Simulação da produção de um bosão de Higgs no LHC: a descoberta dessa partícula só será possível dentro de um a dois anos
A física de partículas tem destes paradoxos. Um acontecimento que excitou milhares de investigadores em todo o mundo, que mobilizou a atenção dos "media" e que entusiasmou a opinião pública não teve absolutamente nada de espectacular. O Dia D da ciência do infinitamente pequeno foi marcado por um simples ponto luminoso, um pequeno "flash" que surgiu num ecrã do Centro de Controlo do CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), em Genebra.
Mas esse discreto "flash" que emergiu às 8h30 (hora de Lisboa) de 10 de Setembro foi o suficiente para as largas dezenas de cientistas presentes nesse Centro de Controlo, incluindo o director-geral do CERN, Robert Aymar, festejarem ruidosamente o acontecimento com vivas, palmas, apertos de mão, largos sorrisos e champanhe, porque foi o culminar de um projecto que pode abrir as portas a uma nova Física.
Na verdade, o primeiro feixe de protões a circular no LHC representa apenas a etapa inicial da grande ambição dos dez mil investigadores envolvidos no maior acelerador de partículas de sempre: descobrir o bosão de Higgs, a partícula elementar que pode explicar a origem de tudo o que constitui o Universo. Nestas primeiras experiências, o Grande Colisionador de Hadrões (LHC, na sigla inglesa) não anda a provocar qualquer tipo de colisão que possa produzir novas partículas como o Higgs. A maior máquina de Terra está somente a movimentar a velocidades cada vez mais elevadas dois feixes de protões mais finos que um cabelo humano em direcções opostas, através do seu túnel de 27 km de perímetro.
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| Nos primeiros dias não há colisão de partículas |
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"As primeiras imagens divulgadas no dia 10 pelo CERN provam que o tempo dos grandes detectores CMS e ATLAS está todo sincronizado e que estes estão a funcionar muito bem", constata Pedro Abreu, professor do Instituto Superior Técnico e investigador do LIP, o laboratório português onde se concentra a maioria dos nossos investigadores em física de partículas. Olhando para essas imagens não se vê, de facto, qualquer zona totalmente em branco, com ausência de informação. Os milhões de protões que interagiram com o detector CMS (Solenóide Compacto de Muões), por exemplo, produziram novas partículas, os muões, tal como todos esperavam.
E agora? Nos próximos dias ou semanas, à medida que os cientistas forem ganhando experiência e confiança com o novo acelerador, os feixes hão-de entrar em colisão. Nessa altura haverá um período de medição e calibração dos quatro grandes detectores do LHC, que no CERN preferem antes chamar "as quatro grandes experiências" - o CMS (que vai procurar o bosão de Higgs), o ATLAS (detecção da matéria escura), o ALICE (que vai recriar o estado da matéria logo a seguir ao "Big Bang") e o LHCb (detecção de antimatéria). Em Genebra admite-se que os resultados dessas 'experiências' comecem a surgir dentro de um ano. Há um fenómeno que pode mesmo acelerar o ritmo das descobertas: a competição entre as equipas de investigação do CERN, bem evidente quando se visitam as instalações e se ouvem os cientistas do maior laboratório de física de partículas do mundo.
E se o bosão de Higgs não for descoberto? Há académicos que gostariam mais deste cenário, porque obrigaria a rever tudo e era mais excitante que a mera confirmação de uma teoria com mais de 40 anos. Mas o optimismo é grande e o LHC é sete vezes mais potente que o maior acelerador até agora em funcionamento (o Tevatron do Fermilab, nos EUA), A ciência baseia-se no chamado modelo-padrão para compreender as partículas elementares da matéria e as forças que as regem. Falta aí o Higgs para tornar este modelo completo e elegante, permitindo também explicar a gravidade e o mecanismo que gera a massa das partículas.
OS NÚMEROS DO GIGANTE
600
milhões de colisões de partículas por segundo quando funcionar em pleno
50%
da energia equivalente à consumida na cidade de Genebra, onde vivem 400 mil pessoas
10.000
toneladas de aço no detector CMS, mais do que as usadas na Torre Eiffel
10.000
cientistas de 500 instituições de todo o mundo participam no projecto. No CERN falam-se 80 línguas e dialectos
4000
milhões de euros de investimento
FALTA DESCOBRIR 96% DO UNIVERSO
Cinco perguntas a Rolf-Dieter Heuer, futuro director-geral do CERN.
P A partir Janeiro de de 2009 vai ser o novo director-geral do CERN. Quais são os seus objectivos para o LHC?
R Antes de mais, o acelerador de partículas tem de ser eficiente e estável e obter dados das experiências que permitam boas análises dos resultados. Dependendo dos resultados, vamos ver como vai ser a física de partículas no futuro, isto é, qual poderá ser o próximo grande projecto do CERN depois do LHC. Este acelerador tem uma determinada taxa de colisão, e é possível aumentá-la, multiplicando a luminosidade do LHC por dez. Mas poderemos também precisar de uma nova máquina. É que o LHC permite a colisão entre protões, mas há outro tipo de aceleradores como o LEP, desactivado em 2000 e que ocupava o túnel do LHC, onde os electrões e os positrões se chocam. É como na astronomia, em que são necessários vários tipos de telescópios para termos uma visão global do Universo.
P A ideia é, então, construir um novo acelerador ainda mais poderoso?
R É uma hipótese, construirmos um grande acelerador linear electrão-positrão com 30 a 40 km de comprimento. Já não é possível construir aceleradores circulares como o LHC, com mais de 27 km de perímetro, porque a energia necessária para os fazer funcionar seria astronómica.
P Se o bosão de Higgs for descoberto, espera que o Nobel da Física seja ganho por um cientista do CERN?
R Certamente que Peter Higgs, o autor da teoria que prevê a sua existência, vai ser um dos laureados (risos). O Prémio Nobel só pode ser dado a um máximo de três cientistas e é difícil escolhê-los neste projecto, que exige a colaboração de tanta gente.
P E se as experiências falharem, será um desastre para o CERN e a ciência europeia?
R Depende daquilo a que você chama falha. Se as experiências falharem é tecnicamente um desastre, mas não penso que isso vá acontecer, porque o LHC está bem construído e os nossos cientistas são muito competentes. Mas se você se refere a uma falha de resultados no campo da física, também não a espero, porque sabemos que alguma coisa de novo tem de acontecer no campo de energia do LHC. Sabemos que precisamos de um mecanismo que dê massa às partículas elementares, por detrás do modelo-padrão que explica a matéria há o bosão de Higgs ou algo semelhante. E sabemos qual é o aspecto do Higgs, como decai e pode ser detectado. Por isso, estou muito optimista quanto aos resultados. Venha cá daqui a três anos e tenho a certeza que vai encontrar alguma coisa de novo (risos).
P Depois do Higgs, que novas descobertas serão possíveis na física de partículas?
R Com o Higgs só ficaremos a conhecer 4% do Universo, o Universo visível. Falta descobrir os outros 96% - a matéria e a energia escuras -, e espero que o LHC dê as primeiras pistas sobre aquilo a que eu chamo o Universo escuro, em particular a matéria escura, que representa 23% do total. E se o novo acelerador de partículas o conseguir, será, obviamente, um grande avanço para a ciência.
PARTICIPAÇÃO DOS LEITORES: As perguntas mais oportunas
No dia em que o LHC recebeu o primeiro feixe de partículas, o site do Expresso, onde era possível seguir em directo - por "webcast" - tudo o que se passava no CERN, convidou os leitores a colocarem as suas dúvidas. As respostas foram dadas por cientistas do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), onde trabalham 70 doutorados. Eis duas das questões colocadas:
1. O LHC destina-se a reproduzir os primeiros instantes do Universo a seguir ao "big bang". E se a teoria do "big bang" estiver errada?
Os fundamentos das experiências do LHC não são tanto esta teoria mas o modelo-padrão da Física de Partículas, que já deu muitas provas verificadas em experiências anteriores.
2. Por que razão somos feitos de matéria e não de antimatéria?
Sabemos que alguns processos em que intervém a chamada interacção fraca (também associada à radioactividade) tratam a matéria e a antimatéria de forma ligeiramente diferente. Espera-se que o estudo das partículas chamadas mesões-B venha a responder a esta questão.
PASSEIO ALEATÓRIO: O buraco negro e a aposta de Pascal
Ainda aqui estamos? Sim, eu pelo menos ainda aqui estou... ou estava, quando acabei de escrever este artigo. E se o leitor está a lê-lo é porque ainda aqui está, neste nosso mundo, apesar dos avisos catastróficos dos que diziam que o LHC iria criar um buraco negro que engoliria a Terra e todo o sistema solar.
De onde surgem estes medos? Por que razão, sempre que a ciência avança, há quem queira fazer-nos retroceder às superstições dos tempos das cavernas? Quem menos ajuda a compreender o fenómeno têm sido algumas correntes antropológicas e sociológicas que identificam conhecimento e superstição - seriam tudo crenças impossíveis de provar de forma absoluta - e chegam a dizer que a ciência é uma construção social como outra qualquer, portanto entre crendice e conhecimento científico haveria apenas uma distinção de grau, se é que existiria alguma.
O LHC está de pé para provar a diferença. A superstição jamais conseguiria construir um aparelho tão perfeito, tão bem pensado e com tanto sucesso. A ciência constrói modelos teóricos e testa-os com os factos. Usa a razão e a dúvida sistemática. Confronta as previsões teóricas com as observações. Usa a experimentação e submete-a à análise estatística. Constrói.
Nos últimos anos, quem mais tem contribuído para perceber as origens da crendice têm sido os biólogos e teóricos evolucionistas. A capacidade humana para a associação espúria entre causa e efeito teria tido, afirmam, um papel positivo na sobrevivência da espécie humana. Ou seja, a crendice ter-nos-ia ajudado a sobreviver.
Um leve restolhar de folhas, para dar um exemplo muito discutido nos estudos evolucionistas, seria o suficiente para fazer a horda primitiva levantar-se e fugir. Poderia ser um leão a aproximar-se, poderia também ser apenas o vento, mas o melhor seria tomar precauções. Os humanos desenvolveram uma capacidade de associação entre factos provavelmente desconexos que originou as crenças supersticiosas.
Esta semana, os evolucionistas Kevin Foster a Hanna Kokko publicaram um modelo matemático que explica as condições de sucesso da associação espúria (DOI: 10.1098/rspb.2008.0981). Esse modelo adapta um argumento original do filósofo Blaise Pascal que, nos seus Pensamentos (1670), dizia ser melhor acreditar em Deus, pois poucas desvantagens haveria se Ele não existisse enquanto o benefício da fé seria imenso. O argumento ficou conhecido como a 'aposta de Pascal', e tem sido muito criticado em termos teológicos e filosóficos, mas oferece uma das primeiras formulações daquilo que veio a ser conhecido como a teoria matemática dos jogos. Foster e Koko constroem uma matriz de perdas e ganhos semelhantes à da aposta de Pascal e estudam as condições em que as associações irracionais trouxeram vantagens à espécie humana.
Uma conclusão, no entanto, é clara. A civilização e a ciência ultrapassam pouco a pouco a associação espúria. Onde há dados científicos não há vantagens em regressar aos buracos negros da crendice.
Artigo de opinião de Nuno Crato
Artigo publicado na edição impressa de 13 de Setembro de 2008, 1º Caderno, páginas 24 e 25.
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