Grande colisionador de hadrones

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Coordenadas: 46°14′N 06°03′E / 46.233, 6.05

Corrente de aceleradores do Grande colisionador de hadrones (LHC)
Experimentos
ATLAS	Aparelho Toroidal do LHC
CMS	Solenoide de Muones Compacto
LHCb	LHC-beauty
ALICE	Grande Colisionador de Iones
TOTEM	Secção de Cruze total, diseminación elástica e disociación por difracción.
LHCf	LHC-atacante
Preaceleradores
p e Pb	Acelerador linear de protones e Chumbo
(não marcado)	Lanzador de Protones do Sincrotrón
PS	Sincrotrón de protones.
SPS	Supersincrotrón de protones.

O Grande Colisionador de Hadrones, GCH (em inglês Large Hadron Collider, LHC) é um acelerador e colisionador de partículas localizado na Organização Européia para a Investigação Nuclear (CERN, sigla que corresponde seu antigo nome em francês: Conseil Européen pour a Recherche Nucléaire), cerca de Genebra , na fronteira franco-suíça. Foi desenhado para colisionar fazes de hadrones , mais exactamente de protones , de até 7 TeV de energia, sendo seu propósito principal examinar a validade e limites do Modelo Regular, o qual é actualmente o marco teórico da física de partículas, do que se conhece sua ruptura a níveis de energia altos.

Dentro do colisionador dois fazes de protones são acelerados em sentidos opostos até atingir o 99,99% da velocidade da luz, e faz-lhos chocar entre si produzindo altísimas energias (ainda que a escalas subatómicas) que permitiriam simular alguns eventos ocorridos imediatamente após o big bang.

O LHC é o acelerador de partículas maior e energético do mundo.^[1] Usa o túnel de 27 km de circunferencia criado para o Grande Colisionador de Elétrons e Positrones (LEP em inglês) e mais de 2000 físicos de 34 países e centos de universidades e laboratórios têm participado em sua construção.

Uma vez arrefecido até sua temperatura de funcionamento, que é de 1,9 K (menos de 2 graus acima do zero absoluto ou −271,15 °C), os primeiros fazes de partículas foram injectados o 1 de agosto de 2008,^[2] e a primeira tentativa para os fazer circular por toda a trajectória do colisionador se produziu o 10 de setembro do ano 2008.^[3] Ainda que as primeiras colisões a alta energia em princípio estiveram previstas para o 21 de outubro de 2008,^[4] o experimento foi postergado devido a uma avaria que produziu a fuga do helio líquido que enfría um dos ímans superconductores.

A fins de 2009 foi voltado a pôr em marcha, e o 30 de novembro desse ano converteu-se no acelerador de partículas mais potente ao conseguir energias de 1,18 TeV em seus fazes, superando o recorde anterior de 0,98 TeV estabelecido pelo Tevatrón estadounidense.^[5] O 30 de março de 2010 as primeiras colisões de protones do LHC atingiram uma energia de 7 TeV (ao chocar dois fazes de 3,5 TeV a cada um) o que significou um novo recorde para este tipo de ensaios. O colisionador funcionará a médio rendimento durante dois anos, ao cabo dos quais se projecta levar a sua potência máxima de 14 TeV.^[6]

Teoricamente espera-se que este instrumento permita confirmar a existência da partícula conhecida como bosón de Higgs, às vezes chamada partícula de Deus"^[7] ou “partícula da massa”. A observação desta partícula confirmaria as predições e "enlaces perdidos" do Modelo Regular da física, podendo-se explicar como as outras partículas elementares adquirem propriedades como a massa.^[8]

Desenho do CMS collaboration.

Verificar a existência do bosón de Higgs seria um passo significativo na busca de uma teoria da grande unificação, que pretende relacionar três das quatro forças fundamentais conhecidas, ficando fora dela unicamente a gravidade. Ademais este bosón poderia explicar por que a gravidade é tão débil comparada com as outras três forças. Junto ao bosón de Higgs também poderiam se produzir outras novas partículas que foram preditas teoricamente, e para as que se planificou sua busca,^[9] como os strangelets, o micro buracos negros, o monopolo magnético ou as partículas supersimétricas.^[10]

Experimentos

Parte do túnel do LHC situada embaixo do LHC P8, cerca do LHCb.

Os protones acelerar-se-ão até ter uma energia de 7 T eV a cada um (sendo o total de energia da colisão de 14 TeV). Estão a construir-se 5 experimentos para o LHC. Dois deles, ATLAS e CMS, são grandes detectores de partículas de propósito geral. Os outros três, LHCb, ALICE e TOTEM, são mais pequenos e especializados. O LHC também pode se empregar para fazer colisionar iones pesados tais como chumbo (a colisão terá uma energia de 1150 TeV). Os físicos confiam em que o LHC proporcione respostas às seguintes questões:

O significado da massa (sabe-se como a medir mas não se sabe que é realmente)
A massa das partículas e sua origem (em particular, se existe o bosón de Higgs)
A origem da massa dos bariones
Número de partículas totais do átomo
A saber o porqué têm as partículas elementares diferentes massas (isto é, se interactúan as partículas com um campo de Higgs)
O 95% da massa do universo não está feita da matéria que se conhece e se espera saber que é a matéria escura
A existência ou não das partículas supersimétricas
Se há dimensões extras, tal como predizem vários modelos inspirados pela Teoria de sensatas, e, em caso afirmativo, por que não se puderam perceber
Se há mais violações de simetría entre a matéria e a antimateria

O LHC é um projecto de tamanho imenso e uma enorme tarefa de engenharia. Enquanto esteja ignição, a energia total armazenada nos ímans é 10 giga julhos e no faz 725 mega julhos.

O detector CMS do LHC.

Tanques de helio .

Rede de computação

A rede de computação (Computing Grid em inglês) do LHC é uma rede de distribuição desenhada pelo CERN para manejar a enorme quantidade de dados que serão produzidos pelo Grande Colisionador de Hadrones. Incorpora tanto enlaces próprios de fibra óptica como partes de Internet de alta velocidade.

O fluxo de dados provisto desde os detectores estima-se aproximadamente em 300 Gb/s, que é filtrado procurando eventos interessantes", resultando um fluxo de 300 Mb/s. O centro de cómputo do CERN, considerado Bicha 0" da rede, tem dedicado uma conexão de 10 Gb/s.

Espera-se que o projecto gere 27 Terabytes de dados por dia, mais 10 TB de "resumem". Estes dados são enviados fora do CERN a onze instituições académicas da Europa, Ásia e Norteamérica, que constituem a "bicha 1" de processamento. Outras 150 instituições constituem a "bicha 2".

Espera-se que o LHC produza entre 10 a 15 Petabytes de dados por ano.

Orçamento

A construção do LHC foi aprovada em 1995 com um orçamento de 2600 milhões de Francos suíços (ao redor de 1700 milhões de euros), junto com outros 210 milhões de francos (140 milhões €) destinados aos experimentos. No entanto, este custo foi superado na revisão de 2001 em 480 milhões de francos (300 milhões de €) no acelerador, e 50 milhões de francos (30m €) mais no apartado para experimentos.^[11] Outros 180 milhões de francos (120m €) mais tiveram-se que destinar ao incremento de custos das bobinas magnéticas superconductoras. E ainda persistem problemas técnicos na construção do último túnel baixo terra onde se emplazará o Solenoide compacto de muones (CMS).
O orçamento da instituição aprovado para 2008, é de 660.515.000 euros para um total de 53.929.422 euros..

Alarmes sobre possíveis catástrofes

Desde que projectou-se o Grande Colisionador Relativista de Iones (RHIC), o estadounidense Walter Wagner e o espanhol Luis Sancho^[12]denunciaram ante um tribunal de Hawaii ao CERN e ao Governo dos Estados Unidos, afirmando que existe a possibilidade de que seu funcionamento desencadeie processos que, segundo eles, seriam capazes de provocar a destruição da Terra. No entanto sua postura é recusada pela comunidade científica, já que carece de qualquer respaldo matemático que a apoie.

Os processos catastróficos que denunciam são:

A formação de um buraco negro estável,
A formação de matéria estranha supermasiva, tão estável como a matéria ordinária,
A formação de monopolos magnéticos (previstos na teoria da relatividad) que pudessem catalizar o decaimiento do protón,
A activação da transição a um estado de vazio cuántico.

A este respecto, o CERN tem realizado estudos sobre a possibilidade de que se produzam acontecimentos desastrosos como microagujeros negros^[13] instáveis, redes, ou disfunciones magnéticas.^[14] A conclusão destes estudos é que "não se encontram bases fundadas que conduzam a estas ameaças".^[15]^[16]

Resumindo:

No hipotético caso de que se criasse um buraco negro, seria tão infinitamente pequeno que poderia atravessar a Terra sem tocar nem um sozinho átomo, já que o 95% destes são espaços vazios. Devido a isto, não poderia crescer e atingiria o espaço, onde sua probabilidade de chocar contra algo e crescer, é ainda mais pequena.^{[cita requerida]}
O planeta Terra está exposto a fenómenos naturais similares ou piores aos que serão produzidos no LHC.

Os raios cósmicos atingem continuamente a Terra a velocidades (e por tanto energias) enormes, inclusive várias ordens de magnitude maiores às produzidas no LHC.
O Sol, devido a seu tamanho, tem recebido 10.000 vezes mais.
Considerando que todas as estrelas do universo visível recebem um número equivalente, se atingem uns 10³¹ experimentos como o LHC e ainda não se observou nenhum evento como o postulado por Wagner e Sancho.

Durante a operação do colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) em Brookhaven (EE.UU.) não se observou nem um sozinho strangelet. A produção de strangelets no LHC é menos provável que o RHIC, e a experiência neste acelerador tem validado o argumento de que não se podem produzir strangelets.

Linha de tempo do colisionador

Linha de tempo
Data	Evento
2008-09-10	CERN disparou com sucesso os primeiros protones no circuito do túnel por etapas.
2008-09-19	Produziu-se amortiguación magnética em ao redor de 100 ímans de flexão nos sectores 3 e 4, causando uma perda de aproximadamente 6 toneladas de helio líquido.
2008-09-30	Tinha-se prevista a primeira colisão, mas foi posposta pelo acidente.
2008-10-16	CERN deu a conhecer uma análise preliminar do incidente.
2008-10-21	Inauguração oficial.
2008-12-05	CERN publicou uma análise detalhada.
2009-10-29	O LHC retomou sua operação a 3,5 TeV por faz.
2009-11-20	O LHC reiniciou suas operações.
2009-11-23	Os quatro detectores captam as primeiras colisões a 450 GeV.
2009-11-30	O LHC rompe recorde em ser o acelerador de partículas mais potente do mundo, criando colisões a 2.36 TeV (1.18 TeV por faz).
2009-12-16	O LHC é apagado para realizar-se nele os ajuste necessários para que possa funcionar a 7 TeV.
2010-02-28	O LHC retoma suas actividades, fazendo circular duas fazes de partículas em sentidos contrários com uma energia de 450 GeV por faz.
2010-03-19	O LHC atinge um novo recorde fazendo circular os dois fazes de protones, a cada um a 3.5 TeV.
2010-03-30	O LHC inicia exitosamente as colisões de partículas a 7 TeV (3.5 TeV por faz). Manter-se-á assim até finais de 2011, para realizar os ajuste necessários para o pôr a funcionar a toda a potência (14 TeV).

Curiosidades

Zoo de partículas na supersimetría.

Convergência das três forças. Marca-se a energia máxima do LHC.

Para controlar a configuração primária para as máquinas da rede de computadores do LHC utiliza-se uma distribuição científica do sistema operativo Linux telefonema Scientific Linux. Esta rede utiliza-se para receber e distribuir os 15 petabytes de dados a 100.000 CPU de todo mundo.^[17]

Um grupo de hackers gregos conseguiram burlar a segurança de Windows Server 2003 permitindo assim ingressar aos servidores do CERN, estando "a um passo" dos sistemas que controlam o LHC. O grupo "Greek Security Team" deixo a mensagem "Baixamos-lhes os pantalones porque não queremos os ver correndo nus procurando onde se esconder quando chegue o pânico" deixando constancia de que o sistema é vulnerável.^[18]
O LHC lançou sua primeira partícula o 10 de setembro do 2008. Este facto já tinha circulado por todo mundo, provocando revoltas, e inclusive, o suicídio de uma adolescente indiana que pensou que o mundo acabar-se-ia.^[19]

Estava previsto que o LHC fora oficialmente posto em marcha em dezembro de 2008, mas uma fuga de helio provocou que o desligassem.

Stephen Hawking apostou 100 dólares a que a partícula bosón de Higgs não existe, e mencionou que seria mais interessante o não encontrar a chamada partícula de Deus. Mais tarde assegurou que seria possível viajar no tempo, mas só poder-se-ia ir para o futuro.^[20]

Em cultura popular

Dão Brown utiliza o LHC em sua novela Anjos e demónios: no CERN (Organização Européia para a Investigação Nuclear) roubam uma quantidade diminuta de antimateria que, em mãos de um grupo de autodenominados illuminati, é usada como explosivo. Esta novela não tem rigor científico.

Em 2008 Katherine McAlpine publica o “Large Hadron Rap” em Youtube. Ela é jornalista do CERN e tem criado o rap junto com seus colegas. O rap apresenta uma introdução fácil na maneira de funcionar do acelerador das partículas LHC.

Lhes Horríveis Cernettes ocupa-se não só em seu nome com o LHC senão também em suas canções. Ainda em seu vídeo se filma na planta do LHC.

Uma referência adicional e consideravelmente mais crítica ao LHC representa a canção “Blind man” da banda Canyayeda.

Em 2009, o último livro do escritor de ciência-ficção e filósofo Jonás Barnaby, Luzes do Cosmos, gira em torno dos efeitos na moralidad à hora de enfrentar a uma ameaça iminente (representada com as siglas LHC, siglas que pese a não nomear directamente o Grande Colisionador de Hadrones, fazem uma clara referência a este)

Na série americana "The Big Bang Theory" Leonard é convidado a observar o LHC coisa que acorda fitas-cola em Sheldon