As misteriosas partículas 'fantasmas' buscadas por cientistas do maior acelerador de partículas do mundo

As misteriosas partículas "fantasmas" buscadas por cientistas do maior acelerador de partículas do mundo - (crédito: BBC)

Há muito tempo, físicos suspeitam que as misteriosas partículas "fantasmas" que nos rodeiam poderiam ajudar a avançar muito na compreensão da verdadeira natureza do Universo.

Agora os cientistas acreditam que encontraram uma maneira de provar se essas partículas existem ou não.

O centro europeu de investigação de partículas, Cern, aprovou uma experiência concebida para encontrar provas da sua existência.

O novo instrumento será mil vezes mais sensível a essas partículas do que os dispositivos anteriores.

Ele esmagará as partículas em uma superfície dura para detectá-las, em vez de umas contra as outras, como o principal dispositivo do Cern, o Grande Colisor de Hádrons (LHC, por suas siglas em inglês) — o maior acelerador de partículas do mundo.

O que são partículas 'fantasmas'?

Mas, afinal, o que são essas partículas "fantasmas" e por que foi necessária uma nova abordagem para detectá-las?

A teoria atual da física de partículas é chamada de Modelo Padrão.

Ela diz que tudo no Universo é composto por uma família de 17 partículas, algumas bem conhecidas como elétron e o bóson de Higgs, assim como os menos conhecidos quark charm, neutrino do tau e glúons.

Algumas são misturadas em diferentes combinações para formar as partículas maiores, mas ainda incrivelmente pequenas, que constituem o mundo que nos rodeia, bem como as estrelas e galáxias que vemos no espaço, enquanto outras estão envolvidas nas forças da natureza.

Mas há um problema: os astrônomos notaram coisas nos céus – a forma como as galáxias se movem, por exemplo – que sugerem fortemente que tudo o que podemos observar representa apenas cinco por cento do Universo.

Alguns, ou mesmo todo o resto do Universo, podem ser constituídos por partículas "fantasmas" ou "ocultas". Acredita-se que sejam doppelgangers (sósias) fantasmas das 17 partículas do Modelo Padrão.

Se existirem, são realmente difíceis de detectar porque muito raramente interagem com o mundo que conhecemos. Como fantasmas, passam direto por tudo e não podem ser detectadas por nenhum dispositivo terrestre.

Mas a teoria é que as partículas podem, muito raramente, desintegrar-se em partículas do Modelo Padrão, e estas podem ser encontradas por detectores. O novo instrumento aumenta as chances de detectar essas desintegrações, aumentando consideravelmente o número de colisões.

Em vez de colidir partículas, como faz a maioria dos experimentos atuais, o Buscador de Partículas Ocultas (em inglês Search for Hidden Particles, SHiP) irá colidi-las em um grande bloco de material. Isso significa que todas as partículas são quebradas em pedaços menores – em vez de apenas algumas delas. O diagrama abaixo mostra por que esta abordagem de "alvo fixo" é muito mais eficaz.

O caça-fantasmas-chefe do projeto, Andrey Golutvin, profesor da Imperial College, em Londres, disse que o experimento "marca uma nova era na busca por partículas ocultas".

"O SHiP tem a possibilidade única de resolver vários dos principais problemas da física de partículas, e temos a perspectiva de descobrir partículas que nunca foram vistas antes", disse ele.

A caça às partículas fantasmas requer equipamento especialmente adaptado.

Com experimentos normais, usando o Grande Colisor de Hádrons, por exemplo, novas partículas podem ser detectadas até um metro da colisão.

Mas as partículas fantasmas podem permanecer invisíveis e viajar dezenas ou mesmo centenas de metros antes de se desintegrarem e se revelarem. Por isso, os detectores do SHiP poderão localizar uma distância muito maior.

'Somos exploradores'

O professor Mitesh Patel, da Imperial College, descreveu a nova abordagem como "engenhosa".

"O que realmente me atrai nesta experiência é que estas partículas estão mesmo debaixo dos nossos narizes, mas nunca fomos capazes de as ver devido à forma como interagem, ou melhor, pela forma como não interagem."

"Somos exploradores e acreditamos que podemos ver algo interessante neste novo terreno. Então, temos que dar uma olhada."

O SHiP será construído dentro das instalações existentes no Cern, de acordo com Claudia Ahdida, física do Cern.

"Usaremos uma caverna e infraestrutura existente e de peças que tentaremos reutilizar tanto quanto possível e o que teremos é uma instalação que nos ajudará a procurar esse setor oculto, que nunca foi visto antes."

O SHiP será executado ao lado de todos os outros experimentos do Cern, o maior dos quais é o Large Hadron Collider, que tem procurado os 95% desaparecidos do Universo desde que foi concluído em 2008, a um custo de £ 3,75 bilhões (cerca de R$ 23,5 bilhões). Até agora não foi encontrada nenhuma partícula fora do Modelo Padrão e, portanto, o plano é construir uma máquina três vezes maior e muito mais poderosa.

O Future Circular Collider (FCC), um novo supercolisor apresentado por pesquisadores na Suíça, tem um custo inicial estimado em £12 bilhões (cerca de R$ 75 bilhões).

A data de início de operação planejada desse equipamento é em meados da década de 2040, embora não atinja todo o seu potencial de caça a partículas até 2070.

Em contraste, a experiência SHiP está programada para começar a procurar novas partículas em 2030 e será cerca de cem vezes mais barata, custando cerca de £ 100 milhões (cerca de R$ 628 milhões).

Mas os pesquisadores dizem que todas as abordagens são importantes para explorar todas as opções possíveis, para encontrar as partículas que, segundo eles, levariam a um dos maiores avanços na física de todos os tempos.