Um novo tipo de “pentaquark�?e o primeiro par de “tetraquarks�?integram a lista de descobertas. Para entender melhor a novidade, é preciso primeiro conhecer os quarks: eles são partículas elementares que se combinam para formar hádrons — nome genético de partículas como os prótons e nêutrons. 

Existem seis tipos de quarks: up (para cima); down (para baixo); charm (charme); strange (estranho); top (topo) e bottom (fundo). Cada um deles possui seu par anti-quark. Essas partículas costumam se combinar em grupos de dois ou três para constituir os hádrons. Bom, pelo menos, era assim até 2014.

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Naquele ano, cientistas registraram pela primeira vez uma partícula contendo quatro quarks. Ela estava na configuração charm/charm/down/up. Foi neste momento em que pesquisadores começaram a chamar peças do tipo de “exóticas”. 

O primeiro pentaquark veio a público no ano seguinte, e dali em diante muitas novas estruturas foram descobertas. A notícia divulgada nesta semana faz referência a um pentaquark de composição charm/antiquark charm/up/down/strange. Até então, pesquisadores nunca haviam identificado um quark strange com uma fórmula desse tipo. 

Já o par de tetraquarks possui quarks charm/antiquark strange/up/antiquark down. Essa é também a primeira vez que cientistas observam hádrons em dose dupla. 

A análise deve ajudar físicos a entender melhor como os quarks se unem em partículas compostas. Ao mesmo tempo, o estudo abre espaço para a descoberta de outros hádrons exóticos, aumentando o repertório de pesquisadores.

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Na última sexta-feira (22), dois feixes de prótons circularam o longo anel de 27 km do LHC –localizado na fronteira da Suíça com a França– a um nível de energia de 450 bilhões de elétron-volts. A reativação bem-sucedida marcou os preparativos para a retomada da coleta de dados científicos a partir do segundo semestre de 2022 e que deve se estender por cerca de quatro anos.

A expectativa é que a máquina comece aumentar progressivamente a energia e intensidade dos feixes até causar colisões nos experimentos com uma energia recorde de 13,6 trilhões de elétron-volts. Um vídeo sobre a reativação do LHC foi divulgado pelo CERN:

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Maior acelerador de partículas do mundo está mais poderoso

De acordo com o diretor de aceleradores e tecnologia do CERN, Mike Lamont, o maior acelerador de partículas do mundo passou por grandes atualizações durante este segundo e longo período de desligamento. “O próprio LHC passou por um extenso programa de consolidação e agora operará com uma energia ainda maior e, graças a grandes melhorias no complexo de injetores, fornecerá significativamente mais dados para os experimentos atualizados do LHC�? afirmou Lamont.

Durante a paralisação, os detectores ATLAS e CMS foram atualizados para eles receberem mais colisões do que antes. No caso do ATLAS, por exemplo, ele foi melhorado para receber três vezes mais colisões, e pode ser usado para estudar com mais detalhe o bóson de Higgs e caçar dimensões extra.

Ele também pode ser utilizado para detectar partículas de matéria escura – que compõe 95% de toda a matéria existente do Universo, mas que não conseguimos observá-la daqui da Terra de forma direta.

Já o ALICE, um detector especializado para estudar a física da matéria, pode esperar um aumento de cinquenta vezes no número total de colisões de íons pesados registradas.

Ao longo desta nova campanha –batizada de Run 3– o LHC também utilizará novos experimentos, como o FASER e SND@LHC, que vão medir a frequência de formação de antimatéria de prótons durante as colisões, além de ampliar o conhecimento dos físicos sobre raios cósmicos e do plasma quark-gluon –um estado da matéria que existia logo após o Big Bang.

Conforme apontou o site Space, ao fim desta nova campanha, o Grande Colisor de Hádrons será novamente desligado para manutenção. Ele receberá atualizações para se tornar um acelerador de partículas massivo, sendo renomeado posteriormente para “Grande Colisor de Hádrons de Alta Luminosidade�? ou HL-LHC.

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O experimento LHC é a joia da coroa do CERN, em Genebra, na Suíça. Um complexo de anéis sucessivos acelera partículas subatômicas antes de injetá-las em um par de anéis de interseção, om 27 km de circunferência. Em cada ponto de interseção, um detector age como uma câmera para observar o resultado da colisão das partículas. Os cientistas usaram o experimento para descobrir o bóson de Higgs, uma partícula parcialmente responsável por dar massa a outras partículas. Seu desligamento e sua atualização permitirão que os físicos explorem novas fronteiras anteriormente inacessíveis do universo.

Várias partes do LHC receberão melhorias durante esse período de dois anos, também chamado de “Long Shutdown 2”. Os injetores que alimentam o acelerador com partículas serão alterados para acomodar feixes de partículas mais fortes, de acordo com um comunicado do CERN. Os aceleradores lineares, os primeiros passos do processo de aceleração, serão substituídos. Outros aceleradores ao longo do caminho até o último anel do LHC receberão atualizações, assim como os componentes elétricos. Cada um dos detectores de medição de colisão verá atualizações; um deles, o LHCb, será quase todo substituído.

Mas o trabalho também continuará na atualização que transformará o LHC em HL-LHC, ou Grande Colisor de Hádrons de Alta Luminosidade.

Você talvez tenha ouvido alguns rumores sobre como o LHC não encontrou novas partículas desde o bóson de Higgs. Até agora, muitos físicos esperavam ter visto evidências de ” supersimetria”, uma lista de partículas parceiras para cada partícula existente que ajudaria a explicar vários problemas físicos pendentes ao mesmo tempo e que poderia ser um candidato para explicar a matéria escura. Mas a supersimetria ainda não foi descoberta. Agora, os físicos estão tentando encontrar novas pistas de outras maneiras, procurando por resultados mais raros de colisões de partículas e desvios do Modelo Padrão de física de partículas. O HL-LHC aumentaria a taxa de colisão de cinco a sete vezes, para tornar qualquer anormalidade mais óbvia.

Toda essa renovação não significa que o trabalho científico vai parar no LHC. Os detectores apenas coletam dados �?mas cabe aos cientistas cavar os dados para encontrar algo novo. Os físicos ainda estão vasculhando o que foi coletado entre 2015 e 2018.

O LHC está previsto para reiniciar em 2021, e o projeto HL-LHC deve começar em 2025.

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O Sampa, o chip desenvolvido no Brasil especialmente para o experimento Alice do LHC, recebeu parecer positivo do comitê formado por especialistas em microeletrônica, segundo informações do Jornal da USP.

�?O Grande Colisor de Hádrons realmente refuta a existência de fantasmas?
�?Veja o Grande Colisor de Hádrons receber uma importante atualização

O chip brasileiro competiu com protótipos da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) e de diversos países, como EUA, França, Noruega, Rússia e Suécia. Ele foi aprovado na revisão de prontidão para produção que ocorreu no final de fevereiro.

Sampa

A produção do Sampa, com exceção da participação de um cientista norueguês, é inteiramente brasileira. Ela durou cinco anos e foi liderada por pesquisadores do Instituto de Física e da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP), contou com a participação de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e foi financiado com recursos da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

Com 0,82 cm² de área e concentrando 32 canais, o chip Sampa se mostrou capaz de atender as necessidades do projeto Alice. Um total de 57 mil unidades do Sampa serão utilizadas em duas câmaras do projeto �?17 mil no Time Project Chamber e 40 mil do Muon Chamber.

Como explica o Jornal da USP:

A maior densidade de canais do Sampa permite-lhe, ocupando menos espaço, cobrir áreas maiores e ser mais veloz do que o sistema atual de dois chips, um para receber sinais analógicos e outro para convertê-los em sinais digitais. O Sampa executa as duas tarefas.

Com o parecer positivo do comitê, o chip deve entrar em produção imediata para equipar o experimento Alice. Ao todo, serão construídas 88 mil unidades do chip, a maioria dos quais será utilizado no experimento, mas o Instituto de Física da USP possui atualmente grupos que estão criando dispositivo que integrarão o chip �?detectores de radiação que funcionam com gás, além de projetos para utilizar o chip em radiografias com raio X.

O processo de produção ocorrerá em Taiwan, na China, e será acompanhado do professor Marcelo Gameiro Munhoz, do Instituto de Física da USP.

Alice

O projeto Alice, acrônimo para A Large Ion Collider Experiment (Um Experimento do Grande Colisor de Íons, em tradução livre) é um dos maiores experimentos do mundo sobre a física de matérias em escalas infinitamente pequenas e, utilizando as ferramentas providenciadas pelo LHC, busca respostas para questões fundamentais:

�?O que acontece a matéria quando ela é aquecida a cem mil vezes a temperatura do Sol?

�?Por que prótons e nêutrons pesam cem vezes mais que os quarks que os compõem?

�?Podem os quarks dentro de prótons e neutros ser liberados?

Ele foi montado no CERN e conta com a colaboração internacional de mais de 1.500 físicos, engenheiros e técnicos, incluindo 350 estudantes de graduação de 154 instituições de física de 37 países.

[Jornal da USP, Alice]

Imagens: CERN/Alice

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�?Os cientistas que procuram por nada para entender tudo
�?Veja o Grande Colisor de Hádrons receber uma importante atualização

A partícula em questão é um arranjo entre três quarks chamados Ξcc++ ou “Xi cc ++” e foi descoberta pelo detector LHCb do Grande Colisor de Hádrons. Talvez você se lembre de que os núcleos de um átomo consistem de prótons e nêutrons. Os prótons possuem dois quarks up, dois quarks down e uma unidade positiva de carga elétrica. Os nêutrons possuem um quark up e dois quarks down, e sua carga é zero. A nova partícula xi consiste de um quark up e dois quarks de um tipo muito pesado, o chamado quark charm, e sua carga é igual a dois.

“Produzimos quarks charm em pares, mas ter dois quarks charm na mesma partícula é muito raro”, disse o físico Patrick Koppenburg, do Nikhef, o Instituto Nacional Alemão para Física Subatômica, ao Gizmodo. O quark charm corresponde a um dos seis tipos possíveis de quarks, incluindo o up, down, charm, strange, top and bottom. Os mais pesados são o charm, bottom [também chamado de beauty] e o top [também chamado de truth], mas o top é provavelmente o mais pesado para se arranjar com outros quarks, explicou o físico. Os outros quarks, teoricamente, devem conseguir se arranjar em grupos de dois, três, quatro ou cinco, ou até mesmo em uma espécie de quark líquido, se as coisas ficarem quentes o suficiente.

New observation of a doubly-charmed baryon by @LHCbExperiment //t.co/pBL7Fja4l0 pic.twitter.com/2ZiFcrKqP7

�?Patrick Koppenburg (@PKoppenburg) 6 de julho de 2017

Mas “a maioria dessas partículas” com três ou mais quarks “contendo dois quarks pesados, o charm ou beauty, ainda não foi encontrada”, disse Koppenburg. “Esse é o primeiro nesse sentido.”

De certo modo, disse Koppenburg, existe um resultado já contestado em 2002, quando a colaboração SELEX no Fermilab, em Illinois, anunciou que encontrou uma partícula relacionada, chamada de Ξcc+. É uma partícula xi com uma única carga e dois charms (ou seja, apenas um sinal positivo, em vez de dois). A partícula também tem dois quarks charm, mas tem, em vez disso, um quark down e um quark up como a nova partícula xi do LHCb. O xi com único sinal positivo tem uma carga elemental um, como um próton.

Koppenburg disse que diversos outros experimentos falharam em reproduzir a partícula da SELEX. E essa nova partícula cria ainda mais dúvidas sobre a descoberta do grupo. “Essa partícula”, do LHCb, “tem uma massa tão diferente da massa encontrada pela colaboração SELEX que torna a descoberta deles improvável”, conta Koppenburg. A nova partícula xi pesa cerca de 3600 MeV, ou quatro vezes a massa de um próton. A partícula xi similar da SELEX pesa cerca de 100 MeV menos, apesar de diferir em composição apenas pelos quarks up e quarks down.

O novo artigo do CERN, que será publicado na próxima edição da Physical Review Letters, aponta que tentativas passadas de recriar a partícula xi da SELEX foram tipos diferentes de experimentos em relação aos utilizados pelo grupo, então esses “resultados nulos não excluem as observações originais”.

Eu procurei James Russ, professor de física do Carnegie Mellon University e um dos porta-vozes da SELEX, que estava começando a ler o novo artigo quando eu o liguei. Ele me lembrou que as duas partículas em questão são diferentes e que os resultados obtidos pela SELEX foram muito limpos. Ele defendeu a partícula observada em seu experimento, mas comentou que os resultados do LHCb são certamente importantes. “Ter uma nova observação irá levar a teoria para uma certa direção, então definitivamente essa é uma observação importante”, comentou.

Quando Russ terminou de ler o artigo do LHCb, disse ao Gizmodo: “A observação do LHCb é muito sólida”. Até a terceira unidade, quarks mais leves causam uma grande diferença de massa, e ele disse que é improvável que isso esteja relacionado às diferenças decorrentes das propriedades dos quarks. “Ambos os experimentos parecem ter realizado suas análises corretamente”, afirmou. “Se ambas as partículas realmente existirem, existe uma questão teórica sobre como sistemas de dois quarks-charm-charm podem se comportar de maneira tão diferente.”

Nada disso é fácil. Cientistas estão procurando por partículas incrivelmente evasivas que existem durante menos do que um picossegundo, ou um trilionésimo de segundo. Mas uma vez que elas estejam se movimentando próximas da velocidade da luz, elas ainda viajam alguns milímetros antes de se decomporem em partículas detectadas pelas trilhas que deixam no experimento LHCb. Partículas específicas podem desencadear um gatilho que permite ao experimento saber que os dados precisam ser mantidos para analisar o evento posteriormente. Reconstruir as trilhas específicas das partículas deixadas para trás permite que os cientistas determinem se conseguiram detectar a partícula xi.

E essa partícula precisa emergir como um sinal por cima de todo o ruído de fundo causado por outras físicas e outras partículas que viajam através do detector. Nesse caso, os cientistas viram uma relevância �?2-sigma�? o que significa que é incrivelmente improvável que suas observações tenham sido ruídos aleatórios que só se pareceram com a nova partícula xi.

Independentemente de resultados passados, os cientistas da LHCb com quem conversei apontaram que essa nova partícula lhes permitirá entender melhor a física das partículas em geral e continuar a refinar suas teorias sobre o que acontece com os quarks quando eles se juntam.

“Estamos entendendo que existem estruturas mais complicadas na natureza do que imaginávamos”, disse Sheldon Stone, físico da Universidade Syracuse, ao Gizmodo. A nova partícula xi pode não existir realmente na Terra, exceto durante os experimentos, mas provavelmente existiu logo depois do Big Bang, quando as coisas eram muito mais quentes e próximas umas das outras. Entender as maneiras como os quarks podem se arranjar talvez nos ofereça ainda mais descobertas sobre a física dessa era primordial.

E, embora refutar uma teoria seja emocionante, o novo xi parece ser muito aguardado pelos teóricos, disse Stone.

“Dessa vez, fizemos os teóricos felizes.”

[CERN]

Imagem do topo: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

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Claramente, eles gostariam mais de estar estudando do que sendo entrevistados. O desinteressado grupo sentou ao redor de uma mesa nos fundos de uma grande sala de ciência em uma escola de ensino médio em Canterbury, no Reino Unido. Os adolescentes, nenhum mais velho do que 16 anos, poderiam ser os Beatles do começo em seus uniformes de colégio combinando, estamos discutindo física de nível universitário.

Os jovens recrutas MoEDAL. Da esquerda: Thomas Jefferies, Andrew Nicoll, Paul Holland, Patrick Abbott. Foto: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

“Os monopolos em si são bem ionizadores�? Andrew Nicoll de 16 anos me disse. �?a href="//arxiv.org/pdf/1412.8677.pdf" target="_blank">4.700 vezes mais que um próton. Eles perdem energia muito rapidamente. Nossos chips são feitos para detectar monopolos de vida muito curta�?

O monopolo é exatamente o que parece: Um imã com um polo. Pegue qualquer imã, ele tem um pólo sul e um norte. Corte ele no meio, e você vai ter dois ímãs, cada um com um pólo sul e um norte. Continue cortando, e cada pedaço terá dois pólos. Mas o monopolo, se ele existisse, só teria um polo. Linhas do campo magnético, ao invés de conectar o norte e o sul, apontariam para o infinito.

As equações básicas do eletromagnetismo, as famosas equações de Maxwell, tem um óbvio espaço vazio que um monopolo poderia preencher. As equações com uma carga magnética, em outras palavras, um monopolo, seriam simétricas com cada termo magnético parecendo o termo elétrico correspondente. Em outras palavras as equações apenas pareceriam mais simpáticas.

Imãs em barra comuns tem dois polos, então eles às vezes são chamados de dipolos magnéticos. As linhas representando a conexão magnética a cada polo. Mas o monopolo magnético poderia ter apenas um polo, então suas linhas tendem ao infinito. Imagem: Dominguez, Daniel. Cortesia: CERN

Em 1894, O marido de Marie Curie, Pierre, pediu para os cientistas procurarem essa carga. Paul Dirac mostrou que a existência do monopolo era consistente com as regras da mecânica quântica, a teoria física que governa as menores partes da matéria. A muitas das mais grandiosas teorias do universo, teorias sobre as quais você provavelmente já ouviu como a teoria das cordas, teoria-m, e a teoria de tudo que une o eletromagnético com as forças nucleares fortes e fracas em grandes energias, todas precisam do monopolo. Algumas teorias dizem que devem existir muitos deles.

Até agora não encontramos nenhum.

Esses quatro meninos estão entre os mais recentes recrutas da Simon Langton Grammar School for Boys a se juntar ao grupo de cem pessoas da colaboração em Genebra, na Suiça, chamada MoEDAL (Monopole and Exotics Detector do LHC, pronunciado ‘médel�?, uma nova tentativa de encontrar o monopolo e talvez outras partículas exóticas.

Dado o pequeno tamanho da colaboração, James Pinfold, o porta voz do experimento e a Doutora Becky Parker, diretora do Institute for Research in Schools no Reino Unido, achou que era a chance perfeita para envolver estudantes de ensino médio em experimentos de física de ponta. Parker não quer nada mais do que o nome dos alunos na pesquisa científica.

“Os estudantes não querem ser colaboradores�? ela disse. “Nós queremos mostrar que jovens podem fazer contribuições�?

O corpo do detector DELPHI disposto na caverna do LHCb foto: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

Eles estariam contribuindo ao mais recente em uma longa história de tentativas mal sucedidas de encontrar a partícula fundamental que algumas pessoas identificam como a próxima descoberta na fila depois do anúncio do CERN do Higgs de Boson em 2012. Mas os físicos tem procurado o monopolo já há um bom tempo.

Um time procurou assinaturas de corrente elétrica em rochas lunares nos anos 1970. O físico Buford Price notou alguma partícula de alta energia do espaço marcada por meio de 33 folhas de plástico acopladas a um balão e defendeu que era prova de um monopolo em 1975. Ele abandonou essa conclusão em 1978, alguns dizem por causa de times competidores. Blas Cabrera achou que encontrou um no se detector, um anel supercondutor, mas não viu nenhum outro evento para confirmar que o seu não era um erro. Outros caçaram o monopolo no CERN no grande colisor de prótons e elétrons e no seu sucessor, o em operação Grande Colisor Hadron.

“Se nós descobrirmos o monopolo realmente seria uma configuração de David contra Golias�?

Muitas pessoas acham que ainda existe esperança, mas isso não quer dizer que tem que tomar uma forma que os cientistas irão detectar. Talvez logo após o Big Bang, a inflação do universo tenha espalhado muitos monopolos tão amplamente que eles se tornaram indetectáveis. Talvez sua massa seja grande de mais para ser produzida pelo Grande Colisor Hadron. Se o monopolo existisse nesses campos maciços de mais, “nós nunca seríamos capazes de produzir energia o bastante na Terra para criar eles�? disse o físico da universidade de Alberta, Richard Soluk o coordenador técnico do MoEDAL. “Esperamos que eles não estejam lá�? nesses campos pesados de mais para criar, ele diz.

Pinfold, físico da Universidade de Alberta, é o porta-voz da colaboração MoEDAL. O ávido professor estava com seus cabelos brancos penteados para trás e sua camisa meio desabotoada quando o visitei na cafeteria do CERN. Eu teria comprado o experimento se ele tivesse tentado vendê-lo, mas alguém meio que precisa ser um vendedor quando coordena uma colaboração de cem pessoas para um experimento de milhões de dólares, comaprado com as milhares de pessoas fazendo os experimentos ATLAS ou CMS de centenas de milhares de dólares. “O nosso custo é pelo menos no fator de 100 mais barato do que outros experimentos do GCH�? ele disse. “Se nós descobrirmos o monopolo realmente seria uma configuração de David contra Golias�?

Apesar do complicado nome do MoEDAL, não é nada como o ATLAS ou CMS os grande monstros comedores de metal do GCH. Parece o lugar certo para colocar os adolescentes caçadores de monopolos.

O experimento GCH. MoEDAL fica num pequeno canto do lado direito da foto. Foto: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

O experimento vive em um galpão atrás de um McDonalds, ao lado de campos gramados e das amplas montanhas Jura. Seu elevador tem apenas dois andares, 0 e -1, levando a um buraco de noventa metros. No fundo, passando o gigante corpo azul cilíndrico de um detector de partículas descartado e depois de muitos metros de concreto branco cobrindo a vasta caverna iluminada de amarelo, dominada pelo experimento GCHb. Esse detector é uma pirâmide de 9 por 18 metros ao lado esquerdo do ponto de colisão da partícula. Do lado direito, depois de algumas escadas de metal em um canto do tamanho de um kitnet cerca o ponto, a primeira coisa que você percebe é uma pequena placa de circuito azul de LED conectada a cabos. É quando você nota que as paredes estão cobertas de grossas placas de plástico transparente com bordas de barra de alumínio. Cada camada plástica está marcada: MoEDAL.

E é isso. Algumas paredes cobertas de plástico revestido de alumínio acoplados a um pequeno detector de silício tem a missão de descobrir o monopolo magnético. O oficial de imprensa do CERN estava tão impressionado em vê-lo quanto eu, nenhum jornalista tinha planejado uma viagem para vê-lo em pessoa ainda.

O detector é simples porque ele faz tudo o que precisa fazer e nada mais. Um monopolo criado da energia de um par de prótons em colisão pode deixar um traço visível nos “detectores de rastro nuclear�?de plástico MoEDAL. Se você se lembrar da física do ensino médio, um imã comum de dois polos passando por um fio enrolado manda uma corrente através do dio para um lado, então para o outro. Um monopolo passando através das barras de alumínio deve mostrar uma assinatura se a corrente passou em uma direção mas não voltou. Já o chip pixel de silício, o constante fluxo de detritos resultantes da colisão podem embaçar o plástico. O detector de partículas de ponta TimePix ajuda os cientistas a entenderem melhor que partículas de fundo embaçaram, para que seja melhor se proteger delas no futuro.

O experimento MoEDAL inclui a luz azul e as folhas de plástico na parede. O ponto de colisão do GCH está a direita. Foto Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

Isso o torna o experimento perfeito para ter a participação de estudantes de ensino médio, dada sua simplicidade. “Não como publicidade�? disse Pinfold. “Eles podem de fato fazer coisas�?

Os estudantes são parte do programa Institute for Research in Schools (IRIS), que deixa estudantes de ensino médio fazerem parte de experimentos de ciência de verdade, como os do CERN, da Agência Espacial Européia e NASA. A sempre alegre Parker o comanda com a curiosidade, entusiasmo e excitação que você gostaria que todo estudante de ensino médio tivesse. Depois de visitar Langton durante o nosso tour de carro por Canterbury, ela parou o carro apenas para apreciar as flores nascendo ao lado da estrada. Ela pula dois passos para fora do carro estacionado.

Hoje, seus estudantes focam naquele pequeno chip TimePix, que tira fotos das colisões, muitas fotos por segundo, gravando as partículas que acertam. Uma enxurrada de partículas de fundo aparecem na foto como pontos (partículas leves de alta energia) pequenos círculos (partículas alfa) e linhas retas ou curvas (múons ou elétrons). Treinar um computador para identificar essas partículas pode ser difícil. Mas as pessoas podem identificá-las com apenas um pouco de prática. “Foi incrível�? disse Pinfold. “Esses estudantes identificaram as características principais, de maneira quase perfeita�?

Seu papel logo cresceu a partir da identificação de partículas. Anna Evans desde então se formou em Langton e agora estuda na Universidade de Manchester, mas estava no time do MoEDAL alguns anos atrás. Ela e seu time ajudou a desenvolver um programa de cidadãos para outros leigos ajudarem a identificar como o monopolo pode parecer no plástico. Seus colegas de classe logo viraram especialistas no chip TimePix. Eles identificaram anomalias apresentadas por pixels mortos. Eles escreveram propostas para conseguir mais chips no detector. Eles participaram pelo skype das reuniões de colaboradores do MoEDAL.

Mas a pouca idade de Evans e seus colegas de classe podia ser um problema ao trabalhar com a colaboração. “As pessoas não reconheciam o que fizemos quando estávamos falando sobre�? ela disse.

Hoje, os estudantes de Langton ainda estão checando os dados do TimePix. E ficou claro que esses meninos são bem mais do que algoritmos de computador humanos. Os quatro meninos com quem eu conversei deixam de jogar videogame para se encontrar depois da escola para tentar identificar que partículas acertaram sua pequena superfície. Um projeto gerencia, um cria teorias sobre os dados e sobre como o monopolo pode se apresentar. Um checa a pesquisa tentando entender o monte de física teórica necessária para compreender a partícula. Eles dissecam pesquisa do arXiv, o servidor de pesquisas de física que oferece PDFs grátis.

O chip TimePix pode detectar partículas de alta energia que saem das colisões de partícula. Foto: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

“Não é sobre encontrar�? disse Nicoll. “�?sobre melhorar o método de procura, e aprender como usar esses chips e implementar ideias�?

Dúvidas sobre o trabalho dos estudantes somem assim que eles abrem suas bocas, disse Evans. Claro, “muita coisa nós não entendemos�? disse Evans. Mas eles são contribuidores reais. “Quando falamos sobre as coisas do TimePix, nós gastamos o tempo necessário para que eles parem para ouvir e dizer ‘Nossa. Isso é impressionante’�?

Parker acha que seus estudantes são bons o bastante para fazer física com os colaboradores mais velhos. “Eles chegam cheios de ideias sobre como desenvolver o MoEDAL, como usar a radiação de fundo para fazer os chips melhores. Eu acho que muitas vezes assumimos que estudantes dessa idade apenas aprendem exatamente o que eles tem que fazer e não contribuem na universidade até estarem no terceiro ou quarto ano�? disse Parker. “Esses estudantes tem muito a oferecer para ficarem esperando até lá�?

“Não é sobre encontrar. É sobre melhorar o método de procura�?

Os estudantes de Langton não são os únicos checando os dados do TimePix. Stanislav Pospíši comanda um grupo no instituto de física experimental e aplicada na Universidade Técnica Tcheca em Praga que também participa da colaboração MoEDAL e também observa os dados do TimePix. Seu trabalho é bem similar ao dos estudantes, disse Pospíšil, analisar as partículas que o acertam durante a colisão de partículas. Mas “a quantidade de dados é tão grande que é bom se dois grupos independentes estão avaliando�? ele disse.

No entanto os analistas do TimePix podem nem aparecer na pesquisa escrita do MoEDAL. “Não afetaria diretamente as nossas conclusões ou análise de dados�? disse Soluk. Apesar dele dizer que é importante. “Se você sabe que fundo existe, conseguimos nos proteger dele�?

MoEDAL é mais do que apenas o chip TimePix. Quando o GCH termina o MoEDAL pode pegar seu plástico, eles precisam ser analisados. As folhas de plástico vão para um laboratório na Bolonha onde são tratados com hidróxido de potássio ou uma solução de hidróxido de sódio em solução de álcool, que tornaria as marcas dos monopolos visíveis em microscópio como cones no plástico. Os pesquisadores podem então formar um escaneamento automático, ou fazer os cientistas cidadãos, talvez os estudantes de Langton, procurarem o monopolo. E se tiver algum tempo para prepará-los, não tem um limite para o tipo de tarefas que os meninos podem fazer.

E o programa IRIS está florescendo além do MoeDAL. Parker tem apresentado o programa através de 350 escolas através do Reino Unido. Estudantes estão usando dados para otimizar o sistema de transporte de Londres. Na verdade, você pode lembrar de um estudante britânico, Miles Soloman que encontrou um erro nos dados da NASA esse ano, ele fazia parte do programa IRIS em sua escola, trabalhando no projeto TimPix usando o chip TimePix para monitorar níveis de radiação dentro da Estação Espacial Internacional. A pesquisa MoEDAL está ganhando reconhecimento também, estudantes incluindo Evans apresentaram seu trabalho na Royal Society Summer Exhibition em 2015.

And the IRIS program is flourishing beyond just MoEDAL. Parker has introduced the program to over 350 schools across the United Kingdom. Students are using data to optimize the Transport for London system. In fact, you might remember one British student, Miles Soloman who found an error

Outra demonstração feita pelos estudantes de Becky Parker. Essa representa a localização das galáxias. Foto: Ryan F. Mandelbaum/Gizmodo

O trabalho dos estudantes ainda não foi publicado. O MoEDAL lançou seu primeiro conjunto de resultados nulos no ano passado (eles não encontraram nada, mas o experimento funciona). “Estivemos tão perto do último trabalho, de ter o nome deles�? disse Parker. Ela tinha acabado de voltar de um telefonema que ela fez em resposta a uma pergunta tola que eu fiz. Eu não entendi completamente como cada uma das diferentes partes do MoEDAL trabalhava em conjunto, e perguntei se os dados do TimePix poderiam ser relevantes. A pergunta fez ela imediatamente sair do café onde estávamos. “Eles podem entrar na literatura se eles contribuíram de forma geral�? ela disse quando voltou. “Um trabalho sobre todas essas classificações e sistemas de análise dos quais fizeram parte, eles podem entrar�?

Eu liguei para Pinfold para falar sobre o trabalho dos estudantes. Existe um lugar para seu trabalho aparecer: “�?provável sair em um trabalho sobre a nossa aplicação de cientistas cidadãos na análise�? ele disse. Não é sobre o monopolo especificamente, mas no programa de cientistas cidadãos que os estudantes desenvolveram ao invés de aprendizado automático como forma de analisar dados. “Os estudantes que trabalharam serão lembrados�? ele disse. “Estamos trabalhando ativamente nisso�?

Mas os estudante inevitavelmente se formam enquanto a colaboração MoEDAL continua caçando o monopolo com uma nova leva de estudantes de Langton para ajudar. É um pouco triste para quem foi para a universidade. “�?estranho ter aquela coisa empolgante para fazer e sentir que você vai ser reconhecido no campo que você quer entrar, então ir para a universidade�? disse Evans. “Quando nós entramos na faculdade parece um passo para trás, já que as coisas que estávamos fazendo eram tão empolgantes�? Mas muitos dos graduandos passados foram para o campo da física, e três dos quatro meninos com quem conversei planejavam ir para a física em seus estudos de A-level antes de ir para a universidade.

“Quando nós entramos na faculdade parece um passo para trás, já que as coisas que estávamos fazendo eram tão empolgantes�?

E pelo menos os estudantes com quem eu falei desenvolveram uma nova admiração pela ciência e física. Mudou a sua perspectiva sobre o que é a física de partículas.

“Eu sempre pensei em físicos como pessoas velhas separadas da tecnologia, fazendo teoria e matemática pesada�? disse Patrick Abbott, um dos meninos de Langton. “Eu nunca pensei neles como pessoas trabalhando em times, eu achava que era uma pessoa trabalhando sozinha. E eu nunca vi física como uma experiência feliz. Agora eu percebi como é maneiro�?

Mesmo depois da publicação sair, ainda é improvável que alguém encontre o monopolo. Isso não afetou os meninos de Langton. “Nós todos aceitamos o fato que não vamos encontrar ele�? disse o estudante de Langton, Paul Holland. Outro estudante, Patrick Abbott disse: “Se pudermos contribuir o mínimo, já estaremos felizes�?

A reportagem para esse artigo em parte foi apoiada por concessão da National Science Foundation

Imagem do topo: Jim Cooke/Gizmodo

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A exposição �?a href="//www.hetnatuurhistorisch.nl/exposities/vast-dode-dieren-met-een-verhaal.html" target="_blank">Dead Animal Tales�?foca na questão de que “a vida humana e animal colidem cada vez mais, com resultados dramáticos para ambos”, disse ao The Guardian Kees Moeliker, diretor do museu. A exibição reúne animais que morreram de forma que, sem a presença de humanos, nunca teria acontecido. De acordo com o The Guardian:

Ele se junta a um pardal que foi baleado depois de ter sabotado uma tentativa de recorde mundial, derrubando mais de 23.000 dominós; um ouriço que ficou preso em um pote de McFlurry do McDonalds, e um bagre que foi vítima de alguns homens na Holanda, que depois beber grandes quantidades de cerveja resolveram engolir o peixe do aquário. O bagre acabou tentando se defender, e ao ser engolido atacou com seus ferrões. A defesa não salvou o peixe, mas deixou o homem de 28 anos que tentou o engolir ficou sob cuidados médicos intensos por uma semana.

Imagem: Kees Moeliker/Rotterdam Natural History Museum

A fuinha tem uma história curiosa para Moeliker. Ele tentou adquirir uma outra fuinha que causou uma falha no Grande Colisor de Hádrons no último abril. Infelizmente para ele, os funcionários do laboratório europeu de partículas já tinham descartado os restos do animal. Quando uma outra fuinha foi atingida, ele correu para garantir a peça do museu.

O diretor diz ainda que gosta da ideia poética de uma fuinha colidindo com a maior máquina do mundo e a impedindo de fazer o seu trabalho. “Queremos mostrar que não importa o que façamos ao meio ambiente, ao mundo natural, o impacto na natureza sempre estará lá”, disse ele.

[The Guardian]

Imagem do topo: Wikipedia

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�?Será que o Grande Colisor de Hádrons encontrou um novo tipo de partícula?
�?O maior experimento de física em todo o mundo está de volta

Tudo começou em dezembro de 2015, quando dois grupos de físicos do LHC anunciaram que encontraram evidências de uma partícula que não estava prevista no modelo padrão �?talvez um primo mais pesado do bóson de Higgs, ou até mesmo o gráviton, elemento quântico que contém a força da gravidade.

Os cientistas já alertavam que os dados não eram claros o suficiente para determinar uma descoberta, mas como dois experimentos independentes do LHC relataram os mesmos indícios, esta era uma grande promessa, que poderia se tornar uma grande descoberta.

Desde o início, os especialistas avisaram que sinais como estes – que indicam a existência de uma nova partícula – geralmente desaparecem ao se adicionar mais dados no estudo. E os novos dados foram analisados exaustivamente nos últimos tempos. Há algumas semanas, foi ficando mais claro que o sinal estava mesmo desaparecendo. Porém, muitas pessoas ainda estavam esperando para ver os resultados oficiais na International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2016), que começou na semana passada, em Chicago.

E como é difícil manter esses resultados debaixo dos panos por muito tempo, o estudo vazou e as notícias se espalharam como fogo entre físicos, que postaram a respeito do tema no Facebook e Twitter. Matt Buckley, físico da Universidade Rutgers, disse ao Gizmodo que não sabia que os resultados eram vazados quando ele postou esta série de tuítes:

This note confirms the rumors that have been swirling for a while: the 750 GeV diphoton excess is not seen in the new data. #ichep2016

�?Matthew Buckley (@physicsmatt) 4 de agosto de 2016

Essa nota confirma os rumores que vinham circulando por um tempo: o excesso de difótons a 750 GeV não foi encontrado nos novos dados.

This is of course very sad, because new physics here would have been awesome. #ICHEP2016 �?Matthew Buckley (@physicsmatt) 4 de agosto de 2016

Poderia-se manter alguma esperança irrealista de que eles irão aparecer novamente nos dados completos que serão divulgados hoje. Mas não. Isso é muito triste, porque confirmar a existência de novas partículas aqui seria incrível.

But the problems of the Standard Model remain, and new physics must exist. Somewhere. LHC is still the best place to look. #ICHEP2016

�?Matthew Buckley (@physicsmatt) 4 de agosto de 2016

Mas os problemas com o Modelo Padrão continuam, e novas partículas devem existir. Em algum lugar. O LHC continua sendo o melhor lugar para se procurar.

With diphotons slain by #Moardata, we’re back to the grindstone of trying to drag new insights out of the data the hard way. �?Matthew Buckley (@physicsmatt) 5 de agosto de 2016

Com o desaparecimento dos indícios após inserir mais dados, voltamos à estaca zero e tentaremos obter novidades usando os dados da maneira mais difícil.

O sinal desapareceu

Agora todos os dados são oficiais e os rumores foram confirmados: o sinal desapareceu. Abaixo estão os gráficos em detalhes do experimento CMS (Solenoide de Múon Compacto). Os traços azuis representam os dados originais de 2015, que nos davam esperança da nova partícula. Os traços vermelhos são os novos dados, e os pretos são os dois combinados.

E estes são os dados correspondentes da colaboração com o ATLAS (Dispositivo Instrumental Toroidal para o LHC).

Aqui um outro olhar para as descobertas do ATLAS. À esquerda, os novos dados; à direita, os novos e velhos combinados:

Seguindo em frente

Os físicos estão de luto, é claro. “A perda dos indícios do excesso de difótons a 750 GeV é um grande golpe para a comunidade”, escreveu Adam Falkowski, físico de partículas que colabora com o blog Resonaances sob o pseudônimo Jester. “Nós estamos passando pelos cinco estágios do luto, cada um no seu ritmo.”

Outros não pareceram se importar muito. “Acontece. Certamente estou desapontado, porém pouco surpreso”, escreveu o físico Matt Strassler em seu blog. “Coisas engraçadas acontecem com pequenas quantidades de dados.”

Para Matt Buckley, “sempre existe um certo segmento da comunidade teórica que gosta de sentar e contar histórias tristes quando nada é encontrado,” disse. “Sempre é o fim da física, sempre é um desastre. Mas ninguém cometeu um erro. As análises são boas, as estatísticas nos ferraram. Não termos provado é chato. Mas sobreviveremos e seguiremos em frente. Todo mundo no campo passa por isso.”

Ainda assim, ainda há muitos outros experimentos do LHC que devem ter seus resultados divulgados até o final do ano. E pelo menos nosso velho amigo Bosón de Higgs apareceu novamente entre os dados, duas vezes mais rápido do que apareceu durante a primeira vez do LHC.

[CERN]

Foto por CERN

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>>> Um pequeno mamífero desligou o Grande Colisor de Hádrons
>>> Laboratório do LHC divulga 300 TB de dados para qualquer um usar

Conhecido por suas pinturas usando tintas luminosas na década de 80, Halley também utilizou cores vivas e brilhantes nesta instalação. Enquanto a desenvolvia, ele, aparentemente, pensou em outras estruturas que tinham a mesma geometria da rotunda do local, instalada no Grande Colisor de Hádrons. Ele “imaginou a rotunda como um colisor energizado cheio de energia explosiva banhada na luz�? segundo o Schirn.

Chamada de “The Schirn Ring�? a instalação estará aberta ao público entre 12 de maio e 21 de agosto. [Schirn]

[galeria_embeded]

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>>> Laboratório do Grande Colisor de Hádrons divulga 300 TB de dados para qualquer um usar
>>> Agora você pode passear pelo Grande Colisor de Hádrons pelo Google Street View

Não e a primeira vez que o LHC, um supercondutor de 27 quilômetros que colide átomos na velocidade da luz, tem problemas por causa de bichinhos pequenos e fofos. Em 2009, houve falta de energia após um pássaro ter derrubado um pedaço de pão em um sistema elétrico crítico. Embora o incidente tenha sido confirmado na época por fontes, o LHC e o CERN disseram que era uma história inventada.

O Grande Colisor de Hádrons

“Essa foi uma história dita por outros, mas nós nunca soubemos exatamente o que aconteceu�? disse Arnaud Marsoliier, porta-voz do CERN, à New Scientist sobre o episódio do pão. “Ficamos em um lugar afastado e há animais selvagens por aqui.�?/p>

Independente do que fez o colisor ter problemas dessa vez e na anterior, fica claro que o LHC é um experimento extremamente sensível. A NPR diz que levará alguns dias para o CERN reparar o transformador danificado, e que o LHC pode ainda não estar completamente operacional até o meio de maio.

A falta de energia ocorreu enquanto o CERN estava preparando para coletar dados sobre o Bóson de Higgs, uma nova partícula elementar que foi descoberta em 2012. Embora seja frustrante ouvir que uma pequena criatura conseguiu novamente arruinar temporariamente nosso plano de desvendar os segredos do universo, não há vencedores nessa história. O corpo carbonizado da fuinha foi encontrado no local.

[NPR | New Scientist]

Foto do topo mostra uma fuinha. Crédito: Wikimedia 

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>>> Será que o Grande Colisor de Hádrons encontrou um novo tipo de partícula?
>>> Você pode passear pelo Grande Colisor de Hádrons com o Google Street View

Parte disso corresponde a dados brutos que os próprios cientistas do CERN vêm usando, enquanto outra parte consiste em dados processados, para serem usados em cursos de ciências.

Isso inclui 100 TB “de dados de colisões de prótons a 7 TeV, compondo metade dos dados recolhidos no LHC pelo detector CMS em 2011”. Você pode dar uma olhada em toda esta informação através do portal CERN Open Data.

Os conjuntos de dados estão disponíveis para download neste link. Caso você não queira baixar terabytes de dados científicos, tudo bem – use a ferramenta deste link para visualizar eventos de detecção de partículas:

Divulgar estas informações tem finalidades práticas. Por exemplo, alguns cientistas já confirmaram resultados do CERN usando dados do LHC, e realizaram pesquisas de forma que o laboratório não antecipava inicialmente.

E, depois que o CERN já fez o trabalho de análise, o público em geral pode aproveitar os dados também:

“Membros da Colaboração CMS aplicam bastante esforço e milhares de horas de trabalho a fim de operar o detector CMS e recolher dados de pesquisa para nossas análises”, explica Kati Lassila-Perini, física que lidera estes esforços de preservação de dados.

“No entanto, uma vez que esgotamos nossa exploração dos dados, não vemos qualquer razão para não os tornar disponíveis ao público. Os benefícios são inúmeros, como inspirar estudantes do ensino médio e treinar futuros físicos de partículas. E, pessoalmente, como coordenadora de preservação de dados no CMS, esta é uma parte crucial de garantir a disponibilidade no longo prazo dos nossos dados de pesquisa.”

[CERN via SlashDot]

Foto por CERN

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>>> O maior experimento de física em todo o mundo está de volta

A evidência vem de dois experimentos separados, porém complementares, conhecidos como CMS (Solenoide de Múon Compacto) e ATLAS (Dispositivo Instrumental Toroidal para o LHC).

Nenhuma dessas constatações é sólida o bastante para reivindicar uma descoberta, mas é promissor o fato de que ambos os experimentos viram pistas de uma partícula exatamente no mesmo local.

Sigma

Valores sigma são uma medida para representar a possível presença de uma partícula. Para um resultado ser considerado uma “descoberta”, é preciso ter um sigma 5: isso equivale a uma probabilidade de 1 em 3,5 milhões de o resultado ser um acaso. O sigma 3 é considerado um resultado “interessante”, com uma chance maior de ser coincidência.

A equipe do CMS encontrou resultados com significância estatística de sigma 2,6, enquanto a equipe ATLAS obteve sigma 3,6.

É possível que esse sinal em particular desapareça à medida que os cientistas do LHC recolhem mais dados. Isso acontece o tempo todo na física de partículas, daí a advertência de praticamente todo físico para não estourar o champanhe ainda.

Então por que deram tanta atenção à nova descoberta? Bem, como observa o New York Times, o CMS e o ATLAS viram há quatro anos algumas pistas do bóson de Higgs (que ainda não havia sido descoberto) e elas tinham sigma baixo. Seis meses depois, os cientistas acumularam dados suficientes para ultrapassar o limiar crítico do sigma 5 e divulgar a descoberta.

Saltos

Para ter uma ideia melhor, vamos dar uma olhada em como o LHC coleta e analisa dados. A máquina colide prótons a velocidades próximas da velocidade da luz, e essas colisões de alta energia produzem chuvas de partículas. Os físicos reconhecem as partículas pelas assinaturas eletrônicas que elas deixam para trás, na forma de padrões nucleares de decaimento.

Funciona assim: quarks só existem por frações de segundo antes de decaírem em outras partículas secundárias. Uma vez que cada quark tem muitas maneiras diferentes de decair, existem várias assinaturas possíveis, e cada uma tem de ser examinada para determinar quais partículas estavam presentes no momento da colisão.

Colisão entre um par de fótons observado pelo detector CMS. Crédito: CERN

É por isso que os detectores usados ​​nos experimentos ATLAS e CMS são necessários para manter o controle do que está acontecendo, e para dar sentido aos dados. Os detectores atuam como um filtro, recolhendo assinaturas de uma partícula desconhecida a partir de dezenas de milhares de sinais criados a cada milionésimo de segundo dentro do acelerador.

Os físicos sabem exatamente a quantidade que devem esperar, nos dados, de cada tipo de partícula; qualquer excesso acima de um certo limite é um indício promissor de descobertas – como uma nova partícula.

Esses sinais aparecerem como “saltos” inesperados nos dados, algo que os físicos de partículas experimentais procuram o tempo todo. Por isso, é fácil ver pequenos “saltos” que não estão realmente lá; artefatos estatísticos surgem o tempo todo, especialmente durante análises iniciais de dados. Quanto mais dados você tiver, melhor será a análise estatística. Se um “salto” pequeno persiste e se torna maior – com o sinal ficando mais forte – é muito mais provável que seja a assinatura de uma nova partícula.

Evitando falsos positivos

Como dissemos, os físicos falam sobre a força desse sinal em termos de sigma. E o ruído de fundo torna mais difícil a tarefa de alcançar um sigma maior. Como explica o físico de partículas Matthew Strassler, “sinal” é o que você está procurando, e “fundo” é tudo o que se assemelha a seu sinal, e faz com que seja difícil encontrá-lo.

Uma das maneiras que os físicos se protegem contra falsos positivos é usando o “efeito olhe em outro lugar”.

É preciso calcular a probabilidade de ver algo diferente em qualquer lugar dos dados, não apenas no local específico do “salto”. Uma vez que esse efeito é contabilizado, a significância estatística do experimento mais recente cai para sigma 1,2 no CMS e sigma 1,9 no ATLAS. Ou seja, os resultados do ATLAS e CMS são inconclusivos.

Acontece! Este ano, havia indícios relatados de um possível primo mais pesado para o bóson de Higgs, assim como vislumbres de uma eventual partícula supersimétrica, apelidada de “borda”. Ambos os sinais desapareceram na última análise, depois que mais dados foram adicionados.

Mas, como dissemos antes, grandes descobertas já começaram com valores baixos de sigma. Em meados do ano que vem, os dois experimentos devem apresentar resultados a partir de mais dados recentes do LHC – e então saberemos ao certo se temos uma nova partícula.

“Estamos naquele momento interessante quando tudo o que podemos dizer é que pode haver algo real e novo nestes dados, e temos que levar isso muito a sério”, escreve Strassler sobre os novos resultados. “Nós também temos que levar a sério as análises estatísticas desses saltos, e eles não são tão promissores quanto parecem a olho nu.”

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>>> LHC detecta decaimento de partículas extremamente raras

Os quarks foram propostos pela primeira vez em 1964, pelo físico americano Murray Gell-Mann, e a existência deles mudou a forma como as pessoas pensam sobre a física de partículas.

Quarks são uma série de partículas subatômicas com carga elétrica. Elas se juntam para formar partículas maiores como prótons e nêutrons, que são feitos de três quarks.

Mas eles podem se unir para formar outras entidades, também. Existem os tetraquarks, com quatro partículas, que o LHC encontrou no ano passado.

E durante muito tempo, especulava-se que a classe “pentaquark” poderia existir: trata-se de uma partícula formada por quatro quarks e um anti-quark. Vários experimentos pareciam tê-la encontrado, mas foram questionados ao longo dos anos. Agora, pela primeira vez, pesquisadores que trabalham no experimento LHCb encontraram provas firmes de sua existência.

Guy Wilkinson, do LHCb, diz em um comunicado à imprensa que o pentaquark não é uma nova partícula qualquer. Ele explica:

O pentaquark representa uma forma de agregar quarks, os constituintes fundamentais da prótons e nêutrons normais, em um padrão que nunca foi observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais. Ao estudar suas propriedades, poderemos entender melhor o que constitui a matéria comum – os prótons e nêutrons a partir dos quais todos somos feitos.

A equipe identificou a existência do pentaquark prestando atenção no decaimento de uma partícula: enquanto ela se dividia em três partículas, os cientistas observaram um estado de transição com duas outras partículas nunca observadas anteriormente.

“Aproveitando o grande conjunto de dados fornecido pelo LHC, e a excelente precisão do nosso detector, examinamos todas as possibilidades para estes sinais, e concluímos que eles só podem ser explicados por estados pentaquark”, diz o físico Tomasz Skwarnicki no comunicado.

Agora, os cientistas vão estudar a estrutura dos pentaquarks, para entender exatamente como eles se formam. Os pesquisadores do CERN esperam encontrar matéria escura com o LHC, o que ainda não aconteceu – mas esta nova classe de partículas é um marco na física.

[CERN]

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Depois de uma reinicialização feita em março, após um período de dois anos de reparos e atualizações, equipes de cientistas vêm testando as habilidades do Colisor para operá-lo em potências maiores do que nunca. Em maio, ele bateu o próprio recorde, misturando raios de prótons e uma energia equivalente a 13 TeV (tera-elétron-volts) �?5 TeV a mais que os padrões anteriores. Para se ter ideia desta potência, ela é o suficiente para derreter uma tonelada de cobre no impacto.

Agora, cientistas que trabalham no projeto acreditam que o Colisor pode funcionar em potências máximas por longos períodos de tempo. Desta forma, a partir de hoje, equipes começaram a regularmente colidir partículas nestas altas energias, na esperança de descobrir partículas ainda não detectadas que podem nos ajudar a explicar alguns dos mistérios da física.

“A energia maior significa mais chance de novas descobertas�? disse Alan Barr, professor de física de partículas na Universidade de Oxford que trabalha no experimento ATLAS no Grande Colisor de Hádrons, em entrevista cedida em março. “A energia maior do Colisor pode nos mostrar novas partículas ainda não descobertas�? Inclusive, pesquisadores esperam que os experimentos revelem as origens da matéria escura, partículas supersimétricas e outras. Você pode ler aqui como tudo isso pode acontecer, e o que isso significa para a física.

Em baixa energia, cientistas fizeram experiências quase impossíveis e encontraram o Bóson de Higgs. E agora eles podem achar algo ainda mais interessante. [CERN]

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Nas últimas décadas, a Física de Partículas tem sido governada pelo Modelo Padrão, que permite aos físicos classificar todas as partículas subatômicas e fazer previsões sobre partículas e processos ainda não observados. Essas previsões já estão datadas �?a existência do Bóson de Higgs sendo o maior exemplo disso.

As mésons são outras partículas subatômicas. O Modelo Padrão prevê que a Méson B estranha, uma partícula da partícula subatômica, deve decair a uma taxa de quatro para cada bilhão de B Mésons estranhas produzidas, e as Mésons Bs “não estranhas�?a uma taxa de 10 bilhões.

Agora, equipes do CMS e do Grande Colisor de Hádrons detectaram que o decaimento das Mésons Bs estranhas pela primeira vez, confirmando o Modelo Padrão. Entretanto, a taxa de decaimento das Mésons Bs “não estranhas�?foi quatro vezes a previsão do Modelo Padrão. Ainda assim, as partículas detectadas foram poucas, de modo que o acontecimento não invalida o Modelo Padrão por completo.

Confirmar o Modelo Padrão não é necessariamente uma boa notícia, no entanto. Os físicos sabem há tempos que o Modelo Padrão é incompleto. Ele não explica energia negra ou matéria negra ou por que o universo é feito de matéria em vez de antimatéria �?questões bem fundamentais. Dados que desviam do Modelo Padrão podem de fato ditar um caminho para uma teoria melhor.

Os dados por trás do decaimento das Mésons foram colhido entre 2011 e 2012. O Grande Colisor de Hádrons foi recentemente reiniciado após uma atualização, e os novos dados dele podem determinar o futuro do Modelo Padrão. [Nature: Artigo, News and Views]

Imagem de capa: CERN

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Da última vez, os físicos fizeram algo quase impossível e encontraram o bóson de Higgs. Desta vez, eles podem descobrir algo ainda mais emocionante.

>>> Venha passear pelo Grande Colisor de Hádrons no Google Street View
>>> O que é o bóson de Higgs?

O LHC foi desligado para manutenção em 2013, e ao longo dos últimos dois anos, os engenheiros deixaram o acelerador ainda melhor. Neste domingo, o CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) confirmou que ele está de volta à ativa:

Beam 1, the second to circulate, is successfully through all sectors of the LHC! Startup complete! #RestartLHC pic.twitter.com/ZgI0E1J8k6

— CERN (@CERN) April 5, 2015

O que poderemos descobrir desta vez? Conversamos com dois físicos que trabalham no LHC, e eles dizem o que esperar:

• mais detalhes sobre o bóson de Higgs;
• os segredos da matéria escura, que corresponde a 80% da massa do universo, mas não pode ser vista;
• partículas que permitem criar uma teoria unificada para a física.

Nada mal! Vamos dar uma olhada em detalhe a seguir.

A jornada do LHC até agora

Em 2008, nove dias após iniciarem os experimentos no LHC, uma conexão elétrica defeituosa entre dois ímãs derreteu e causou graves danos mecânicos. Por causa dos reparos e testes, os experimentos só voltaram a ser realizados seis meses depois; além disso, o acelerador funcionou durante três anos a uma capacidade muito menor do que a prevista.

Mesmo assim, o colisor foi bastante útil. Em 4 de julho de 2012, cientistas de dois experimentos no LHC (CMS e ATLAS) anunciaram que tinham descoberto uma nova partícula. Era o bóson de Higgs, a partícula invisível que dá massa a tudo e, por sua vez, mantém o universo unido. Esta foi sem dúvida a maior descoberta científica da década, talvez até mais. E por todo esse tempo, o LHC esteve funcionando em capacidade reduzida.

Ele foi desligado em 2013 e, nos últimos dois anos, os engenheiros atualizaram as interconexões supercondutoras entre uma série de ímãs, adicionaram desvios extras e ímãs mais poderosos. Os desvios fornecem uma rota pela qual a corrente pode escapar se algum acidente envolvendo muita energia – como aquele de 2008 – voltar a acontecer. Por isso, o LHC está mais seguro ao funcionar em níveis mais elevados de energia.

Agora com 27.000 desvios em sua circunferência de 27 km, o LHC está de volta – e mais poderoso do que nunca.

Poder absoluto

Quando o LHC fechou em 2013, os experimentos com níveis mais altos de energia foram realizados a 8 teraelétrons-volt (TeV). Em breve, cientistas poderão levar o acelerador a inéditos 13 TeV. Isso significa que ele pode criar feixes de partículas com energia suficiente para derreter uma tonelada de cobre. Impressionante!

“Quanto maior a energia, maior a chance de realizar novas descobertas”, explica Alan Barr, professor de Física de Partículas na Universidade de Oxford, que trabalha no experimento ATLAS do LHC. “A maior energia do LHC pode nos permitir encontrar novas partículas que ainda não foram descobertas.”

Na prática, o LHC renovado permitirá aos cientistas encontrar partículas mais pesadas. A famosa equação de Einstein, E = mc², explica que há uma equivalência entre energia e massa. “A energia cinética das partículas em colisão se transforma na massa das partículas mais pesadas, que se decompõem imediatamente de volta para as partículas que conhecemos”, explica James Hirschauer, do Fermi National Accelerator Laboratory, que trabalha em experimentos no LHC.

Hischauer diz:

Nós esperamos produzir partículas mais pesadas que até agora são desconhecidas – assim como nós produzimos e descobrimos o bóson de Higgs em 2012. O salto de energia é desejável porque, se uma nova partícula pesada existe, a taxa de produção dessa partícula será mais elevada a níveis de energia mais altos… com o LHC operando a uma energia de 8 TeV, cada colisão tem uma probabilidade 30 vezes maior de produzir um bóson de Higgs que no acelerador de partículas Tevatron, que chega a um máximo de 2 TeV.

Imagine agora que o LHC pode chegar a 13 TeV!

E como ele chega a um nível tão elevado de energia? Não é instantâneo: o acelerador de US$ 6 bilhões requer um aquecimento gradual até que ele atinja seu pico. No mês passado, pesquisadores do CERN enviaram as primeiras partículas para teste no acelerador. Lentamente, ao longo das próximas semanas, eles vão enviar mais e mais, verificando o alinhamento dos feixes e a capacidade do acelerador de lidar com eles.

Rolf-Dieter Heuer, diretor-geral do CERN, diz que o LHC já recebeu os primeiros feixes de prótons, e deve chegar gradualmente a níveis de energia mais elevados até o final de maio. As colisões resultantes serão as mais energéticas já criadas pela humanidade.

Partículas supersimétricas

Quando as novas colisões de alta energia começarem, iremos inicialmente ver mais do mesmo. Afinal de contas, conseguimos vislumbrar o bóson de Higgs a 8 TeV; como explicou Hirschauer, primeiro veremos ainda mais bósons do tipo a energias mais elevadas. Isso vai nos ajudar a entender a partícula – que ainda é relativamente nova – com maior precisão, permitindo medições mais precisas de suas propriedades.

E provavelmente haverá mais. “Acho que nós podemos descobrir partículas supersimétricas”, explica Hirschauer.

Elas fazem parte do Modelo Padrão, uma das teorias mais proeminentes que tenta descrever o universo: ele postula que a matéria é composta por 12 partículas indivisíveis. Embora o Modelo Padrão faça um trabalho maravilhoso em explicar a física das partículas, os cientistas admitem que ele é incompleto.

À primeira vista, o Modelo Padrão prevê que todas as partículas devem ter massa zero. O bóson de Higgs ajuda a explicar por que outras partículas têm massa, só que resta um mistério: por que ele próprio não tem massa?

Isso pode ser explicado por partículas supersimétricas, que se comportam de forma semelhante mas possuem massas diferentes. Dessa forma, sugerem os físicos, uma partícula poderia anular a massa do bóson de Higgs em outra partícula.

Por sua vez, isso tornaria possível ligar matematicamente três forças do Modelo Padrão – eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca – e criar uma teoria unificada para explicar o Universo. Seria a teoria de tudo.

“Para certas partículas supersimétricas, a taxa de produção aumenta 30 vezes quando aumentamos a energia de colisão de 8 TeV para 13 TeV”, explica Hirschauer. Em outras palavras, o LHC é atualmente a melhor chance que temos de criar uma teoria unificada para a física.

Segredos da matéria escura

Essas partículas supersimétricas também poderiam explicar uma das teorias mais enigmáticas da física: a matéria escura. “A maior parte do universo é feito de matéria escura”, explica Barr. “Ela puxa gravitacionalmente a matéria em torno dela, mas não interage com a luz, por isso é invisível – e muito difícil de detectar.”

A matéria escura, teoricamente, é responsável por até 80% da massa do universo, mas nós ainda não observamos uma partícula com as qualidades que ela deveria apresentar. Por isso, cientistas de todo o mundo estão esperançosos de que os novos experimentos no LHC possam revelar algo.

“Seria verdadeiramente inovador se pudéssemos encontrar, nos escombros das colisões no LHC, a evidência para a partícula – ou partículas – que são responsáveis ​​por esta matéria escura”, diz Barr. “Nós sabemos que ela não é feita de qualquer partícula que já encontramos, por isso o LHC vai explorar uma área muito emocionante.”

No melhor cenário, poderíamos encontrar ambos ao mesmo tempo. “Com base em nossas teorias e evidências indiretas, estas partículas de matéria escura [podem ser] as mesmas partículas supersimétricas”, explica Hirschauer. “Eu estou pessoalmente trabalhando duro para descobrir partículas de matéria escura sob a suposição de que elas são partículas supersimétricas”.

Claro, nada disso é garantido: por isso teremos os experimentos no LHC. Por melhor que uma teoria pareça, a realidade pode ser algo totalmente imprevisto. Isso, porém, pode acabar sendo mais empolgante: “isso mostraria como é necessário refinar nossas teorias para explicar corretamente as leis da natureza”, diz Hirschauer. “Não vamos nos decepcionar se descobrirmos algo completamente inesperado!”

Imagens por CERN

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Juntando o Oculus Rift e o Leap Motion, uma equipe de designers criou o Collider, uma experiência audiovisual em primeira pessoa que mostra uma partícula dentro do LHC. O Leap Motion faz suas mãos servirem para manipular a partícula, enquanto o Oculus Rift faz tudo ficar muito mais imersivo – mas o uso dele é opcional, e basta ter o controle por gestos para experienciar o Collider.

É uma viagem bem louca, como podemos ver por esses Vines postados por Eddie Lee, líder do projeto:

É uma experiência não muito precisa do ponto de vista científico, mas pode ser encarada como um teste para o futuro das experiências de usuário. Testes que misturam duas interfaces de usuário — realidade virtual e controle por gestos — devem ganhar força nos próximos anos. Tudo isso em uma versão lisérgica de uma das mais impressionantes estruturas criadas pelo ser humano. [Collider via Wired]

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Uma série de experimentos no LHC confirmaram que a nova partícula chamada Z(4430) de fato existe, e é a maior evidência até agora de uma nova forma de matéria chamada tetraquark. Quarks são partículas subatômicas que, combinadas, formam todas as matérias. Em pares elas formam mésons; em trios, prótons e nêutrons. Tetraquarks são uma combinação hipotética de quatro dessas pequenas coisas – e a Z(4430) era, se existisse, um exemplo disso. Mas ninguém tinha certeza – até agora – de que ela existia ou não.

Sua aparição no LHC muda a história. Pesquisadores do CERN encontraram quase 4000 dessas partículas, o que significa que aqueles que acreditavam que os tetraquarks existiam estão muito animados. Ainda há um longo trabalho a ser feito para entender de uma vez de a Z(4430) é com 100% de certeza um tetraquark, e o que isso pode significar para nós. Mas, enquanto isso, é sempre bom saber que o LHC não se acomodou com suas conquistas anteriores. [arXiv via New Scientist]

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Se você tem acompanhado o projeto, a construção e o trabalho que é feito nas instalações do LHC ao longo da última década, é seu dever gastar alguns minutos explorando o que é, sem dúvida, um dos maiores experimentos científicos já conduzidos. E fique atento ao Bóson de Higgs! Há rumores de que ele foi visto na cafeteria… [Google Europe Blog via The Verge]

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As partículas se juntam em uma das quatro Regiões de Interação (IR, na sigla em inglês) dentro do Grande Colisor de Hádrons. O número de iterações geradas a partir de cada colisão (do qual você quer o maior número possível) é conhecida como luminosidade integrada. O Cern espera que o aumento da luminosidade integrada do colisor seja de 10x nos próximos 10 anos (o que é conhecido como Projeto de Alta Luminosidade do LHC), mas o processo é tecnicamente desafiador, para dizer o mínimo. Muitos dos equipamentos atualmente instalados no LHC são potentes o suficiente para o nível atual dos experimentos conduzidos, mas não dão conta de experimentos com mais energia previstos para o futuro. Como o IRQM, por exemplo.

O resultado imediato dessas regiões de interação é um imã quadrupolo (quadrupolo como em “quatro pólos”). Estes dispositivos ajudam a focalizar raios de partículas uns para os outros através da geração de um grande campo eletromagnético. A geração atual de IRQMs foi construída com nióbio titânio, o Matusalém dos materiais supercondutores, e a partir do qual quase todas as tecnologias de materiais supercondutores são criadas. O problema é que o nióbio-titânio não é forte o suficiente para suportar as altíssimas temperaturas e a radiação produzidas pelos experimentos de alta energia necessários para decifrar o bóson de Higgs. E qualquer pequena falha dentro da estrutura do imã em si vai prejudicar a capacidade de supercondução e os prótons que fluem através do material vão parar instantaneamente (isso é chamado de “resfriamento”).

Mas os novos IRQMs do LARP são diferentes. Chamados de HQ02a (que significa algo ainda mais complicado), eles são feitos de nióbio-estanho. A nova geração de materiais supercondutores foi projetada, assim como todos os imãs do LHC, para rodar um superfluido de hélio resfriado próximo ao zero absoluto. Mas diferentemente de modelos anteriores, o HQO2a não apenas opera a um campo magnético maior, mas também conta com uma abertura maior (120mm x 70mm), uma margem de temperatura de operação mais ampla, e suporta melhor os níveis intensos de radiação, que vão aumentar junto com o avanço dos sistemas de luminosidade integrada. Ao todo, as bobinas supercondutores de HQO2a podem bombear 12 tesla, o que significa um aumento de 50%.

O único problema é que o nióbio é muito frágil. O material tem a tendência de rachar sob a pressão do seu intenso campo eletromagnético. Para superar essa falha, os engenheiros do LARP desenvolveram uma estrutura de alumínio para ajudá-lo a suportar o imã quando estiver sob carga.

Este é um grande passo para frente na tentativa de atingir nossos últimos objetivos”, explicou o gerente do programa do LARP Bruce Strauss em um comunicado à imprensa. “Não deve ser visto apenas como uma única conquista, mas sim a realização de significativos objetivos de design, construção e testes de imãs Nb₃Sn .”

Não foi dito quando essa parte específica vai ser implementada, mas dez anos de para descobrir um segredo do universo parece uma espera interminável.  [Berkeley Lab]

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