Caros Leitores;
Uma exibição de evento ATLAS 2018 consistente com a produção de um par de bósons W a partir de dois fótons e o decaimento subsequente dos bósons W em um múon e um elétron (visível no detector) e neutrinos (não detectados). Crédito: CERN
O Grande Colisor de Hádrons brinca com a famosa equação de Albert Einstein, E = mc 2 , para transformar matéria em energia e depois de volta em diferentes formas de matéria. Mas, em raras ocasiões, pode pular a primeira etapa e colidir com energia pura - na forma de ondas eletromagnéticas.
No ano passado, o experimento ATLAS no LHC observou dois fótons, partículas de luz, ricocheteando um no outro e produzindo dois novos fótons. Este ano, eles deram um passo adiante nessa pesquisa e descobriram fótons se fundindo e se transformando em algo ainda mais interessante: bósons W, partículas que carregam a força fraca , que governa o decaimento nuclear.
Esta pesquisa não apenas ilustra o conceito central que rege os processos dentro do LHC: que energia e matéria são as duas faces da mesma moeda. Também confirma que com energias suficientemente altas, as forças que parecem separadas em nossa vida diária - eletromagnetismo e a força fraca - estão unidas.
De sem massa a enorme
Se você tentar replicar esse experimento de colisão de fótons em casa cruzando os feixes de dois ponteiros laser, não será capaz de criar novas partículas massivas. Em vez disso, você verá os dois feixes se combinando para formar um feixe de luz ainda mais brilhante.
"Se você voltar e olhar as equações de Maxwell para o eletromagnetismo clássico, verá que duas ondas em colisão resultam em uma onda maior", disse Simone Pagan Griso, pesquisadora do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos Estados Unidos. "Nós só vemos esses dois fenômenos recentemente observados pelo ATLAS quando reunimos as equações de Maxwell com a relatividade especial e a mecânica quântica na chamada teoria da eletrodinâmica quântica".
Dentro do complexo do acelerador do CERN, os prótons são acelerados perto da velocidade da luz. Suas formas normalmente arredondadas se comprimem ao longo da direção do movimento à medida que a relatividade especial substitui as leis clássicas do movimento para processos que ocorrem no LHC. Os dois prótons que chegam vêem um ao outro como panquecas comprimidas acompanhadas por um campo eletromagnético igualmente comprimido (os prótons são carregados e todas as partículas carregadas têm um campo eletromagnético). A energia do LHC combinada com a contração do comprimento aumenta a força dos campos eletromagnéticos dos prótons por um fator de 7500.
Quando dois prótons roçam um no outro, seus campos eletromagnéticos esmagados se cruzam. Esses campos ignoram a etiqueta clássica de "amplificar" que se aplica a baixas energias e, em vez disso, seguem as regras delineadas pela eletrodinâmica quântica. Por meio dessas novas leis, os dois campos podem se fundir e se tornar o "E" em E = mc².
"Se você ler a equação E = mc² da direita para a esquerda, verá que uma pequena quantidade de massa produz uma grande quantidade de energia por causa da constante c², que é a velocidade da luz ao quadrado", diz Alessandro Tricoli, um pesquisador do Laboratório Nacional de Brookhaven - a sede dos EUA para o experimento ATLAS, que recebe financiamento do Office of Science do DOE. "Mas se você olhar para a fórmula ao contrário, verá que precisa começar com uma grande quantidade de energia para produzir até mesmo uma pequena quantidade de massa".
O LHC é um dos poucos lugares na Terra que pode produzir e colidir fótons energéticos, e é o único lugar onde os cientistas viram dois fótons energéticos se fundindo e se transformando em bósons W massivos.
Uma unificação de forças
A geração de bósons W a partir de fótons de alta energia exemplifica a descoberta que rendeu a Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg o Prêmio Nobel de Física de 1979: Em altas energias, eletromagnetismo e força fraca são o mesmo.
Eletricidade e magnetismo muitas vezes parecem forças separadas. Normalmente não se preocupa em levar um choque ao manusear um ímã de geladeira. E as lâmpadas, mesmo acesas com eletricidade, não grudam na porta da geladeira. Então, por que as estações elétricas exibem placas alertando sobre seus altos campos magnéticos?
“Um ímã é uma manifestação do eletromagnetismo e a eletricidade é outra”, diz Tricoli. "Mas são tudo ondas eletromagnéticas, e vemos essa unificação em nossas tecnologias cotidianas, como telefones celulares que se comunicam por ondas eletromagnéticas".
Em energias extremamente altas, o eletromagnetismo se combina com outra força fundamental: a força fraca. A força fraca governa as reações nucleares, incluindo a fusão do hidrogênio em hélio que alimenta o sol e a decadência dos átomos radioativos.
Assim como os fótons carregam a força eletromagnética, os bósons W e Z carregam a força fraca . A razão pela qual os fótons podem colidir e produzir bósons W no LHC é que, nas energias mais altas, essas forças se combinam para formar a força eletrofraca.
"Tanto os fótons quanto os bósons W são portadores de força e ambos carregam a força eletrofraca", diz Griso. "Este fenômeno está realmente acontecendo porque a natureza é mecânica quântica".
Explore mais
Fornecido pelo Laboratório Nacional de Brookhaven
Fonte: Phys News / pelo Laboratório Nacional de Brookhaven / 07-09-2020
https://phys.org/news/2020-09-lhc.html
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Nenhum comentário:
Postar um comentário