A teoria da relatividade fez surgir toda uma época de abundância de modelos fundamentais do Universo, que até agora não se conseguiu combinar em um sistema único.
Nos aproximamos da nova física com velocidade próxima à da luz
Hoje em dia, é a física de altas energias que produz os dados mais exatos sobre a estrutura da matéria. Esta área da ciência estuda os processos de nascimento das partículas fundamentais em colisões de prótons e núcleos acelerados até velocidades muito próximas à da luz. Isso permite comprovar teorias e descobrir novos estados das partículas.
O Modelo Padrão, formulado nos anos sessenta, é um conjunto de teorias da física das partículas que explicam a maioria dos fenômenos universais. Mas não explica tudo: por exemplo, a gravitação não é explicada. O Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), foi criado especialmente para corrigir este modelo.
O LHC é um túnel em forma de anel, situado cem metros debaixo da superfície terrestre, de 27 km de comprimento. Dentro deste anel estão colocados 1.200 magnetos supercondutores que aceleram partículas que vão colidir entre si à velocidade de 0,99999999 da velocidade da luz. Além disso, no CERN funcionam outros seis aceleradores e uma série de sensores que registram o resultado das colisões.
A informação que os sensores produzem é medida em dezenas de petabytes (ou seja, dezenas de milhões de gigabytes) por mês, e para analisá-la os cientistas demoram por vezes mais de um ano. Os dados produzidos pelos laboratórios do CERN são processados por uma rede de vários níveis – os vários nós desta rede estão localizados em universidades e centros de pesquisa científica de 40 países do mundo, inclusive na Rússia.
Em 2012, foi descoberto o bóson de Higgs – foi precisamente esta descoberta que faltava para se confirmar o Modelo Padrão. Hoje em dia, o CERN conduz vários programas de experimentos, cujo objetivo é verificar a precisão das previsões do Modelo Padrão, bem como procurar manifestações da "nova física".
O estudo ulterior do bóson de Higgs permitirá estudar fenômenos que já não pertencem ao Modelo Padrão. Os cientistas têm grande interesse na matéria e na energia escuras ou na assimetria entre matéria e antimatéria.
Forno de novas tecnologias
"É impossível saber de antemão para onde dirigir a pesquisa científica para chegarmos a novas tecnologias, por isso, somente o estudo de problemas fundamentais, que supõe a superação das fronteiras do que é possível neste momento, é capaz de garantir o desenvolvimento da ciência aplicada", explica Anatoly Romanyuk, professor da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI e membro da cooperação ATLAS.
A necessidade de processar grandes volumes de dados fez com que o CERN se tornasse um centro importante de desenvolvimento das tecnologias digitais. Foi lá que apareceu, em 1989, o protocolo World Wide Web (WWW). Depois, o Centro influenciou também em grande medida a tecnologia de processamento distribuído.
Uma das direções de atividade mais importantes é a diminuição das dimensões físicas dos aceleradores. Os miniaceleradores já se usam para escaneamento da estrutura interior de objetos – por exemplo, na medicina ou em estudos de obras de arte.
O CERN é também uma plataforma de desenvolvimento de tecnologias visuais. A colaboração Medipix adapta a tecnologia que servia para monitorar as colisões de partículas ao uso diagnóstico. E já está sendo criada a quarta geração de chips que permitem realizar o escaneamento 3D do corpo humano e monitorar o organismo, inclusive no espaço exterior.
As condições inéditas para experimentos permitem pesquisar como a radiação espacial afeta o clima para criar métodos de proteção de equipamentos eletrônicos no setor aeroespacial.
O CERN possui competências exclusivas tanto em diversas áreas industriais como em gestão de processos, o que faz dele um hub de vanguarda da indústria 4.0, que afeta o setor econômico que depende da ciência e de novas tecnologias em todo o mundo.
À beira do futuro
Várias dezenas de colaborações entre experimentadores funcionam no CERN. Todas elas avançam em diferentes direções. As maiores, ATLAS e CMS, se centram na busca de novas partículas elementares, da matéria escura e outros fenômenos novos. LHCb estuda a antimatéria e ALICE pesquisa os estados da matéria nos primeiros microssegundos depois do Big Bang.
O LHC tem sido objeto de medo e rumores, mas todos eles foram desmentidos: mesmo que no colisor possam surgir buracos negros microscópicos (e existir lá durante milissegundos), nem eles, nem o misterioso monopolo magnético são capazes de destruir a Terra. O que existe constantemente é a possibilidade de realizar uma descoberta que vire tudo do avesso (no sentido positivo).
Com o intuito de aumentar a eficiência das observações, o LHC está realizando um projeto de modernização para se tornar um colisor de "alta luminosidade" (HL-LHC, na sigla em inglês). Esta inovação pode sobrecarregar os cientistas de dados que eles poderão estudar até 2035.
No que toca aos eventuais sucessores do Grande Colisor de Hádrons, os cientistas já planejam um Future Circular Collider (Futuro Colisor Circular), com 100 km de comprimento, ou um Linear Collider (Colisor Linear), que será de um tipo completamente diferente. Ambos os projetos são destinados à pesquisa detalhada do bóson de Higgs.
"Eu acho que o maior alcance do CERN é a comunidade que se conseguiu criar. Aqui reúnem-se as cabeças mais lúcidas de todo o mundo, que trabalham em diferentes áreas da física e das tecnologias. Não há outro lugar no mundo com tal nível de comunicação profissional, com tal intercâmbio de experiência", confessa Anatoly Romanyuk.
No momento atual, no CERN trabalham permanente cerca de 2.600 cientistas e engenheiros. Mais de 12.000 físicos de 85 países participam dos experimentos do centro; mais de mil deles são russos. Se nos primeiros anos da sua existência o CERN contava com 11 países na qualidade de membros permanentes, agora eles são 23.
A fonte deste artigo é a aula "Grande Colisor de Hádrons: História e Futuro das Pesquisas do CERN", que teve lugar na sede da Sputnik. O mesmo contou com a colaboração dos cientistas da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI.
