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LHC está 60% mais potente e novas descobertas estão por vir

Os cientistas do maior acelerador de partículas do mundo (LHC), fizeram um registro preciso da cachoeira confusa de partículas produzidas no momento em que dois feixes de prótons se chocam em alta velocidade. Os resultados poderiam ajudar os pesquisadores a descobrirem novos tipos de partículas, semelhantes ao famoso bóson de Higgs. Pesquisadores do Grande Acelerador de Hádrons  (LHC) suíço, enviaram dois feixes de prótons em direções opostas e depois fez com que esses prontos se chocassem no mais alto nível energético já alcançado pelo LHC. A pesquisa é parte do experimento CMS, que significa Solenoide de Múon Compacto, que é um detector de partículas. Para cada uma das 150.000 colisões próton-próton, os pesquisadores identificaram que cerca de 22 partículas carregadas (hádrons) foram produzidas.

Os cientistas queriam criar um instantâneo de uma colisão “típica” entre dois feixes de prótons, o que poderia ajudar os pesquisadores a analisarem o ruído de fundo para obterem novos efeitos. Modelos de previsões anteriores detectavam novas partículas com estimativas confiáveis, porém, com uma incerteza de 30 a 40%, o que poderia ser extremamente problemático para a detecção de partículas raras, segundo os pesquisadores.

Climatologia Geográfica

Para obterem uma contagem precisa do número de partículas produzidas em uma colisão de prótons média, a equipe analisou dados com o ímã do LHC desligado. Isto significa que os cientistas podem contar com precisão o número de partículas carregadas, porque elas chegam de fato no detector CMS, em vez de irem para o campo magnético ficando no tubo de feixe principal do colisor, disse Yen-Jie Lee, professor assistente de física do MIT (Massachusetts Institute of Technology ) e um dos principais pesquisadores do estudo. O LHC é um anel subterrâneo medindo cerca de 27 quilômetros de circunferência. Ele acelera partículas a velocidades próximas à da luz usando ímãs poderosos. O experimento CMS é um dos mais diversos detectores embutidos na máquina LHC.

Climatologia Geográfica

A intensidade energética do acelerador de partículas aumentou em 60% – de 7 tera elétron-volts (TeV) para 13 TeV – em todos os seus experimentos, que duraram de 2010 a 2013.  Ainda uma pequena quantidade de energia; 1 TeV é aproximadamente a mesma energia do movimento de um mosquito voando. Dentro de um próton, porém, este tera elétron-volts é espremido num espaço um milhão de vezes menor que o tamanho do mosquito, segundo a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), que opera o LHC. Com o aumento na energia de impulso do LHC estima-se que 30% mais partículas são produzidas na colisão;

“Nessa alta intensidade vamos observar centenas de milhões de colisões por segundo”, segundo Lee.

O aumento da energia também proporciona aos físicos uma melhor chance de descobrir novas partículas semelhantes ao famoso bóson de Higgs (Partícula de Deus), que foi detectada pela primeira vez em 2012. De acordo com Albert Einstein a equação E = m.c2, uma maior a energia (e) do experimento e uma maior a massa ( m) poderiam obter novas partículas.

“Estamos explorando uma nova região nessas colisões como nunca fizemos antes”,  Daniela Bortoletto, física envolvida com a colaboração do CMS mas agora trabalha no ATLAS, uma experiência rival no LHC. “Nós estamos realmente explorando terra desconhecida!”

O grupo ATLAS também observa colisões entre um conjunto de dois feixes de prótons e está em processo de replicar o experimento CMS para contar o número de hádrons produzidos. Bortoletto disse que estas medidas são fundamentais para a física porque ajudam a ” minerar diamante em um terreno cheio de sujeira.” “É parte da humanidade o desejo de compreender de onde viemos”, disse Bortoletto no  canal Ciência Viva. “E nós fizemos realmente muito bem em explicar uma série de fenômenos.”

Bortoletto diz que as medidas descritas neste documento são necessárias para descobrirem novas partículas em um nível de energia mais elevado. Enquanto ela diz que as teorias por trás dos blocos de construção do universo são impressionantemente precisas, até agora, ela também admite que ainda há algo faltando. O Modelo Padrão, a teoria reinante da física de partículas, é baseada na idéia de que toda a matéria é feita de partículas de dois tipos básicos, chamados quarks e léptons, e as forças que agem sobre eles. No entanto, não é um projeto impecável, existem lacunas a preencher. E, por vezes coisas não descobertas que  poderiam ajudar os físicos.

Por exemplo, o Modelo Padrão não pode explicar a existência da gravidade. Também não explica a matéria escura, o material misterioso que supostamente compõe cerca de 85% da matéria no universo. “Observações do cosmos mostra que existe matéria escura e energia escura também”, disse Bortoletto. “As partículas que constituem o modelo padrão explicam apenas 5% da composição do universo.”

LHC

A última partícula rara a ser descoberta em colisões de prótons foi o bóson de Higgs, que ajudou a confirmar a teoria reinante da física de partículas. O Higgs é pensado para explicar por que outras partículas têm massa, e sua existência foi prevista pelo Modelo Padrão. Agora que os pesquisadores sabem que uma colisão de prótons é eficiente, a busca e outras partículas raras poderia tornar-se mais eficiente.

Lee disse que os novos resultados também poderiam contribuir de forma significativa para estudos sobre o início do universo, que foi extremamente denso e quente. Os investigadores disseram que agora pretendem estudar colisões de íons de chumbo, que produzem um meio extremamente denso que é pensado para imitar as condições do universo logo após o Big Bang. “Com as colisões de íons de chumbo, podemos reproduzir o início do universo em uma ” pequena explosão ‘”, disse Lee. “Se pudermos entender como se parece uma colisão de próton, poderíamos sermos capazes de obter mais algumas informações sobre o que acontece quando centenas dessas colisões ocorrem ao mesmo tempo.

“Então, podemos ver o que podemos aprender sobre o início do universo”, acrescentou.

Os novos resultados foram publicados on-line 08 de outubro na revista Physics Letters B.

[LiveScience]

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