Um gráfico projetado em uma tela mostra traços de colisão de partículas, durante a Conferência do Grande Colisor de Hádrons no Museo della Scienza e della Tecnica (Museu de Ciência e Tecnologia de Milão) em 20 de dezembro, 2011 em Milão, Itália. Foto de Pier Marco Tacca / Getty Images Como qualquer pessoa que tem uma gaveta de lixo sabe, manter o controle de pequenos fragmentos de coisas efêmeras é difícil. Você jura que tinha tachinhas - elas têm que ser enfiadas lá em algum lugar, direito? Junto com a cola? Ou eles estão naquela grande caixa de suprimentos de escritório que também tem algumas peças aleatórias de equipamentos de televisão antigos, além da tesoura que você usa para tosar o cachorro todo verão? E, huh - todas as fotos do seu casamento estão nessa caixa também. Talvez você os acompanhe melhor se estiverem na gaveta de lixo? Eles vão.
Lidar com toda aquela bagunça aleatória pode dar a você alguma simpatia pelos físicos da Organização Européia para Pesquisa Nuclear. (Abreviado para CERN, em uma reviravolta confusa que tem a ver com uma tradução do francês para o inglês.) Cientistas do CERN são as garotas e caras espertas que comandam o Large Hadron Collider - que abreviaremos para o LHC muito mais prático. O LHC é o grande acelerador de partículas localizado nas profundezas do interior da Suíça, onde os físicos confirmaram a existência do bóson de Higgs, uma partícula subatômica que levou os cientistas a entender mais sobre como a matéria ganha massa no universo.
A palavra-chave aqui é "subatômica". Dizer que os cientistas do CERN estão observando as coisas em pequena escala é um grande eufemismo. Eles não estão apenas observando dois prótons - as próprias partículas subatômicas - colidindo um com o outro, mas também estão tentando mapear os detritos subatômicos que voam quando isso acontece. Para os não iniciados, pode parecer apenas uma gaveta de lixo minúsculo, pequeno, partículas que se movem rapidamente ... que, além de ser tão pequeno, decaem quase mais rápido do que você pode detectá-los.
Vamos percorrer todo o processo de decadência da mosca para ter uma noção do que os cientistas precisam acompanhar. No LHC, os prótons correm em torno de uma trilha circular quase à velocidade da luz. E eles não estão prontos para serem compactados a qualquer momento. Os cientistas do CERN têm que enviar um feixe de prótons para o LHC por meio do fluxo de gás hidrogênio em um duoplasmatron, que retira os elétrons dos átomos de hidrogênio, deixando apenas prótons [fonte:O'Luanaigh].
Os prótons entram no LINAC 2, o primeiro acelerador do LHC. LINAC 2 é um acelerador linear, que usa campos eletromagnéticos para empurrar e puxar prótons, fazendo com que eles acelerem [fonte:CERN]. Depois de passar pela primeira aceleração, os prótons já estão viajando a 1/3 da velocidade da luz.
Em seguida, eles vão para o impulsionador de prótons síncrotron, que consiste em quatro anéis. Grupos separados de prótons correm ao redor de cada um - o tempo todo sendo acelerados por pulsos elétricos e dirigidos por ímãs. Neste ponto, eles estão andando a 91,6 por cento da velocidade da luz, e cada grupo de prótons está sendo pressionado mais perto um do outro.
Finalmente, eles são lançados no Síncrotron de Prótons - agora em um grupo mais concentrado [fonte:CERN]. No Síncrotron de Prótons, prótons circulam em torno do 2, Anel de 060 pés (628 metros) a cerca de 1,2 segundos por volta, e atingem mais de 99,9% da velocidade da luz [fonte:CERN]. É neste ponto que eles realmente não podem ficar muito mais rápidos; em vez de, os prótons começam a aumentar em massa e ficam mais pesados. Eles entram no Super Proton Synchrotron superlativamente denominado, um anel de 4 milhas (7 quilômetros), onde eles são acelerados ainda mais (tornando-os ainda mais pesados) para que estejam prontos para serem atirados nos tubos de feixe do LHC.
Existem dois tubos de vácuo no LHC; um tem o feixe de prótons viajando em uma direção, enquanto o outro tem um feixe correndo na direção oposta. Contudo, nos quatro lados do LHC de 27 quilômetros (16,5 milhas), há uma câmara de detecção onde os feixes podem se cruzar - e é aí que a mágica da colisão de partículas acontece. Este, finalmente, é nossa gaveta de desordem subatômica.
"Diversão, "você pode estar pensando." Essa é uma história legal sobre aceleração de partículas, Mano. Mas como os físicos sabem para onde as partículas estão indo no acelerador? E como diabos eles são capazes de rastrear a colisão de destroços para estudá-la? "
Ímãs, yo. A resposta é sempre ímãs.
Para ser justo, na verdade, é apenas a resposta à primeira pergunta. (Chegaremos ao segundo em um segundo.) Mas realmente gigantesco, ímãs frios evitam que as partículas sigam na direção errada. Os ímãs se tornam supercondutores quando mantidos em uma temperatura muito baixa - estamos falando mais frio do que o espaço sideral. Com os ímãs supercondutores, um forte campo magnético é criado para direcionar as partículas ao redor do LHC - e, eventualmente, uns nos outros [fonte:Izlar].
O que nos leva à nossa próxima pergunta. Como os cientistas rastreiam as partículas que resultam do evento de colisão? "Rastrear" na verdade se torna uma palavra reveladora em nossa explicação. Como você pode imaginar, os físicos não estão apenas assistindo a uma televisão de tela grande, alternando entre uma exibição de fogos de artifício de prótons e reprises de "Star Trek". Quando eles estão observando corridas de prótons e colisões, os cientistas estão principalmente observando os dados. (Não são dados.) As partículas que eles estão "rastreando" após as colisões são, na verdade, nada mais do que rastros de dados que eles podem analisar.
Um dos detectores é, na verdade, chamado de dispositivo de rastreamento, e realmente permite que os físicos "vejam" o caminho que as partículas tomaram após a colisão. Claro, o que eles estão vendo é uma representação gráfica da trilha da partícula. Conforme as partículas se movem através do dispositivo de rastreamento, sinais elétricos são registrados e, em seguida, traduzidos para um modelo de computador. Os detectores de calorímetro também param e absorvem uma partícula para medir sua energia, e a radiação também é usada para medir ainda mais sua energia e massa, assim, estreitando a identidade de uma partícula particular.
Essencialmente, é assim que os cientistas foram capazes de rastrear e capturar partículas durante e após o processo de aceleração e colisão, quando o LHC fez sua corrida mais recente. Um problema, Contudo, foi que com tantas colisões ocorrendo por segundo - estamos falando de bilhões - nem todos os prótons que se despedaçaram foram realmente tão interessantes. Os cientistas precisavam encontrar uma maneira de separar as colisões úteis das chatas. É aí que entram os detectores:eles localizam partículas que parecem interessantes, em seguida, execute-os por meio de um algoritmo para ver se eles merecem uma análise mais detalhada [fonte:Phoboo]. Se eles precisarem de um exame mais detalhado, os cientistas entendem isso.
Quando o LHC for ligado novamente em 2015, haverá ainda mais colisões do que antes (e o dobro da energia de colisão) [fonte:Charley]. Quando isso acontecer, o sistema que aciona um "ei, olhe para esta "bandeira para os físicos vai se gabar de uma atualização:seleções mais ajustadas serão feitas para avançar além do primeiro estágio, e então todos esses eventos serão analisados completamente.
Então, fique ligado para descobrir mais sobre como os físicos estão rastreando as partículas no LHC; as coisas podem mudar por aí quase na velocidade da luz.
Graças a Deus, os prótons - ao contrário dos camundongos ou ratos de outros experimentos científicos - não precisam ser alimentados e regados. Serão bilhões de colisões por segundo, a física de partículas recebe o prêmio pela maioria dos dados coletados com a menor quantidade de queijo dada como recompensa.
