Físicos revelam plano de 10 anos para explorar o Universo quântico
Os físicos de partículas dos EUA recomendaram recentemente uma lista de grandes projetos de pesquisa que esperam receber financiamento federal.
- O Painel de Priorização de Projetos de Física de Partículas divulgou um relatório detalhando suas recomendações sobre quais pesquisas devem ser financiadas nos próximos cinco a dez anos.
- As recomendações abrangem pesquisas que analisarão fenômenos como múons, neutrinos, matéria escura e bóson de Higgs.
- Embora as recomendações não sejam vinculativas, elas refletem o julgamento da comunidade americana de física de partículas e representam algumas das ideias mais criativas na pesquisa em física.
Após uma revisão de vários anos, a comunidade de física de partículas dos EUA anunciou a sua visão para a investigação que abrange os próximos cinco a dez anos. Os vários projectos poderiam, se financiados, ajudar os investigadores a desenvolver uma compreensão muito melhor das leis da natureza.
As recomendações foram divulgadas em um relatório chamado “ Explorando o Universo Quântico: Caminhos para Inovação e Descoberta em Física de Partículas .” Foi escrito pelo Painel de Priorização de Projetos de Física de Partículas (P5), um subpainel do Painel Consultivo de Física de Altas Energias (HEPAP), e será submetido a agências de financiamento como o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA e a Fundação Nacional de Ciências para orientar as suas decisões de financiamento ao longo da próxima década.
O futuro da física de partículas
Os físicos de partículas estudam o comportamento da matéria nas condições mais extremas já alcançadas em laboratório. Eles aceleram partículas subatômicas como prótons e elétrons quase à velocidade da luz e as colidem usando grandes e poderosos aceleradores de partículas. No acelerador mais poderoso do mundo, os cientistas podem atingir temperaturas tão altas quanto uns insondáveis 7 biliões de graus Celsius. Isso é bem mais de 100.000 vezes a temperatura no centro do Sol e quase 100 vezes mais quente que o centro de uma supernova, que é a explosão de uma estrela tão brilhante que pode ser vista em metade do Universo. A última vez que a temperatura foi comum em todo o Universo foi menos de um trilionésimo de segundo após o Big Bang.
As conexões profundas entre as leis que governam o reino quântico e aquelas que governam todo o Universo são conhecidas há muito tempo, e os pesquisadores as estudam há décadas. Esses tipos de experimentos exigem aceleradores e detectores de partículas muito grandes, envolvendo milhares de físicos, engenheiros, profissionais de informática, técnicos e diversas equipes de suporte. Um esforço tão considerável exige um planeamento cuidadoso e uma supervisão independente.
Aproximadamente a cada cinco anos, a comunidade de física de partículas dos EUA avalia o progresso feito nos cinco anos anteriores. Utiliza essas informações para determinar quais esforços têm maior probabilidade de proporcionar progresso no curto prazo. A comunidade deve ter em conta considerações do mundo real, como orçamentos e se a tecnologia necessária existe ou está em desenvolvimento avançado. Eles também consideram coisas como o impacto científico. Tanto o P5 como o HEPAP são agências meramente consultivas e de financiamento governamental que tomam a decisão final sobre quais os projectos que devem ser prosseguidos.
O relatório P5 recomenda projetos de diversos tamanhos e impactos. Um dos projetos maiores é um esforço de quarta geração para estudar a radiação cósmica de fundo em microondas do Universo. Estas microondas são o remanescente detectável mais antigo do Big Bang e são uma visão direta do Universo na sua infância. Outro grande projeto envolve a modernização do Fermilab complexo acelerador para melhorar seu programa de pesquisa de neutrinos, que já é de classe mundial. O Fermilab é o principal laboratório de física de partículas da América e está a desenvolver um esforço sem precedentes para estudar o comportamento dos neutrinos, que interagem tão raramente que podem passar por toda a Terra com apenas uma pequena probabilidade de interagir. Os estudos de neutrinos podem esclarecer por que o Universo parece consistir apenas de matéria, quando as nossas melhores teorias sugerem que a antimatéria deveria estar igualmente presente.
O relatório P5 também recomenda a criação de uma experiência de terceira geração com matéria escura, que procuraria uma forma fantasmagórica de matéria que se pensa ser cinco vezes mais prevalente do que a matéria comum. Se existir, deverá passar pela Terra com poucas chances de interagir. Qualquer esperança de detectar esta forma teórica de matéria exigirá um esforço concentrado e tecnologia avançada.
Também é recomendado o envolvimento americano numa acelerador futuro na Europa ou na Ásia que conduziriam estudos detalhados do , que é a partícula descoberta em 2012 que dá massa a outras partículas subatômicas.
Uma recomendação ambiciosa é que os cientistas explorem a criação de um sistema de alta energia colisor de múons . Os múons são semelhantes aos elétrons, mas mais pesados. Outra diferença é que os múons decaem em uma fração de segundo. Para fazer um colisor de múons, os pesquisadores terão que criar múons, capturá-los e depois acelerá-los e esmagá-los em um período muito curto. Ainda não está claro se tal instalação é possível, mas sugere-se que a comunidade científica de aceleradores do país colabore para ver se tal acelerador é viável.
Possíveis instalações futuras com preços mais modestos incluem um atualização do detector IceCube . IceCube usa um quilômetro cúbico de gelo na Antártica para estudar neutrinos cósmicos, incluindo alguns dos neutrinos mais energéticos já produzidos. O estudo dos neutrinos cósmicos pode dar aos astrónomos uma visão sobre alguns fenómenos astronómicos muito violentos, incluindo supernovas, colisão de estrelas de neutrões e matéria acelerada nas proximidades de enormes buracos negros. Uma segunda geração do IceCube poderia usar até dez quilômetros cúbicos de gelo para fazer medições ainda mais precisas.
Embora as recomendações do comitê P5 não sejam vinculativas, elas refletem o julgamento da comunidade americana de física de partículas. Antes da convocação do P5, milhares de físicos trabalharam juntos no Processo de massa de neve . Ao longo de vários anos, os investigadores apresentaram as suas melhores ideias e reuniram-se em grandes conferências para as discutir. Através de discussão, crítica e refinamento, as propostas de Snowmass representam algumas das ideias mais criativas para melhorar a nossa compreensão das leis da natureza.
O comité P5 aceitou as propostas de Snowmass – refinando algumas e podando outras – e repassará o restante às agências de financiamento. O próximo passo no processo será que agências como o DOE e a NSF consultem os seus homólogos internacionais e considerem as realidades fiscais. Ao longo do próximo ano, ficará claro como será o futuro da pesquisa em física de partículas na América.
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