Cameron Merritt
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Ninguém mexe com o Grande Colisor de Hádrons. É o supremo destruidor de partículas da era atual, e nada pode afetar sua capacidade energética ou de estudar as fronteiras da física. Mas toda glória é transitória e nada dura para sempre. Eventualmente, por volta de 2035, as luzes neste anel de energia de 17 milhas (27 quilômetros) irão se apagar. O que vem depois disso?
Grupos concorrentes em todo o mundo estão lutando para garantir apoio financeiro para transformar suas ideias de colisor de estimação no próximo grande sucesso. Um projeto foi descrito em 13 de agosto em um artigo na revista pré-impressa arXiv. Conhecido como Compact Linear Collider (ou CLIC, porque isso é fofo), o enorme canhão subatômico proposto parece ser o favorito. Qual é a verdadeira natureza do bóson de Higgs? Qual é sua relação com o quark top? Podemos encontrar alguma sugestão de física além do modelo padrão? O CLIC pode ser capaz de responder a essas perguntas. Envolve apenas um colisor de partículas maior do que Manhattan.
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Corrida de arrancada subatômica
O Large Hadron Collider (LHC) esmaga partículas um tanto pesadas conhecidas como hadrons (daí o nome da instalação). Você tem um monte de hádrons dentro de seu corpo; prótons e nêutrons são os representantes mais comuns desse clã microscópico. No LHC, os hádrons dão voltas e mais voltas em um círculo gigante, até se aproximarem da velocidade da luz e começarem a se quebrar. Embora impressionante - o LHC atinge energias incomparáveis a qualquer outro dispositivo na Terra - o caso todo é um pouco confuso. Afinal, os hádrons são partículas conglomeradas, apenas sacos de outras coisas menores e mais fundamentais, e quando os hádrons se quebram, todas as suas entranhas se espalham para todo o lado, o que torna a análise complicada.
Em contraste, o CLIC foi projetado para ser muito mais simples, limpo e mais cirúrgico. Em vez de hádrons, o CLIC irá acelerar elétrons e pósitrons, duas partículas leves e fundamentais. E este esmagador irá acelerar as partículas em linha reta, em qualquer lugar de 7 a 31 milhas (11 a 50 km), dependendo do projeto final, direto no barril.
Toda essa grandiosidade não acontecerá de uma vez. O plano atual é que o CLIC comece a operar com capacidade menor em 2035, logo quando o LHC estiver encerrando. O CLIC de primeira geração operará com apenas 380 gigaeletronvolts (GeV), menos de um trigésimo da potência máxima do LHC. Na verdade, mesmo a potência operacional total do CLIC, atualmente direcionado para 3 teraeletronvolts (TeV), é menos de um terço do que o LHC pode fazer agora.
Então, se um avançado colisor de partículas de última geração não consegue superar o que podemos fazer hoje, qual é o ponto?
Caçador de higgs
A resposta do CLIC é trabalhar de maneira mais inteligente, não mais difícil. Um dos principais objetivos científicos do LHC era encontrar o bóson de Higgs, a partícula há muito procurada que empresta massa a outras partículas. Nos anos 1980 e 1990, quando o LHC estava sendo projetado, não tínhamos certeza de que o Higgs existia e não tínhamos ideia de qual era sua massa e outras propriedades. Então, tivemos que construir um instrumento de uso geral que pudesse investigar muitos tipos de interações que poderiam potencialmente revelar um Higgs.
E nós fizemos. Hooray!
Mas agora que sabemos que o Higgs é real, podemos ajustar nossos aceleradores a um conjunto de interações muito mais restrito. Ao fazer isso, nosso objetivo é fabricar o maior número possível de bósons de Higgs, coletar pilhas de dados interessantes e aprender muito mais sobre essa partícula misteriosa, mas fundamental.
E aí vem talvez a parte mais estranha do jargão da física que você provavelmente encontrará esta semana: Higgsstrahlung. Sim, você leu isso certo. Existe um processo na física de partículas conhecido como bremsstrahlung, que é um tipo único de radiação produzida por um monte de partículas quentes amontoadas em uma caixa minúscula. Por analogia, quando você coloca um elétron em uma posição em altas energias, eles se destroem em uma chuva de energia e novas partículas, entre elas um bóson Z emparelhado com um Higgs. Portanto, Higgsstrahlung.
Em 380 Gev, o CLIC será uma fábrica extraordinária de Higgsstrahlung.
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Além do quark top
No novo artigo, Aleksander Filip Zarnecki, físico da Universidade de Varsóvia, na Polônia e membro da colaboração CLIC, explicou o status atual do projeto da instalação, com base em simulações sofisticadas dos detectores e colisões de partículas.
A esperança com o CLIC é que, simplesmente produzindo o máximo de bósons de Higgs possível em um ambiente limpo e fácil de estudar, possamos aprender mais sobre a partícula. Existe mais de um Higgs? Eles conversam entre si? Quão fortemente o Higgs interage com todas as outras partículas do Modelo Padrão, a teoria básica da física subatômica?
A mesma filosofia será aplicada ao quark top, o menos bem compreendido e o mais raro dos quarks. Você provavelmente não ouviu muito sobre o quark top porque é um tipo de solitário - foi o último quark a ser descoberto, e raramente o vemos. Mesmo nos estágios iniciais, o CLIC fabricará cerca de 1 milhão de quarks top, fornecendo um poder estatístico inédito ao usar o LHC e outros colisões modernos. A partir daí, a equipe por trás do CLIC espera investigar como a partícula do quark top decai, o que acontece muito raramente. Mas com um milhão deles, você só pode aprender algo.
Mas isso não é tudo. Claro, uma coisa é desenvolver o Higgs e o quark top, mas o design inteligente do CLIC permite que ele ultrapasse os limites do Modelo Padrão. Até agora, o LHC não tem feito mais pesquisas por novas partículas e novas físicas. Embora ainda faltem muitos anos para nos surpreender, com o passar do tempo, a esperança está diminuindo.
Por meio de sua produção bruta de incontáveis bósons de Higgs e quarks top, o CLIC pode buscar dicas de novas físicas. Se houver alguma partícula exótica ou interação por aí, ela pode afetar sutilmente os comportamentos, decaimentos e interações dessas duas partículas. O CLIC pode até produzir a partícula responsável pela matéria escura, essa matéria misteriosa e invisível que altera o curso dos céus. A instalação não será capaz de ver a matéria escura diretamente, é claro (porque é escura), mas os físicos podem detectar quando a energia ou o momentum sumiram dos eventos de colisão, um sinal claro de que algo estranho está acontecendo.
Quem sabe o que o CLIC pode descobrir? Mas não importa o que aconteça, temos que ir além do LHC se quisermos uma chance decente de compreender as partículas conhecidas de nosso universo e descobrir algumas novas.
Paul M. Sutter é astrofísico em The Ohio State University, anfitrião de "Pergunte a um astronauta" e "Rádio Espacial,"e autor de"Seu lugar no universo."
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