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O LHC do CERN Inaugura uma Nova Era da Física

Após 16 anos e 10 bilhões de dólares envolvidos – e depois de uma manhã de altos e baixos elétricos – pôde-se ver e sentir a alegria nos túneis que ficam localizados na fronteira entre a França e a Suíça nessa terça-feira 30 de Março de 2010: a maior máquina da física do mundo, o Grande Colisor de Hadron, ou LHC, finalmente começou a fazer com que as partículas subatômicas colidissem.

Após dois anos de ensaios e falhas elétricas, prótons que foram acelerados a mais de 99 por cento da velocidade da luz e para registrar o nível mais alto de energia de 3.5 trilhões de elétron volts eles tiveram que correr por 17 milhas na pista magnética localizada abaixo de Genebra um pouco depois da 1 da tarde, horário local. Eles colidiram dentro dos detectores do tamanho de um apartamento desenvolvidos para capturar cada raio e fragmento microscópico de fogos de artifícios que recriaram o início do universo.

A explosão silenciosa dos prótons foi acompanhada por gritos e aplausos dos cientistas que lotavam as salas no CERN, a Organização Européia para Pesquisa Nuclear, instituição responsável pela construção do colisor. Após a colisão o alivio se espalhou pelos físicos de partículas ao redor do mundo, que depositaram todo o futuro da profissão na idéia de que o colisor irá eventualmente revelar os novos segredos do universo.

Entre os principais objetivos do experimento está encontrar a identidade da matéria escura que dá forma ao cosmos visível além de identificar uma estranha partícula conhecida como bóson de Higgs, que se imagina encher outras partículas com massa. Até agora, tem se tentado sem sucesso identificar essas duas entidades.

“Nós estamos esperando algumas respostas”, disse David Politzer, um professor laureado com o prêmio Nobel no Instituto de Tecnologia da Califórnia, onde uma sala de conferência estava lotada com físicos da região de Los Angeles participando à meia noite do horário local, com refrigerantes, nachos, pizzas e outras comidas.

Rolf-dieter Heuer, diretor geral do CERN, falando do Japão, disse que o novo colisor “abre uma nova janela de descobertas e ele trará com paciência, novos conhecimentos do universo e do microcosmo”.

“Ele mostra o que pode fazer levando o conhecimento um passo a frente”, disse ele, adicionando, “Ele também trará um exército de crianças e jovens que irão entrar no setor privado e na academia”.

“Nós estamos todos felizes e orgulhosos”, disse Fabiola Gianotti, a partir de um dos detectores gigantes de partículas no colisor, conhecido como Atlas.

Guido Tonelli, disse a partir de outro detecto, o C.M.S, disse, “nós estamos começando a estudar a física de verdade”.

O sucesso em produzir colisões de prótons, representa uma fantástica volta por cima para o CERN, mas o laboratório ainda está na metade do caminho para voltar onde ele queria estar. Apenas a um ano e meio atrás, a primeira tentativa de iniciar o colisor terminou com uma explosão que deixou parte do túnel envolvido com gás hélio e enferrujou quando uma conexão elétrica entre dois poderosos magnetos ficou coberta com prótons vaporizados.

Uma investigação subseqüente revelou que o colisor foi despedaçado com milhares de junções, um resultado de acordo com Lucio Rossi, chefe dos magnetos do CERN refletiu a falta de uma análise de risco apropriada. Como resultado, o colisor, que foi desenhado para acelerar prótons com uma energia de sete trilhões de elétron volts, colidir partículas e revelar as forças que apareceram somente em um trilionésimo de segundos após o Big Bang, só poderia funcionar com segurança com metade de sua potência.

Os físicos do CERN disseram que operando o colisor por um ano e meio neste nível de energia deve permitir a eles coletar dados suficientes para iniciar a combater o rival americano de trilhão de elétron volt Tevatron localizado no Laboratório Nacional de Acelerador FERMI em Illinois. O Tevatron é menor, mas está rodando por anos e já está produzindo dados. Após isso, a máquina do CERN será desligada por um ano para que as conexões sejam reconstruídas e ele possa voltar a operar com força total.

Colisores de partículas ganharam charme a partir da equação de Einstein que relaciona massa e energia. Quanto mais energia – denotada pelos físicos em elétron volt – essas máquinas podem gerar em suas pequenas bolas de fogo, é possível voltar mais no tempo, chegando cada vez mais perto do Big Bang, contudo as coisas vão ficando cada vez menores de serem observadas.

O primeiro acelerador moderno foi o cíclotron, construído por Ernest Lawrence na Universidade da Califórnia em Berkeley em 1930. Uma versão anterior tinha um pé de diâmetro e acelerava prótons com uma energia de 1.25 milhões de elétron volt.

No último século, universidades e então países se superaram construindo máquinas cada vez maiores com o objetivo de vasculhar o universo cada vez mais profundamente. Mas a corrida terminou em 1993, quando o congresso cancelou o Supercondutor Supercolisor, uma máquina com 54 milhas de diâmetro e 20 trilhões de elétron volts de energia, que seria construída no subsolo de Waxahachie no Texas e custariam 11 bilhões de dólares.

No ano seguinte, o CERN aprovou a construção do grande colisor. O CERN, um consórcio de 20 nações que cresceu a partir dos pós da segunda grande guerra, forneceu padrão de trabalho para outras organizações Pan-Européias como a Agência Espacial Européia e o Observatório Sul Europeu. Com um orçamento e planejamento definidos em um tratado, a organização conseguiu uma estabilidade de longo prazo que invejou os laboratórios americanos. No último inverno, a Europa ficou muito feliz quando testes de colisão no colisor de Hadron alcançaram energias de 1.18 trilhão de elétron volts.

O colisor rompeu pela primeira vez a barreira de 3.5 trilhões de elétron volts há duas semanas, mas os engenheiros evitaram as colisões de modo que isso só ocorresse nesta terça-feira como sendo o Primeiro Dia da Física.

Devido a algumas junções defeituosas e a algum misterioso desempenho reduzido dos magnetos, ainda levarão três anos para que o colisor do CERN opere próximo de sua capacidade máxima. De acordo com modelos teóricos, esse seria o tempo necessário para se poder alcançar os principais objetivos do colisor como produzir o bóson de Higgs e testar idéias mais exóticas como dimensões extras.

Até então, o Tevatron irá caçar o CERN para o grande objetivo do bóson de Higgs, dizem os físicos. Os pesquisadores do CERN gastarão os próximo 4 ou 6 meses aprendendo como os detectores trabalham e redescobrindo a física.

“Isso é muito fascinante, nós estamos entrando numa nova era de energia”, diz Harvey Newman, um professor da Caltech, que trabalha em um experimento no C.M.S. “Nós estamos procurando todo o tipo de coisas exóticas”, ele disse, incluindo sinais de dimensões extras. “As possibilidades começam entre o meio e o fim de 2010”.

Michael Barnett, um físico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, disse que trabalhou em um experimento para o Supercolisor Supercondutor por 10 anos até que o projeto foi cancelado pelo congresso e nos últimos 16 anos trabalha no experimento Atlas dentro do LHC.

“Nós estamos neste planeta e neste universo por pouco tempo”, escreveu ele em um e-mail. “Os sonhos de uma vida inteira estão esperando, e esperamos que por pouco tempo agora”.

Fontes:

http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=a&id=9715

http://www.sciencenewsblog.com/blog/330101

http://www.nytimes.com/2010/03/31/science/31collider.html

http://public.web.cern.ch/public/

http://www.astronomynow.com/news/n1003/30LHC/

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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