Uma viagem à origem do universo

A Organização Europeia para Pesquisas Nucleares, mais conhecida como Cern, completou 60 anos no dia 29 de setembro de 2014. Ao longo de sua história, foi responsável por descobertas que mudaram os rumos da humanidade. Nossa equipe foi até a Suíça, onde fica o centro, e entrou no maior acelerador de partículas já construído pelo homem.
Um terrorista arranca o olho de um pesquisador e invade o maior centro de pesquisas nucleares do mundo, em Genebra. Depois, rouba uma pequena quantidade de antimatéria, suficiente para causar uma grande explosão. E ameaça destruir o vaticano, sede da igreja católica.
Os minutos iniciais de “Anjos e Demônios”, filme baseado no best-seller do escritor Dan Brown, deram fama ao Cern, mas quase tudo o que se viu no cinema não passa de ficção.  Na realidade, os anjos e demônios dão lugar a cerca de dez mil pesquisadores de mais de 110 países.
O Cern é um laboratório para o mundo. Com uma missão ambiciosa: responder a perguntas como “do que é feito o universo” e “como ele se tornou o que é hoje”. Questões que mexem com os mais profundos conceitos da física e da vida. “Aqui, como a gente costuma dizer, você está escrevendo aquilo que os livros-texto de amanhã vão colocar. Nós trabalhamos com a fronteira do conhecimento”, diz a física e pesquisadora do Atlas/Cern, Marisilvia Donadelli.


Sempre que ultrapassou esta fronteira, o Cern fez história. E mudou a ciência. Fundado em 1954, o centro europeu marcou um gol no início dos anos 80 com a descoberta de duas partículas subatômicas, chamadas bósons “w” e “z”. O fato deu aos cientistas Carlo Rubbia e Simon van der Meer o prêmio Nobel de Física em 1984.
Quase trinta anos depois, em julho de 2012, o Cern fez outro golaço ao anunciar a descoberta do famoso bóson de Higgs, a conhecida “partícula de Deus”. Mais um prêmio Nobel. E um importante passo para desvendar os mistérios da origem do universo.
Outras descobertas também fizeram sucesso. Sempre que se fala em experimentos de ciência como os que a gente vê no Cern, muitas pessoas perguntam: mas como isto, afinal, pode afetar a minha vida? Pois foram nos escritórios deste corredor que, em 1989, Tim Burnes-Lee desenvolveu algo que revolucionou a humanidade e que todo mundo conhece como “www”, um dos principais protocolos da Internet. A ideia original era facilitar a troca de informações entre os cientistas, mas a descoberta abriu uma janela para o mundo. Começava para valer a era da Internet.


Agora, o Cern desenvolve outro projeto, chamado Grid, que liga em rede seus experimentos a milhares de computadores ao redor do globo.
O país que sedia o centro europeu de pesquisas nucleares tem tradição em ciência. A Suíça foi a casa de um dos maiores físicos do século 20. Foi em um imóvel alugado no número 49 da principal rua do centro histórico da capital Berna que, em 1905, Albert Einstein desenvolveu estudos que mudaram as concepções da física. Um apartamento simples, com apenas dois cômodos - sala e quarto (a cozinha era compartilhada entre todos os moradores).
Hoje, no local funciona um museu. O presidente da sociedade que leva o nome do famoso físico explicou que a casa é importante porque foi onde Einstein desenvolveu seus maiores trabalhos antes de formular a teoria geral da relatividade. De acordo com Hans-Rudolf Ott, o grande mérito do jovem Einstein foi fazer as perguntas certas. “Ele tinha uma grande intuição para saber o que não estava explicado pela física até então”, disse. “O que impressiona mesmo para qualquer físico é pensar que alguém como Einstein, trabalhando 48 horas na semana, conseguiu fazer em seis meses cinco dos maiores trabalhos que já existiram.”




A descoberta do bóson de Higgs foi feita no LHC, o maior acelerador de partículas do mundo. Nossa equipe conseguiu autorização para conhecer as cavernas do laboratório, onde tudo acontece, um local que ocupa o território de dois países e tem segurança reforçada.
Um círculo de 27 quilômetros, na divisa entre a Suíça e a França, aos pés do monte Jura e às margens do lago Genebra. É o eixo principal do LHC, o Grande Colisor de Hádrons, uma máquina que promove colisões de feixes de prótons ou íons, criando uma chuva de partículas. Elas são identificadas nos detectores, que ficam nas cavernas do LHC. Cada detector tem um objetivo. Nós visitamos dois: o Atlas e o CMS. Isto só foi possível porque desde fevereiro de 2013 o acelerador está desligado - parada técnica para manutenção e atualização dos equipamentos. As colisões devem voltar em 2015.
Quando está em atividade, o complexo consome tanta energia que daria para abastecer uma cidade de 300 mil habitantes. E gera um campo magnético cem mil vezes maior que o da Terra.
Cada ciclo de colisões dura até 20 horas. Nesse período, um próton, por exemplo, chega a andar mais de dez bilhões de quilômetros - suficiente para ir ao planeta Netuno e voltar. São 11.245 voltas no acelerador a cada segundo.
Durante a experiência, os detectores medem a trajetória e a energia das partículas após as colisões, ou seja, identificam o caminho que elas fizeram e a carga que deixaram ao cruzar certas barreiras. É com base nestas informações que os cientistas sabem se uma partícula é nova.



Segundo o próprio centro europeu, as lições aprendidas aqui podem levar o homem às profundezas do universo. Um verdadeiro mergulho rumo ao desconhecido. Mas para chegar lá... “Vamos agora entrar em um dos experimentos do Cern, o Atlas, é onde trabalha o Denis de Oliveira Damazio. É uma área de segurança, é preciso usar capacete, há também emissões de radiação, nem sei se eu expliquei direito. É preciso até usar um medidor, é isso?”, perguntei.
“Nós temos que utilizar quando a gente trabalha lá embaixo o medidor que fica contando online quanto de radiação a gente está tomando. Na verdade, como a gente está no período em que o acelerador não está funcionando, normalmente a gente não tem radiação nenhuma, a gente tem mais radiação aqui na superfície do que lá embaixo. A terra protege um pouquinho”, explicou.
“A gente vai descer 80 metros até o experimento e retornar com o mesmo nível de radiação, que neste momento é nenhum?”, questionei. “É zero. No momento a gente está zero e na volta vai estar zero também”, respondeu o pesquisador brasileiro.
No Atlas trabalham cerca de três mil pessoas de 178 institutos de pesquisa de 38 países. O Brasil tem uma participação importante. Está aqui desde 1994. Nosso guia Denis Damazio é engenheiro eletrônico formado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, com doutorado em engenharia elétrica.
Na sala de controle do Atlas, cada equipe opera um subdetector. São experimentos menores, com objetivos específicos.


Quanto mais perto ficamos do grande detector Atlas, mais aumenta nossa expectativa. E a segurança. “Este túnel aqui, quando o acelerador está funcionando, ninguém pode passar...”, comento. “Ninguém pode acessar. A porta que a gente passou, por exemplo, fica bloqueada. Se você tentar forçar, abrir a porta, isto desliga automaticamente todo o acelerador”, contou Damazio.


É uma máquina gigante e pesada: sete mil toneladas de pura ciência, 46 metros de comprimento e 25 de altura, o mesmo que um prédio de oito andares. “Neste momento o experimento está, como dizem os cientistas, na posição aberta. Ou seja: esta grande roda, há duas dessas, ela se desloca toda essa parte, entra ali e aquele túnel que a gente está vendo ali é o túnel justamente por onde passam as partículas e onde ocorrem as colisões, as colisões ocorrem no centro do acelerador, aqui a gente está um pouco na lateral”, explico.



São 20 milhões de colisões de pacotes de prótons por segundo. Em cada pacote ocorrem até outras 37 colisões independentes. É só fazer as contas: quase um bilhão de colisões independentes em apenas um segundo. Difícil imaginar... As colisões geram muitos tipos diferentes de partículas, mas nem todas são novas. Segundo os pesquisadores, uma nova partícula é tão rara que só uma pequena parte das colisões tem características especiais que merecem ser estudadas.
O objetivo do Atlas é descobrir porque o universo é como o conhecemos hoje. Porque é constituído na maior parte por algo desconhecido, a “matéria escura”. Para encontrar as respostas, esta máquina busca reproduzir os instantes logo após o "Big Bang", a grande explosão que deu origem a tudo.
As pesquisas tentam responder questões sobre a origem da matéria e as forças elementares da natureza. Forças cheias de mistério. Respostas que mudariam nossa compreensão sobre energia, matéria e as forças que moldaram o universo desde o início. Será que existem outras dimensões? Mini-buracos negros? Por enquanto são apenas perguntas...


E se os números no Cern já são superlativos, devem crescer ainda mais. Até 2018 o acelerador vai ser aperfeiçoado, o que permitirá aumentar de três a quatro vezes a quantidade de colisões. Mas ao contrário do que mostrou o cinema, o centro de pesquisas que busca respostas para a origem da vida não irá acabar com ela. “Os terráqueos podem ficar tranquilos?”, perguntei, em tom de brincadeira. “Não será por causa disso que o mundo irá acabar”, respondeu Damazio.

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O acelerador de partículas é tão grande que nossa equipe precisou cruzar a fronteira e ir até a França para conhecer outra caverna-laboratório do Cern. E encontrou mais brasileiros trabalhando por lá. Estamos em Cessy, vilarejo rural com pouco mais de três mil moradores. 





Aqui fica o CMS, outro experimento ligado ao acelerador de partículas do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares. Quase três mil cientistas representando 184 institutos de 42 países estudam as colisões de partículas em busca de respostas que o homem ainda não encontrou - 55 são brasileiros.
“Eu faço parte da colaboração do CMS desde 2008. Vim aqui inicialmente para fazer treinamento logo após o final da minha graduação em física. Em 2008 eu trabalhei nos testes de validação dos cabos de fibra ótica no sistema de trajetografia do CMS e também trabalhei na instrumentação e no teste de eletrônica de um calorímetro frontal que o Brasil teve participação na construção. Atualmente eu faço pesquisa em física difrativa, a gente faz estudos de simulação para instalação de detectores na região frontal do CMS”, contou o pesquisador Diego Figueiredo.




Além dele, quem vai nos guiar pelo CMS é o português José Carlos Rasteiro da Silva, o "Zé Carioca". Ele é formado em engenharia eletrônica e eletricidade industrial. Como no Atlas, o experimento fica no subsolo, a quase cem metros. O caminho até lá passa por um rigoroso esquema de segurança. “Há um procedimento de acesso, esta porta vai abrir e ao abrir vamos ter que fazer a identificação pela íris dos dois olhos e vivos. Esta coisa tem que abrir e fechar, o olho tem que modular com uma modulação de luz, muito mais inteligente do que o filme em que o homem arranca o olho, porque tem que abrir e fechar. E tem sete lasers cruzando esta caixa para evitar que você venha junto comigo”, explicou José Carlos.


Imagine uma câmera fotográfica com cem milhões de canais e capacidade para tirar 40 milhões de fotos por segundo. É basicamente o que faz esta máquina de 14 mil toneladas e 15 metros de diâmetro. São quase dez mil toneladas de ferro, mais do que na torre Eiffel, em Paris. As fotos captam colisões de partículas, mas nem todas são usadas. Um complexo sistema de computadores pré-seleciona cerca de cem mil imagens a cada segundo, e no fim só 200 ou 300 são analisadas.
São seis terabytes de informação – o dobro do “back-up” de segurança do principal site de buscas do mundo. Se pudesse ser colocada em linha reta, seriam 15 quilômetros. Para mover os equipamentos e processar essa informação toda existem 58 mil quilômetros de cabos – o suficiente para dar duas voltas na Terra. No Cern, os números são sempre grandiosos.





Tanta tecnologia e quando tudo está funcionando ninguém pode ficar aqui. E se ficasse... “O que um ser humano veria fisicamente?”, perguntei. “Nada. Você não consegue ver nada. Outra pergunta é o barulho que isto deve fazer quando faz colisões. Está no vazio, no vácuo, portanto não há ar, não há barulho dos prótons. Nós conseguimos ver todo o espectro visual da informação, o que você veria seriam milhões de tracinhos saindo das colisões, prótons passando por você, pacote de prótons passando por você, e colidindo uns com os outros no centro do detector. E o resultado da colisão são outras partículas, que já não existem, só existem desde o tempo da origem do universo, que foram recriadas durante o tempo de vida delas e serem absorvidas pelo detector e vistas pelo detector. Tu verias um mundo fantástico de risco e bolinhas passando, se decompondo em outras bolinhas, em outros componentes da matéria. É subatômico, nada se vê, é tudo muito pequeno”, contou José Carlos.
CMS e Atlas trabalham de modo complementar. Foi nestes experimentos que a “partícula de Deus” apareceu em 2012, numa das fotos captadas em uma das bilhões de colisões. Uma raridade buscada durante décadas pela ciência e que confirmou uma das principais teorias que explicam a origem do universo, o que teria ocorrido momentos após a grande explosão, o “Big Bang”.
Será que estamos perto de responder a uma pergunta que perturba e persegue a humanidade há centenas de anos: afinal, de onde viemos? “É o objetivo principal, é para isto que a gente tenta pesquisar. Mas como vocês já viram estas são questões extremamente complexas. Eu costumo brincar que na cabeça de cada físico teórico tem uma teoria completamente diferente de como o universo apareceu e a gente tenta pesquisar para ver se a gente descobre qual a teoria certa ou talvez não tem nenhuma teoria certa e a gente tem que voltar para os teóricos e dizer: ‘vocês vão ter que trabalhar um pouco mais’”, disse Damazio.

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Nosso guia nos levou também ao local que funciona como uma montadora. É a área de testes das peças do acelerador de partículas. Tudo o que vai para o laboratório debaixo da terra sai daqui. É como uma planta industrial. É neste lugar que os profissionais do Cern desenvolvem e testam todas as partes do acelerador de partículas. Cada unidade do túnel por onde as partículas correm é testada minuciosamente. São pelo menos cem horas de testes. No cern, a segurança caminha ao lado da tecnologia.


Os feixes de prótons aceleram dentro destes tubos, os magnetos. Mas não pense que todo o espaço é reservado para a passagem das partículas. Elas circulam pelo acelerador a quase 300 mil quilômetros por segundo, a velocidade da luz, dentro destas duas tubulações menores, que se parecem com o escapamento de um carro. Um feixe corre numa direção e o outro, no sentido oposto. Cada um no seu tubo.


Nos 27 quilômetros do anel do acelerador existem cerca de seis mil magnetos. Cada um pesa 22 toneladas. “A maior parte do acelerador não é para acelerar. A maior parte do acelerador é para fazer o contorno e trazer de volta. Como é que você faz isso? Você faz isso utilizando campo magnético. Para poder gerar esse campo magnético a gente precisa passar nesse fio uma corrente de 13 mil ampéres. Outro detalhe importante é que todo esse material tem que estar isolado no que diz respeito à temperatura, então você vai ver que tem camadas e entre cada uma dessas camadas você tem vácuo”, explicou Damazio.
Os campos elétricos fornecem energia e os campos magnéticos guiam os feixes de partículas pelos tubos. A cada volta as partículas ganham mais velocidade.
Tudo começa com uma simples injeção de hidrogênio. Aquecido, o gás perde os elétrons e ficam os prótons – que se tornam uma espécie de combustível das experiências. As partículas então vão sendo aceleradas dentro do LHC. A aceleração é feita em outro tubo.
A supercondutividade do acelerador, essencial para garantir as altas velocidades, gera muita energia. Por isso, o LHC precisa ser resfriado com gás hélio a -271 graus Celsius, muito perto do chamado zero absoluto (-273 graus). Só para se ter uma ideia, quando a máquina para, são necessárias seis semanas só para os equipamentos atingirem a temperatura ambiente.


Em setembro de 2008, pouco depois da estreia do acelerador, uma falha na conexão entre dois cabos causou o vazamento do gás hélio, danificando o equipamento e paralisando os experimentos. O problema foi mostrado no filme "Particle fever". Desde o acidente, novos mecanismos de segurança foram elaborados.
Para fazer seus experimentos, os pesquisadores do Cern desenvolvem novas tecnologias em diversas áreas, como microeletrônica. Novidades que já estão sendo aplicadas por muitas companhias e laboratórios ao redor do mundo. A medicina também se beneficia, principalmente com novas técnicas para diagnósticos. Avanços que só são possíveis porque no Cern as equipes buscam sempre ir além das fronteiras, mesmo sem saber exatamente o que vão encontrar. “Imagina se em 1900 e pouco começassem a parar para se perguntar para que isso server e olha a revolução que nós temos hoje. A pesquisa de base obviamente por vezes são coisas que você não consegue ver imediatamente uma aplicação, talvez vai encontrar daqui a 100, 200 anos”, comentou Damazio.

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Quando as partículas colidiram e a equipe do Cern acreditou ter identificado o bóson de Higgs foi uma grande alegria, mas faltavam testes para confirmar a descoberta. Em entrevista ao “Matéria de Capa”, pesquisadores brasileiros que trabalham no centro europeu falam sobre a famosa “partícula de Deus” e os próximos passos da pesquisa. Será que a ciência está perto de responder à pergunta: o que havia antes do “Big Bang”, a explosão que deu origem ao universo?
“A gente está falando efetivamente do começo do universo?”, perguntei. “Da mesma forma que a gente pode falar que conhece, sabe o comportamento, pode estudar as partículas que estão aqui na Terra, que estão no meu corpo, que estão na grama, que estão em Marte, que estão na galáxia de Andrômeda, não faz diferença, tudo isto é a mesma coisa, é universal. Mas esta noção a gente pode também transportar no tempo. Estas mesmas partículas também estavam presentes no ‘Big Bang’, o comportamento, a interação entre estas partículas também estavam lá. Quando a gente faz as nossas coisas aqui, a gente está voltando no tempo, voltando aos primórdios do ‘Big Bang’. Ainda mais quando a gente faz as colisões, a gente concentra muita energia e lembra ainda mais essa noção do ‘Big Bang’. Então essa universidade se expressa também no tempo e no espaço”, disse Damazio.“E a física já consegue responder o que existia antes?”, quis saber. “É uma inconsistência quase que filosófica porque a gente acaba sendo cartesiano nisso. Eu coloco um ponto inicial a partir do qual tudo se inicia. Aquilo que a gente chama de nosso universo teve um início. Então se torna quase uma inconsistência filosófica perguntar para mim o que existia antes do ‘Big Bang’. Eu não sei responder sua pergunta”, falou Marisilvia.
O Cern acumula investimentos de 11,5 bilhões de francos suíços, quase R$ 30 bilhões. O valor – que inclui a construção do centro e os experimentos – representa cerca de R$ 6 por cidadão da Europa. O centro europeu é uma experiência global. São 21 países-membros que contribuem com o orçamento anual. A maior parte do dinheiro vem da Alemanha, França, Reino Unido e Itália.
O Brasil participa dos quatro experimentos do acelerador de partículas e já colaborou com pelo menos outros quatro núcleos de pesquisas ao longo dos anos. Desde 2010, o país negocia sua adesão como um estado-associado - o primeiro da América Latina. Para isso, teria que contribuir com cerca de US$ 10 milhões por ano. Em dezembro de 2013, o conselho do Cern autorizou o acordo com o Brasil. Os termos da parceria estão sendo analisados pelo Ministério da Ciência e Tecnologia e terão que passar também pelos ministérios de Planejamento e Relações Exteriores. O acordo ainda terá que ser ratificado pelo Congresso Nacional.
Enquanto isso, o Brasil participa com grupos de cooperação, como os quatro representantes do Laboratório de Instrumentação e Partícula do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP).
No centro europeu trabalham também engenheiros, técnicos em eletrônica, especialistas em ciência dos materiais, segurança nuclear e criogenia. Profissionais que representam 641 institutos e universidades ao redor do mundo. Só da América Latina são cerca de 200 pessoas.
Além de recrutar alguns dos melhores pesquisadores, o Cern também é uma porta aberta para futuros cientistas. Treinar jovens estudantes de física e engenharia é uma das metas do centro. Aos 22 anos, Rafael Lopes Conde dos Reis escolheu o Cern para fazer o estágio final do programa “Ciência sem Fronteiras”, do governo brasileiro. Foram três meses de aprendizagem.
“Como estudante é um prazer enorme estar aqui. Desde jovem sempre fui interessado pela física de partículas, sempre achei muito legal. Quando entrei para a faculdade eu procurei fazer uma iniciação científica nisso e procurei começar nessa iniciação, soube que a UFRJ tinha uma parceria com o Cern e isso me levou a estar aqui hoje. E como profissional espero que isto me traga muitos frutos, vamos ver”, comentou.
Quem já viveu essa experiência antes e ficou aqui sabe o valor que ela tem. Mais do que isto: sabe a importância da cooperação entre diversos países para a ciência. É o caso da física Marisilvia, que voltou ao Cern em abril para um intercâmbio de um ano. “Não é uma coisa de primeiro mundo, é um trabalho do mundo. E é muito importante que este trabalho seja divulgado e as portas estão abertas e facilitadas para isso”, disse. “O Cern é um exercício de coletividade a partir do momento que você tem diferentes credos, diferentes nações que compartilham conhecimento e têm o mesmo proposito e isto é uma esperança de que a humanidade pode dar certo”, filosofou Figueiredo.
Uma esperança e uma vitória da ciência, mesmo que os pesquisadores ainda não encontrem respostas para todas as perguntas...

* Texto original feito para o programa "Matéria de Capa" (TV Cultura, dom., 19h30)

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