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CERN tenta emplacar novo acelerador de partículas de 100 km de extensão

Desafio é obter financiamento internacional para a nova máquina, cujo custo é estimado em mais de R$ 120 bilhões

Visão de uma parte do LHC, situado no subsolo da França.

A Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) deu um passo gigante para a construção de um super-colisor de 100 quilômetros para impulsionar a pesquisa na física de altas energias.

A decisão foi unanimemente endossada pelo Conselho do CERN em 19 de junho, em seguida à aprovação do plano por um painel independente em março. A célebre instituição de pesquisa precisará de ajuda global para financiar o projeto, que deverá  custar pelo menos R$ 123 bilhões e sucederá  o acelerador atual, o Grande Colisor de Hádrons (LHC). Até o meio do século, a nova máquina irá colidir elétrons com suas  respectivas contrapartes de antimatéria, os pósitrons. O projeto — a ser construído em um túnel subterrâneo próximo ao CERN em Genebra, na Suíça — permitirá aos físicos estudarem as propriedades do Bóson de Higgs e, depois, hospedarem uma máquina ainda mais poderosa que colidirá prótons na segunda metade do século. 

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A aprovação não é um autorização definitiva  para o projeto.  Mas significa que o CERN agora pode empregar recursos substanciais  para desenvolver um colisor com tais características e pesquisar sua viabilidade, e coloca em segundo plano os esforços de P&D que miravam outras alternativas para suceder o LHC, como um colisor linear de elétron-pósitrons ou um outro projeto com foco na aceleração de múons. “Eu acredito que seja um dia histórico para a CERN e a física de partículas, na Europa e além”, disse a diretora geral da CERN, Fabiola Gianotti, ao conselho após a votação.  

Isso é “claramente um ponto de virada” para o laboratório, diz o ex-diretor geral do CERN Chris Llewellyn-Smith. Até hoje, várias  outras opções estavam na mesa para o colisor da próxima geração, mas o Conselho da CERN emitiu  uma declaração direta  e unânime. “Esse é um passo gigante, fazer os países da Europa dizerem ‘Sim, é isso que eu gostaria que acontecesse”, diz Llewellyn-Smith, que é físico na Universidade de Oxford, Reino Unido. 

Dois estágios

A decisão aparece em um documento aprovado no dia 19 de junho, chamado de European Strategy for Particle Physics Update. Ele distingue  dois estágios de desenvolvimento. Primeiro, o CERN construiria um colisor de elétron-pósitron  ajustado de forma a maximizar a produção de bósons de Higgs, e assim permitir um entendimento detalhado de suas propriedades.

 Daqui a alguns anos, essa primeira máquina seria desmontada e substituída por um colisor  de próton-próton. Esse acelerador  alcançaria energias de colisão de  100 teraeletron-volts (TeV), bem mais que os  16 TeV atuais do LHC, que também colide prótons e é  o acelerador mais poderoso do mundo. O objetivo da nova máquina seria procurar por novas partículas ou forças da natureza, e ampliar ou transformar o atual modelo padrão da física de partículas. 

“Essa é uma estratégia muito ambiciosa, que ressalta um futuro brilhante para a Europa e para o CERN, com uma abordagem prudente e inteligente”, diz Gianotti. 

 “Eu acredito certamente que essa é a direção certa para seguir”, diz Yifang Wang, que chefia o Instituto de Física de Alta Energia (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências em Pequim. A proposta do CERN de uma nova máquina é similar em conceito a uma proposta que Wang liderou para um colisor chinês, logo após a  descoberta, no LHC, do bóson de Higgs em 2012. Assim como a nova estratégia do CERN, que agora é oficial, a proposta de Wang também incluía a possibilidade de hospedar um colisor de prótons em um segundo estágio, seguindo o modelo do LHC ( o anel de 27 quilômetros do LHC ocupa o túnel que hospedou o colisor Large Electron-Positron que funcionou no CERN na década de 1990). A decisão do CERN “é a confirmação de que nossa escolha era a correta”, diz Wang. 

Embora adote a construção de um novo colisor circular no CERN, a nova estratégia também motiva a instituição a analisar  a participação em um Colisor Internacional Linear à parte, uma ideia mais antiga que se manteve viva entre  físicos no Japão. Hitoshi Yamamoto, um físico na Universidade de Tohoku em Sendai, Japão, diz que o apoio é encorajador. “Eu acredito que agora haja boas condições para que  o ILC avance até o próximo passo, tanto no Japão quanto globalmente”. 

Aventura do financiamento

A estratégia da CERN aponta o ano de  2038 para o começo da construção do novo colisor elétron-pósitron e do túnel de 100 quilômetros. Até então, o laboratório continuará a operar uma versão melhorada de seu colisor atual,  atualmente em construção, que vai se chamar  de LHC de Alta Luminosidade. 

Mas antes que o CERN comece a construir sua nova máquina, terá de procurar por novos financiamentos além do orçamento regular que recebe de seus membros estados. Llewellyn-Smith diz que países de fora da Europa, incluindo Estados Unidos e Japão, talvez precisem participar do CERN para que se forme  uma nova organização global. “Certamente será necessária uma nova estrutura”, ele diz. 

 O caríssimo plano desperta controvérsias — mesmo na comunidade de físicos. Sabine Hossenfelder, uma física teórica no Instituto de Frankfurt para Estudos Avançados na Alemanha, surgiu  como uma voz crítica da busca por energias ainda maiores quando o retorno científico —  além da medição de propriedades de partículas conhecidas — está longe de ser garantido. “Eu ainda acredito que não seja uma boa ideia”, diz Hossenfelder. “Nós estamos falando de dezenas de bilhões. Eu apenas acredito que não há potencial científico em fazer esse tipo de estudo nesse momento”. 

O novo colisor vai entrar  em território desconhecido, diz Tara Shears, física na Universidade de Liverpool, Reino Unido. Enquanto o LHC possuía uma missão específica de buscar pelo bóson de Higgs, assim como boas razões  para que os físicos teóricos  acreditassem que poderia haver novas partículas no espectro das massas que a máquina poderia explorar, a situação agora é diferente. “Desta vez, nós não temos uma previsão equivalente e sólida — e isso faz da busca algo  mais difícil e com riscos maiores”. 

 Ainda assim, ela diz, “nós realmente sabemos que a única maneira de encontrar respostas é através do experimento e o único lugar para encontrá-las é onde nós não conseguir olhar ainda”. 

No fechamento da reunião, a qual a maioria dos membros compareceu remotamente, a presidente do Conselho da CERN, Ursula Bassler disse: “a grande tarefa, que é transformar esta estratégia em realidade,  está agora à nossa frente”. Ela então abriu uma garrafa de champagne antes de terminar a teleconferência. 

Esse artigo foi reproduzido com permissão e foi primeiramente publicado em 19 de junho de 2020

Davide Castelvecchi

Publicado em 23/06/2020