O Mundo das Partículas. Brian Southworth Georges Boixader

Transcrição

1 O Mundo das Partículas Brian Southworth Georges Boixader

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3 O Mundo das Partículas De que é feito o nosso Universo De onde vem? Porque se comporta assim? Não temos ainda as respostas para estas perguntas, no entanto, nos últimos anos temos descoberto uma grande quantidade de informação sobre o Universo que nos rodeia. Esta pesquisa tem-nos revelado que, para além da evidência daquilo que os nossos olhos permitem ver, há um mundo diferente de partículas minúsculas e mensageiros que viajam entre elas mudando constantemente no espaço, no tempo e na energia. Este livro de banda desenhada apresenta o fascinante mundo das partículas e parte do seu maravilhoso comportamento. Um dos laboratórios onde se fazem pesquisas relacionadas com as partículas, é o CERN, O Laboratório Europeu de Física de Partículas. Apresentaremos aqui, as poderosas máquinas do CERN: os aceleradores e os detectores, máquinas onde se criam e estudam as partículas. Assim, sem mais preâmbulos, vamos às partículas

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5 Capítulo 1 Partículas Fundamentais e Interacções

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7 O CERN continua a tradição de observar o nosso mundo e procurar compreendê-lo. 5

8 Os cientistas no CERN procuram os pedaços mais pequenos da matéria, e estudam, como é que estes constroem o nosso mundo. Esta investigação tem sido feita, pelo menos, desde o tempo dos filósofos gregos. Eureka! Fogo Ar Terra Água No século 19, os químicos identificaram os átomos de muitos elementos. Recentemente, os físicos já encontraram partículas ainda mais pequenas no interior do átomo. Eureka! Nós já aprendemos bastante mas, ainda há muitas perguntas sem resposta. São essas respostas que os cientistas do CERN procuram. Eureka! 6

9 No início do século XX, os cientistas aperceberam-se de que a nuvem de partículas (nuvem electrónica) que existe no exterior dos átomos é a responsável, por quase todo o comportamento da matéria. Senhoras e senhores: O electrão! Sou a partícula que dá origem à À química Emissão de luz À electrónica Às propriedades mecânicas À electricidade Então, descobriuse que o minúsculo núcleo que está no centro dos átomos, de diâmetro menor que, a milionésima parte de uma milionésima de centímetro, contém outras partículas chamadas protões e neutrões. E agora o núcleo! Nós somos a origem de todas as formas de energia nuclear e, alguns de nós, somos usados; na medicina, na indústria e na agricultura. Mas agora, também descobriram que nós, o neutrão e o protão, contemos peças ainda mais pequenas. 7

10 Descobriram-se muitas partículas e estudou-se as suas propriedades. É bastante estranho, mas podes apanhar numa gota de água, mil milhões de milhões de milhões de partículas como eu; os cientistas no CERN, necessitam de grandes e complicados equipamentos para averiguar como eu sou. Descobrimos que as partículas podem ter carga eléctrica. Muitas delas parecem girar como piões. Temos visto partículas pesadas com propriedades insólitas, chamadas: Charm (encanto), Bottom (fundo), Top(topo) e Strangeness (estranheza) Charm Bottom Top Strangeness 8

11 As partículas, podem-se classificar em famílias de acordo com as suas propriedades. Os membros de cada família comportam-se todos da mesma maneira. Mas se descobrimos tantas partículas com todas essas propriedades tão raras, será que estaremos realmente a aprender como funciona o nosso Universo? Como poderemos pôr ordem nesta confusão? E por que é que se comportam de igual maneira os membros da mesma família? Porque dentro delas existem outras partículas menores, que lhes dizem como se devem comportar Por exemplo, num protão descobriu-se umas partículas pequeníssimas a que chamamos quarks. 9

12 Com os quarks constroem-se partículas como os protões e os neutrões, e com estes, constroem-se os núcleos que, juntos com os electrões, dão lugar aos átomos. Será que encontrámos como é feito o nosso Universo? Electrão Quark Átomo Núcleo Protão Eureka? Não, de forma nenhuma. Ao estudar os quarks, descobrimos que existem mais coisas do que as necessárias para formar átomos. Porque existirão esses fulanos a mais, se não fazem falta para construir o nosso mundo? Haverá mais alguma coisa dentro dos quarks? E nos electrões? Temos ainda muitas perguntas sem resposta! 10

13 Ao estudar estas partículas, constituintes de toda a matéria, julga-se que todo o seu comportamento é controlado por diferentes tipos de forças. A mais conhecida é a força electromagnética que junta o nosso conhecimento sobre o magnetismo Muito atractivo e a electricidade, como no caso dos electrões, (de carga negativa) que se mantêm ligados à volta do núcleo (de carga positiva) para formar os átomos. No entanto, há uma força, chamada de forte cem vezes mais forte. Que mantém unidos os protões e os neutrões nos núcleos. E também há, uma força fraca menos intensa que as outras! O neutrão, quando se desintegra, dá origem a outras partículas. A desintegração do neutrão é uma forma de radioactividade. Cheio de força! Pobre neutrão tão fraco! 11

14 Já compreendemos como se comportam as partículas quando sujeitas à influência de forças electromagnéticas Os electrões, negativos, comunicam com os protões, positivos, para formar átomos utilizando partículas mensageiras, chamadas fotões que todas as partículas carregadas emitem em todas as direcções. A comunicação, estabelece-se, quando outra partícula recebe um destes fotões. A permuta de fotões mantém unidas as partículas carregadas, tal como acontece com as bolas de um malabarista. Este, apesar de trocar as bolas consegue mantê-las juntas. 12

15 A força forte, mantém unidos os núcleos e, prende fortemente os quarks dentro dos protões, de tal maneira que, ainda não foi possível retirar um quark sem que ele traga consigo partículas mensageiras. Por isso, as partículas mensageiras que transportam a força forte chamam-se gluões (do inglês glue, cuja tradução é cola). Há outra força bem conhecida, a força gravítica, que nos mantêm sobre a Terra e, por sua vez, a Terra ligada ao Sol. No entanto, o efeito da força gravítica sobre as partículas mais pequenas, é tão insignificante que podemos ignorá-la. 13

16 A força fraca, que desintegra os neutrões, parece ser muito misteriosa. Isto aplica-se também a umas partículas muito difíceis de apanhar chamadas neutrinos Grandes quantidades de neutrinos escapam em todas direcções provenientes das reacções existentes no Sol e noutras estrelas. A interacção dos neutrinos com as outras partículas, é de tal forma fraca que estas podem atravessar a Terra sem dificuldade. Neste momento, estás sendo atravessado por milhões e milhões de neutrinos. Agora que os conhecemos melhor, poderemos produzi-los e estudá-los no CERN. Enquanto as estrela brilharem, estas irão produzir neutrinos e a força fraca actuará. 14

17 Na década 1970, os cientistas deram um grande avanço para a compreensão do comportamento das partículas. Isto é muito surpreendente, porque a força fraca é mesmo, muito fraca. Lá se vai um neutrino! Conseguiram uma teoria única para explicar conjuntamente a força electromagnética e a força fraca. A nova teoria foi confirmada no CERN através da grande descoberta das partículas mensageiras pesadas, chamadas W e Z, que transportam a força fraca, da mesma maneira que os fotões transportam a força electromagnética. Sou fraco Esta descoberta permitiu a dois cientistas do CERN ganhar o prémio Nobel, em

18 Este mundo das partículas e o seu comportamento são estudados no CERN e descritos pelos físicos em diagramas matemáticos O grande sonho dos cientistas do CERN, é um dia serem capazes de compreender todas estas coisas complicadas e traduzi-las em poucas e simples leis. 16

19 Tijolos e argamassa da Natureza Partículas fundamentais da matéria Quarks Leptões up charm top electrão muão tau down 1ª geração strange 2ª botton 3ª neutrino do electrão 1ª geração neutrino do muão 2ª neutrino tau 3ª a matéria normal é constituída por partículas da primeira geração-as mais leves. As partículas mais pesadas são produzidas e estudadas em laboratórios como o CERN e as partículas que interactuam entre elas Gravitões que se prevê serem transportadores das interacções gravitacionais- ainda não foram encontrados. fotões que transportam a interacção electromagnética As partículas W e Z transportam interacção fraca e os gluões que transportam a interacção forte. 17

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21 Capítulo 2 Os Aceleradores

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23 Mais de 7000 cientistas de centros de investigação de todo o mundo participam nas experiências do CERN Vêm para usar as grandes máquinas do laboratório, onde as partículas são aceleradas até altas energias. Pode-se fazer com que estas partículas de alta energia choquem umas contra as outras e o resultado das suas colisões pode ser visto nos grandes detectores de partículas Tudo isto para estudar como se comportam as partículas mais pequenas 21

24 Se houver suficiente energia numa colisão, pode-se criar novas partículas, já que a matéria e a energia se podem inter-relacionar (E=mc 2 ) Também, quanto maiores são as energias das partículas aceleradas, mais profundamente elas podem penetrar na matéria Nos aceleradores do CERN, fabricam-se e estudam-se novas partículas e, assim, os cientistas procuram mais a fundo no interior da estrutura da matéria. A quantidade de energia das partículas aceleradas é bastante pequena. O que conta é a sua concentração. Assim como o peso de um elefante não tem grandes efeitos quando se distribui sobre uma grande superfície mas tem um efeito drástico ao concentrar-se sobre um alfinete. 22

25 A maior parte dos aceleradores não são muito grandes ou fora do comum. Muitos de nós temos um em casa Um televisor tem quase todas as características básicas das máquinas do CERN: uma fonte de partículas e meios para acelerar, guiá-las e detecta-las E os campos electromagnéticos aceleram estes Libertam-se electrões aquecendo um filamento metálico E guiando-os sendo detectados quando chocam com os ecrãs do televisor A minha imagem é feita com electrões acelerados. Eu tenho tido um pequeno CERN em casa todo este tempo!! 23

26 As partículas são aceleradas porque têm carga eléctrica. Por exemplo, um electrão que passa entre duas peças metálicas ligadas a uma bateria de 1,5 V Os grandes aceleradores funcionam assim: Terminamos com altas energias é empurrado do terminal negativo para o terminal positivo Somos injectados a baixas energias Viajamos no vazio para não chocarmos com as moléculas do ar Com este pequeno ponta-pé, a energia do electrão aumenta 1,5 electrões- volt(ev) Nos aceleradores do CERN, estes pontapés são repetidos milhões de vezes para alcançar altas energias Em cada volta, os campos eléctricos dão-nos um ponta-pé para aumentar a nossa energia os ímanes conduzem-nos por uma trajectória circular e assim, voltamos para receber outro ponta pé 24

27 O primeiro acelerador do CERN usava protões. Era do tipo sincrociclotrão, usado principalmente para estudar o núcleo. Os protões resultam dos átomos de hidrogénio aos quais foram retirados os electrões através de campos eléctricos gerados no centro da máquina seguindo uma trajectória curva no campo do íman circular da máquina. Os electrões movem-se em espiral à medida que foram adquirindo acelaração em cada volta, até que alcançam uma energia de 600 milhões de electrovoltes (600 MeV) transformando-o em interessantes formas Esta energia é suficiente para alterar um núcleo 25

28 Com o sincrociclotrão iniciou-se um programa de investigação que continua até hoje no CERN, chamado ISOLDE. No ISOLDE transforma-se o chumbo em ouro. Mas, infelizmente em quantidades muito pequenas. São outros núcleos que interessam aos cientistas do CERN. Os núcleos podem ser estudados em condições extremas, como as que ocorrem quando se introduzem partículas, a mais, dentro deles Isso permite obter nova informação acerca do núcleo, de modo semelhante ao de um botânico que recolhe dados sobre diferentes híbridos de uma planta. Alguns destes novos núcleos, chamados isótopos, usam-se na indústria, na medicina, e na agricultura e o conhecimento de como se unem os núcleos entre si serve para explicar a formação das estrelas 26

29 Em 1959, o CERN pôs em funcionamento o que então era o acelerador de maior energia do mundo, uma máquina de 28 mil milhões de electrão volt (28 GeV) chamado sincrotrão de protões Os protões do sincrotrão atingem quase a velocidade da luz e a sua massa relativa aumenta até ser quase trinta vezes maior que em repouso O sincrotrão de protões foi uma máquina com muito êxito, utilizada em centenas de experiências e chegou a acelerar mil vezes mais protões do que o esperado. Agora acelera partículas de vários tipos que passam por outras máquinas. Todos a bordo do sincrotrão de protões! 27

30 No sincrotrão de protões, os cientistas descobriram que por vezes um neutrino podia colidir com um protrão e sair como neutrino umas vezes e outras vezes como sendo outra partícula. Essa foi a primeira indicação de que as interacções fracas e as electromagnéticas seguem as mesmas regras. Noutras experiências mediu-se o pequeno campo magnético de umas partículas chamadas muões, com uma precisão de poucas partes por milhão. Isto confirma a nossa teoria do electromagnetismo As experiências no sincrotrão de protões têm sido a fonte de muitas partículas, o que tem aumentado o nosso conhecimento sobre este mundo das partículas 28

31 Para poder penetrar mais profundamente no conhecimento da matéria, o CERN construiu um super sincrotrão de protões que entrou em funcionamento em 1976, alcançando energias de 400 GeV Esta máquina tem sete quilómetros de circunferência, e cruza a fronteira franco suíça Ela está instalada num túnel a 40 metros de profundidade de modo a não perturbar o ambiente. Dispara feixes de protões com altas energias contra alvos tais como peças de metal Os ímanes podem seleccionar um tipo determinado de partículas entre todas as que saem E estas podem chocar com os protões num grande volume de hidrogénio ou de outro material. As partículas resultantes podem ser detectadas e analisadas 29

32 O acelerador proporciona feixes de altas energia e intensidade Por exemplo, feixe de neutrinos Alguns dos estudos mais precisos sobre o comportamento dos neutrinos foram feitos por esta máquina Também se realizaram experiências que mostram que os quarks dos núcleos se comportam de forma diferente dos quarks em partículas independentes O super sincrotrão de protões já acelerou núcleos, por exemplo de chumbo, até se alcançar energias enormes, com a esperança de libertar quarks e gluões de um estado semelhante à sopa de partículas que pode ter existido pouco depois do aparecimento do Universo. Os estudos desta sopa continuarão na nova máquina do CERN: o LHC, Grande Colisionador de Hadrões. 30

33 Quando se fazem colidir feixes de altas energias, passa a haver mais energia disponível para criar ou transformar partículas. Quando os protões provenientes do super protão sincrotrão colidem com um alvo estacionário, sucede algo parecido com o que se passa numa mesa de bilhar; após o choque das bolas, a maior parte da energia vai para o movimento das bolas. A colisão de feixes é semelhante à de duas bolas de bilhar quando chocam uma com a outra; toda a energia da colisão está disponível para produzir fenómenos interessantes Porém, é necessário armazenar muitas partículas por cada feixe, caso contrário, as colisões seriam pouco prováveis, como ocorre com dois disparos simultâneos em armas de caça os Chumbinhos passam uns através de outros As primeiras colisões intensas, entre feixes de protões, foram produzidas, no CERN, em 1971 numa máquina célebre: ISR, anéis de armazenamento interceptados. 31

34 Os colisionadores de feixes são mais baratos se for possível fazer com que as partículas viajem em sentidos opostos, num só anel de ímanes As antipartículas são criaturas estranhas.parecem ser iguais às partículas, só que têm propriedades opostas. O truque está em enviar partículas para um lado e, antipartículas para outro; os campos eléctricos que empurram os protões num sentido puxam os antiprotões em sentido contrário. Podemos imaginar um mundo global que seria o contrário do nosso, com átomos feitos de antielectrões (chamados de positrões) com antiprotões e antineutrões nos núcleos. Foi feita a previsão de existência de antimatéria em 1928, e foram descobertas as primeiras antipartículas cinco anos mais tarde. A previsão foi feita com base em equações matemáticas que tinham duas soluções: uma para a matéria e outra para a antimatéria. 32

35 O positrão foi a primeira antipartícula a ser descoberta. Esta partícula foi encontrada quando se observava, no topo de um edifício alto, os raios cósmicos. Actualmente as antipartículas fazem-se de uma maneira rotineira. A partir da colisão de um feixe de partículas contra um alvo. Quer as partículas quer as antipartículas emergem. Ao juntar-se a matéria e a antimatéria, dá-se uma explosão dando lugar a energia. Se um homem pudesse dar a mão a um antihomem, o resultado seria catastrófico. No início do Universo, no Big Bang, matéria e antimatéria formaram-se em quantidades iguais. No entanto, a natureza preferiu a matéria. Para saber porquê, necessitamos de estudar a antimatéria 33

36 Não é fácil juntar suficientes antiprotões num feixe para colidirem contra protões. Produziram-se muitos feixes desordenados de antiprotões a partir de um alvo. Depois estes foram conduzidos por campos magnéticos para um anel especial. No entanto, no CERN inventou-se uma forma de o fazer. Observa-se o seu comportamento num ponto do anel e a informação envia-se para outro ponto, para que os campos eléctricos os possam ordenar. Depois de várias horas, milhões e milhões de antiprotões são colocados, formando um feixe organizado. 34

37 Depois desta invenção, foi possível ao CERN, fazer colidir os protões e os antiprotões no super sincrotrão de protões. Eles tinham, suficiente energia combinada para produzirem partículas W e Z, confirmando a junção dos fenómenos eléctrico, magnético e radioactivo. Isto deu-nos, a nós, cientistas, a esperança de compreender todos os fenómenos da mesma maneira. O super sincrotrão de protões, já não se usa como colisionador. Agora, o CERN utiliza os seus antiprotões em experiências de muito baixa energia por exemplo, capturando antiprotões e positrões em garrafas magnéticas e misturandoos para conseguir átomos de antihidrógeno. 35

38 Os cientistas têm que fazer um esforço de imaginação para decidir quais as máquinas de que irão necessitar para as suas investigações nos próximos anos. Presentemente les podem escolher entre colisionadores de electrões e de positrões, os quais dão colisões simples mas são mais difíceis de elevar a altas energias, ou os colisionadores de protões, que permitem as altas energias mas que têm a complicação de muitos quarks e gluões. O CERN está a construir uma máquina deste tipo o LHC, o grande colisionador de Hadrões. Em 1989, o CERN pôs em funcionamento o LEP, o maior colisionador de electrões e positrões do mundo. para investigar a matéria em condições que nunca antes se havia conseguido. 36

39 O LEP encontra-se a dezenas de metros abaixo dos campos franceses e suíços, instalado em túnel de uns quatro metros de diâmetro, perfurado com uma precisão de um centímetro num anel de 27 km de circunferência. Os aceleradores de protões do CERN já existentes foram modificados para injectarem electrões e positrões no LEP 37

40 Durante a construção do LEP, foram desenvolvidas novas tecnologias, incluindo o uso de betão, para separar lâminas de ferro de imanes, de campos magnéticos baixos Para absorver moléculas de gás, mantendo-as afastadas das partículas circulantes, utilizou-se na câmara de vácuo, mais de 20 km de um material, a cinta captadora, que também é utilizada nos aparelhos de televisão e as cavidades supercondutoras aceleram as partículas no seu percurso. Ímanes especiais concentram as partículas em feixes concentrados 38

41 A construção do LEP, que foi o maior instrumento científico do mundo, com os seus milhares de complexos componentes de alta tecnologia, é um triunfo para a industria e tecnologia europeias. quatro grandes detectores de partículas, conhecidos como ALEPH, DELPHI, OPAL e L3,estudaram as colisões de electrõespositrões às mais altas energias nunca alcançadas. 39

42 40 Uma vez completa a tarefa do LEP, serão utilizados ímanes mais potentes para guiar protões e núcleos atómicos, em vez de electrões e positrões, em volta do anel de 27 km, no novo Grande Colisionador de Hadrões, o LHC

43 Para produzir o campo magnético serão necessárias intensidades de corrente eléctrica muito elevadas. Um cabo muito fino de um supercondutor utilizado nos ímanes transporta tanta corrente como todos estes cabos em cobre. Para construir o LHC a tecnologia tem sido forçada ao limite. Os novos ímanes curvos aceleradores serão os mais poderosos que já se fez. A supercondutividade é um fenómeno a baixa temperatura de modo que todos os ímanes serão arrefecidos por um superfluido de hélio líquido a cerca de 271ºC Uma linha de distribuição com um projecto especial transportará líquido criogénico à volta do anel. E para assegurar que não há nada no caminho dos feixes de partículas o vácuo no interior do acelerador será de melhor qualidadedo que no espaço. 41

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45 e os detectores

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47 No passado, os físicos estudaram as partículas usando os detectores de partículas chamados câmara de bolhas e fotografavam as marcas do percurso deixadas pelas partículas. Uma câmara de bolhas, estava cheia de um líquido muito frio e a uma pressão muito elevada. Quando as partículas passavam através da câmara, a pressão do líquido baixava e este entrava em ebulição. As fotografias mostravam então, as linhas formadas pelas bolhas, revelando onde as partículas estiveram. Formavam-se bolhas ao longo do percurso das partículas que aqueceram o líquido 45

48 A maior câmara de bolhas foi chamada de BEBCC - The Big European Bubble Chamber (a grande câmara de bolhas europeia) Continha litros de hidrogénio líquido arrefecido à temperatura de 247ºC Aqui estão duas imagens típicas de uma câmara de bolhas Nesta fotografia, uma partícula sem carga não deixa rasto, converte-se num electrão e num positrão, cujos rastos são visíveis. Esta é uma fotografia histórica obtida em 1973, contém a primeira evidência indirecta das partículas Z. Baixando este pistão, baixa a pressão, permitindo a formação de bolhas. A câmara estava envolvida por um poderoso supercondutor magnético que produzia um elevado campo magnético, encurvando o percurso das partículas carregadas 46

49 Os detectores modernos, como os do LEP, são electrónicos e maiores que uma casa. A informação vinda de uma só colisão é equivalente à de uma lista telefónica Rodeiam o ponto de colisão das partículas Registam as direcções de saída das partículas e medem a sua energia. Grandes ímanes encurvam as trajectórias das partículas revelando qual a carga eléctrica que têm. Para recolher e analisar toda a informação são necessários grandes computadores 47

50 Cortinas de fios são a base de muitos detectores de partículas Várias técnicas são usadas para detectar partículas, tais como, marcar as mais pequenas perturbações eléctricas causadas por estas, no seu trajecto e em resultado da ruptura dos átomos. O espaço entre os fios é preenchido por gás E os fios estão com alta voltagem Quando uma partícula atravessa esta câmara- de- fios, parte os átomos de gás provocando pequenos distúrbios eléctricos os quais vão ser detectados pelo próximo fio, dizendo aos cientistas onde é que a partícula passou. Para grande precisão, alguns detectores usam chips de silicone como os das máquinas digitais para gravar os rastos deixados pelas partículas Outra técnica é medir a energia que a partícula perde nas suas colisões com as outras partículas,ao longo do seu caminho Os aparelhos que medem esta energia são chamados de calorímetros 48

51 Num grande detector, a região da colisão está rodeada por cortinas de fios, calorímetros e outros detectores para observar os resultados Sofisticados dispositivos electrónicos controlam o disparo dos detectores quando há uma colisão importante, Assim, os cientistas não têm de estar sempre presentes Toda a informação produzida por estes detectores é analisada por computadores O inventor dos detectores electrónicos no CERN foi galardoado com o prémio Nobel em 1992 Estes detectores aplicam-se por exemplo em hospitais. 49

52 Esta imagem mostra o rasto deixado por uma partícula. Resulta de uma das primeiras colisões no LEP em Os círculos brancos, são o limite exterior do detector, os azuis, são os rastos das partículas e, as caixas, representam a energia registada nos calorímetros Nesta imagem, uma partícula Z, criada numa colisão, originou um electrão e um positrão, por decaimento. As linhas vermelhas, mostram o detector, as azuis e verdes, os rastos do electrão e do positrão, e as caixas a respectiva energia. Nesta, a partícula Z, sofreu um decaimento em duas partículas W, que, por sua vez, decaíram ficando dois quarks. O que se vê no detector são quatro jactos de partículas distintos Esta imagem mostra uma das mais elevadas colisões energéticas no LEP. Foi registada em Criou uma grande expectativa porque poderia ter sido a percursora de uma nova descoberta 50

53 Um dos detectores do LHC, é tão grande como um prédio de seis andares No seu interior têm lugar uns 800 milhões de colisões individuais protão- protão, em cada segundo O que equivale a uns 800 milhões de listas de telefone. As colisões protão-protão no LHC permitirão aos cientistas estudar as condições Os detectores do sucessor do LEP, o LHC, tornam minúsculos os detectores do LEP que existiam quando o Universo nasceu. 51

54 Analisar todos estes dados é um grande desafio A quantidade de dados produzidos por segundo é suficiente para encher uma pilha de CD-ROM, com uma altura, várias vezes maior que a Torre Eiffel Mesmo retirando aquilo que não interessa, ainda resta muito para analisar todos os anos Sofisticados dispositivos electrónicos foram desenvolvidos para filtrar e registar dados para analisa-los, um novo conceito de trabalhar em rede, chamado Grid está a ser desenvolvido, com a Grid os cientistas terão uma forte ferramenta informática de acesso aos dados Cientistas de todo o mundo serão envolvidos E de uma maneira tão fácil como acender uma lâmpada 52

55 Este aparente conceito familiar contém ainda um mistério no que diz respeito às partículas fundamentais. As massas ainda são muito importantes Uma das mais importantes questões que o Grande Colisionador de Hadrões abordará, será a estrutura da matéria e o mistério da massa. Se os electrões fossem mais leves, seríamos muito maiores e se fossem mais pesados seríamos muito mais pequenos Se os electrões não tivessem massa não existíamos E se as partículas W e Z fossem menos pesadas que os electrões, o Sol podia não ter o tempo suficiente para a formação da vida inteligente Como vês, perceber a massa das partículas é na verdade muito importante 53

56 Matéria e antimatéria foram criadas em iguais quantidades no Big Bang mas, agora, toda a antimatéria parece ter desaparecido, as experiências no LHC tentarão saber porquê A massa não é a única questão que o LHC irá tratar esclarecer Com os telescópios só conseguimos ver um décimo da matéria no Universo. O que se passa com os restantes 90% de matéria Escura, ninguém sabe. Talvez uma supersimetria que junte a matéria e as partículas mensageira possa explicar o que é. Num outro novo projecto, o CERN fará disparar um feixe de neutrinos para o laboratório de Gran Sasso, na Itália, para saber mais sobre estas partículas elusivas. 54

57 Capítulo 3 A organização do CERN

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59 À sua maneira, os cientistas têm que lutar para decidir quem usa as máquinas do CERN. Apresentam as suas ideias à comissões que aceitam ou rejeitam as experiências Para construir e manipular os grandes detectores, assim como, executar as experiências, pode ser necessária a colaboração de centenas de cientistas Não há nada de secreto nas experiências e, todos os resultados são publicados Não têm nada que ver com as aplicações da energia nuclear. É investigação pura, sobre a natureza do Universo que nos rodeia. 57

60 No início da década de 1950, cientistas e políticos europeus decidiram criar um grande laboratório de Física para manter a elevada qualidade dos físicos, na Europa e, ao mesmo tempo manter unidos os países que se encontravam divididos pela guerra. Em 2000, o CERN tinha 20 estados membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Bulgária, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Grécia, Holanda, Hungria, Itália, Noruega, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, República Eslovaca, Suécia e Suiça Começou por ser O Conselho Europeu para a Investigação Nuclear, de onde provêm as siglas CERN A convenção assinada em 1953 estabeleceu a organização. 58

61 A máxima autoridade do CERN é o Conselho, que normalmente se reúne duas vezes por ano, no qual, cada estado membro está representado por um cientista e um funcionário de administração científica Independentemente da sua dimensão, cada país tem o mesmo peso nas votações do Conselho. É o Conselho quem autoriza a maioria dos novos e grandes projectos ou melhoramentos nas instalações de investigação. Também vota o orçamento do CERN e nomeia o Director Geral do laboratório 59

62 O Conselho é ajudado nas suas tarefas por duas Comissões. A comissão de Política Científica, que controla o desenvolvimento científico do laboratório Esta, é constituída por cientistas seleccionados pelo seu reconhecido valor científico, independentemente do seu país de origem. A Comissão Financeira controla o desenvolvimento financeiro do CERN. É constituída por especialistas financeiros de cada Estado Membro A administração do Laboratório é conduzida pelo Director Geral 60

63 A proporção com que cada estado membro contribui para o CERN está de acordo com o seu rendimento interno bruto. O orçamento anual, corresponde a uma contribuição de cerca de dois francos suíços, por ano e por habitante, de cada Estado Membro. A indústria europeia calcula que, em média, por cada franco suíço de negócios com o CERN, se produz uns três francos suíços, na criação de novos negócios. O CERN trabalha com a Indústria Europeia com a moderna tecnologia de ponta incluindo a electrónica, comunicações, vácuo, informática, meteorologia, engenharia civil, supercondutividade, tecnologia de aceleradores e detecção de partículas. Foram os cientistas do CERN que inventaram a World Wide Web. 61

64 Tudo isto acontece num lugar bonito perto de Genebra, na Suíça. O laboratório é facilmente acessível para os cientistas que vão fazer as suas experiências Genebra recebe assim, muitas organizações internacionais e, está bem apetrechada para as receber Além disso, devido ao aumento das suas máquinas, o CERN estendeu-se ao Pays de Gex, em França. É o único laboratório do mundo que cruza fisicamente uma fronteira. 62

65 Milhares de cientistas de estados não membros, sentem-se também atraídos pelas inigualáveis instalações de investigação do laboratório. O CERN, é um triunfo da ciência internacional Hoje em dia, contribuem para o CERN vários estados que não são membros: Canadá, os Estados Unidos, a Índia, Israel, Japão e Rússia 63

66 É necessário para a investigação em física de partículas que todos os que trabalham no CERN sejam especialistas em muitas áreas. Assim, pode-se dividir estes trabalhadores em quatro categorias. Mais de um terço, são cientistas e engenheiros Um quarto, são técnicos ou desenhadores. Um quarto, são operários E restos são administrativos Cerca de 7000 pessoas trabalham no CERN. Destas, cerca de 2000 é pessoal do CERN, os restantes estão de passagem para as suas investigações. Quase todos os trabalhadores são provenientes dos estados membros mas, não por quotas nacionais. E, entre esta gente toda, ninguém ainda me compreendeu no entanto continuam a tentar 64

67 E com isto nos despedimos Esperamos que tenham gostado, do mundo das partículas, tal como nós. Temos ainda muito que aprender, para aumentar o conhecimento humano e o seu controlo do seu meio ambiente À nossa saúde! FIM! 65

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69 Os autores, desejam exprimir o seu agradecimento, ao falecido professor Leon van Hove, a quem se deve a ideia deste album.

70 Publicado pela primeira vez em 1978 Edição Janeiro de 2001 Tradução portuguesa: Manuela Alves Moreira do Amaral, em 2005 Produzido: CERN Desktop Publishing Trabalho fotográfico do CERN Organização Europeia para a Investigação Nuclear Laboratório Europeu de Física de Partículas