O Grande Colisor de Hádrons Explicado
26 de maio de 2024Temporada 3Episódio 5
Equedia Investment Letter
É enorme.
Tem 27 quilômetros de comprimento e fica 100 metros abaixo da terra.
Levou milhares de pessoas de mais de 100 países 30 anos para ser construído.
Custa mais de 5 bilhões de dólares.
É o maior instrumento científico já construído pelo homem.
Tem sido dito que pode abrir portais para outras dimensões e até criar buracos negros.
E foi ligado.
Versão completa do texto com imagens e gráficos aqui: https://www.equedia.com/large-hadron-collider-explained/
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É enorme.
Tem 27 quilômetros de comprimento e fica 100 metros abaixo da terra.
Levou milhares de pessoas de mais de 100 países 30 anos para ser construído.
Custa mais de 5 bilhões de dólares.
É o maior instrumento científico já construído pelo homem.
Tem sido dito que pode abrir portais para outras dimensões e até criar buracos negros.
E foi ligado.
Então, o que é?
É chamado de Grande Colisor de Hádrons (LHC).
Construído pela Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, mais conhecida como CERN, é o maior sistema de vácuo operacional do mundo e o maior e mais poderoso acelerador de partículas – um longo tubo circular composto por tubos especiais que são tão vazios quanto o espaço interestelar e mais frios que o próprio espaço.
De fato, a temperatura dentro desses tubos é um insano -271,3°C —apenas alguns graus abaixo da temperatura onde todo o movimento molecular cessa: o zero absoluto.
No entanto, ele pode gerar uma temperatura impressionante de 5 trilhões de graus Celsius – mais quente que uma explosão de supernova e 366.000 vezes mais quente que o centro do sol.
Não é de admirar que alguns acreditem que ele pode criar um buraco negro e explodir o mundo.
Mas o que ele é realmente?
É um acelerador de partículas massivo.
Não se preocupe; aceleradores de partículas existem desde a década de 1930.
Eles são usados para produzir partículas energéticas para explorar o que compõe o centro dos átomos, a estrutura do núcleo atômico.
Esses aceleradores podem ter a forma de anéis, onde as partículas giram em círculos, ou em linhas retas, onde as partículas se movem de uma extremidade à outra.
Eles funcionam usando campos elétricos para empurrar as partículas em uma direção, criando mais energia e fazendo-as se mover mais rápido.
Em teoria, o comprimento de um acelerador, como um acelerador de partículas, está diretamente relacionado à energia e velocidade das partículas que ele pode produzir.
Aceleradores mais longos permitem mais aceleração, o que significa que as partículas podem atingir velocidades mais altas. Isso ocorre porque as partículas são aceleradas várias vezes à medida que viajam ao longo do acelerador, ganhando mais velocidade a cada passagem.
Com 27 quilômetros de comprimento, o Grande Colisor de Hádrons acelera prótons a quase a velocidade da luz antes de colidi-los.
Mas por quê?
Prótons são uma das menores partículas que conhecemos hoje – perdendo apenas para quarks e léptons (mais em breve).
Para lhe dar uma perspectiva, um próton é cerca de 100.000 vezes menor que o átomo em que reside.
Imagine um grão de areia tipicamente com cerca de 0,5 a 2 milímetros de tamanho. Agora, considere que um próton é cerca de 100.000 vezes menor que esse grão de areia. Se um grão de areia tivesse o tamanho da Terra, um próton teria o tamanho de uma pequena bolinha de gude nessa escala.
Essa nem é a parte mais louca.
Dentro do Grande Colisor de Hádrons, dois feixes de partículas de alta energia transportando prótons viajam a uma velocidade próxima à da luz antes de serem feitos para colidir. Os feixes viajam em direções opostas em tubos de feixe separados dentro de um espaço da largura de um cabelo humano.
Esse fio de cabelo pode parecer pequeno, mas um próton comparado à largura do seu cabelo é como um grão de sal comparado à Terra inteira!
Colidir prótons que viajam perto da velocidade da luz é extremamente difícil – como disparar duas agulhas a 10 quilômetros de distância com tal precisão que elas se encontram no meio do caminho e se dividem.
Então, como eles fazem isso?
Para garantir que os prótons permaneçam na trajetória, um anel de 27 km de ímãs supercondutores mantém campos magnéticos, que ajudam a direcionar e focar essas partículas.
Os eletroímãs são construídos a partir de bobinas de cabos elétricos especiais que operam em estado supercondutor, conduzindo eletricidade de forma eficiente sem resistência ou perda de energia. Isso requer o resfriamento dos ímãs a – 271,3°C – uma temperatura mais fria que o espaço sideral.
Pouco antes da colisão, outro tipo de ímã é usado para “apertar” as partículas, aproximando-as e aumentando as chances de colisões.
Todo esse processo exige uma quantidade insana de energia, então tudo tem que ser perfeito, assim como um lançamento de foguete.
De fato, o Grande Colisor de Hádrons usa cerca de 120 megawatts de energia quando em operação – o suficiente para alimentar uma pequena cidade!
Claro, seria bobagem pensar que eles disparam apenas alguns prótons para fazer tudo isso funcionar.
Por que arriscar disparar apenas uma agulha para atingir outra agulha a 10 km de distância? As chances de essas agulhas se atingirem seriam bem pequenas.
E é.
Então, como eles fazem isso?
Bem, como você provavelmente adivinhou, eles disparam mais de um próton por vez – bilhões, na verdade.
Em média, cada feixe contém 100 bilhões de prótons enviados em direções opostas – são 100 bilhões de prótons contra 100 bilhões de prótons!
Mas nem todos esses prótons são disparados de uma vez.
Eles organizam esses prótons em feixes, com cerca de 2.808 feixes por feixe, cada um contendo bilhões de prótons.
Com 2.808 feixes por feixe, há aproximadamente 208.320 feixes circulando no colisor a qualquer momento.
E adivinhe quantos realmente colidem por cruzamento?
Apenas 50-60 prótons.
É por isso que eles fazem isso repetidamente – impressionantes 30 milhões de vezes… por segundo!
Com quase 3000 feixes, cada um com mais de 100 bilhões de prótons, o Grande Colisor de Hádrons está criando 1 bilhão de colisões por segundo!
Mas por quê?
É para abrir outra dimensão? É para criar um buraco negro? É para trazer espíritos malignos?
Talvez…
Mas não é tecnicamente e cientificamente para isso que ele foi projetado.
Ele foi projetado para estudar o que criou o Universo – para entender o que pode ter acontecido perto do início do Universo, quando o Big Bang supostamente ocorreu.
Como o menor dos pequenos criou uma quantidade tão enorme de energia para criar o Universo como o conhecemos hoje?
Preocupado com o CERN?
Eu sei o que você está pensando: se conseguirmos replicar o Big Bang, a maior explosão da história do Universo, isso não nos aniquilaria?
Bem, não há necessidade de se preocupar – ainda.
Apesar de ter sido projetado para replicar o tempo mais próximo do Big Bang, quando dois prótons colidem no Grande Colisor de Hádrons, a energia liberada está na escala de um bilionésimo de joule.
Isso é semelhante à energia cinética de um mosquito voando.
Em comparação, um raio libera cerca de 5 bilhões de joules de energia ou cerca de 1 milhão de vezes mais energia do que uma única colisão próton-próton no Grande Colisor de Hádrons.
No entanto, os cientistas descobriram que quando os prótons colidem em velocidades incrivelmente rápidas, eles liberam tanta energia que ela pode se transformar em massa física.
Se a energia for alta o suficiente, ela pode se transformar em partículas misteriosas ou desconhecidas – e é isso que os cientistas estão procurando.
Veja bem, a matemática é uma coisa muito interessante que pode prever e resolver muitas perguntas sem resposta.
Por exemplo, a teoria da relatividade de Albert Einstein, mais conhecida como E=mc 2, não foi comprovada até décadas após sua primeira publicação.
Em 1869, o químico russo Dmitri Mendeleev criou uma estrutura que evoluiu para a tabela periódica moderna. Mas quando a elaborou, deixou espaços reservados para elementos que sabia que existiam, mas que ainda não haviam sido identificados. Ele até antecipou as características de certos elementos não descobertos, atribuindo-lhes nomes provisórios como “eka-alumínio” para um elemento semelhante ao alumínio. Anos depois, o eka-alumínio foi identificado como gálio. Apesar de algumas inconsistências, sua teoria dos “elementos ausentes” provou ser bastante precisa.
Então, assim como descobrimos os elementos da tabela periódica com a matemática, poderia haver partículas que ainda não descobrimos que poderiam mudar a forma como vemos o Universo?
A resposta é sim.
O Modelo Padrão
Pense em dividir algo repetidamente até obter algo que não possa mais ser dividido.
Estas são chamadas de partículas elementares – os blocos de construção mais fundamentais da matéria e energia no Universo.
Você já ouviu falar de elétrons e fótons – estas são partículas elementares.
Assim como os químicos dependem da tabela periódica, os físicos dependem do Modelo Padrão para essas partículas elementares – uma teoria na física de partículas que descreve as partículas e forças fundamentais que compõem o Universo.
Férmions são as partículas que compõem a matéria. Eles incluem quarks (que compõem prótons e nêutrons) e léptons (como elétrons), os menores dos pequenos como conhecemos hoje.
De fato, quarks e léptons são tão pequenos que não há evidências de que tenham qualquer tamanho. Estranho, não é?
No entanto, físicos nos colisores Tevatron do Fermilab e LEP e LHC do CERN estabeleceram um limite para o tamanho de quarks e léptons: Eles devem ser menores que cerca de 0,001 vezes o tamanho de um próton.
Bósons, por outro lado, são partículas que mediam as forças entre os férmions. Em termos mais simples, eles são os portadores de forças e energia no Universo.
No entanto, antes de 2012, o Modelo Padrão previa que deveria haver outra partícula – uma partícula que provavelmente estava presente perto do início do Universo, mas que ainda não havia sido encontrada.
Eles chamaram essa partícula misteriosa de “partícula de Deus”, também conhecida como bóson de Higgs.
A existência do bóson de Higgs era necessária para explicar como as partículas adquirem massa – sem sua confirmação, o Modelo Padrão estaria incompleto.
Aqui está o vencedor do Prêmio Nobel Peter Higgs descrevendo o que é.
https://x.com/NobelPrize/status/1779190652175011900
Em termos mais simples, esta “partícula de Deus” é a razão pela qual tudo o que sentimos existe.
Para confirmar a existência do bóson de Higgs, os físicos precisavam concentrar energia suficiente em um só lugar para criá-lo – como colidir dois prótons a quase a velocidade da luz.
Essa é uma das principais razões – pelo menos, como eles declararam publicamente – pela qual o Grande Colisor de Hádrons foi criado.
Em 2012, após repetidamente colidir prótons no Grande Colisor de Hádrons, o bóson de Higgs foi descoberto.
Mas como?
É aqui que a matemática desempenha um papel crítico – e por que milhares de cientistas foram necessários para confirmar isso.
Veja bem, quando os prótons são colididos, criando as partículas misteriosas especiais de Deus, elas existem apenas brevemente antes de se transformarem novamente em partículas normais.
É por isso que o Grande Colisor de Hádrons possui alguns dos sensores e detectores mais avançados já construídos para pesquisa em física de partículas.
Quando essas partículas explodem e voam para fora em direção aos sensores, os sensores registram exatamente onde essas partículas atingiram.
Trabalhando de trás para frente e usando a física mais complexa para fazer engenharia reversa do que aconteceu no momento da colisão para confirmar a partícula misteriosa, os físicos conseguiram detectar um pequeno pico.
Parece com isto:
E sim, é isso. Este pico foi o que confirmou a presença do bóson de Higgs.
Bilhões de dólares, 100 países e milhares de cientistas culminaram para criar este pico em um gráfico.
Se você realmente acha que pode entender física avançada, sinta-se à vontade para aprender mais sobre este “pico” aqui.
Que Pico!?!
Certamente, os cientistas não teriam gasto tanto tempo e dinheiro apenas para criar um pico em um gráfico.
Certamente, eles estavam pelo menos tentando abrir portais ou invocar demônios.
Bem, apesar de uma descoberta bastante mundana no que se aplica à vida real, o subproduto do trabalho feito no CERN realmente gerou uma tonelada de aplicações na vida real.
Isso inclui tratamentos de câncer, carros elétricos, imagens médicas e até a World Wide Web.
Talvez, eventualmente, a descoberta feita usando o Grande Colisor de Hádrons possa impulsionar nosso mundo para uma nova área de descoberta. Talvez possa nos ajudar a entender melhor a matéria escura ou até mesmo a antigravidade e a energia de ponto zero.
E embora haja céticos sobre o que o Grande Colisor de Hádrons pode nos ensinar, isso não impede os cientistas de avançar em sua pesquisa.
De fato, os cientistas já estão procurando desenvolver um colisor ainda maior na Europa – um que tenha 100 km de comprimento e seja vagamente chamado de Future Circular Collider.
Adivinhe quem mais está procurando construir seu próprio colisor de 100 km?
Isso mesmo, a China.
“A construção do maior colisor de partículas do mundo pode começar na China em três anos, embora ainda precise obter aprovação do governo e garantir financiamento, disse um cientista líder.
O Colisor Circular Elétron-Pósitron (CEPC) de 36 bilhões de yuans (US$ 5 bilhões), também conhecido como fábrica de Higgs, levará cerca de 10 anos para ser construído e se tornará o próximo centro global de física de partículas, de acordo com Wang Yifang, diretor do Instituto de Física de Altas Energias em Pequim.
Ao acelerar elétrons e suas antipartículas – pósitrons – em um túnel subterrâneo de 100 km de comprimento (62 milhas) a energias extremamente altas e colidi-los uns contra os outros, o CEPC criará milhões de bósons de Higgs e permitirá que os cientistas façam novas descobertas além do Modelo Padrão – nossa melhor teoria existente para descrever os blocos de construção básicos do Universo.”
Então, enquanto bilionários como Elon Musk e Jeff Bezos estão lançando coisas para o espaço, cientistas ao redor do mundo estão procurando criar as coisas que fazem o espaço.
O que acontecerá quando colidirmos partículas usando energias mais altas do que nunca?
Um colisor de 100 km poderia potencialmente atingir energias de colisão de 100 tera-elétron-volts, cerca de seis vezes a energia de colisão do Grande Colisor de Hádrons (LHC), e igual à energia de colisão criada por remanescentes de supernovas, pulsares e raios cósmicos.
A questão é: isso fará diferença?
O que você acha que vai acontecer? Criaremos um buraco negro? Abriremos outra dimensão? Criaremos matéria escura e aproveitaremos energia ilimitada?
A razão para explicar o que é o Grande Colisor de Hádrons nesta newsletter de investimento é para lhe mostrar que há uma infinidade de novas tecnologias no horizonte que mudarão nossa compreensão do mundo.
Isso inclui não apenas novas descobertas com IA, mas também descobertas usando ferramentas que nos permitem ver coisas tão pequenas que podemos detectar doenças com apenas uma única respiração.
Boa Caçada.
Busque a verdade e esteja preparado,
Carlisle Kane
