Os operadores do Large Hadron Collider (LHC) desligaram o acelerador de partículas na manhã do dia 3 de dezembro, encerrando sua segunda etapa de coleta de dados. A máquina ficará agora desativada por um período de dois anos, durante os quais grandes atualizações serão feitas para prepará-la para sua próxima fase de operações.

“Esta etapa de coleta de dados foi impressionante, pois superamos nossos objetivos e expectativas e produzimos cinco vezes mais dados do que na primeira etapa, com a energia recorde de 13 TeV”, disse Frédérick Bordry, Diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN. “Nesta segunda longa pausa, prepararemos a máquina para obter ainda mais colisões na energia prevista pelo projeto de 14 TeV”.

“Este ano foi realmente extraordinário, tanto do ponto de vista do funcionamento do acelerador como da eficiência que tivemos no Compact Muon Solenoid (CMS) para coletar, processar e analisar a enorme quantidade de dados produzida, que foi muito maior do que a prevista “, disse Eduardo Gregores, pesquisador do São Paulo Research and Analysis Center (SPRACE) e professor da Universidade Federal do ABC (UFABC).

Thiago Tomei, que também faz parte do SPRACE e é pesquisador na UNESP, está animado com os resultados. “Temos agora dois anos para consolidar e analisar os dados coletados em 2016, 2017 e 2018, de modo a estarmos prontos para a próxima fase de coleta de dados, que utilizará uma energia de 14 TeV”.

Esta fase de coleta de dados, que começou em 2015, realizou cerca de 16 milhões de bilhões de colisões entre prótons a uma energia recorde de 13 TeV, além de ter obtido grandes quantidades de dados provenientes de colisões entre íons de chumbo a uma energia de 5,02 TeV. Juntas essas colisões produziram mais de 300 petabytes de dados, que ficarão permanentemente armazenados no CERN. Isso é o equivalente a 1000 anos de streaming de vídeos!

“Além de muitos outros belos resultados, os experimentos do LHC, nos últimos anos, fizeram grande progresso quanto à compreensão das propriedades do bóson de Higgs”, acrescentou Fabiola Gianotti, Diretora Geral do CERN. “O bóson de Higgs é uma partícula especial, muito diferente das outras partículas elementares observadas até agora; suas propriedades podem fornecer indicações úteis sobre física além do Modelo Padrão”.

O bóson de Higgs pode ser considerado um dos pilares do Modelo Padrão da Física de Partículas, teoria que melhor descreve todas as partículas elementares que conhecemos até hoje e a forma pela qual elas interagem entre si. A partícula foi descoberta em 2012 no LHC e, desde então, cientistas buscam compreender em maior detalhe suas características e propriedades. Os físicos buscam, por exemplo, entender os decaimentos do bóson de Higgs para testar previsões feitas pelo Modelo Padrão.

Ao longo dos últimos três anos os experimentos do LHC melhoraram as medidas das taxas de decaimento do bóson de Higgs, incluindo novos dados sobre seu decaimento em quarks do tipo bottom – o decaimento mais comum, mas mais difícil de detectar. As colaborações CMS e ATLAS também apresentaram as mais precisas medidas da massa do bóson de Higgs até o momento.

“Para nós que estamos há cerca de 15 anos nesta empreitada e participamos da construção do experimento é realmente uma grande satisfação vê-lo funcionando tão bem e produzindo dados de tão boa qualidade”, complementou Sergio Novaes, coordenador do projeto SPRACE e pesquisador da UNESP.

Além de novidades relacionadas ao bóson de Higgs, o LHC também produziu uma ampla gama de resultados e centenas de publicações científicas, dentre as quais podemos citar a descoberta de novas partículas exóticas no LHCb, como os pentaquarks, e a observação de um novo fenômeno em colisões próton-próton e próton-chumbo no experimento ALICE.

Preparando-se para o futuro

Durante a pausa de dois anos, o LHC e seus detectores serão atualizados e preparados para a nova etapa de coleta de dados e para o High-Luminosity LHC (HL-LHC), que deverá entrar em operação em 2025. Aumentar a luminosidade, parâmetro relacionado ao número potencial de colisões que acontecem por segundo, significa aumentar ainda mais a produção de dados.

Diversos componentes do LHC, como os injetores – responsáveis por alimentar o acelerador com prótons -, serão atualizados para produzirem feixes de partículas mais intensos. O primeiro elo desta cadeia, o Linac2, será substituído pelo Linac4. O segundo elo, o Proton Synchrotron Booster, será equipado com sistemas de injeção e aceleração completamente novos. O Super Proton Synchrotron, último injetor antes do LHC, terá uma nova radiofrequência para acelerar feixes de maior intensidade.

Todos os experimentos do LHC também passarão por importantes atualizações. LHCb e ALICE atualizarão seus detectores, enquanto CMS e ATLAS passarão por melhorias e começarão a se preparar para os grandes upgrades que serão feitos antes que o HL-LHC entre em operação. Ao total, mais de 20 magnetos serão substituídos e uma tecnologia de supercondutividade inovadora será implementada.

A nova fase de coleta de dados do LHC começará em 2021. A pausa, entretanto, é apenas para o acelerador; os pesquisadores ficarão ocupados analisando a imensa quantidade de dados produzida pela etapa que acabou de ser encerrada.

“A rica safra de dados desta fase de operações do LHC permitirá que os pesquisadores procurem por processos muito raros”, explicou Eckhard Elsen, Diretor de Pesquisa e Computação do CERN. “Eles ficarão ocupados durante todo o período de pausa examinando a enorme amostra de dados e procurando por possíveis assinaturas de uma nova Física que não teve a chance de emergir devido ao grande número de eventos já previstos pelo Modelo Padrão. Os resultados que obtivermos nos guiarão para o HL-LHC, quando a amostra de dados aumentará em mais de uma ordem de grandeza”.