1772: O Grande Colisionador de Hadrões acaba de dar à luz uma partícula incomum

CIÊNCIA

CERN / LHCb Collaboration

O Grande Colisionador de Hadrões (LHC), celebrizado pela descoberta do Bosão de Higgs, acaba de dar à luz uma nova partícula. Baptizada de Pc (4312) +, a partícula recém-descoberta faz parte da classe dos pentaquarks e pode abrir caminho para a compreensão da estrutura da matéria no Universo.

A descoberta, anunciada pela Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), revela que a descoberta é fruto de um estudo levado a cabo por Tomasz Skwarnicki, professor de Física na Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Syracuse, nos Estados Unidos.

De acordo com a nova publicação, cujos resultados foram esta semana publicados na página oficial do LHC, a descoberta evidenciou novos dados sobre a classe dos pentaquarks, classe de partículas muito raras que consistem, tal com o nome indica, em partículas subatómicas compostas por cinco quarks.

Em meados de 2015, uma equipa de físicos que trabalhava no detector do LHC, localizado na Suíça, encontrou pela primeira vez estas partículas. Na época, foram observadas duas partículas desta classe, que acabaram por ser baptizadas de Pc (4450) + e Pc (4380) +.

Agora, volvidos quatro anos após a primeira observação, Skwarnicki analisou mais dados recolhidos do LHC, conseguindo estudar com mais detalhe estas partículas. Além de ter descoberto uma nova partícula, nota a página, o cientista conseguiu ainda revelar uma estrutura mais complexa do que a encontrada anteriormente.

“Até agora, achávamos que um pentaquark era composto por cinco partículas elementares [quarks] juntas, e as nossas descobertas mostram o contrário”, disse Skwarnicki citado em comunicado divulgado pelo portal Phys.org.

O procedimento experimental de Skwarnicki, que usou o dobro da força utilizada anteriormente, permitiu à equipa de cientistas observar as estruturas dos pentaquarks de “forma mais clara do que antes”, permitindo ainda recolher dez vezes mais dados.

“O que pensávamos ser um pentaquark acabou por ser duas partículas, com pouco espaço entre elas”, explicou o cientista. A descoberta, segundo explicou, foi detectada através de um trio de picos estreitos nos dados do LHC. Cada um destes picos refere-se a um determinado pentaquark, um em especial está dividido em duas partes: um barião (que contêm três quarks) e um mesão (que contêm dois quarks).

A mesma nota sublinha outro aspecto “único” sobre estes três pentaquarks já descobertos: a sua massa é ligeiramente menor do que a soma das suas partes. Neste caso em específico, a massa é menor do que a soma do barião e o mesão.

“Os pentaquarks podem não desempenhar um papel importante no material de que somos feitos, mas a sua existência pode afectar significativamente os nossos modelos de matéria que são encontrados noutras partes do Universo, como as estrelas de neutrões”, rematou.

À semelhança do que aconteceu com o Bosão de Higgs, também conhecido como A Partícula de Deus, os pentaquarks foram teorizados durante anos. Durante muito tempo, os cientistas não consideravam provável a sua existência. Em 2015, e graças ao acelerador de partículas do CERN, esta ideia caiu por terra – afinal, os pentaquarks existem e foram já observados três “espécimes”.

SA, ZAP //

Por SA
28 Março, 2019

 

1530: O novo (e ambicioso) acelerador de partículas do CERN terá o dedo de Musk

Animatron-io / Deviant Art

O multimilionário Elon Musk, director executivo da Tesla e da Space X, vai suportar um quinto do custo do novo e ambicioso acelerador de partículas projectado pelo Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN). 

No início do ano, o CERN revelou os seus planos para a construção de um novo acelerador de partículas, que irá suceder ao Grande Colisionador de Hadrões (LHC), celebrizado pela descoberta do Bosão de Higgs em meados de 2013.

De acordo com o projecto divulgado pelo laboratório europeu, o novo acelerador, baptizado de Future Circular Collider (FCC), será quatro vezes maior e dez vezes mais potente do que o pioneiro LHC. O plano do CERN passa por criar uma “poderosa ‘fábrica de Higgs’”, garantindo o futuro do estudo da Física de partículas pós-LHC, que parará em 2040.

As escavações do FCC custarão cerca 5,7 mil milhões de euros, e, segundo noticia a RT, Elon Musk participará, através da Boring Company, com uma quinta parte do custo estimado. Através do Twitter, o multimilionário revelou que a directora do CERN o questionou sobre a possibilidade da sua empresa de escavação de túneis participar nas obras. “Pouparia provavelmente mil milhões de euros”, atirou Musk na mesma rede social.

Em declarações ao The Independent, um porta-voz do CERN adiantou que Musk se reuniu com a directora do CERN, Fabiola Gianotti, dando conta que ambos tiveram uma “breve discussão informal”, na qual discutiram a possibilidade de a The Boring Company assumir a escavação do mega-túnel.

“Tendo em vista projectos para futuros aceleradores maiores, o CERN está de facto aberto a novas tecnologias de custo efectivo que poderiam levar à sua implementação, incluindo os túneis que serão necessários”, adiantou o porta-voz.

“Dito isso, por favor, note que não vamos começar a escavar um túnel tão cedo”, frisou.

A The Boring Company, que Musk já descreveu como uma “espécie de empresa de hobby”, trabalha com projectos de mobilidade subterrânea assente em túneis de baixo custo. No passado Dezembro, apresentou uma fracção de um túnel que está a ser construido para que os carros consigam caminhos alternativos a altas velocidades.

SA, ZAP //

Por SA
29 Janeiro, 2019

 

1485: Há vida pós-LHC. CERN planeia acelerador de partículas dez vezes mais potente

FCC Study / CERN
Modelo do interior do futuro FCC

O futuro da Física de Partículas começa a ganhar forma. O CERN (Laboratório Europeu de Física de Partículas) detalhou esta terça-feira os seus planos para o novo acelerador de partículas que irá suceder o Grande Colisionador de Hadrões (LHC), celebrizado pela descoberta do Bosão de Higgs.

De acordo com a instituição, que já em 2014 tinha avançado com um estudo de viabilidade do projecto, o novo acelerador de partículas, baptizado de Future Circular Collider (FCC), será quatro vezes maior e dez vezes mais potente do que o pioneiro LHC.

O documento elaborado pelo CERN apresenta diferentes opções para um grande e circular acelerador, projectado para ter 100 quilómetros de diâmetro – um número impressionante tendo em conta os 27 modestos quilómetros que formam o LHC.

“O relatório do projecto conceptual do FCC é feito notável. [O FCC] tem um imenso potencial para melhorar o nosso conhecimento sobre a Física fundamental e avançar em muitas tecnologias com grande impacto na sociedade” disse a directora-geral do CERN, Fabiola Gianotti, citada numa nota de imprensa

CERN
Layout proposto para o futuro acelerador de partículas

“O grande objectivo é construir um anel acelerador supercondutor de protões de 100 quilómetros [o LHC tem 27 quilómetros] com uma energia até 100 TeV [tera-electrão-volts, unidade de medida de energia], o que implica uma ordem de grandeza acima do LHC”, nota Frédérick Bordry, diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN

O CERN pretende que o sucessor do LHC continue a explorar o Bosão de Higgs, descoberto em 2014 e celebrizado como “Partícula de Deus” entre a comunidade científica. Para a organização europeia, a nova estrutura circular oferecerá “oportunidades únicas” para estudar esta partícula, podendo mesmo vir a ser uma “poderosa ‘fábrica de Higgs‘”, onde será possível detectar novos e raros processos, bem como medir partículas já conhecida com taxas de precisão nunca antes alcançadas.

O FCC custará cerca de 9 mil milhões de euros, incluindo já 5 mil milhões de euros em trabalhos de engenharia civil para perfurar um túnel destas dimensões. Segundo o CERN, este poderoso colisionador de partículas estaria ao serviço da comunidade científica durante 10 a 15 anos, podendo iniciar a sua actividade em 2040, época em que a actividade do LHC chegará ao fim.

Além deste custo, seriam ainda necessários 15 mil milhões de euros adicionais para um supercondutor de protões, que seria depois utilizado neste mesmo túnel e que que poderia começar a operar em finais de 2050.

Um “laboratório do mundo” substituirá o LHC

A nova estrutura circular “mostra à comunidades os princípios e a viabilidade do Colisionador Circular do Futuro pós-LHC”, explicou Michael Benedikt, físico do CERN e líder do novo projecto, em declarações ao Gizmodo. O FCC “mostra que existe um cenário físico coerente e confiável para a implementação de um projecto de maior escala que poderia continuar a alimentar a Física de alta energia”, sustentou o cientista.

O futuro acelerador do CERN, que contou na sua projecção com a colaboração de 1300 especialistas oriundos de 150 universidades, pode ter também um papel importante no estudo da matéria escura, que sabemos existir e em grande abundância no nosso Universo, mas apenas pela sua interacção gravitacional.

FCC Study / CERN
Um dos primeiros protótipos produzidos para o LCC

Não é ainda certo que esta enorme estrutura venha a ser construída, mas os cientistas estão confiantes: “Se o dinheiro puder ser encontrado de forma credível para iniciar o projecto, então estou convencido de que o CERN conseguirá construí-lo com sucesso“, considerou Brian Foster, professor de Física experimental na Universidade de Oxford, em declarações ao jornal britânico The Guardian.

“Idealmente, um projecto do tipo do FCC seria um catalisador para fundar um verdadeiro laboratório mundial, que é o próximo passo obviamente. Afinal, O CERN é claramente – e de forma não oficial o laboratório da Física de partículas do mundo. Mas isto não significa que os países asiáticos ou os Estados Unidos deixaria de ter os seus próprios programas regionais: a maioria dos físicos dos Estados Unidos já está envolvida no LHC”, rematou

A par da intenção do CERN em proliferar o trabalho do Grande Colisonador de Hadrões, só a China anunciou estar a construir um acelerador de partículas maior do que este, localizado na fronteira franco-suiça.

De qualquer das formas, há vida pós-LHC e o recém-planeado LCC tem potencial para nos fazer “esquecer” rapidamente do “pai” da mítica “Partícula de Deus“.

SA, ZAP //

Por SA
17 Janeiro, 2019

 

1152: Cientistas alcançam a primeira aceleração de electrões em ondas de plasma

rupertomiller / Flickr
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

 

1089: 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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934: 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

azure_radiation / Flickr
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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