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Os planos para construir o supercolisor mais poderoso já deram um grande salto à frente graças a um avanço no controle do feixe de múons. Se aperfeiçoado, o método pode aumentar a frequência de colisões de múons o suficiente para torná-los uma opção viável para experimentos de supercolisor.
Atualmente, supercolisores colidem prótons, elétrons ou íons para desvendar os segredos do universo, enquanto um colisor baseado em múons permitiria o estudo de colisões em energias muito mais altas. Ironicamente, tal dispositivo não seria apenas mais poderoso, mas também mais barato e fácil de construir, diferentemente dos supercolisores cada vez mais massivos já em uso.
Antes dessa descoberta, controlar múons provou ser particularmente desafiador. Para que um supercolisor funcione corretamente, os engenheiros precisam ter certeza de que as partículas subatômicas que eles usam realmente colidem. Agora, uma equipe de pesquisadores do Imperial College de Londres diz que descobriu um novo método de controlar múons que pode finalmente tornar realidade os sonhos de um supercolisor ultrapoderoso.
“Nossa prova de princípio é uma ótima notícia para a comunidade internacional de física de partículas, que está fazendo planos para a próxima geração de aceleradores de alta energia”, explicado Dr. Paul Bogdan Jurj, pesquisador do Departamento de Física do Imperial College e o primeiro autor de um artigo divulgando a descoberta da equipe. “É um desenvolvimento importante em direção à realização de um colisor de múons, que poderia se encaixar em locais existentes, como o FermiLab nos Estados Unidos, onde há um entusiasmo crescente pela tecnologia.”
Como os físicos usam um supercolisor para desvendar os segredos do universo
Embora os físicos teóricos do século XX sonhassem com um acelerador de partículas extremamente poderoso para ajudá-los a perscrutar as profundezas do mundo subatómico, o primeiro supercolisor do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Suíça, não começou a conduzir experimentos até setembro de 2008. Quatro anos depois, a instalação em formato de donut, com 27 quilômetros de extensão, ganhou as manchetes mundiais quando os pesquisadores anunciaram a descoberta do Bóson de Higgs, anteriormente teórico.
Doze anos depois, encontrar a partícula subatômica que dá massa a outras partículas continua sendo a descoberta mais significativa feita pela instalação multibilionária. Há planos potenciais para construir um supercolisor maior, com quase 100 km de comprimento, mas essa instalação também está projetada para levar anos e custar imensas quantias de dinheiro. Além disso, como o atual LHC, essa instalação será limitada a colidir partículas subatômicas que são mais fáceis de controlar do que múons.
Notavelmente, um supercolisor que colide múons de alta energia seria menor e mais barato de construir e operar. A tecnologia também desbloquearia experimentos mais poderosos que não podem ser conduzidos nem mesmo no CERN, oferecendo aos físicos uma ferramenta do século XXI que não existe atualmente.
“Os colisores de múons seriam mais compactos e, portanto, mais baratos, atingindo energias efetivas tão altas quanto as propostas pelo colisor de prótons de 100 km em um espaço muito menor”, explica o comunicado à imprensa anunciando o avanço experimental da equipe.
Como o controle de feixes de múons pode permitir experimentos mais poderosos
Para tornar um supercolisor baseado em múons uma realidade, a equipe do Imperial College analisou maneiras de controlar o fluxo de múons em um feixe de partículas. Às vezes chamado de muon-marshalling, esse processo provou ser extremamente difícil de ser alcançado, deixando pesquisadores anteriores incapazes de decifrar o código subatômico.
Resumido no diário Física da Naturezao método descoberto pelos pesquisadores do Imperial College envolve o uso de lentes magnéticas e materiais absorventes de energia para “resfriar” os feixes de múons. Pesquisas anteriores mostraram que resfriar os múons dessa forma tende a fazê-los se mover em direção ao centro do feixe.
Na nova pesquisa, a equipe estudou esse efeito mais de perto, avaliando o formato do feixe de múons em mais detalhes. Eles também estudaram quanto espaço o próprio feixe ocupava, um componente crucial ao tentar facilitar colisões de partículas.
Como esperado, esses experimentos, realizados na linha de luz de múons do Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) na instalação de Feixes de Nêutrons e Múons do Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS, localizada no STFC Rutherford Appleton Laboratory no Reino Unido, permitiram que os pesquisadores aumentassem a densidade e a localização dos múons no feixe. Esse avanço significa que, em teoria, essas partículas de alta energia poderiam ser mais fáceis de controlar e colidir em um supercolisor de partículas.
Próximos passos para a construção de um supercolisor de feixe de múons
Embora os experimentos de marshaling de múons tenham sido um sucesso, os pesquisadores por trás da descoberta dizem que ainda há uma série de etapas necessárias para implementar seu trabalho na construção de um supercolisor baseado em múons. Ainda assim, a equipe também acredita que romper o problema de marshaling de múons abriu a porta para a criação de tal instalação.
“O resultado positivo claro mostrado por nossa nova análise nos dá a confiança para prosseguir com aceleradores protótipos maiores que colocam a técnica em prática”, explicou o porta-voz da Colaboração MICE, Professor Ken Long, do Departamento de Física do Imperial.
Em seguida, o Dr. Chris Rogers, cientista da instalação ISIS do STFC em Oxfordshire e líder da equipe de análise do MICE, diz que eles agora estão focados no desenvolvimento do sistema de resfriamento de múons para um possível Colisor de Múons no CERN.
“Este é um resultado importante que mostra o desempenho do resfriamento MICE da forma mais clara possível”, disse Rogers. “Agora é imperativo que escalemos para a próxima etapa, o Muon Cooling Demonstrator, para entregar o colisor de múons o mais rápido possível.”
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
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