Large Hadron Collider

Large Hadron Collider (LHC), o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. O LHC foi construído pela Organização Europeia de Pesquisa Nuclear (CERN) no mesmo túnel de 27-km (17 milhas) que abrigou seu Grande Colisor de Elétrons-Positrons (LEP). O túnel é circular e está localizado 50-175 metros (165-575 pés) abaixo do solo, na fronteira entre a França e a Suíça. O LHC realizou a sua primeira operação de teste em 10 de Setembro de 2008. Um problema eléctrico num sistema de arrefecimento em 18 de Setembro resultou num aumento de temperatura de cerca de 100 °C (180 °F) nos ímanes, que devem funcionar a temperaturas próximas de zero absoluto (-273,15 °C, ou -459,67 °F). As primeiras estimativas de que o LHC seria rapidamente fixado logo se revelaram excessivamente otimistas. Ele recomeçou em 20 de novembro de 2009. Pouco depois, em 30 de novembro, ele suplantou o Tevatron do Laboratório Nacional de Aceleradores Fermi como o mais poderoso acelerador de partículas quando ele impulsionou prótons para energias de 1,18 teraelectron volts (TeV; 1 × 1012 elétrons volts). Em março de 2010, cientistas do CERN anunciaram que um problema com o projeto do fio supercondutor no LHC exigia que o colisor funcionasse apenas com meia energia (7 TeV). O LHC foi desligado em Fevereiro de 2013 para resolver o problema e foi reiniciado em Abril de 2015 para funcionar com a sua energia total de 13 TeV. Um segundo desligamento longo, durante o qual o equipamento do LHC seria atualizado, começou em dezembro de 2018 e está programado para terminar no final de 2021 ou início de 2022.

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O coração do LHC é um anel que percorre a circunferência do túnel do LEP; o anel tem apenas alguns centímetros de diâmetro, evacuado a um grau superior ao espaço profundo e resfriado a menos de dois graus de zero absoluto. Neste anel, dois feixes contra-rotantes de íons pesados ou prótons são acelerados para velocidades dentro de um milionésimo de um por cento da velocidade da luz. (Os prótons pertencem a uma categoria de partículas subatômicas pesadas conhecidas como hadrons, o que explica o nome deste acelerador de partículas). Em quatro pontos do anel, os feixes podem se cruzar e uma pequena proporção de partículas se chocam umas com as outras. Na potência máxima, as colisões entre prótons ocorrerão com uma energia combinada de até 13 TeV, cerca de sete vezes maior do que foi alcançado anteriormente. Em cada ponto de colisão há imãs enormes pesando dezenas de milhares de toneladas e bancos de detectores para coletar as partículas produzidas pelas colisões.

O projeto levou um quarto de século para ser realizado; o planejamento começou em 1984, e a liberação final foi concedida em 1994. Milhares de cientistas e engenheiros de dezenas de países estiveram envolvidos no projeto, planejamento e construção do LHC, e o custo de materiais e mão-de-obra foi de quase 5 bilhões de dólares; isso não inclui o custo de executar experimentos e computadores.

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Um objetivo do projeto LHC é entender a estrutura fundamental da matéria recriando as condições extremas que ocorreram nos primeiros momentos do universo de acordo com o modelo big-bang. Durante décadas os físicos têm usado o chamado modelo padrão para partículas fundamentais, que tem funcionado bem, mas tem fraquezas. Primeiro, e o mais importante, não explica porque algumas partículas têm massa. Nos anos 60, o físico britânico Peter Higgs postulou uma partícula que tinha interagido com outras partículas no início dos tempos para lhes fornecer a sua massa. O bóson de Higgs nunca tinha sido observado – ele deveria ser produzido apenas por colisões numa faixa de energia não disponível para experimentos antes do LHC. Após um ano de observação de colisões no LHC, os cientistas de lá anunciaram em 2012 que haviam detectado um sinal interessante que provavelmente vinha de um bóson Higgs com uma massa de cerca de 126 gigaelectron volts (bilhões de elétrons volts). Outros dados confirmam definitivamente essas observações como a do bóson de Higgs. Em segundo lugar, o modelo padrão requer algumas suposições arbitrárias, que alguns físicos têm sugerido que podem ser resolvidas postulando uma classe adicional de partículas superassimétricas; estas podem ser produzidas pelas energias extremas do LHC. Finalmente, o exame das assimetrias entre as partículas e suas antipartículas pode fornecer uma pista para outro mistério: o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no universo.