1153: Cientistas alcançam a primeira aceleração de electrões em ondas de plasma

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Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Físicos demonstraram uma nova técnica para acelerar electrões a energias muito altas em distâncias muito curtas, uma técnica que permitirá alcançar novos avanços na física de partículas a preços mais modestos.

O Large Hadron Collider (LHC) da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) é considerado o maior acelerador de partículas do mundo. O acelerador encontra-se num túnel de 27 quilómetros de circunferência, a uma profundidade de 175 metros abaixo da fronteira franco-suíça, em Genebra. Foi ele o principal responsável pela descoberta do bosão de Higgs.

Apesar de ter havido alguns desenvolvimentos na tecnologia do acelerador de partículas, as tecnologias usadas até hoje só podem ser aprimoradas e expandidas com uma grande despesa. Esta razão financeira faz com que seja mais difícil tornar os aceleradores de alta energia mais úteis… mas é extremamente necessário.

Uma equipa internacional de físicos, que trabalha no Advanced Acceleration Acceleration Driven Plasma Wakefield (AWAKE), no CERN, realizaram uma experiência inovadora que demonstra uma nova forma de acelerar electrões a altas energias, reduzindo drasticamente o tamanho dos aceleradores e, assim, reduzindo, também drasticamente, os custos. O artigo científico foi publicado no dia 29 de Agosto na revista Nature.

“Esta recente tecnologia desenvolvida pelo AWAKE vai concretizar uma mudança de paradigma no desenvolvimento de futuros aceleradores de partículas de alta energia”, diz Moses Chung professor e membro da equipa.

“Esta conquista poderá permitir que os engenheiros reduzam drasticamente o tamanho dos aceleradores de partículas, reduzindo as vastas quantias de dinheiro normalmente necessárias para construí-los”. Além disso, acrescenta, “as colisões de partículas de alta energia que essas instalações produzem permitem que os físicos investiguem as leis fundamentais da natureza, fornecendo a base para avanços futuros”.

Habitualmente, as ferramentas usadas nas experiências da física de partículas usam campos eléctricos oscilantes – as cavidades de radiofrequência – e ímanes de alta potência para acelerar partículas a altas energias.

Como uma opção alternativa e mais em conta surge o acelerador wakefield: os físicos enviam um feixe de electrões, protões ou lasers através de um plasma. Os electrões livres no plasma movem-se em direcção ao feixe, ultrapassam-no e regressa, criando uma bolha atrás do feixe e campos eléctricos intensos.

Os campos eléctricos extremamente fortes foram conseguidos através de um conjunto de electrões, que foram acelerados até 2GeV em, aproximadamente, 10m de plasma e medidos usando um espectrómetro magnético. Segundo o EurekAlert, esta técnica tem o potencial de acelerar os electrões para a escala TeV em apenas único estágio de aceleração.

O programa está ainda em fase inicial, mas promete ser um passo importante no caminho para a realização de novas experiências de física de partículas de alta energia.

ZAP //

Por ZAP
16 Outubro, 2018

 

1090: Cientistas do CERN descobriram duas novas partículas (e pode haver uma terceira)

kotedre / DeviantArt
Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Óptimas notícias para a Física de Partículas. Cientistas do CERN observaram duas partículas nunca antes vistas no Grande Colisionador de Hadrões (LHC) – e rastrearam evidências de uma terceira.

As duas novas partículas, previstas no modelo padrão de quarks, são bariões – a mesma família de partículas dos protões que são utilizados nos procedimentos científico de aceleração de partículas do LHC.

Os bariões são as partículas que mais abundantemente compõem o Universo, incluindo protões e neutrões – as partículas ecompostas por três partículas fundamentais, os quarks. Estes quarks têm ainda quatro tipos: up, down, top, bottom, charm e strange.

Os protões consistem em dois quarks up e um down. Já os neutrões, possuem um quark up e dois down. No entanto, as partículas recém-descobertas no Grande Colisionador de Hadrões têm uma composição ligeiramente diferente.

As novas partículas – apelidadas de Named Σb(6097)+ and Σb(6097) – consistem em dois quarks up e um bottom e em dois quarks down e um bottom, respectivamente.

As novas partículas subatómicas são conhecidas como bariões inferiores e, estão relacionadas com outras quatro partículas observada no Fermilab – laboratório especializado em Física de partículas nos Estados Unidos.

Contudo, as novas observações marcam a primeira vez que os cientistas detectaram estas contra-partes de massa superior – cerca de seis vezes mais massivas que um protão.

A terceira partícula

Quanto à terceira partícula, que ainda não foi confirmada, os físicos acreditam que possa ser um estranho tipo de uma partícula composta chamada de tetraquark. Estas partículas são um tipo exótico de mesão, normalmente constituído por dois quarks.

No entanto, um tetraquark é composto por quatro quarks, tal como o nome indica – na verdade, são dois quarks e dois antiquarks.

Até agora, as evidências observadas de tetraquarks têm sido bastante difíceis de definir, e o mesmo se aplica a esta terceira partícula. A evidência da possível terceira partícula foi apelidada de Zc(4100) e inclui dois quarks charm pesados, sendo observados no decaimento de mesões B (os mais pesados).

Os investigadores disponibilizaram recentemente dois artigos em pré-publicação sobre a descoberta, um sobre as partículas confirmadas, os bariões inferiores, e outro sobre a terceira partícula candidata.

O Grande Colisionador de Hadrões, o maior acelerador de partículas de mundo, vai certamente continuar a maravilhar-nos com as novas descobertas no mundo da Física de partículas. Até lá, podemos sempre recordar as descobertas anteriores.

No final de Agosto, e pela primeira vez, os físicos observaram o bosão de Higgs a decair num par de partículas ainda mais pequenas. Esta partícula subatómica, celebrizada como a Partícula de Deus, deu destaque ao laboratório internacional em 2013, quando a sua descoberta foi anunciada.

Por ZAP
30 Setembro, 2018

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935: Ao fim de seis anos, físicos observam desintegração do bosão de Higgs

Cientistas que trabalham com o maior acelerador de partículas do mundo observaram fenómeno previsto pela teoria mas nunca antes registado

Físicos do CERN fazem nova descoberta associada ao Bosão de Higgs
© REUTERS/Denis Balibouse

O Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN), situado em Genebra, Suíça, anunciou esta terça-feira uma nova descoberta associada ao famoso bosão de Higgs. Ao fim de seis anos, os físicos que trabalham com o maior acelerador de partículas do mundo, o LHC, anunciam tê-lo visto a desintegrar-se. A situação foi anunciada pelo CERN em várias publicações científicas.

De acordo com o relato da revista Science, os físicos acreditam que o bosão de Higgs se desintegra em 57% das vezes, mas sublinham que a sua observação não é fácil. Formado por uma única partícula subatómica, que pesa 130 protões, o Higgs tem uma durabilidade ínfima, de dez trilionésimos de um nano segundo, antes de se desintegrar em partículas menos massivas.

Mas, ao fim de seis anos de pesquisa, os físicos do CERN conseguiram identificar uma desintegração em partículas fundamentais, conhecidas como quarks bottom, ou quarkb, o segundo mais pesado dos seis tipos de quark.

Os quarks são partículas subatómicas que compõem elementos pesados de matéria, como o protão.

Os físicos referem que a observação agora alcançada é importante para a exploração do bosão, considerado fundamental para explicar por que razão algumas partículas têm massa.

Simultaneamente, os resultados mostram que foi alcançado um profundo entendimento entre os dados recolhidos e o controlo dos ruídos de fundo – os dados “lixo” que são captados em todas as medições, criando alguma incerteza nas observações.

Esta observação é considerada já como um passo fundamental na campanha dos cientistas para ver se o bosão se realmente se decompõe nas várias combinações de partículas nas taxas previstas pelo chamado Modelo Padrão – a teoria científica mais completa que temos sobre o funcionamento da natureza a nível quântico. Mas se as taxas de desintegração não corresponderem às previsões teóricas, isso será um sinal claro de que novas partículas ainda precisam ser descobertas. Estas, espera-se, podem estar ao alcance do LHC (Large Hadron Collider).

Diário de Notícias
DN
28 Agosto 2018 — 20:25

(Foi corrigido 1 erro ortográfico ao testo original)

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809: Físicos confirmam finalmente rara interacção da Partícula de Deus

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Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Um grupo de físicos da pesquisa ATLAS, da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), confirmaram que o Bosão de Higgs decai para dois quarks bottom – um tipo de interacção que se tinha demonstrado muito difícil de provar.

A descoberta, publicada no início do mês de Julho na Phys.org, foi realizada através da combinação de dados de dois testes realizados no Grande Colisionador de Hadrões (LHC).

O Bosão de Higgs – também conhecido como Partícula de Deus – e o seu campo associado desempenham um papel essencial no Modelo Padrão da Física de Partículas. Partículas elementares como os leptões, os quarks e os bosões W e Z “adquirem” as suas diferentes massas em virtude dos seus acoplamentos únicos neste campo.

Os bosões W e Z desempenham o papel de mediador da interacção nuclear fraca, tal como os fotões representam no electromagnetismo.

Como os feixes de fotões penetram uns nos outros, os “sabres de luz electromagnético” permanecem ainda na ficção científica. No entanto, feixes de bosões W e Z podem repelir-se um ao outro, tornando-os numa espécie de “sabres de luz de interacção fraca”.

A dispersão entre bosões W e Z emitidos por quarks em colisões protão-protão é um processo raro mas, finalmente, foi observado e confirmado pela experiência ATLAS – A Toroidal LHC Apparatus. 

Procedimento experimental

Um dos principais motivos que levou à construção do LHC, o maior acelerador de partículas do mundo, era exactamente estudar este processo.

Um quark em cada um dos dois protões em colisão tem que irradiar um bosão W ou Z. Estas partículas, com uma duração extremamente curta, são capazes de “voar” a uma distância de 0,1×10-15m antes de se transformarem em outras partículas. Já a interacção com outras partículas, é limitada a uma faixa de 0,002×10-15m.

Noutras palavras, estes “sabres de luz fracos” estendem-se apenas a cerca de 1/10 do raio de um protão e têm que se aproximar um do outro a um 1/500 do raio de um protão. Esta coincidência acontece apenas uma vez a cada 200 mil milhões de interacções protão-protão, registadas tipicamente num dia de operações no LHC – é um fenómeno extremamente improvável.

Esta interacção permite ao Bosão de Higgs decair para dois quarks bottom. Embora este tipo de decadência seja responsável por quase 60% de todos os decaimentos da partícula de Deus no LHC, é extremamente complicado identificá-lo entre o enorme número de partículas que também são produzidas por colisões protão-protão em processos que não são relacionados com o Bosão de Higgs. 

De forma a encontrar esta “agulha no palheiro”, os físicos da ATLAS realizaram, antes de mais, cálculos precisos tendo por base contribuições esperadas noutros processos experimentais.

Só depois, usando dados de um teste realizado no Grande Colisionador de Hadrões que envolveu colisões de 13 TeV, a equipa conseguiu detetar o canal de decaimento de quarks bottom com uma significância estatística de 4.9 sigma.

Na Física de Partículas, é necessário que o teste de significância estatística seja de 5 sigma. Desta forma, há uma alta probabilidade das informações recolhidas não serem apenas acasos ou erros estatísticos. Tendo em conta a discrepância da significância estatística, os físicos decidiram reforçar os seus números com outros dados de colisões protão-protão de 7 TeV recolhidos também no LHC.

Desta forma, a equipa do ATLAS conseguiu aumentar a significância do procedimento experimental para 5.4 sigma, confirmando assim a observação desses estranhos e raros fenómenos físicos.

O Grande Colisonador de Hadrões é o maior acelerador de partículas do mundo, instalado num túnel com 27 quilómetros de circunferência na fronteira entre a França e a Suíça. Em 2013, o laboratório ganhou destaque na imprensa internacional ao detectar o Bosão de Higgs.

Por HS
30 Julho, 2018

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