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Debate acadêmico    
   

LHC: uma nova era na investigação da Natureza se inicia


Sergio F. Novaes *


A Física de Altas Energias ou Física de Partículas tem por objetivo a investigação dos constituintes fundamentais da matéria e a compreensão das forças básicas que atuam entre eles. Na realidade, o âmbito da pesquisa nessa área é bem mais amplo do que pode parecer a princípio. Como bem notou Edward Witten, renomado físico de Princeton, ‘Física de Partículas’ é o nome moderno que se dá ao antigo esforço de compreender as leis da Natureza: nós utilizamos ‘Física de Partículas’ como uma abreviatura para essa longa e árdua busca pois, durante o século XX, a investigação das partículas subatômicas desempenhou um papel central nesta empreitada.

Desde o experimento pioneiro de Rutherford realizado há um século, o processo de colisão entre partículas tem se mostrado uma ferramenta muito eficiente para desvendar os mistérios das profundezas da matéria. O aumento constante da energia dos aceleradores tem permitido investigar distâncias cada vez menores e criar partículas cada vez mais pesadas.

Nesse momento uma nova era na investigação das partículas e interações da Natureza se inicia com a entrada em operação do Large Hadron Collider (LHC) ou Grande Colisor de Hádrons. Atingindo uma energia jamais obtida antes em colisões de partículas em laboratório, o LHC possibilitará a exploração de dimensões da ordem de 10-18 m. Apenas para se ter uma idéia do que isso significa, a nanotecnologia, que atualmente tem chamado tanto a atenção do mundo científico e das agências governamentais, trabalha com uma escala de
10-9 m (aliás, daí seu nome). O LHC deverá investigar dimensões um bilhão de vezes menor, ou o nano do nano.

Operando a uma energia de 7 TeV durante os próximos dois anos, o LHC inicia a investigação de um regime de energia jamais explorado. Até então a maior energia obtida em colisões similares era de 2 TeV, patamar no qual vem operando o acelerador Tevatron do Fermilab, em Chicago, nos Estados Unidos. Romper essa barreira é muito significativo para as pesquisas na área. Isso porque temos várias indicações teóricas de que nessa escala de energia deverão necessariamente surgir fenômenos novos.

Atualmente dispomos de uma formulação teórica que dá conta bastante bem da grande maioria dos fenômenos observados. Em meados da década de 1970, o chamado Modelo Padrão das Interações Fundamentais já se encontrava bem estabelecido em suas bases formais, incluindo a prova da calculabilidade (renormalizabilidade), a demonstração de que a teoria pode ser usada para tratar as interações fortes a curtas distâncias (liberdade assintótica) e a descrição dos mecanismo de quebra de simetria de algumas simetrias da Natureza  (a violação carga-paridade ou CP). Durante os últimos 35 anos muitas das previsões feitas pelo modelo se confirmaram experimentalmente, dentre elas a descoberta das partículas W e Z com as massas antecipadas teoricamente. Durante a década de 90, o Large Electron Positron Collider (LEP) operou no CERN, no mesmo túnel onde atualmente se encontra o LHC, colidindo elétrons e pósitrons com o intuito de realizar medidas precisas dos parâmetros relacionados ao modelo. A precisão alcançada chegou a uma parte em 1000 para algumas dessas grandezas, mostrando a solidez do modelo teórico. 

Com os dados experimentais cada vez mais precisos e coincidentes com as previsões do modelo, os desenvolvimentos teóricos da área foram muito mais guiados por idéias do que por dados experimentais. Entretanto, a evolução das ciências físicas é essencialmente determinada pela experimentação.  Às vezes o acordo teoria-experimento se mostra menos frutífero do que a descobertas de falhas na aplicabilidade de uma dada abordagem teórica.  Em outras palavras, o desacordo entre a teoria e o resultado de um experimento que se propõe a testá-la pode dar uma indicação de quais aspectos devem ser reformulados ou até descartados. Infelizmente esse embate não se deu durante essas mais de três décadas, devido ao fato dos resultados experimentais serem concordantes com as previsões do Modelo Padrão das Interações Fundamentais.

Agora, com o advento da era LHC, um novo horizonte se abre para explorar uma vasta lista de propostas que se encontram à espera de instrumentação adequada para serem testadas e confrontadas com os ditames da Natureza. Das teorias unificadas das interações, passando pela supersimetria, teorias de strings ou aquelas que preveem dimensões extras, todas poderão ser testadas em uma escala de energia na qual se espera que o novo enfim se apresente. Isso tudo sem falar no bóson de Higgs, derradeira predição do Modelo Padrão que tem sido esquivo, não tendo sido detectado em nenhum experimento realizado até o momento.

A Física de Partículas é uma área com grande tradição no Brasil, tendo iniciado na década de 1930 com a formação, por  Gleb Wataghin, do grupo experimental de raios cósmicos da Universidade de São Paulo. A comunidade de físicos experimentais de altas energias, dando continuidade a essa tradição,  tem tido uma participação destacada nos experimentos do LHC. Há várias instituições participando de todas as quatro colaborações experimentais: Alice, Atlas, CMS e LHCb. O Brasil tem contribuído nas áreas de hardware, instrumentação eletrônica de precisão para os detectores,  software, processamento de dados  e estará presente na análise dos dados que vem sendo produzidos pelos detectores. 

A participação da Unesp no LHC tem se dado principalmente através do processamento de dados de simulação e da análise dos dados produzidos em associação com a infraestrutura do Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). É importante ressaltar que a participação do grupo da Unesp no WLCG trouxe como subproduto para a Universidade a concepção e implantação do projeto GridUNESP, o primeiro campus grid da America Latina, que vem atendendo a demanda por processamento de dados de alto desempenho de todas as unidades.

Acreditamos, no entanto, que a participação brasileira possa ser ainda mais significativa e benéfica para o País, sobretudo nesse momento em que os agentes governamentais têm se preocupado cada vez mais com nossa defasagem no que se refere à inovação tecnológica.  A Física Experimental de Altas Energias utiliza alguns dos mais sofisticados e avançados aparatos científicos. Além de contribuir para os avanços da ciência básica, ela tem sido responsável por uma série de inovações, sendo talvez a World Wide Web a mais notável, originalmente desenvolvida no Cern com o intuito de atender à demanda da comunidade científica por uma forma eficiente de compartilhar dados e informações entre parceiros situados em diferentes países. É fundamental que se aproveite esses benefícios colaterais da área, estabelecendo uma estratégia que permita promover o intercâmbio de idéias e o desenvolvimento de projetos conjuntos entre os meios acadêmico e empresarial. Dessa forma, a participação da Unesp pode se tornar ainda mais relevante e abrangente, trazendo benefícios que poderão ser compartilhados com diferentes grupos de pesquisa científica e tecnológica.

Sérgio F. Novaes é Professor Titular do Instituto de Física Teórica da Unesp. Graduado em Física e Doutor pela USP, fez pós-doutoramento no Lawrence Berkeley Laboratory, EUA. Desde 1999 é membro da Colaboração DZero do Fermilab e atualmente faz parte também da Colaboração CMS do CERN. É membro do Standing Committee on Interregional Connectivity (SCIC) e pesquisador principal e coordenador do projeto SPRACE (Centro Regional de Análise de São Paulo, http://www.sprace.org.br), financiado por Projeto Temático da Fapesp. É diretor científico do Núcleo de Computação Científica da Unesp e coordena o Programa de Integração da Capacidade Computacional da UNESP (GridUNESP).


Publicado em 1/4/2010

 
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