Partículas

do bosão de Higgs à matéria escura


De que é feito o Universo? Esta é a pergunta a que os físicos de partículas procuram responder, estudando as partículas elementares que compõem tudo quanto existe e a forma como elas interagem entre si. Conhecendo aquilo de que somos feitos, conseguimos também contar a história do Universo, aproximando-nos do momento em que tudo começou.

Para comemorar os seus 30 anos, o LIP convida-o para uma das grandes aventuras da ciência e da tecnologia: uma viagem pelos desafios da física de partículas para as próximas décadas, partindo das mais recentes descobertas em direção ao desconhecido.

PARTÍCULAS
 

 

LIP


O LIP foi criado em maio de 1986 com o objetivo de explorar as oportunidades únicas trazidas pela adesão de Portugal ao CERN (figura 2). Tem como missão a investigação no campo da física experimental de partículas e da instrumentação associada, facilitando o acesso da comunidade científica portuguesa a instalações e colaborações científicas internacionais. Dedica-se ainda à computação avançada, à formação de pessoal científico e técnico, e à divulgação da ciência. No âmbito da transferência de conhecimento e tecnologia para a sociedade, exploram-se também novas oportunidades em áreas como a medicina e a sociedade da informação. Presente em Lisboa, Coimbra e Braga, o LIP é Laboratório Associado da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) desde 2001 e tem como sócios a FCT, as Universidades de Lisboa, Coimbra e Minho, o Instituto Superior Técnico e a ANIMEE (Associação Portuguesa das Empresas do Sector Elétrico e Eletrónico).

A formação avançada de novos investigadores é uma das prioridades do LIP, que acolhe em cada momento algumas dezenas de estudantes de licenciatura, mestrado e doutoramento. O LIP coordena os programas doutorais DAEPHYS (Física Aplicada e Engenharia Física) e IDPASC (Física de Partículas, Astrofísica e Cosmologia) e pertence a várias redes de doutoramento que juntam universidades e centros de investigação nacionais e internacionais.

 

Detetores

Uma máquina fotográfica especial


Um detetor é uma espécie de máquina fotográfica complexa que regista a passagem das partículas. Assim como um caçador consegue identificar os animais a partir das suas pegadas, um físico consegue identificar as partículas a partir dos rastos que deixam nos detetores.
Existem inúmeros tipos de detetores que usam diferentes tecnologias e medem diferentes propriedades das partículas. Mas o princípio é sempre o mesmo: para “vermos” uma partícula, ela tem de interagir com o meio que atravessa (o detetor) deixando nele uma parte da sua energia.

DETETORES
© CERN

 

Quarks e Gluões

De que são feitas as coisas?


A matéria é feita de moléculas, que são feitas de átomos, que são feitos de eletrões, protões e neutrões. Tanto quanto sabemos, os eletrões são indivisíveis, mas os protões e os neutrões são feitos de outras partículas elementares: os quarks e gluões.
Conhecer as propriedades das partículas elementares e a forma como elas interagem permite-nos conhecer a matéria de que somos feitos.
Nas experiências atuais de física de partículas, observamos até 1/10000 do tamanho do protão, estudando os quarks e gluões no seu interior e a forma como interagem pela força forte.

QUARKS e GLUÕES
© CERN

 

Bosão de Higgs

O mecanismo de Higgs


De acordo com o Modelo Padrão, as forças fraca e eletromagnética começaram por ser uma só — a força eletrofraca — transportada por bosões sem massa e com um alcance infinito. Mas hoje em dia só verificamos isto para a força eletromagnética.
Pouco depois do Big Bang, ocorreu uma quebra espontânea de simetria do vácuo que criou o bosão de Higgs. Esta quebra de simetria dá massa aos bosões W e Z, portadores da força fraca, o que explica o curto alcance dessa força. Todas as outras partículas elementares ganham massa se interagirem com o campo de Higgs, que preenche todo o vácuo.

Bosão de Higgs
© CERN

 

Antimatéria

Não é nada do outro mundo!


Para cada tipo de partícula de matéria existe uma antipartícula semelhante mas com todas as cargas opostas: por exemplo o eletrão (de carga elétrica negativa) tem como antipartícula o positrão (de carga positiva); os antiquarks têm anticores.
As antipartículas são a coisa mais natural do mundo. Resultam do decaimento de materiais radioativos ou de colisões dos raios cósmicos com a atmosfera terrestre. No entanto, as antipartículas aniquilam-se assim que encontram a partícula correspondente na matéria, produzindo tipicamente dois fotões.
Quando fazemos colisões no LHC, forma-se sempre igual número de partículas e antipartículas, por isso é provável que no início do Universo se tenha formado a mesma quantidade de matéria e antimatéria. Então, como é possível que não se tenham aniquilado totalmente?

ANTIMATERIA
© AMS

 

Neutrinos

O que são os neutrinos?


Os neutrinos são a segunda partícula mais abundante do Universo, logo a seguir aos fotões. Estão constantemente a ser produzidos em reações nucleares que acontecem no interior das estrelas. Na Terra, alguns materiais radioativos também produzem neutrinos.
Os neutrinos praticamente não interagem com a matéria e, por isso, são extremamente difíceis de detetar. Podem facilmente atravessar a Terra e as estrelas sem ser perturbados, trazendo informação importante sobre o Universo.

Neutrinos
© SNOLAB

 

Matéria Escura

Um ingrediente secreto


Quando observamos o movimento de aglomerados de galáxias vizinhas, percebemos que estes têm de ter muito mais massa do que conseguimos observar para que o seu movimento corresponda ao previsto pelas leis de Newton.
Em 1933, o astrofísico Fritz Zwicky sugeriu a existência de uma grande quantidade de matéria invisível em redor das galáxias que exerce uma enorme força gravítica sobre elas. É a matéria escura, sem a qual não se formariam as estruturas de larga escala que vemos no Universo.
Apesar de não conseguirmos ver a matéria escura, conseguimos ver os efeitos da sua interação gravítica à escala macroscópica. Mas isto diz-nos muito pouco sobre as suas propriedades microscópicas. Como se relacionam as duas escalas? Qual é afinal este ingrediente secreto?

MATÉRIA ESCURA
©

 

PARTÍCULAS


Uma exposição de
LIP - Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas

Coordenação científica
LIP

Coordenação de projeto
Toyno

Cenografia e design
Joana Brígido, Nuno Marcos, Mariana Cardoso, Susana Martins e Ana Novais - Toyno

Textos e conteúdos
LIP,
João Remondes e Leonel Alegre - Toyno

Produção geral
DOT-Things

 


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COMPETE 2020