ESTA MÁQUINA É UM BIG BANG - Física Nuclear
Arremessados dentro de um túnel de 27 quilômetros de comprimento, enterrado a 150 metros abaixo da cidade de Genebra, na Suíça, os estilhaços atômicos colidem frontalmente a mais de um bilhão de quilômetros por hora. Quase a velocidade da luz. Nesse instante, criam uma microscópica esfera de energia que é uma recriação em miniatura do próprio Big Bang, a explosão que gerou o Universo.
A cena acima é fictícia. Mas só por enquanto. A máquina capaz dessa proeza começou a ser construída para valer este ano em Genebra, com recursos de duas dezenas de países. Foi batizada de LHC. Isso que até parece nome de presidente é apenas a sigla em inglês para Grande Colisionador de Hadrons (nome ge- nérico para partículas como os prótons). O objetivo é analisar estilhaços do núcleo atômico em busca de formas da matéria que só circularam livremente pelo espaço nos primeiros instantes do Big Bang, quando a temperatura "ambiente" era de 10 000 trilhões de graus Celsius (hoje, o próprio coração das estrelas tem apenas alguns milhões de graus). Tudo isso para tentar chegar a uma teoria mais perfeita do que os atuais alicerces da Física, a Mecânica Quântica e a Relatividade. A inauguração da máquina está prometida para 2005.
Energia jamais alcançada
Pode parecer ambicioso demais recriar o Big Bang, mas a idéia até que é simples. Em princípio, pelo menos, a coisa funciona mais ou menos como as antenas de rádio ou de televisão, nas quais brota uma corrente elétrica sempre que chegam os sinais da estação transmissora. Isso porque os sinais carregam energia elétrica e magnética, e a energia empurra os elétrons nos átomos da antena. A eletricidade, então, desce pelo fio produzindo sons e imagens nos aparelhos dentro de casa. As máquinas capazes de simular o Big Bang, como o LHC europeu, fazem algo parecido. A principal diferença é a intensidade das ondas de rádio, que precisa ser monumental. Tanto que os elétrons simplesmente pulam fora dos fios e correm num vácuo quase absoluto, dentro de túneis circulares de metal, fazendo as curvas alucinantes com auxílio de milhares de eletroímãs.
Outra diferença é que as ondas de rádio não aceleram apenas elétrons: precisam movimentar também um carrossel de pósitrons, que são idênticos aos elétrons, mas que, ao contrário deles, têm carga elétrica positiva (por isso, os pósitrons são a antimatéria dos elétrons). No LHC, os elétrons e os pósitrons vão ser substituídos por prótons (de carga positiva) e antiprótons (negativa), que são 2 000 vezes mais pesados. Depois de muitas horas de aceleração, matéria (prótons) e antimatéria (antiprótons) alcançam velocidade bem próxima à da velocidade da luz, que é de 300 000 quilômetros por segundo (ou mais de 1 bilhão de quilômetros por hora), e colidem. O resultado da trombada será um "caroço" compacto de energia. Descomunal. "O LHC vai produzir uma intensidade de energia até hoje nunca alcançada", garantiu à o físico Lyn Evans, diretor do projeto.
A nova máquina vai superar com folga os maiores aceleradores de partículas da Europa e dos Estados Unidos (veja as ilustrações à direita). E isso a um custo relativamente baixo (1 bilhão de dólares), graças à decisão de montar o LHC dentro de um túnel já existente, o do LEP (sigla em inglês para Grande Acelerador de Elétrons-Pósitrons), já instalado em Genebra desde 1989, e que também custou 1 bilhão de dólares. O LEP continua em ação e acaba de ser "envenenado" para ficar mais poderoso. É parte de um esforço para valorizar a ciência básica, que nos últimos dez anos anda de cinto mais do que apertado.
Caça aos ancestrais da matéria
Assim que o LHC estiver pronto, em 2005, cerca de 2 000 cientistas devem se reunir para analisar as infinitas lascas de energia espalhadas pelas colisões no seu interior. Parte das fagulhas, se tudo correr de acordo com a confiança geral, vai virar partículas que deixaram de existir há 15 bi-lhões de anos. É que para manter a integridade, elas precisam de uma concentração de energia que já não se acha mais por aí. Por isso eram comuns no Big Bang, quando a temperatura média era de 10 000 trilhões de graus.
Traduzindo: os físicos no LHC vão fazer o papel de arqueólogos à caça de formas ancestrais da matéria. E, ao catalogar as "espécies extintas", eles pretendem comprovar ou refutar as teorias que explicam a estrutura geral da matéria. Essas teorias são ainda incompletas. Elas podem mostrar como os elétrons se ligam aos prótons por meio da força eletromagnética. Também revelam como os prótons às vezes se transformam em outras partículas comuns, os nêutrons, sob a ação da chamada força nuclear fraca. Mas já há a mesma certeza sobre os quarks, com os quais são montados os prótons. É que os quarks obedecem a uma outra força, a nuclear forte, que ainda é um enigma. Que tipo de movimento ou de transformações ela provoca nas partículas? Como ela funciona?
Aí entra a vantagem de simular o Universo primitivo: imersos num exagero de energia, os fragmentos da matéria revelarão partículas até agora desconhecidas. E mais que isso. Se algumas dessas peças são unidades da matéria, existem também as que representam as forças fundamentais: para duas partículas se atrair ou se empurrar, elas têm que trocar partículas especiais. (No infográfico ao lado você vai ver que cada força tem o seu próprio "míssil"). Uma grande expectativa dos físicos é comprovar a teoria de que no início dos tempos existiu apenas uma força, em lugar das quatro atuais: a eletromagnética, a nuclear fraca, a nuclear forte e a gravitacional. Quer dizer que, dependendo das circunstâncias, os vetores de cada força poderiam se transformar uns nos outros. Se isso for verdade, será possível descrever todas as forças com uma única e ampla equação.
Unificação semelhante espera-se no campo das partículas de matéria. Elas também teriam a capacidade de mudar de cara à vontade, o que não ocorre no Universo atual porque as condições são outras. As mudanças já não são viáveis porque exigem muita energia para acontecer. Mas o simulacro de Big Bang no LHC pode mostrar pelo menos indí-cios de que essas transformações são reais. Sinal de que as teorias atuais já são insuficientes, mas trilharam o bom caminho.
PARA SABER MAIS:
Dobras no Tempo, George Smoot e Keay Davidson, Editora Rocco, Rio de Janeiro, 1993
Sonhos de Uma Teoria Final, Steven Weinberg, Editora Rocco, Rio de Janeiro, 1996
A Mente Nova do Rei, Roger Penrose, Editora Campus, Rio de Janeiro, 1991
Triturados de átomos
Campeão na lona
Compare o tamanho dos maiores aceleradores de partículas. O maior deles, se o governo americano não tivesse desistido do projeto em 1993, seria o SSC (Supercolisionador Supercondutor, em inglês). Depois de pronto, teria 87 quilômetros de perímetro. Ao ser nocauteado já havia consumido 2 bilhões de dólares, sobre um total de 10 bilhões.
1 - O SSC, no Texas, abandonado
2 - LEP, Genebra, ainda o mais poderoso
3 - Tévatron, Chicago, segundo do mundo
4 - O SLAC, na Califórnia, o mais antigo
5 - LHC, Genebra, fica pronto em 2005
Trombadas em linha reta
SLAC é a sigla em inglês para Centro do Acelerador Linear de Stanford. Tem como característica o fato de acelerar elétrons e pósitrons (a antimatéria do elétron) em dois túneis retos, e não circulares. Os túneis têm 3 quilômetros cada um.
Recordista em estilhaços
LEP significa Grande Acelerador de Léptons e Pósitrons, em inglês. Pertence ao Cern, Centro Europeu de Pesquisas Nucleares, e tem 27 quilômetros de circunferência. Acelera elétrons e pósitrons, a antimatéria do elétron. O LHC, que acelera prótons e antiprótons, vai funcionar nas mesmas instalações do LEP.
Anéis entrelaçados
O Tévatron utiliza dois anéis de 6,4 quilômetros de circunferência cada um e com funções diferentes. No primeiro, prótons e antiprótons são acelerados. Depois correm para o segundo anel, colidindo numa câmara especial. Aí ficam imensos detectores que registram os estilhaços do choque.
A unidade perdida
1 - Força gravitacional
A mais fundamental das forças. Sua ação depende da massa das partículas. Quanto maior a massa, mais intensa a força.
2 - Força nuclear forte
A segunda a aparecer na evolução do Universo. Liga os quarks dentro dos prótons. Não age sobre os elétrons e sua família.
3 - Força eletromagnética
Só aparece nas partículas que têm carga elétrica. Não existe em corpúsculos como o nêutron. Foi a terceira força a se diferenciar na história do Universo.
4 - Força nuclear fraca
É responsável pela desintegração de algumas partículas. Funciona tanto para a família dos quarks como para a dos elétrons.
C=333.336
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