Especialista do CERN: Grande Colisor de Hádrons se prepara para uma pausa de quatro anos

Em um ano, o Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN entrará em um período de inatividade técnica que durará – incluindo a partida – quase quatro anos. A Dra. Malika Meddahi, do CERN, explica à PAP que a modernização do HL-LHC custará cerca de 1 bilhão de francos (aproximadamente 4,5 bilhões de zlotys) e permitirá a colisão de mais partículas em um volume menor do que o atual.

"Como parte da modernização, que começará no ano que vem, não planejamos aumentar a energia das colisões, mas sim o número e a qualidade das colisões", enfatizou a Dra. Malika Meddahi em uma entrevista ao PAP durante sua visita à Polônia na conferência Perspektywy Women in Tech Summit.

Quando a atualização estiver concluída, o LHC receberá um novo nome: LHC de Alta Luminosidade.

O Grande Colisor de Hádrons (LHC) é o maior acelerador de partículas do mundo. Está localizado no CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, perto de Genebra. Dois feixes de hádrons — partículas carregadas, geralmente prótons — circulam em direções opostas em dois tubos de vácuo separados, em um túnel com cerca de 27 quilômetros de circunferência, a 100 metros de profundidade. O acelerador também funciona com íons, como o chumbo.

Prótons que se movem em direções opostas colidem entre si em quatro pontos especialmente designados, no centro dos detectores de partículas. Nos locais de colisão, uma enorme energia é liberada (atualmente cerca de 13,6 teraeletronvolts - TeV), na qual partículas exóticas aparecem por frações de segundo – aquelas que existiam logo após o Big Bang. Detectores posicionados nos pontos de colisão registram dados sobre esses fenômenos. A análise aprofundada desses dados permite que os cientistas entendam melhor as propriedades e interações das partículas elementares.

Ficou claro desde o início que o LHC operaria em fases. A primeira fase de coleta de dados, Execução 1, ocorreu de 2010 a 2012. A Execução 2, de 2015 a 2018. A fase atual, Execução 3, começou em 2022 e durará até junho de 2026. Nesse meio tempo, o acelerador passou por atualizações e manutenções regulares, aumentando sua confiabilidade e eficiência e permitindo que ele atingisse novos recordes.

Desta vez, o tempo de inatividade é necessário para que o LHC melhore sua luminosidade. Na física de aceleradores, luminosidade significa o número de colisões que ocorrem quando feixes de partículas colidem. O novo feixe não só conterá mais partículas, como também será mais focado, o que aumentará a probabilidade de colisões. A atualização do LHC aumentará o número total de colisões em dez vezes. O LHC mais "luminoso" permitirá medições mais precisas de novas partículas e a observação de processos que até agora permaneceram fora do alcance da sensibilidade do detector. Isso tornará possível detectar fenômenos raros e expandir nosso conhecimento do Universo nesta fronteira energética.

No entanto, o aumento da luminosidade impõe sérios desafios tecnológicos. Como parte da modernização, novos ímãs quadrupolos são necessários para reter o feixe, os sistemas de resfriamento devem ser aprimorados e sistemas de diagnóstico do feixe e novos sistemas de proteção de dispositivos devem ser implementados para evitar danos. Detectores e sistemas de TI também devem ser modernizados para lidar com o crescente volume de dados a serem processados.

O Dr. Meddahi explicou que o complexo de quatro pré-aceleradores, onde as partículas são aceleradas antes de serem injetadas no LHC, já passou por uma grande atualização, que foi implementada e lançada com sucesso, com feixes que atendem à especificação HL-LHC já sendo obtidos rotineiramente.

No próprio anel do LHC, em ambos os lados dos experimentos ATLAS e CMS, serão instalados novos ímãs quadrupolo supercondutores, que focalizam os feixes pouco antes da colisão. Eles serão feitos de um novo material supercondutor à base de nióbio e estanho.

"A atualização é uma empreitada gigantesca. Precisamos abrir quilômetros do acelerador para instalar os novos ímãs. Ao mesmo tempo, realizaremos a manutenção e a modernização da infraestrutura existente", explicou o Dr. Meddahi.

Como explicou o Dr. Meddahi, grande parte dos esforços de pesquisa e desenvolvimento do CERN está atualmente focada em tornar novos dispositivos mais eficientes – usando menos energia e, sempre que possível, menos água para resfriamento. A energia recuperada das instalações poderia ser usada, por exemplo, para aquecer a infraestrutura em cidades próximas.

A especialista do CERN também descreveu o que acontecerá durante o longo período de inatividade. Primeiro, todo o sistema deverá aquecer gradualmente de -271 graus Celsius até a temperatura ambiente. "Só então centenas de pessoas poderão entrar no túnel todos os dias e trabalhar em seus equipamentos. Esta é uma tarefa realmente enorme. Depois, tudo deverá ser reconectado, testado, resfriado novamente – o que leva vários meses – e testado novamente. Levará quase um ano para preparar a máquina para a reinicialização após a conclusão do trabalho", observou.

O pesquisador acrescentou que, para os cientistas do CERN, a paralisação do LHC não significa uma interrupção no trabalho. Eles estarão envolvidos no projeto, montagem e teste de novos componentes. Eles também analisarão os dados coletados na fase de Execução 3, um processo que consome muito mais tempo do que a coleta de dados em si.

"O que fazemos em nosso instituto é a verdadeira ciência para a paz. Temos pessoas de 110 nacionalidades trabalhando juntas, deixando a geopolítica de lado e se unindo para entender melhor de onde viemos, quais partículas existiam na época do Big Bang, onde estão a massa e a energia que faltam no universo... Todas essas são questões fascinantes e nós, como humanidade, devemos investigá-las. Precisamos garantir que a Europa continue a liderar essa pesquisa – ela é realmente de grande valor", garantiu o Dr. Meddahi.

A Agência de Imprensa Polonesa foi a patrocinadora de mídia do Perspektywy Women in Tech Summit (4 a 5 de junho).

Ludwik Tomal (PAP)

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