Pesquisadores da Universidade de S�o Paulo (USP), da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e do Instituto Tecnol�gico de Aeron�utica (ITA) est�o pr�ximos de concluir o segundo prot�tipo de um chip que ser� usado no projeto Large Hadron Collider (LHC), mais conhecido como acelerador de part�culas. Na realidade n�o se trata do �nico acelerador de part�culas do mundo, mas o LHC � o maior experimento desse tipo j� realizado. At� o momento, o feito mais divulgado desse projeto foi a descoberta do b�son de Higgs, a chamada part�cula de Deus, em 2012 (Leia Saiba Mais).
“Mas uma empreitada desta magnitude n�o pode ter apenas um objetivo”, explica o professor Marcelo Munhoz, um dos coordenadores do projeto no Brasil e pesquisador do Instituto de F�sica da USP. Para marcar territ�rio (paulista!), o chip foi batizado de Sampa, e ser� pe�a fundamental dentro do experimento Alice (A Large Ion Collider Experiment, ou experimento de largo �on colisor, em tradu��o livre), um dos quatro grandes detectores do LHC, que visa estudar a colis�o de �ons pesados (de chumbo). A fun��o do chip � amplificar os sinais el�tricos gerados no detector de part�culas (chamado TPC), que s�o anal�gicos, e os converter em valores digitais, ou seja, numa sequ�ncia num�rica. Em seguida, esses dados ser�o armazenados para depois serem analisados. O novo chip vai aposentar (com vantagens) dois chips atualmente usados no Alice, um para ampliar o sinal e outro para digitalizar.
O desafio de fazer essa capta��o anal�gica � que os sinais emitidos pelo detector de part�culas s�o muito pequenos e ocorrem durante um per�odo muito curto. O Sampa ser� usado na terceira fase do LHC, prevista para 2020, depois de uma parada t�cnica prevista para os dois anos anteriores para o equipamento passar por uma s�rie de melhorias. Quando o acelerador de part�culas voltar a funcionar, ele ser� capaz de fazer mais colis�es por segundo, o que vai demandar uma maior capacidade dos detectores. � a� que entra o novo chip, que vai permitir captar e gravar os dados coletados de forma cont�nua, propiciando a obten��o de mais dados. Hoje, s� � poss�vel gravar esses dados por determinado intervalo de tempo.
VOLTA � ESCOLA
O principal objetivo dos cientistas que trabalham no experimento Alice � estudar o plasma de quarks e gl�ons. Para entender isso tudo, � preciso voltar ao banco da escola e lembrar que um �tomo � formado por el�trons, pr�tons e n�utrons. Antigamente, acreditava-se que esses elementos eram indivis�veis, at� que se descobriu que cada pr�ton e cada n�utron � formado por tr�s elementos chamados quarks, que, por sua vez, se mant�m unidos por part�culas chamadas gl�ons. E o el�tron? Bom, at� o momento, esste elemento � considerado indivis�vel. Tudo isso para se ter uma r�pida no��o do que seria o tal plasma de quarks e gl�ons.
De acordo com Marcelo Munhoz, os quarks nunca foram observados isoladamente justamente por estarem confinados em outras part�culas. A teoria afirmava que � imposs�vel isolar um quark, mas esse plasma j� foi obtido num acelerador de part�culas dos Estados Unidos. No caso do Alice, al�m de gerar o plasma, o desafio � conhecer melhor suas propriedades.
“Em princ�pio, esse tipo de experimento n�o tem consequ�ncias pr�ticas, a n�o ser entender como funciona a natureza. Mas nesse caminho muita tecnologia acaba sendo desenvolvida”, avalia o f�sico da USP. Ele explica que j� existe um grupo trabalhando no desenvolvimento de aplica��es para esse chip, como sua associa��o a um sensor para se obter radiografias com mais informa��es. Associado a outro tipo de sensores, que medem os n�utrons, � poss�vel obter uma neutrografia, imagem que fornece alto grau de detalhes. Munhoz conta que essas aplica��es j� existem, mas agora surge a possibilidade de t�-las com tecnologia nacional e a custos bem menores.
Se a equipe tiver �xito com o prot�tipo, ser�o produzidos 80 mil chips, que v�o instrumentalizar o TPC do Alice. Curiosamente, esses chips ser�o produzidos em Taiwan, j� que no Brasil a menor escala em que � poss�vel fabricar microprocessadores � de 650 nan�metros, enquanto o chip exige 130 nan�metros. Para o desenvolvimento do projeto, um novo laborat�rio foi criado para os encontros entre os departamentos de F�sica e de Engenharia das institui��es. A pesquisa est� sendo financiada pela Funda��o de Amparo � Pesquisa do Estado de S�o Paulo (Fapesp). As discuss�es tiveram in�cio em 2012 e no ano seguinte o projeto j� estava em execu��o. O primeiro prot�tipo do chip foi conclu�do em 2014, mas ainda n�o estava completo.
O LHC
O Large Hadron Collider (LHC), o grande colisor de h�drons, � a maior m�quina j� constru�da pelo homem. Trata-se de um acelerador de part�culas com 27 quil�metros de circunfer�ncia localizado na fronteira entre a Fran�a e a Su��a. A m�quina pertence � Organiza��o Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern). Seu funcionamento se d� a partir de emiss�o de um feixe de pr�tons em sentido hor�rio e outro feixe de pr�tons em sentido anti-hor�rio. Esses feixes s�o geridos para obter colis�es em quatro sofisticados detectores de part�culas, uma vez que essa colis�o acaba emitindo uma s�rie de novas part�culas.
Part�cula de Deus
At� o momento, a descoberta mais popular feita pelo LHC foi o b�son de Higgs, a chamada part�cula de Deus, em 2012. Trata-se da pe�a que faltava para completar o chamado Modelo Padr�o, que serve de base para todas as teorias da f�sica. Para tentar responder sobre o porqu� de algumas part�culas terem massa e outras n�o, em 1964, o f�sico brit�nico Peter Higgs prop�s um mecanismo que depois ficou sendo conhecido como Campo de Higgs. De acordo com essa teoria, tudo no universo estaria envolto de um campo de for�a que interage com as part�culas e lhes atribui massa. Dessa forma, part�culas com mais massa interagem mais com esse campo de for�a, as part�culas com menos massa interagem menos e as part�culas sem massa simplesmente n�o interagem com ele. Logo, � o Campo de Higgs que d� massa a tudo no universo. E o b�son de Higgs � justamente o menor peda�o desse campo de for�a.
Se n�o fosse pelo b�son de Higgs, ou pelo Campo de Higgs, todas as part�culas viajariam sem parar pelo espa�o e na velocidade da luz. Sem a intera��o entre o campo e as part�culas, seria imposs�vel a forma��o do �tomo, das mol�culas, enfim, de tudo. Sem ele, n�o haveria massa e nem mat�ria. O universo tem uma estrutura porque h� part�culas com massa.