Oitenta e cinco por cento da matéria em nosso universo é um mistério.
Não sabemos do que é feita, motivo pelo qual a chamamos de matéria escura.
Mas sabemos que está lá fora, pois podemos observar sua atração gravitacional
em galáxias e em outros corpos celestes.
Ainda não observamos diretamente matéria escura,
mas cientistas teorizam que possamos ser capazes de criá-la
no mais poderoso colisor de partículas no mundo.
Este é o LHC, Grande Colisor de Hádrons, de 27 quilômetros de extensão,
em Genebra, na Suíça.
E como isso funcionaria?
No LHC, dois feixes de prótons se movem em direções opostas
e são acelerados até próximo da velocidade da luz.
Em quatro pontos de colisão, os feixes se cruzam e prótons se chocam.
Prótons são compostos de partículas muito menores chamadas quarks e glúons.
Na maioria das colisões, os dois prótons se atravessam
sem resultados significativos.
Contudo, em aproximadamente uma em um milhão de colisões,
dois componentes se chocam tão violentamente,
que a maior parte da energia de colisão é liberada
produzindo milhares de novas partículas.
É apenas nessas colisões que partículas muito massivas,
como a proposta matéria escura, podem ser produzidas.
Os pontos de colisão são cercados por detectores
contendo aproximadamente 100 milhões de sensores.
Como câmeras tridimensionais enormes,
eles coletam informações dessas novas partículas,
incluindo suas trajetórias,
carga elétrica,
e energia.
Após processada, os computadores podem demonstrar uma colisão como uma imagem.
Cada linha é o caminho de uma partícula diferente,
e diferentes tipos de partículas são coloridas distintivamente.
Dados dos detectores permitem que cientistas determinem
o que cada uma dessas partículas é,
coisas como fótons e elétrons.
Detectores tiram fotos de aproximadamente um bilhão dessas colisões por segundo
para encontrar sinais dessas partículas massivas extremamente raras.
Para aumentar a dificuldade,
essas partículas que procuramos podem ser instáveis
e decair em partículas mais comuns antes de atingirem os sensores.
Tome como exemplo o bóson de Higgs,
uma partícula teorizada há muito tempo e que não havia sido observada até 2012.
As chances de uma colisão produzir um bóson de Higgs são de uma em 10 bilhões,
e ele se mantém por apenas uma pequena fração de segundo
antes de decair.
Mas cientistas desenvolveram modelos teóricos para mostrar-lhes o que procurar.
Para o bóson de Higgs, eles pensaram que se decomporia em dois fótons.
Eles então examinaram primeiro apenas os eventos de alta energia
que incluíam dois fótons.
Mas havia um problema aqui.
Existem inúmeras interações de partículas
que podem produzir dois fótons aleatórios.
Como separar o bóson de Higgs do restante?
A resposta é massa.
A informação colhida pelos detectores permite que os cientistas voltem um passo
e determinem a massa do que produziu os dois fótons.
Colocam o valor da massa em um gráfico
e repetem o processo para todos os eventos com dois fótons.
A maioria destes eventos é apenas observações aleatórias de fótons,
o que cientistas chamam de eventos de fundo.
Mas quando um bóson de Higgs é produzido e se decompõe em dois fótons,
a massa sempre é a mesma.
Portanto, o sinal de um bóson de Higgs
seria um pequeno inchaço no topo do plano de fundo.
São necessárias bilhões de observações até que um inchaço como esse apareça,
e só é considerado um resultado definitivo
se o inchaço se torna notadamente maior que o plano de fundo.
No caso do bóson de Higgs,
os cientistas no LHC anunciaram seu resultado revolucionário
quando havia apenas uma chance em 3 milhões
de que o inchaço aparecesse ao acaso.
De volta à matéria escura.
Se os feixes de prótons do LHC possuírem energia suficiente para produzí-la,
provavelmente seria um evento ainda mais raro que o bóson de Higgs.
Precisaríamos de mil bilhões de colisões combinadas com modelos teóricos
para começar a procurar.
Isso é o que o LHC está fazendo agora.
Ao gerar uma montanha de dados,
esperamos encontrar mais pequenos inchaços em gráficos
que proverão evidências para partículas ainda desconhecidas, como matéria escura.
Talvez o que vamos encontrar não seja matéria escura,
mas algo diferente
que alteraria completamente nosso entendimento de como o universo funciona.
E isso é parte da diversão nesse momento.
Não temos ideia do que vamos encontrar.