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Cientistas publicam primeiro artigo sobre o experimento

Publicado em 04 março 2010

Por Fábio de Castro

Agência Fapesp

Maior instrumento científico já construído, o acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider, ou "grande colisor de hádrons") acaba de gerar o primeiro artigo científico de seu experimento CMS (sigla em inglês para "Solenóide de Múon Compacto". Com participação de brasileiros entre os mais de 2 mil coautores de 157 instituições internacionais, o artigo foi publicado na revista Journal of High Energy Physics (JHEP) em fevereiro.

O LHC, construído pelo Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern) na fronteira entre Suíça e França, foi inaugurado oficialmente em outubro de 2008, com o objetivo de buscar respostas para alguns dos principais mistérios da ciência, investigando as partículas mais elementares da matéria.

O artigo da JHEP se baseou em dados gerados em dezembro de 2009 pelo CMS - um dos quatro detectores do LHC - e apresentou a primeira medida de distribuição de partículas observadas em colisões ocorridas em altíssimas energias: 2,36 teraelétron-volts (TeV). Do Brasil, participaram pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF).

A Fapesp é uma das financiadoras do experimento, apoiando a colaboração brasileira por meio do Centro Regional de Análise de São Paulo (Sprace), que participa desde 2006 do Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). A participação paulista no WLCG foi formalizada em 2009, com a assinatura de um memorando de entendimento entre a FAPESP, a Unesp e o Cern.

O artigo também consagra uma das mais importantes contribuições brasileiras à física mundial. Uma das conclusões do trabalho é que a estatística de Tsallis - enunciada em 1988 por Constatino Tsallis, pesquisador do CBPF - é ideal para descrever o sistema no qual a distribuição das partículas é medida.

Teoria que generaliza a mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs, a estatística de Tsallis é utilizada para o entendimento dos sistemas complexos e já foi abordada em mais de 2 mil artigos científicos em todo o mundo. Mas, com o experimento do LHC, deixou de ser apenas uma importante conjectura. De acordo com Tsallis - que por modéstia prefere referir-se à sua teoria como "mecânica estatística não-extensiva" - a colaboração CMS já havia gerado artigos em áreas técnicas, mas, por ser a primeira publicação em física produzida pelo experimento, o trabalho é um marco para a física.

"Como o CMS forneceu dados que não se acomodaram com a estatística de Boltzman-Gibbs, os pesquisadores decidiram experimentar a mecânica estatística não-extensiva. Verificaram que ela funcionou muito bem, encaixando-se com propriedade. No fundo, trata-se de algo muito simples e, por isso mesmo, maravilhoso", disse Tsallis à Agência FAPESP.

Tsallis revelou que, por meio de uma colega do CBPF - Maria Elena Pol, uma das coautoras do artigo - ficou sabendo que a mecânica estatística não-extensiva seria utilizada para a descrição do comportamento das partículas.

"A teoria é sempre algo plausível, mas que só se torna real por meio de um experimento ou da verificação. É o sonho de qualquer físico teórico que a natureza confirme a sua suspeita. Quando isso ocorre, com um experimento desse porte, a sensação é de estupor", descreveu Tsallis.

Eficiência comprovada

De acordo com um dos autores do artigo, Sérgio Ferraz Novaes, professor do Instituto de Física Teórica da Unesp e coordenador do Sprace, o primeiro trabalho de física a utilizar os dados do LHC é importante por realizar medidas das colisões em níveis de energia sem precedentes, mas também por confirmar a eficiência do acelerador.

"Essa é a primeira medida feita em regime de energia tão alta, o que é importante porque permite a extrapolação dos dados anteriores. O experimento, por um lado, serviu como calibração do equipamento, mostrando resultados satisfatórios e coerentes com o que esperávamos. Por outro lado, os dados gerados ainda motivarão muitos outros artigos. Essa primeira publicação é o começo de uma história que será contada nos próximos dez anos", afirmou.

O artigo apresentou a primeira medida de distribuição em momentum transverso e pseudo-rapidez (análoga à medida de distribuição angular) das partículas observadas nas colisões próton-próton ocorridas em altas energias, a 2.36 TeV. Segundo Novaes, os experimentos realizados até agora haviam feito medições em regimes de energia de no máximo 2 TeV.

Cada TeV equivale a 1 trilhão de elétron-volts. Um elétron-volt é a quantidade de energia cinética ganha por um elétron quando acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo.

"De agora em diante haverá mais trabalhos científicos com base nos dados gerados pelo LHC, pois o equipamento irá gerar novas colisões, com intensidade maior de energia dos feixes de prótons. Nos próximos dois anos, iremos operar com 7 TeV. A previsão é que, posteriormente, o equipamento chegue a trabalhar com até 14 TeV", explicou.

As medidas de momentum transversal e longitudinal, segundo Novaes, são bem conhecidas em outros aceleradores. Mas ainda não tinham sido realizadas no LHC.

"Enquanto não tínhamos feixe, a calibração e o alinhamento dos diversos componentes do acelerador eram feitas, em geral, com raios cósmicos", disse.

O momentum medido, segundo Novaes, é o análogo relativístico da definição da física básica: o produto da massa e velocidade de uma partícula.

"Quando falamos do momentum transversal e longitudinal, estamos nos referindo à projeção do momentum na direção do feixe, ou na direção perpendicular a ele", disse.

De acordo com Novaes, quando se mede a distribuição de uma partícula, ela está imersa em um banho térmico formado por todas as demais partículas produzidas na reação.

"A distribuição de momentum dessa partícula é melhor descrita pela estatística de Tsallis, que generaliza a estatística de Boltzmann-Gibbs", afirmou.

O artigo Transverse-momentum and pseudorapidity distributions of charged hadrons in pp collisions at vs = 0.9 and 2.36TeV, da Colaboração CMS, pode ser lido por assinantes da Journal of High Energy Physics em http://www.springerlink.com/content/t35h6211438476k0.