Palavra de Sá

As misteriosas partículas 'fantasmas' buscadas por cientistas do maior acelerador de partículas do mundo

Há muito tempo, físicos suspeitam que as misteriosas partículas "fantasmas" que nos rodeiam poderiam ajudar a avançar muito na compreensão da verdadeira natureza do Universo.

Agora os cientistas acreditam que encontraram uma maneira de provar se essas partículas existem ou não.

O centro europeu de investigação de partículas, Cern, aprovou uma experiência concebida para encontrar provas da sua existência.

O novo instrumento será mil vezes mais sensível a essas partículas do que os dispositivos anteriores.

Ele esmagará as partículas em uma superfície dura para detectá-las, em vez de umas contra as outras, como o principal dispositivo do Cern, o Grande Colisor de Hádrons (LHC, por suas siglas em inglês) — o maior acelerador de partículas do mundo.

•        O que são partículas 'fantasmas'?

Mas, afinal, o que são essas partículas "fantasmas" e por que foi necessária uma nova abordagem para detectá-las?

A teoria atual da física de partículas é chamada de Modelo Padrão.

Ela diz que tudo no Universo é composto por uma família de 17 partículas, algumas bem conhecidas como elétron e o bóson de Higgs, assim como os menos conhecidos quark charm, neutrino do tau e glúons.

Algumas são misturadas em diferentes combinações para formar as partículas maiores, mas ainda incrivelmente pequenas, que constituem o mundo que nos rodeia, bem como as estrelas e galáxias que vemos no espaço, enquanto outras estão envolvidas nas forças da natureza.

Mas há um problema: os astrônomos notaram coisas nos céus – a forma como as galáxias se movem, por exemplo – que sugerem fortemente que tudo o que podemos observar representa apenas cinco por cento do Universo.

Alguns, ou mesmo todo o resto do Universo, podem ser constituídos por partículas "fantasmas" ou "ocultas". Acredita-se que sejam doppelgangers (sósias) fantasmas das 17 partículas do Modelo Padrão.

Se existirem, são realmente difíceis de detectar porque muito raramente interagem com o mundo que conhecemos. Como fantasmas, passam direto por tudo e não podem ser detectadas por nenhum dispositivo terrestre.

Mas a teoria é que as partículas podem, muito raramente, desintegrar-se em partículas do Modelo Padrão, e estas podem ser encontradas por detectores. O novo instrumento aumenta as chances de detectar essas desintegrações, aumentando consideravelmente o número de colisões.

Em vez de colidir partículas, como faz a maioria dos experimentos atuais, o Buscador de Partículas Ocultas (em inglês Search for Hidden Particles, SHiP) irá colidi-las em um grande bloco de material. Isso significa que todas as partículas são quebradas em pedaços menores – em vez de apenas algumas delas. O diagrama abaixo mostra por que esta abordagem de "alvo fixo" é muito mais eficaz.

O caça-fantasmas-chefe do projeto, Andrey Golutvin, profesor da Imperial College, em Londres, disse que o experimento "marca uma nova era na busca por partículas ocultas".

"O SHiP tem a possibilidade única de resolver vários dos principais problemas da física de partículas, e temos a perspectiva de descobrir partículas que nunca foram vistas antes", disse ele.

A caça às partículas fantasmas requer equipamento especialmente adaptado.

Com experimentos normais, usando o Grande Colisor de Hádrons, por exemplo, novas partículas podem ser detectadas até um metro da colisão.

Mas as partículas fantasmas podem permanecer invisíveis e viajar dezenas ou mesmo centenas de metros antes de se desintegrarem e se revelarem. Por isso, os detectores do SHiP poderão localizar uma distância muito maior.

'Somos exploradores'

O professor Mitesh Patel, da Imperial College, descreveu a nova abordagem como "engenhosa".

"O que realmente me atrai nesta experiência é que estas partículas estão mesmo debaixo dos nossos narizes, mas nunca fomos capazes de as ver devido à forma como interagem, ou melhor, pela forma como não interagem."

"Somos exploradores e acreditamos que podemos ver algo interessante neste novo terreno. Então, temos que dar uma olhada."

O SHiP será construído dentro das instalações existentes no Cern, de acordo com Claudia Ahdida, física do Cern.

"Usaremos uma caverna e infraestrutura existente e de peças que tentaremos reutilizar tanto quanto possível e o que teremos é uma instalação que nos ajudará a procurar esse setor oculto, que nunca foi visto antes."

O SHiP será executado ao lado de todos os outros experimentos do Cern, o maior dos quais é o Large Hadron Collider, que tem procurado os 95% desaparecidos do Universo desde que foi concluído em 2008, a um custo de £ 3,75 bilhões (cerca de R$ 23,5 bilhões). Até agora não foi encontrada nenhuma partícula fora do Modelo Padrão e, portanto, o plano é construir uma máquina três vezes maior e muito mais poderosa.

O Future Circular Collider (FCC), um novo supercolisor apresentado por pesquisadores na Suíça, tem um custo inicial estimado em £12 bilhões (cerca de R$ 75 bilhões).

A data de início de operação planejada desse equipamento é em meados da década de 2040, embora não atinja todo o seu potencial de caça a partículas até 2070.

Em contraste, a experiência SHiP está programada para começar a procurar novas partículas em 2030 e será cerca de cem vezes mais barata, custando cerca de £ 100 milhões (cerca de R$ 628 milhões).

Mas os pesquisadores dizem que todas as abordagens são importantes para explorar todas as opções possíveis, para encontrar as partículas que, segundo eles, levariam a um dos maiores avanços na física de todos os tempos.

 

Fonte: Por Pallab Ghosh, repórter de Ciência da BBC