sexta-feira, 7 de dezembro de 2007

O CERN: viagem ao infinitamente pequeno


Visitar o CERN é uma experiência única! Este ano realizou-se, entre 9 e 14 de Setembro, uma Escola de Verão no CERN destinada a Professores Portugueses. Tratou-se de uma organização do LIP (Laboratório de Instrumentação e Física Experimental das Partículas), uma associação científica e técnica portuguesa de utilidade pública, em colaboração com o CERN e que contou com financiamento da Ciência Viva – Agência Nacional para a Cultura Científica e Tecnológica, do Ministério da Ciência e Tecnologia. Foram seleccionados 43 professores de Física e Química de Portugal Continental e Ilhas, que puderam assistir a seminários dados por professores e investigadores portugueses que trabalham ou colaboram com o CERN, realizar algumas actividades e visitar as experiências nas quais Portugal está envolvido. O CERN talvez seja a organização a nível mundial mais aberta ao público, recebendo por ano mais de 25000 vi-sitantes. Existem programas específicos para visitas de professores e alunos, dos mais diversos países. Mas o que é o CERN?CERN é sigla usada para designar a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, o maior centro mundial de física das partículas. Situa-se perto de Genebra, junto à fronteira franco – suíça. Fundado em 1954, o CERN foi um dos primeiros projectos europeus conjuntos e inclui actualmente 20 Estados membros, dos quais Portugal faz parte desde 1985. É aqui que os cientistas se juntam para estudar as partículas constituintes da matéria e as forças que as mantém juntas.O CERN existe para providenciar aos cientistas as ferramentas necessárias às suas experiências, nomeadamente os aceleradores, que aceleram as partículas até velocidades próximas da velocidade da luz, e os detectores que tornam visíveis as partículas resultantes das colisões nos aceleradores. As instalações do CERN consistem de vários edifícios de laboratórios, escritórios, gabinetes, biblioteca, salas de conferências, dormitórios e restaurantes. O CERN emprega cerca de 3000 pessoas, representando uma grande variedade de profissões – físicos, engenheiros, técnicos, operários, administradores, secretárias, pessoal de limpeza e restauração, etc. O CERN é um mercado de trabalho a considerar pelos jovens que se pretendem dedicar à física ou às engenharias. Existem muitos portugueses a trabalhar no CERN. Cerca de 6500 cientistas visitantes, metade dos físicos das partículas a nível mundial, deslocam-se às suas instalações para fazer investigação. Representam cerca de 500 universidades e mais de 80 nacionalidades. Em prol da Ciência trabalham em conjunto pessoas de várias nacionalidades: europeus, asiáticos, israelitas, palestinianos…Desde a sua criação que se fizeram no CERN importantes descobertas científicas, algumas das quais conduziram a prémios importantes, incluindo vários Prémios Nobel. Por exemplo, Carlo Rubia e Simon Van der Meer receberam o Prémio Nobel da Física em 1984. A contribuição mais conhecida é contudo a World Wide Web. Foi desenvolvida para melho-rar e acelerar a troca de informações entre físicos trabalhando em diferentes universidades e institutos de todo o mundo. Actualmente tem milhões de utilizadores académicos e co-merciais. Os aceleradores e detectores exigem tecnologia de ponta. O CERN trabalha em estreita colaboração com indústrias de vários países, incluindo Portugal, com benefícios para todos. As pesquisas efectuadas no CERN permitiram o desenvolvimento de algumas te-cnologias úteis, por exemplo, nas técnicas de diagnóstico e terapia do cancro.
Porque é que os cientistas querem estudar as partículas?Os cientistas descobriram que tudo no Universo é feito de um pequeno número de constituintes básicos, denominados de partículas elementares: vários tipos de quarks, que constituem os protões e os neutrões; diferentes tipos de leptões, onde se incluem os electrões, os neutrinos e os muões. Estas partículas são governadas por um pequeno número de forças fundamentais.O Modelo Padrão da física das partículas é uma teoria que descreve três (força electromagnética, força forte e força fraca) das quatro interacções fundamentais entre as partículas elementares que constituem a matéria. Esta teoria foi desenvolvida entre os anos 1970 e 1973 e é consistente com a mecânica quântica e teoria da relatividade restrita. Contudo, o Modelo Padrão não é uma teoria completa das interacções fundamentais uma vez que não inclui a força gravítica, a quarta interacção fundamental.Algumas das partículas elementares são estáveis e formam a matéria normal, outras vivem apenas algumas fracções de segundo e decaem em partículas estáveis. Todas elas coexistiram durante breves instantes depois do Big-Bang. Apenas as elevadíssimas energias que podem ser atingidas num acelerador do CERN podem trazê-las de novo “à vida”. Assim, estudar as colisões entre as partículas é como “olhar para trás” no tempo, recreando o ambiente do início do universo.
Como é que os físicos estudam as partículas?As partículas são extremamente pequenas e, para ser possível observá-las e estudá-las, os cientistas necessitam de ferramentas especiais, os aceleradores. Estas são enormes máquinas capazes de acelerar as partículas, fazendo-as colidir e dar origem a novas partículas. Junto aos locais onde se dão estas colisões os cientistas constroem experiências e instrumentos que lhes permitem observá-las e estudá-las. Estes instrumentos, muitos dos quais de dimensões consideráveis, são feitos de diversos tipos de detectores de partículas.O LHC (Large Hadron Collider) é o mais poderoso instrumento construído pelo homem para investigar as propriedades das partículas. Trata-se de um acelerador que entrará em funcionamento em 2008 e fará colidir protões de altíssima energia. O LHC tem 27km de perímetro e situa-se a 100m de profundidade. Este enorme acelerador terá associados seis detectores: ATLAS, CMS, ALICE, TOTEM, LHCb e LHCf. Espera-se que nas experiências no LHC seja produzida a famosa partícula o bosão de Higggs, cuja observação permitirá confirmar as previsões do Modelo Padrão e explicar de que modo as outras partículas elementares adquirem massa. A verificação da existência do bosão de Higgs seria um passo importante na procura da Teoria da Grande Unificação, que procura unificar as forças fundamentais: electromagnetismo, força forte, força fraca e gravidade. O bosão de Higgs permitirá também explicar porque é que a força gravítica é muito fraca quando comparada com as outras três forças fundamentais. No início do século XXI, enfrentamos novas questões para as quais esperamos que o LHC tenha resposta. Quem poderá dizer que novos desenvolvimentos estas respostas nos trarão? … Participação portuguesaVários físicos e engenheiros portugueses de vários institutos colaboram nas experiências ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) e CMS (Compact Muon Solenoid). Sobre a liderança do LIP, os portugueses são responsáveis pelo desenvolvimento e construção de importantes partes dos detectores.O detector ATLAS entrará em funcionamento em meados de 2008 e permitirá novas descobertas a partir das colisões de protões de alta energia. Participam 1900 físicos (incluindo 400 estudantes), provenientes de mais de 164 universidades e laboratórios em 35 países. O ATLAS terá 46m de comprimento e 25m de diâmetro e pesará cerca de 7000 toneladas. Os protões serão acelerados no LHC e colidirão no interior do centro do detector ATLAS. Os produtos da colisão revelarão propriedades fundamentais das partículas. A energia associada às colisões é semelhante à energia associada às colisões de partículas no jovem universo, menos de um bilionésimo de segundo após o Big-Bang. Poderá lançar luz a alguns aspectos ainda não explicados pelo Modelo Padrão.A experiência CMS localiza-se numa câmara subterrânea em Cessy, França, próximo da fronteira com a Suíça. O detector é cilíndrico e mede 21m de comprimento e 16m de diâmetro, pesando cerca de 12500 toneladas. Na construção do CMS estão envolvidas cerca de 2600 pessoas de 180 institutos científicos. Os principais objectivos desta expe-riência são explorar a física das altas energias, descobrir o bosão de Higgs e estudar aspe-ctos da colisão de iões pesados.

Fontes:http://www.lip.pt/http://cern.ch/http://en.wikipedia.org/


Fernanda Freitas - Grupo 510

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