O que os físicos de partículas veem quando as colisões acontecem?

Ou talvez você não se lembre disso.

Talvez o que você esteja pensando seja aquela vez em que o LHC começou na esteira de um hype ininterrupto sobre como ele poderia destruir o planeta. Mas então, começou, e você comeu um sanduíche de peru no almoço e recebeu uma multa de estacionamento naquele dia. O mundo, ao que parecia, continuava.

Então, vamos tirar uma coisa do caminho antes de mergulharmos no excitante mundo das colisões de partículas: assim como aquele primeiro dia do primeiro feixe foi para o típico não-físico, eles não são tão empolgantes.

Agora, antes que vocês, físicos de poltrona e físicos reais, fiquem irritados, vamos reconhecer que, é claro, as colisões de partículas são excitantes em um nível fundamental e universal. As colisões de partículas são o equivalente dos físicos de agarrar o universo e bater na cabeça dele, perguntando se essa coisa está ligada. Ao estudar as colisões de partículas, podemos avaliar não apenas o que pode ter ocorrido logo após o nascimento do nosso universo, mas podemos julgar como as peças primárias da matéria funcionam e interagem.

Em outras palavras: é um grande negócio.

E ainda. Apesar de toda a conversa sobre aceleração e esmagamento, sobre prótons viajando quase à velocidade da luz, sobre colisões tão monumentais que as pessoas costumavam pensar que nos despedaçariam a todos... últimos 30 minutos ardentes e destrutivos de seu típico blockbuster de verão. Nem mesmo quando você leva em conta que existem 600 milhões de colisões por segundo acontecendo quando a coisa está ligada [fonte: CERN ].

Não é apenas o anticlímax de toda aquela conversa sobre o fim do mundo que não está dando certo. É isso que os físicos veem quando os prótons colidem acaba sendo... dados.

Para ser justo, são muitos e muitos dados. Embora fosse incrível se os físicos estivessem assistindo a uma tela que mostrasse prótons explodindo como fogos de artifício – iluminado com rótulos como "múon!" ou "Higgs!" para se identificarem facilmente – são realmente números e representações gráficas coletadas pelos detectores que "mostram" aos físicos o que acontece durante as colisões.

Os físicos estão procurando muitos dados diferentes ao estudar colisões de partículas. Isso significa que não há apenas um sinal para observar – ou mesmo apenas um tipo de detector para medir. Em vez disso, eles contam com vários tipos diferentes de detectores para fornecer pistas sobre o que estão observando.

Primeiro, eles estão olhando para onde as partículas produzidas na colisão de prótons estão indo. Um dispositivo de rastreamento pode informá-los imediatamente sobre algumas coisas, como a carga da partícula (positivo se curvará para um lado, negativo para o outro) ou o momento da partícula (momento alto vai em linha reta, espirais baixas apertadas). Agora lembre-se, eles não estão olhando para o rastro real de uma partícula. Em vez disso, eles estão olhando para os sinais elétricos que um computador gravou, que podem ser representados graficamente em uma reprodução do caminho [fonte: CERN ].

Um dispositivo de rastreamento não capta partículas neutras, então elas são identificadas em um calorímetro. Um calorímetro mede a energia à medida que as partículas são paradas e absorvidas. Você pode dizer aos físicos coisas bem específicas, já que um certo tipo de calorímetro mede elétrons e fótons, enquanto outro está no caso de prótons e píons [fonte: CERN ]. A detecção de radiação também mede a velocidade das partículas. Os físicos estudam todos esses pequenos identificadores para determinar o que acontece com as partículas durante e logo após uma colisão.

Todas essas ferramentas e as evidências que coletam são o que os cientistas estão observando para determinar o que aconteceu durante uma colisão. Depois disso, é hora de investigar quaisquer resultados estranhos ou significativos que encontrarem. Um bom exemplo disso foi a descoberta do bóson de Higgs, uma minúscula partícula que permeia o universo, adicionando massa às partículas. Os físicos estudaram os conjuntos de dados das colisões para ver se o campo de Higgs dispararia uma partícula sobressalente (um bóson de Higgs) quando dois prótons fossem esmagados. A ideia era como observar dois córregos de água serpenteando por uma praia de areia: cada córrego sozinho poderia correr suavemente pela areia, mas se eles se chocassem de repente, um grão de areia poderia se erguer.

Aquele grão de areia não era um flash na tela. Em vez disso, foram cuidadosamente plotados dados coletados de várias colisões. Esses números eram, até certo ponto, probabilidades matemáticas. Outros experimentos determinaram onde precisávamos procurar ao encontrar o equivalente em massa (e, portanto, a existência) do Higgs [fonte: Preuss ].

Os cientistas também sabiam que, se o Higgs existisse, ele teria que agir de algumas maneiras específicas (como decair em outras partículas). Então, quando eles viram um excesso de eventos além do previsto em um gráfico de dados, eles ficaram animados – e eles puderam começar a julgar se o sinal que estavam vendo nos dados era algo novo [fonte: CERN ]. No caso do Higgs, foi.

Então, não – os físicos de partículas não conseguem ver buracos negros ou mesmo mini-Big Bangs quando ocorrem colisões. O que eles veem, em vez disso, são evidências de que certas partículas explodiram durante o esmagamento e dados que indicam que o que eles viram era parte de um modelo previsível maior – ou, se tiverem ainda mais sorte, um caminho totalmente novo de descoberta.

Nota do autor: O que os físicos de partículas veem quando as colisões acontecem?

Embora seja ótimo ver uma incrível "colisão" na tela e depois assistir a uma partícula verde neon que nunca foi vista antes, não desconsidere o quão emocionante deve ser para os físicos de partículas na realidade. Obter um monte de dados que apontam para algo espetacular deve ser emocionante, por si só, mesmo que não signifique uma partícula acenando para você na tela grande.

Artigos relacionados

Origens: