O mais novo colisor de átomos do mundo atingiu o seu ‘primeiro ciclo’

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Um dos principais aceleradores de partículas do mundo atingiu um marco, atingiu o seu "primeiro ciclo" (feixes de partículas em circulação pela primeira vez) e abrirá eventualmente uma nova janela para o universo, uma visão que irá dar acesso aos físicos a uma taxa recorde de colisões de partículas num pequeno volume do espaço.

Acelerador de SuperKEKB do Japão preenche um papel único no Panteão dos atómicos em todo o mundo. Está na vanguarda do que os físicos chamam a "fronteira de intensidade," projetada para oferecer mais de 40 vezes a taxa de colisões entre as partículas do que seu antecessor.

Estudar as partículas produzidas nestas colisões dará físicos uma visão mais clara dos blocos de construção fundamentais do universo e proporcionar novas oportunidades para explorar a física que vai além do modelo padrão de hoje da física de partículas.

No mês passado, no dia 10 de fevereiro, cientistas do acelerador circulam um feixe de pósitrons se movendo perto da velocidade da luz através de um tubo estreito em torno da circunferência de 3 quilômetros de seu principal anel de 10 metros no subsolo. Na semana passada, no dia 26 de fevereiro, os cientistas lá conseguiram circula um feixe de elétrons movendo-se próximo à velocidade da luz na direção oposta. Os dois eventos marcam voltas do dispositivo"primeiras" — um marco quando feixes de partículas circulam através de muitas revoluções de um acelerador pela primeira vez.

No próximo ano, SuperKEKB vai acelerar os dois feixes simultaneamente, comprimi-los em uma área menor do que qualquer outro acelerador na terra, então esmagá-los juntos para produzir grandes quantidades de mésons B e tau léptons — heavy partículas cuja decai pode revelar a nova física. Os cientistas que passaram anos projetando o collider e sua detectores então passará anos vasculhando os científicos frutos dos seus esforços.

O collider atualizado, localizado no laboratório KEK em Tsukuba, Japão, foi projetado e criado por uma equipe de físicos de accelerator japonês. O detector de Belle II que irá observar as partículas criadas em colisões foi projetado por uma equipe de mais de 600 cientistas abrangendo 99 instituições em 23 países em quatro continentes.

Setenta e cinco U.S. cientistas de 14 instituições estiveram envolvidos na criação de Belle II. Os E.U. departamento de energia escritório de ciência financiou a contribuição da nação, e Pacific Northwest National Laboratory do departamento conduziu o esforço. Jim Fast de PNNL é o gerente de projeto, levando os EUA contribuição, juntamente com David Asner, a cientista-chefe do projeto. Professor Tom Browder da Universidade do Havaí é o porta-voz para a colaboração global do Belle II.

Em SuperKEKB, anéis de ímãs aceleram elétrons em uma direção e seu equivalente de anti-matéria, pósitrons, na direção oposta. Cada fluxo de partículas é incrivelmente magro, aproximadamente um milésimo da largura de um cabelo humano.

Estudando as interações — que partículas são criadas e o que lhes acontece — dá cientistas uma incomparável olhar para alguns dos blocos de construção fundamentais do universo e as forças que vinculá-los juntos. SuperKEKB é um dos poucos lugares no planeta onde cientistas podem procurar respostas para algumas das questões mais fundamentais sobre o universo. Dentro de aceleradores de partículas como SuperKEKB e outros, os cientistas criam partículas na terra não vista naturalmente no universo, desde os primeiros instantes do Big Bang.

O acelerador é projetado para explorar a "nova física" que ultrapassa o que os cientistas chamam o modelo padrão da física de partículas. Esse modelo tem retido sob quatro décadas de controlo, mas há questões que continuam a vex físicos. Por exemplo: de acordo com a teoria do Big Bang, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais no início do universo e eles devem ter aniquilado mutuamente totalmente no primeiro segundo, mais ou menos da existência do universo. O cosmos deve ser cheio de luz e pouco mais. Que diferença sutil na física de matéria e anti-matéria deixou o universo com um excedente de matéria — as estrelas que vemos, vivemos o planeta e nós mesmos?

Belle II e SuperKEKB são projetados para destrinchar as respostas com sutileza. SuperKEKB terá a intensidade mais elevada do mundo de qualquer acelerador, 40 vezes maior do que seu antecessor KEK. Isso significa que o collider criará mais colisões de interesse do que qualquer outro acelerador do planeta.

Para criar tal intensidade elevada, cientistas começam criando feixes de elétrons e pósitrons e mantê-los firmemente encurralados com mais de 1.000 ímãs como eles zip em torno do acelerador 100.000 vezes por segundo. As partículas eventualmente estão focadas em "nano vigas" — vigas tão comprimido que quando eles bater juntos, partículas dentro são muito mais propensas a colidir. O volume de colisões permitirá que os cientistas estudar eventos muito raros, com uma precisão sem precedentes.

Para observar a interação, os cientistas girará para o detector Belle II. Uma digital "câmera" do tamanho de uma casa grande, o sofisticado detector abrange milhares de toneladas de materiais de mais alta tecnologia e eletrônica disponível. O detector vai gravar dados de 30.000 colisões por segundo, tudo acontecendo em um nanômetros de apenas 100 região elevada, menor que um ponto pouco visível do texto. Os cientistas estimam que o experimento irá resultar em um dos maiores exemplos científicos de dados nunca, pelo menos algumas centenas de petabytes — mais do que todas as obras escritas na história do mundo, várias vezes ao longo.

A peça central dos Estados Unidos contribuição para Belle II é o detector de "tempo de propagação de imagem", também chamado o detector iTOP. O iTOP ajudará cientistas a determinar exatamente que partículas são criadas durante colisões, analisando a luz emitida pelas partículas como eles atravessam lajes de quartzo. Isso permitirá que a equipe distinguir entre partículas conhecidas como píons, feitos de subir e descer os quarks e kaons, feitas de um quark strange com um up ou down quark.

SuperKEKB é conhecido como uma fábrica de"B" porque irá produzir partículas conhecidas como mésons B, que rapidamente decaírem em outras partículas. Durante os próximos sete anos, os cientistas esperam o colisor produzir mésons mais de 200 bilhões de B. As colisões também rotineiramente criará partículas conhecidas como léptons tau, que são altamente valorizadas pelos físicos de partículas. Classificação de dados e isolando as interações de interesse — eventos extremamente raros — fornece uma espiada nas leis fundamentais da natureza.

[PHYS.org]

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