Ping Pong – Acadêmico – LHC
Resolvi me desafiar nesse ping pong, e falar sobre um assunto que muita gente desconhece: física. Mais especificamente, falei sobre o LHC, o Grande Colisor de Hádrons, que pretende desvendar vários mistérios da área da física de partículas. Comecei a entrevista com o Roberto Ribas, do Instituto de Física da USP, mas ele percebeu que a entrevista ia render mais se eu entrevistasse o Marcelo Munhoz, que está envolvido com o Alice, um dos projetos do LHC. Confira o resultado abaixo.
“Seria interessante que o governo e as instituições incentivassem a pesquisa.”
Por Thais Aux
Marcelo Gameiro Munhoz é professor e pesquisador do Departamento de Física Nuclear do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Atualmente está trabalhando no experimento Alice, do Grande Colisor de Hádrons construído na Suíça pelo Cern (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares). Hádron é qualquer partícula que compõe o átomo, como o próton, o nêutron, o elétron e todas as subpartículas que as compõem, como o quark. Um acelerador de partículas tem como objetivo colidir hádrons para explicar questões ainda não respondidas pela ciência. O que houve imediatamente depois do Big Bang? Por que o universo é feito de matéria, e não de anti-matéria? Marcelo explicou como o LHC (Large Hadron Collider) vai responder a algumas dessas perguntas, ressaltou a importância de se investir em pesquisa no Brasil e afirmou que é muito pouco provável que os buracos negros gerados pelo acelerador engulam a Terra.
Que tipos de cientistas estão envolvidos no Grande Colisor de Hádrons? De quais países? Há brasileiros envolvidos?
Há algo em torno de 10 mil pessoas envolvidas, entre engenheiros, técnicos e físicos. São quatro grandes experimentos. O maior experimento, o Atlas, tem por volta de 3 mil físicos envolvidos. O CMS tem algo em torno de 2 mil, o LHCd, que é um pouco menor, em torno de 600, 700 pessoas e o Alice, o qual nosso grupo da USP está envolvido, tem em torno de mil físicos. Então, só de físicos tem pouco mais de 6 mil. Mais todo o pessoal técnico, porque esse acelerador envolve uma tecnologia muito grande, bastante desenvolvida.
Como funciona o acelerador em si?
Nas cavidades ressonantes do acelerador, será criada uma onda eletromagnética que vai impulsionar as partículas carregadas eletricamente. E tem os pólos, que são ímãs. O acelerador é circular, então você precisa de um ímã para fazer as partículas terem essa trajetória circular, senão ela sai pela tangente. Esses pólos magnéticos precisam ser supercondutores, porque precisam produzir uma intensidade de campo magnético muito alta, e para isso é necessária uma corrente elétrica muito alta. E corrente elétrica passando em qualquer material esquenta, então ele precisa ser supercondutor, para facilitar a passagem da corrente elétrica e não esquentar. Para ser supercondutor, ele precisa estar em uma temperatura baixa. A temperatura que esses ímãs vão funcionar é de 1.9 Kelvin. Kelvin é a temperatura absoluta, é -270 graus centígrados, e é de longe a temperatura mais fria que o homem já produziu. E o campo magnético também é muito intenso, o maior que o homem já produziu. Tem uma série de avanços tecnológicos que envolvem essa multidão de engenheiros e técnicos para fazer a coisa funcionar.
Você disse que aqui vocês estão envolvidos com o Alice. Fale-me mais sobre ele, o que você fazem exatamente?
Cada experimento do Grande Colisor de Hádrons tem um foco diferente. No caso do Alice, é o único dos quatro cujo foco é o estudo de colisões entre núcleos de chumbo. O principal objetivo de estudar essas colisões é estudar o chamado “plasma de quarks e glúons”. Um próton que compõe os núcleos atômicos não é uma partícula elementar. Ele é formado por uma partícula mais elementar chamado quark, e esses quarks ficam unidos dentro do próton através desse glúon, da palavra em inglês glue, que significa cola. O glúon mantém os quarks grudadinhos ali. Na verdade a gente acredita que eles existam, existem muitas evidências indiretas da existência dele, mas ele nunca foi observado. Nunca se observou um quark livre. A teoria prevê que, se você pegar um monte de prótons e aquecer bastante ou comprimir bastante esse sistema, você quebra essa identidade do próton e você tem uma sopa de quarks e glúons, como se estivesse num estado livre. A idéia é formar esse estado e verificar como ele se comporta. A questão é: a gente consegue realmente deixar os quarks e glúons nesse estado livre? Como ele se comporta? Como é a força entre eles? Se é conforme a teoria prevê ou não, se tem alguma surpresa, alguma coisa diferente. O foco da pesquisa é esse. A teoria do Big Bang prevê que no início da existência do universo, nos primeiros milisegundos, você teria esse plasma, então você entender esse plasma também te leva a compreender a origem do universo, e se a maneira como a gente vê a origem do universo está correta ou não.
Você está falando de matéria. E a antimatéria? Ela existe mesmo? Que forma ela toma?
A antimatéria a gente já sabe que existe. A gente mede o tempo todo, antipróton, antielétron, tem até aceleradores que colidem próton e antipróton, elétron e antielétron, então isso é não é problema. O mistério que existe na natureza é: porque o universo conhecido é composto só de matéria e não de antimatéria? Por que não existe um planeta feito de antimatéria, uma estrela feita de antimatéria? Essa problemática é o enfoque de um dos experimentos do Grande Colisor de Hádrons, que é o LHCb. O enfoque desse experimento é estudar um fenômeno chamado de violação carga-paridade. Se eu tenho uma coisa carregada positivamente e outra carregada negativamente, isso deveria não fazer diferença, mas faz, em certos fenômenos. Então, acredita-se que essa violação de simetria esteja relacionada com a assimetria de antimatéria, porque o universo tem mais matéria do que antimatéria. Esse experimento pretende estudar esse tipo de fenômeno.
Como colidir partículas tão pequenas, menores que os núcleos dos átomos, vai ajudar a explicar coisas do macro, coisas do Big Bang?
Uma das maneiras é o plasma. Outra coisa é a questão da matéria escura. Aí começam as especulações. O que seria essa matéria escura, do que ela seria composta? Uma das hipóteses é algum tipo de partícula que a gente não conhece e que eventualmente a gente possa produzir nesse acelerador. O grande barato do LHC é que vamos estar explorando uma física que a gente nunca viu antes. Vamos estar em uma escala de energia que nunca observamos ou pesquisamos. Não sabemos o que pode acontecer. Podem surgir fenômenos que não esperávamos que acontecesse. Tem inúmeros exemplos disso na história da ciência, se você olha pra uma coisa nova, você vê coisas que você não esperava. Senão não teria graça!
Você está falando que tudo pode acontecer. Existe a possibilidade de se formar buracos negros? Isso apresenta algum perigo para nós?
De fato, a formação de buracos negros é uma linha de pesquisa que está sendo estudada no LHC, e tem um monte de físicos teóricos fazendo cálculos pra estudar isso. Então, de fato, existe a possibilidade de se formar [buracos negros], mas não oferece perigo nenhum, porque vão ser objetos extremamente pequenos, que vão “evaporar” instantaneamente. A maneira de se detectar se um buraco negro se formou ou não é extremamente indireta, apenas se sobrar algum resíduo. De tudo que se conhece sobre buracos negros, ele vai evaporar instantaneamente. É lógico que você pode até perguntar: será que conhecemos toda a teoria? A resposta mais contundente para essa pergunta, se há riscos ou não, é a gente olhar para a própria natureza. Existem físicos estudando os raios cósmicos, eles medem raios cósmicos, mil, dez mil, cem mil vezes mais energéticos do que essas partículas que estamos colidindo. E esses raios cósmicos colidem o tempo todo com a atmosfera da Terra, com a superfície da Lua e com os corpos celestes. E nunca vimos um buraco negro sendo formado. Então, se em bilhões e bilhões de anos de existência do universo, a atmosfera da Terra foi bombardeada com raios cósmicos e nunca se formou um buraco negro, não tem porque achar que vai se formar um agora.
Você acha que o Brasil poderia produzir algum tipo de acelerador? O Brasil investe o suficiente em ciência?
Fazer um acelerador como o LHC, nenhum país isolado tem condições. Ele custou algo em torno de 8 bilhões de euros, então nem mesmo os Estados Unidos poderiam construir. O acelerador em si é um consórcio europeu, então a maioria dos países europeus contribuiu, além da contribuição de países observadores, como Japão e Estados Unidos. É um projeto internacional, que um país sozinho não tem condição de fazer, muito menos o Brasil. Mas aceleradores de pequeno porte existem no Brasil, como é o caso do Péletron. O Péletron é um acelerador de núcleos de íons, de baixa energia. O interessante é que um acelerador tem atrelado a ele uma série de tecnologias que são importantes para o país. Então se deve investir, senão pelo conhecimento em si, pelo menos tendo em mente esses “efeitos colaterais”. Existem muitas tecnologias desenvolvidas com a construção e a operação de um acelerador que são estratégicas e únicas. Um exemplo: o Péletron desenvolveu a tecnologia de vácuo. Para se criar um vácuo, é necessária uma posição muito baixa para transmitir essas partículas. E aqui no Brasil isso começou no Péletron. Hoje existe um curso que é oferecido para pessoas de indústrias. É uma tecnologia que acaba sendo desenvolvida, motivada por essas pesquisas, que bem manipuladas e bem gerenciadas, podem ter aplicação no setor produtivo do país e gerar riquezas. Um acelerador como o LHC, não temos condição de produzir. Mas aceleradores menores, que utilizam tecnologias equivalentes, temos condições e devemos investir.
As pessoas que trabalham nos aceleradores daqui são brasileiras, certo? Existem muitos cientistas no Brasil? Nós só ouvimos falar dos prêmios Nobel.
Sim, só no Péletron são 30 professores pesquisadores, mais dezenas de alunos de pós-graduação. E tem grupos fora da USP que trabalham com isso. É óbvio que tem que ter espaço pra expandir. Seria interessante que nossos alunos do doutorado tivessem espaço em outros centros de pesquisa. Seria interessante que, de alguma maneira, isso fosse incentivado, que eles tivessem condições de entrar em uma faculdade particular e fazer suas pesquisas, uma parte do salário ser dedicada a isso, à hora de pesquisa. Mas, infelizmente, a maioria das universidades particulares contratam por hora. Se ele quiser ter um salário razoável ele não tem tempo de se dedicar à pesquisa. Seria interessante que o governo e as instituições de alguma maneira incentivassem isso. A absorção desse material humano que a gente está formando e às vezes acaba indo para uma área diferente porque não tem espaço para desenvolver o que ele aprendeu aqui. Então é uma tecnologia importante, é uma tecnologia estratégica e deveriam existir incentivos para que as pessoas continuassem desenvolvendo isso nas suas carreiras.
Voltando pro LHC. Quando ele começou a ser construído?
Ele foi concebido na década de 1980 e aprovado na década de 1990. Começou a ser construído na metade da década de 1990.
E demorou quanto tempo? Ele já está pronto?
Praticamente. As primeiras colisões ainda não ocorreram, mas ele já tem dois terços dos ímãs em temperatura de operação. Então entre julho e agosto já devem ter as primeiras colisões.
E ele vai operar durante quanto tempo?
A idéia é ele ficar o ano todo rodando.
Quando vão sair os primeiros resultados?
A princípio, existem planos para que uma semana depois da primeira colisão já tenham artigos submetidos. O pessoal quer mostrar bastante eficiência. É o chamado first physics. É uma física bem básica. Contar quantas partículas são produzidas quando você colide um próton e outro a 14 TeVs (tera-eletronvolts), uma energia bastante alta.
Algum desses projetos vai ajudar a responder a teoria das cordas?
Eu acredito que sim. Existe uma linha de pesquisa chamada “além do Modelo Padrão”. O Modelo Padrão é a teoria básica que explica a natureza das partículas elementares. Existem muitos físicos na linha de pesquisa “além do Modelo Padrão”, que vão estudar fenômenos que se manifestam devido a propriedades da natureza que não são explicadas pelo Modelo Padrão, e sim por teorias como a das cordas. A idéia é caminhar nessa direção.
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