezas da realidade. Suas origens remontam a 1977, quando Sir John Adams, ex-diretor da Organização Européia de Pesquisa Nuclear - em inglês European Organization for Nuclear Research (CERN) -, sugeriu a construção de um túnel subterrâneo que pudesse acomodar um acelerador de partículas capaz de atingir energias extraordinariamente altas, segundo histórico de 2015, do físico Thomas Schörner-Sadenius.

O projeto foi oficialmente aprovado vinte anos depois, em 1997, e a construção começou com um anel de 27 quilômetros que passa sob a fronteira Franco-Suíça, capaz de acelerar partículas à até 99,99% da velocidade da luz e esmagar elas juntas. Dentro do anel, 9.300 ímãs guiam os 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 e nunca antes vista. O LHC opera com energias 6,5 vezes mais altas do que o acelerador de partículas anterior, o desmobilizado Tevatron, do Fermilab, nos Estados Unidos.

O LHC custou um total de US$ 8 bilhões, 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 em 10 de setembro de 2008, colidindo partículas com apenas dez milionésimos de sua intensidade original de projeto.

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

"O LHC é seguro, e qualquer sugestão de que ele possa apresentar um risco é pura ficção", disse o diretor-geral do CERN, Robert Aymar, à LiveScience no passado.

Isso não quer dizer que a instalação não poderia ser prejudicial se usada de maneira inadequada. Se você ficasse com a mão no feixe, que focaliza a energia de um porta-aviões em movimento até uma largura de menos de um milímetro, ele faria um buraco através dela e então a radiação no túnel o mataria.

Pesquisa inovadora

Nos últimos 10 anos, o LHC juntou átomos para seus dois principais experimentos, ATLAS e CMS, que operam e analisam seus dados separadamente. Isso é para garantir que nem a colaboração esteja influenciando a outra e que cada uma forneça uma verificação do experimento irmão. Os instrumentos já 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 ansiedade enquanto os pesquisadores do LHC anunciavam a descoberta do bóson de Higgs, a peça final do quebra-cabeça em uma teoria de cinco décadas chamada Modelo Padrão da Física. O Modelo Padrão tenta explicar todas as partículas e forças conhecidas (exceto a 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 massa maior. O bóson de Higgs é uma manifestação desse campo, que os físicos vinham perseguindo há meio século. O LHC foi construído explicitamente para finalmente capturar essa partícula indescritível. Eventualmente descobrindo que o Higgs tinha 125 vezes a massa de um próton, tanto Peter Higgs como o físico teórico belga François Englert receberam o Prêmio Nobel em 2013 por predizer sua existência.

Esta imagem do Large Hadron Collider é um conceito artístico 3D. Os tubos do feixe são representados
como tubos transparentes, com feixes de prótons contra-rotatórios mostrados em vermelho e azul.
(Crédito: Daniel Dominguez/CERN)

Mesmo com o Higgs na mão, os físicos não podem descansar porque o modelo padrão ainda tem alguns buracos. Por um lado, ele 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 criado em quantidades aproximadamente iguais no começo dos tempos. E é totalmente silencioso sobre matéria escura e energia escura, que ainda não foi descoberto quando foram criadas.

Antes do LHC ser ligado, muitos pesquisadores teriam dito que a próxima grande teoria é aquela conhecida como supersimetria, que adiciona parceiros gêmeos semelhantes, mas muito mais maciços, 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 de Higgs, alguns cientistas esperavam que o bóson acabasse sendo ligeiramente diferente do que o Modelo Padrão previu, insinuando nova física.

Mas quando o Higgs apareceu, era incrivelmente normal, exatamente na faixa de massa na qual o Modelo Padrão disse que estaria. Embora esta seja uma grande conquista para o Modelo Padrão, ela deixou os físicos sem nenhuma boa pista para continuar. Alguns começaram a falar sobre as décadas perdidas perseguindo teorias que soavam bem no papel, mas parecem não corresponder às observações reais. Muitos esperam que as próximas tiragens de dados do LHC ajudem a esclarecer parte dessa bagunça.

O LHC foi desativado em dezembro de 2018 para passar por dois anos de atualizações e reparos. Quando estiver novamente on-line, poderá esmagar átomos com um ligeiro aumento de energia, mas com o dobro do número de colisões por segundo. O que vai encontrar, então, ninguém sabe. Já se fala de um acelerador de partículas ainda mais poderoso para substituí-lo, situado na mesma área, mas com quatro vezes o tamanho do LHC. A enorme substituição pode levar 20 anos e US$ 27 bilhões para ser construída.
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Fonte: artigo escrito por Adam Mann, para Live Science (tradução livre) - Imagens: CERN/Divulgação