Conseguíriamos criar matéria escura? - Rolf Landua

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Veja a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/could-we-create-dark-matter-rolf-landua

Oitenta e cinco por cento da matéria no nosso universo é matéria escura. Nós não sabemos do que a matéria escura é feita, e ainda não a observamos diretamente, mas cientistas teorizam que nós podemos criá-la no Grande Colisor de Hádrons, o mais poderoso colisor de partículas no mundo. E como isso funcionaria? O cientista do CERN Rolf Landua explica como descobrir uma nova partícula.

Lição de: Rolf Landua; animação de: Lazy Chief.

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.