A estudante de doutorado da Aalto University, Juska Pekkanen, faz parte de um grupo que trabalha com as mais altas energias de colisão já alcançadas.

O trabalho no centro de pesquisa CERN na Suíça tornou-se amplamente conhecido quando a descoberta do bóson de Higgs, ganhadora do prêmio Nobel de 2013, completou o modelo padrão da física de partículas. O que Pekkanen e milhares de outros físicos do CERN fazem agora, é explorar fenômenos que vão além da compreensão atual do mundo subatômico.

Por exemplo, apenas 15 por cento da massa de todo o universo pode ser contabilizada agora com matéria visível normal, o resto é matéria escura da qual há muito pouco conhecimento. Um mistério igualmente envolto é a energia escura que faz o universo se expandir e afasta os corpos celestes uns dos outros.

"Porque essas e muitas outras perguntas ainda permanecem sem resposta, devemos tentar assumi-los e compreender fenômenos que não têm explicação na física atual, "diz Pekkanen.

Uma maneira de fazer isso, é fazer com que os prótons - os núcleos dos átomos de hidrogênio - colidam a velocidades e energias extremamente altas, e estudar o que resulta das falhas. Pekkanen e seus colegas se concentraram em explosões de partículas chamadas de 'jatos' que nascem quando os prótons colidem. Esses eventos podem conter sinais fracos de partículas completamente novas.

Autópsias para milhões de explosões de partículas

O estudo de jatos no nível das partículas tornou-se um campo nascente na física, apelidado por Pekkanen e seus colegas no experimento CERN Compact Muon Solenoid (CMS) como 'particologia a jato'. Eles registram as colisões no Grande Colisor de Hádrons do CERN e medem suas consequências. Praticamente toda colisão produz jatos, ou rajadas de dezenas de partículas que consistem em quarks e glúons. Os pesquisadores contam a energia total nos jatos e medem como sua energia é transportada por diferentes tipos de partículas.

"Estamos tentando obter uma compreensão o mais detalhada possível dos jatos com os milhões de sensores em nossos 20 metros de comprimento, Detector de 15 mil toneladas. Quanto mais precisos obtemos com nossas medições, mais fácil se torna descobrir novas partículas, "diz Pekkanen.

Os milhares de sinais que alguns dos milhões de sensores captam devem ser classificados com algoritmos complexos. Ao recriar os eventos com simulações de computador, os sensores podem ser ajustados.

Jatos poderiam, de acordo com Pekkanen, também ser a chave para encontrar novas partículas massivas. Ele se concentrou em eventos em que uma colisão de partículas produz dois jatos que explodem em direções opostas.

"Esses eventos podem ser o ponto em que uma partícula desconhecida nasce pela primeira vez e, em seguida, decai instantaneamente em outras partículas. Analisamos bilhões dessas colisões e vemos se detectamos alguma anormalidade que possa ser um sinal de uma nova partícula revolucionária, "explica Pekkanen.

O estudo utiliza o maior nível de energia já alcançado no Grande Colisor de Hádrons:13 teraeletronvolts. Para um único próton é bastante, aproximadamente a energia cinética de um mosquito voando. Conte todas as energias de prótons juntas:o suficiente para voar um jato jumbo.

Os experimentos continuarão:até o final de 2022, os físicos esperam coletar até dez vezes mais dados.

"Até agora não encontramos a próxima nova partícula massiva. Isso significa que há uma necessidade de projetar a próxima geração de coletores e detectores de hadron para alcançar energias ainda mais altas - e esperançosamente uma nova física muito esperada."