O Large Hadron Collider (LHC) do CERN é o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. Durante seus dez anos de operações, levou a descobertas notáveis, incluindo o tão procurado bóson de Higgs. Em 15 de janeiro, uma equipe internacional de físicos revelou o projeto de conceito de um novo acelerador de partículas que ofuscaria o LHC.

O "Future Circular Collider" é concebido como um sucessor do LHC, e - se recebesse luz verde - permitiria aos físicos buscarem respostas para alguns dos maiores mistérios da física. Isso inclui descobrir do que a grande maioria do universo é realmente feita ou descobrir uma física inteiramente nova.

A proposta prevê um novo túnel de circunferência de 100 km que seria perfurado através da Terra, circundando a cidade de Genebra e a paisagem circundante. O LHC de 27 km alimentaria o novo colisor com partículas - como uma rampa de lançamento de uma rodovia. Em última análise, isso permitiria que ele colidisse partículas com energias cerca de sete vezes maiores do que o LHC pode gerenciar. Isso permitiria que este colisor criasse partículas que estão além do alcance do LHC - empurrando a física das partículas profundamente em um reino microscópico inexplorado.

Portal para um mundo escuro

O Future Circular Collider é, na verdade, vários projetos em um. A primeira fase imagina uma máquina que colide elétrons com suas chamadas "versões de antimatéria, "pósitrons. Acredita-se que todas as partículas tenham um companheiro de antimatéria, virtualmente idêntico a si mesmo, mas com carga oposta. Quando uma matéria e uma partícula de antimatéria se encontram, eles se aniquilam completamente, com toda a sua energia convertida em novas partículas.

A energia de colisão de tal colisor pode ser controlada com muita precisão. Também, colisões seriam muito "limpas" em comparação com o LHC, que colide prótons (partículas que compõem o núcleo atômico junto com os nêutrons). Prótons não são partículas fundamentais como elétrons, mas sacos aleatórios de partículas menores, incluindo quarks e glúons. Quando os prótons colidem, suas entranhas são pulverizadas por todo o lugar, tornando muito mais difícil localizar novas partículas entre os detritos.

O objetivo principal do colisor elétron-pósitron seria estudar o bóson de Higgs, a partícula implicada na origem das massas das outras partículas fundamentais. O novo colisor criaria milhões de bósons de Higgs e mediria suas propriedades com detalhes sem precedentes.

Essas medições de precisão oferecem inúmeras possibilidades para novas descobertas. Um dos mais tentadores é que o Higgs poderia atuar como portal conectando o mundo da matéria atômica comum que habitamos, com um mundo oculto de partículas que de outra forma seriam indetectáveis. Cerca de 85% de toda a matéria do universo no universo é "escura, "feito de partículas que nunca fomos capazes de ver. Só sabemos que existe por causa da atração gravitacional que exerce sobre a matéria circundante. um colisor elétron-pósitron poderia revelar o bóson de Higgs decaindo nessas partículas ocultas.

Na segunda fase, o colisor seria substituído por um colisor próton-próton muito mais poderoso - alcançando energias de colisão de 100 trilhões de elétron-volts. Esta seria uma máquina de descoberta, capaz de criar uma grande variedade de novas partículas que os físicos suspeitam que podem estar fora do alcance do LHC.

Em particular, exploraria quase completamente a faixa de energia onde a maioria das formas de matéria escura provavelmente serão encontradas. Também seria capaz de sondar as condições que existiam um trilionésimo de segundo após o Big Bang. Este momento na história do universo é crucial, pois é quando o campo de Higgs - um campo de energia que permeia tudo em que o bóson de Higgs está uma pequena ondulação - entrou em colapso em seu estado atual, que é o que gerou as massas das partículas fundamentais.

Compreender como o campo de Higgs adquiriu sua energia atual é um dos maiores problemas pendentes da física, pois parece ser incrivelmente sintonizado para permitir átomos - e, portanto, estrelas, planetas e pessoas - para existir.

Como físico trabalhando no experimento de beleza do LHC, Pessoalmente, espero que este novo colisor também possa nos ajudar a resolver o enigma de por que o universo é feito quase inteiramente de matéria e não de antimatéria.

Preço alto

A primeira fase do novo colisor entraria em operação na década de 2040, após a execução final do LHC atualizado. O colisor próton-próton mais poderoso seria instalado na década de 2050. Ambos os projetos têm um preço alto:€ 9 bilhões para a máquina elétron-pósitron e mais € 15 bilhões para o colisor próton-próton. Isso levantou críticas compreensíveis de que o dinheiro poderia ser melhor gasto em outro lugar, por exemplo, no combate às alterações climáticas.

John Womersley, um físico sênior envolvido no Future Circle Collider, me disse que além do valor do conhecimento fundamental por si só, haverá outros benefícios significativos de curto prazo. Ele disse:"A FCC impulsionará o desenvolvimento de tecnologias inovadoras para resolver novos desafios. A World Wide Web, Wi-Fi e ímãs supercondutores em máquinas de ressonância magnética foram desenvolvidos para atender às necessidades da física fundamental. “O projeto também tem um grande poder para inspirar a próxima geração de físicos.

Em última análise, um esquema tão ambicioso só será possível por meio de uma grande colaboração internacional, com financiamento de dezenas de países. O projeto já inclui 1, 300 colaboradores de 150 universidades, institutos de pesquisa e parceiros industriais em todo o mundo. Enquanto isso, um projeto colisor semelhante também está sendo considerado pela China, talvez o único país capaz de mobilizar os recursos necessários para construir sozinho uma máquina tão vasta.

Os defensores do Future Circular Collider esperam que o projeto seja adotado na nova estratégia europeia para a física de partículas, a ser publicado em 2020. Se aceito, começará um longo processo de pesquisa e desenvolvimento, mas também para persuadir os governos nacionais e o público em geral de que vale a pena investir na empolgante pesquisa fundamental que pode ser realizada no colisor.

Os desafios políticos são, sem dúvida, enormes, mas os físicos estão determinados a não desistir da busca por uma compreensão mais profunda de nosso universo.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.