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...
***
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.
***
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.
***
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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