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Os cientistas do CERN  (do francês “Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” ou Conselho Europeu para Pesquisa Nuclear que localiza-se em Meyrin  perto de Genebra, na Suíssa) e do Large Hadron Collider (LHC) fizeram história em 30 de março de 2010. Depois de vários contratempos e uma avaria grave o Grande acelerador está finalmente pronto para ‘trabalhar’. Testes preliminares com velocidade  relativamente baixa do feixe  de prótons foram levados a cabo no outono de 2009 e não houve nenhum indício de problemas significativos. O palco estava montado para uma experiência extraordinária para ser realizada em algum momento no final do inverno / início da primavera de 2010.

Foto: Eliane Onursal / CERN

Foto: Equipe AC / CERN

Alice - (A) L (arge) (I) em (C) ollider (E) xperiment

Há um total de seis dispositivos detectores de partículas no LHC, um dos quais é “A Large Iem Collider Experiment” (ALICE).  Alice no CERN está configurado para estudar colisões de íons pesados de chumbo (Pb) núcleos em um centro de energia de massa de 2,76 Tera elétron-Volts (TeV) por núcleo. A temperatura e densidade de energia gerada pode ser grande o suficiente para que alguns segredos detidos por glúons e quarks sejam desvendados.

Foto: Schweizer Mona / CERN

O Inner Tracking System (ITS) em Alice possui seis camadas cilíndricas de detectores de silício que cercam cada um dos quatro pontos de colisão e medem as propriedades e as posições precisas das partículas espalhadas pela colisão. Partículas contendo quarks pesados podem ser identificadas. A Câmara de Projeção de Tempo (TPC) é o principal dispositivo de localização de partículas em Alice. Partículas carregadas que atravessam o gás do TPC ionizam os átomos do gás ao longo do caminho, liberando elétrons que são detectados pela placa final do detector. O aparelho Photon (PHOS) é feito de cristais de tungstato de chumbo que brilham quando desaceleram de fótons de alta energia. É o maior detector de iodeto de césio (RICH) do mundo, com uma área ativa de 11 m² .

Foto: Schweizer Mona / CERN

Foto: Alice CERN /

Atlas - AT (oroidal) L (ight Hadron Collider) A parelhos () (S)

ATLAS possui 44 metros de comprimento, 25 metros de diâmetro e pesa cerca de 7.000 toneladas. Apesar de todo o seu tamanho e peso, o ATLAS é um detector de partículas subatômicas, o maior e mais complexo já construído desde a primeira máquina entrou em operação, o cíclotron 1931 de EO Lawrence. Quando os feixes de prótons colidirem, no centro do detector, o maior número possível de sinais será medido. ATLAS não olha para nada em particular, ele registra tudo o que acontece durante e imediatamente após um evento de colisão próton-próton. Esta é a melhor abordagem para muitos experimentos do LHC, que estão à procura de partículas nunca vistas anteriormente e nunca confirmadas neste “universo” real em que vivemos. Previsões precisas sobre a sua aparência e comportamentos são muito difíceis de fazer.

Foto: Schweizer Mona / CERN

A prioridade para o LHC, neste momento, é a descoberta e confirmação do bóson de Higgs,  porque essa descoberta poderia bloquear ou confirmar o Modelo Padrão de partículas atômicas elementares e os blocos fundamentais de construção da matéria.

Foto: Projeto Atlas / CERN

Foto: Projeto Atlas do CERN

O ATLAS tem várias camadas, cada uma com um detector especial projetado para uma função especializada. As variáveis-chave de cada partícula são a energia e dinamismo. Quando uma massa elevada de partículas em altíssima velocidade for criada pela colisão de dois feixes de prótons, cada um deles viajando quase à velocidade da luz, ela vai atravessar rapidamente muitas das camadas do ATLAS. Em cada camada, irá gravar diferentes instrumentos diferentes características da partícula recém-criado. A vida útil esperada para estas novas partículas altamente instáveis de “massa pesada” são incrivelmente pequenas.

Compact Muon Solenoid (CMS)

O Compact Muon Solenoid (CMS) é um mecanismo de detecção de duas partículas grandes de propósito geral físico ligado ao próton-Large Hadron Collider (LHC) do CERN. CMS é projetado como um detector de propósitos gerais, capazes de estudar diversos aspectos das colisões de prótons de 14 TeV (ou menos), a energia de centro de massa do acelerador de partículas LHC. Ele contém subsistemas que são projetados para medir a energia e o impulso de fótons, elétrons, múons e outros produtos das colisões.

Foto: Harp / Wikipedia

A camada mais interna é um rastreador baseado em silício. Em torno dela há um cristal cintilante calorímetro eletromagnético, que também é cercado por um calorímetro de amostragem para hádrons. O rastreador e calorímetro são compactos o suficiente para caber dentro do solenóide CMS que gera um poderoso campo magnético de 4 T. Fora do ímã são os detectores de múons grandes, que estão dentro do jugo de retorno do imã.

Foto: Thomas Guignard / Wikimedia

O CMS contém o ponto de interação do LHC, o local, onde irão ocorrer todas as importantes colisões próton-próton  entre os feixes de rotação contrária do LHC. Cada um dos dois feixes no LHC irá conter 2.808 porções de 1,15 × 1011 prótons. O intervalo entre as passagens é de 25 nanosegundos, embora o número de colisões por segundo é só 31,6 milhões. No auge do funcionamento, cada colisão irá produzir uma média de 20 interações próton-próton.

O experimento de colisão próton-explicada, com excelente animação. Bem feito!

Cinco (5) camadas no Compact Muon Solenoid Camada 1 - A Faixa de Silicon Tracker

Foto: Michael Hoch / CERN

Imediatamente ao redor do ponto de interação, o rastreador interno serve para identificar as faixas de partículas individuais e combiná-los para os vértices a partir do qual se originaram. A curvatura das faixas de partículas carregadas em campo magnético permite que a carga das partículas recém-criadas possa ser medida. Esta parte do detector é a maior do mundo feita de silício. Tem 205 m² de sensores de silício (aproximadamente a área de uma quadra de tênis), que inclui 76 milhões de canais. Camada 2 - O Calorímetro Eletromagnético

Foto: Brice Maximilien / CERN

Camada 3 - Calorímetros CMS

Foto: Brice Maximilien / CERN

Layer 4 - Large Solenoid Magnet

Foto: Rama / Wikimedia

Camada 5 - Detectores de Muons

Foto: CERN

CMS irá olhar para os acontecimentos que parecem estar ausentes grandes quantidades de energia. Tal situação implica que as partículas, tais como neutrinos com massa zero, passaram pelo detector, sem deixar vestígios. Pares de partículas são sempre observadas com atenção, pois eles podem revelar as partículas invisíveis que decaem em outras duas pequenas partículas ‘visíveis’. Por exemplo, o bóson Z pode decair em um par de elétrons. O bóson de Higgs é previsto que decaia em um par de táuons ou fótons. Estas subpartículas terão uma vida útil extremamente curta, talvez demasiado pequena para serem detectadas pela tecnologia avançada no Atlas e CMS.

Foto: TriTertButoxy e Stannered / Wikipedia

Foto: Ianna Osborne / CERN

30 de março de 2010 - Muito pouca informação está disponível sobre os experimentos de 30 de março. A Organização Européia para Pesquisa Nuclear (CERN) informou que havia rajadas desencadeadas sem precedentes de energia na terceira tentativa, tais como feixes de prótons que percorriam os tubos do acelerador de 27 quilômetros e, em seguida, as colisões aconteceram com a velocidades próximas à da luz. O nível de energia recorde registrado foi de quase o máximo possível para o LHC, na sua configuração atual - cerca de 7 Tera elétron-volts. Este valor é considerado típico do que no primeiro bilionésimo de segundo do Big Bang, a explosão extraordinária que definiu o caminhar evolutivo do nosso Universo para a frente no tempo. Parece que um nível tão alto de energia não era esperado já no início, mas os dados são seguros. Isso aconteceu!

Foto: Cédric Sorel / Wikimedia

Foto: Chatzifotiadou Despina / CERN

Foto: Chatzifotiadou Despina / CERN

Foto: Chatzifotiadou Despina / CERN

Esta experiência será repetida várias vezes essa semana, e centenas de vezes ao longo de 2010. Como é difícil este experimento de colisão atômica surpreendente onde minúsculos prótons que se movem com velocidade próxima à da luz ao redor do enorme anel do LHC ? É como se lançássemos agulhas de ambos os lados do Oceano Atlântico com o alinhamento tão preciso que elas pudessem colidir no meio do Atlântico. Com esses parâmetros, os experimentos com o detector Atlas vai procurar pela última partícula elementar que necessita de confirmação para estabelecer o modelo padrão como o modelo para o mundo atômico e para a construção do universo. Esta última partícula elementar é o Boson de Higgs, que as experiências anteriores têm estabelecido deve ser mais pesado do que 114 GeV mas mais leve do que 186 GeV. Neste mundo subatômico, as unidades de medição de energia elétrica também são unidades de massa.

Foto: Claudia Marcelloni / CERN

Ciclos mais longos de execução de dois anos de duração estão previstos para futuros experimentos do LHC. Como uma máquina criogênica, o LHC exige um mês para atingir a temperatura ambiente ou esfriar. Na potência máxima dos detectores na catedral de câmaras de tamanho deve captar cerca de 600 milhões de colisões por segundo entre prótons trilhões de voltas ao redor do LHC, 11.245 vezes a cada segundo. Energias máximas foram alcançadas duas vezes em 30 de março de 2010 - 14 TeV. “Matéria escura” e “energia escura”, que se acredita representam 96% da matéria e energia do universo serão finalmente acessíveis para o estudo. Simetria e assimetria também estarão acessíveis agora do que nunca e em mais altas energias. A  Super Symmetry - o mundo das partículas mais pesadas que 400 GeV  - pode finalmente ser examinada.

Foto: Lapka Marzena / CERN

Simulação do evento 7TeV capturados por Alice, 30 de março de 2010. EXCELENTE! Curto e sem nenhum som.

Fonte: environmentalgrafitti.com