Ninguém mexe com o Large Hadron Collider. É o esmagador supremo de partículas da era atual, e nada pode tocar sua capacidade de energia ou capacidade de estudar as fronteiras da física. Mas toda a glória é transitória e nada dura para sempre. Eventualmente, por volta de 2035, as luzes deste anel de energia de 27 quilômetros vão se apagar. O que vem depois disso?
Grupos concorrentes em todo o mundo estão lutando para garantir apoio financeiro para tornar suas ideias de colecionadores de animais de estimação a próxima grande novidade. Um projeto foi descrito em 13 de agosto em um artigo na revista pré-impressão arXiv. Conhecida como Collider Linear Compact (ou CLIC, porque isso é fofo), a arma ferroviária subatômica maciça proposta parece ser a pioneira. Qual é a verdadeira natureza do bóson de Higgs? Qual é a sua relação com o quark superior? Podemos encontrar alguma dica de física além do modelo padrão? O CLIC pode responder a essas perguntas. Envolve apenas um colisor de partículas mais longo que Manhattan.
Corrida de arrancada subatômica
O Large Hadron Collider (LHC) esmaga partículas um tanto pesadas conhecidas como hadrons (daí o nome da instalação). Você tem um monte de hádrons dentro do seu corpo; prótons e nêutrons são os representantes mais comuns desse clã microscópico. No LHC, girando e girando os hádrons seguem um círculo gigante, até que se aproximam da velocidade da luz e começam a esmagar. Embora impressionante - o LHC alcance energias incomparáveis com qualquer outro dispositivo na Terra - o caso todo é um pouco confuso. Afinal, os hádrons são partículas de conglomerados, apenas sacos de outras coisas mais pequenas e mais fundamentais, e quando os hadrões se quebram, toda a sua tripa se espalha por todo o lugar, o que torna a análise complicada.
Em contraste, o CLIC foi projetado para ser muito mais simples, mais limpo e mais cirúrgico. Em vez de há hádrons, o CLIC acelerará elétrons e pósitrons, duas partículas fundamentais de luz. E esse esmagador acelerará as partículas em uma linha reta, de 11 a 50 km, dependendo do projeto final, diretamente no barril.
Toda essa grandiosidade não acontecerá de uma só vez. O plano atual é que o CLIC comece a diminuir a capacidade em 2035, exatamente quando o LHC está acabando. O CLIC de primeira geração operará a meros 380 gigaelétron-volts (GeV), menos de um trigésimo da potência máxima do LHC. De fato, mesmo o poder operacional total do CLIC, atualmente direcionado a 3 teraelétron-volts (TeV), é menos de um terço do que o LHC pode fazer agora.
Portanto, se um colisor de partículas avançado da próxima geração não pode superar o que podemos fazer hoje, qual é o objetivo?
Caçador de Higgs
A resposta do CLIC é trabalhar de maneira mais inteligente, não mais. Um dos principais objetivos científicos do LHC era encontrar o bóson de Higgs, a partícula há muito procurada que empresta sua massa a outras partículas. Nas décadas de 1980 e 1990, quando o LHC estava sendo projetado, não tínhamos certeza de que o Higgs existisse e não tínhamos idéia de qual era sua massa e outras propriedades. Portanto, tivemos que construir um instrumento de uso geral que pudesse investigar muitos tipos de interações que poderiam potencialmente revelar um Higgs.
E nós fizemos. Viva!
Mas agora que sabemos que o Higgs é uma coisa real, podemos ajustar nossos coletores a um conjunto muito mais restrito de interações. Ao fazer isso, nosso objetivo é fabricar o maior número possível de bósons de Higgs, coletar montes de dados interessantes e aprender muito mais sobre essa partícula misteriosa, mas fundamental.
E aí vem, talvez, a parte mais estranha do jargão da física que você provavelmente encontrará esta semana: Higgsstrahlung. Sim, você leu isso certo. Existe um processo na física de partículas conhecido como bremsstrahlung, que é um tipo único de radiação produzido por um monte de partículas quentes amontoadas em uma pequena caixa. Por analogia, quando você coloca um elétron em uma posição com altas energias, eles se destroem em uma chuva de energia e em novas partículas, entre elas um bóson Z emparelhado com um Higgs. Portanto, Higgsstrahlung.
Com 380 Gev, o CLIC será uma fábrica extraordinária da Higgsstrahlung.
Além do quark superior
No novo artigo, Aleksander Filip Zarnecki, físico da Universidade de Varsóvia na Polônia e membro da colaboração do CLIC, explicou o status atual do projeto da instalação, com base em simulações sofisticadas dos detectores e colisões de partículas.
A esperança do CLIC é que, simplesmente produzindo o maior número possível de bósons de Higgs em um ambiente limpo e fácil de estudar, possamos aprender mais sobre a partícula. Existe mais de um Higgs? Eles falam um com o outro? Quão fortemente o Higgs interage com todas as outras partículas do Modelo Padrão, a principal teoria da física subatômica?
A mesma filosofia será aplicada ao quark superior, o menos compreendido e o mais raro dos quarks. Você provavelmente não ouviu muito sobre o quark superior, porque é meio solitário - foi o último quark a ser descoberto, e só o vemos raramente. Mesmo nos estágios iniciais, o CLIC fabricará cerca de 1 milhão de quarks superiores, fornecendo um poder estatístico inédito ao usar o LHC e outros coletores modernos. A partir daí, a equipe por trás do CLIC espera investigar como a partícula do quark superior decai, o que acontece muito raramente. Mas com um milhão deles, você poderá aprender alguma coisa.
Mas isso não é tudo. Certamente, uma coisa é detalhar o Higgs e o quark superior, mas o design inteligente do CLIC permite que ele ultrapasse os limites do Modelo Padrão. Até agora, o LHC surgiu em sua busca por novas partículas e nova física. Embora ainda haja muitos anos para nos surpreender, com o passar do tempo, a esperança está diminuindo.
Através de sua produção bruta de incontáveis bósons de Higgs e quarks superiores, o CLIC pode procurar dicas de nova física. Se houver alguma partícula ou interação exótica por aí, isso poderá afetar sutilmente os comportamentos, decaimentos e interações dessas duas partículas. O CLIC pode até produzir a partícula responsável pela matéria escura, aquela matéria misteriosa e invisível que altera o curso dos céus. A instalação não será capaz de ver diretamente a matéria escura, é claro (porque é escuro), mas os físicos podem detectar quando falta energia ou momento nos eventos de colisão, um sinal claro de que algo estranho está acontecendo.
Quem sabe o que o CLIC pode descobrir? Mas, não importa o quê, temos que ir além do LHC, se quisermos uma chance decente de entender as partículas conhecidas do nosso universo e descobrir algumas novas.
Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de "Pergunte a um astronauta" e "Rádio Espacial, "e autor de"Seu lugar no universo."
