A Antimateria e outros MisteriosEstudados no Experimento ATLAS

Editor : Michael Barnett - Design : Claudia Marcelloni - André-Pierre Olivier

Antimatéria e outros mistérios :da fantasia à realidade...

O Experimento ATLAS no Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider – LHC) traz a física para um novo território.

Nós iremos aprender sobre as forças básicas que deram forma ao nosso Universo desde o começo dos tempos e que determinarão seudestino final.

Mais interessante ainda é o completamente desconhecido : novos processos epartículas que podem mudar a nossa compreensão da energia e damatéria e até mesmo do espaço.

A antimatéria é parte deste novo território. Ela tem inspirado autoresde livros e filmes, sendo protagonista no filme lançado recentemente“Anjos & Demônios”.

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Angels & Demons images are ™ and © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All rights reserved

O CERN (Organização Européia para Física de Partículas) é um laboratório que existe de fato eque está localizado em Genebra,na Suíça ...

… e partes do filme foramrealmente filmadas no ExperimentoATLAS no laboratório CERN.

ANJOS&DEMÔNIOS no Grande Colisor de Hádrons A antimatéria no filme ANJOS&DEMÔNIOS

No filme Anjos & Demônios, criminosos vão a um

laboratório chamado “CERN”.

Eles roubam meio grama de antimatéria num frasco,que é então transportado

a Roma para ser usada como uma bomba.

ALICE

ATLAS

LHCb

CMS

4 5

ATLAS

É também verdade que matéria e antimatéria se

aniquilam quando se encontram.

A sua massaé convertida

em energiapela equação

de Einstein

E = mc2

Metade do que é produzido nos aceleradores do CERN é anti-matériaA antimatéria e a matéria se aniquilam mutuamente

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Angels & Demons images are ™ and © 2009Columbia Pictures Industries, Inc. All rights reserved

tivéssemos alguma forma de armazenar meio grama (0.02 onças) e

a antimatéria seria uma bomba poderosa como a do filme Anjos & Demônios...

pudéssemos colocá-lo numa vasilha e

A Pergunta de Tom Hanks

Quando Tom Hanks visitou o ATLAS no CERN, ele per-guntou o que manteria a sua xícara de café aquecida.

Se toda a antimatéria produzida no interior do experi-mento ATLAS fosse usada para esquentar o café, ela aumentaria a temperatura de 1o C (2 F) por hora.Mas nesse mesmo tempo, a temperatura diminuiria de 10o C.

Toda a antimatériaproduzida no ATLAS

se aniquila numafração desegundo.

Mas ela se aniquila

Se

Se

Se

De fato

Se nós pudéssemos acumulara antimatéria...

pudéssemos levá-lo para umlugar longínquo

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Quanto tempo levaria para se obter um grama?

Se o detector ATLAS pudesse de alguma forma acumular toda a antimatéria produzida nas colisões, levaria 10 milhões de anos para se conseguir um grama de antimatéria.

Um grama é o pesode meia nota de dólar

ou de uma pena.

Nossos dias

Sahelanthropus tchadensis

Australopithecus afarensis 10 milhões de

anos no futuro

-10 -8 -5-9 -6-7 -4 -2-3 -1 0 Milhões de anos

Lucy

Toumaï

Homo Sapiens- 200 000 years

De fato, o Big BANG,a explosão que criou o nosso Universo, produziu quantidades iguais de matéria e antimatéria.

Entretanto, o Universo, produziu enormes quantidades de antimatéria

Da mesma forma que no experimento

ATLAS10 11

Seguiu-se a grandeaniquilação

Matéria

10 000 000 001

10 000 000 00110 000 000 000

10 000 000 000Antimatéria

Imediatamente após o Big Bang, as quantidades de matéria e antimatéria...

não eram exatamente iguais

Matéria e antimatéria se aniquilam

1

e essa pequena

parte é o quesomos...

e todo o restodo Universo.

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Toda aantimatéria e toda

a matéria, à exceção de uma pequena parte de matéria desapareceu na

aniquilação...

e

u

d

c

s

t

b

μ τ

Up

Down

Eléctron

Charme

Estranho

Múon

Top

Bottom

Tau

O que fornece massa para partículas fundamentais tais como quarks e eléctrons e por que estes valores são tão diferentes?

Partículas fundamentais não têm “tamanho”.Aqui, os tamanhos diferentes representam diferentes valores de massa. Léptons em laranja Quarks em vermelho

νe

νμτν

Neutrinodo Eléctron

Neutrinodo Múon

Neutrinodo Tau

x150

O Professor Peter Higgs propôs que todo o espaço está permeado por um campo, o assim chamado campo de Higgs.

Mas a teoria quântica nos mostra que todos os campos têm uma partícula associada a eles, assim...…

Neste caso, … existiria o Bóson de Higgs

Em 2004, o prémio da fundação Wolf foi dado a Robert Brout, Francois Englert e Peter Higgs pelo “trabalho pioneiro que levou a uma visão mais profunda sobre a origem da massa”.

O Higgs já foi “descoberto” no Experimento ATLAS, mas foi o Professor Higgs,

...não o Bóson de Higgs.

O Bóson de HiggsTanto a matéria como a antimatéria têm Massa

O Campo de Higgs, responsável pela massa de todas as partículas, preenche o Universo.

Esta imagem mostra uma representação deste campo

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Os valores de massa dos neutrinos são extremamente reduzidos. Sabe-se que são menores do que 1/150 da massa de um elétron.

Tempo

Mas existe mais do que apenas matéria e antimatéria

Observando nosso Universo, vemos muito mais do que a matéria comum (ou antimatéria)... Vemos evidência da matéria escura em galáxias e em aglomerados de galáxias.

A colisão de dois aglomerados de galáxias separou momentaneamente matéria comum da matéria escura (visto através do efeito de

“lentes gravitacionais”).

Matéria escura invisível mantém galáxias

girando atraídas pela sua gravidade.

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Energia Escura 73%

Matéria Escura 23%

Matéria comum 4%

Composiçãodo Universo

Concepção artística da distribuição de matéria escura no Universo seguindo a evolução do tempo (que se move da direita pra esquerda). O esquema é baseado em observações astronômicas. Com a passagem do tempo, acredita-se que a matéria escura se tornará mais agrupada. As galáxias são apresentadas superpostas somente por razões ilustrativas.

O que é a Matéria Escura?

Não sabemos

Mas temos algumas ideias

Se os constituintes da Matéria Escura são novas partículas,

o Experimento ATLAS deve descobri-las e esclarecer o mistério da matéria escura.

Teoria das Cordas e Super Simetria

Pela super simetria,toda partícula deve teruma partícula “sombra” commassa bem superior, e uma destas partículas super-simétricas poderia ser a partícula da Matéria Escura.

A Teoria das Cordas prediz a possibilidade de existirem dimensões extras de espaço e uma nova simetria denominada “super simetria”.

Partículas

Partículas “sombra” super simétricas

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Existem dimensões extra do espaço? Por que a força da gravidade é tão fraca?

Dimensões Extras do espaço podem levar a

eventos interessantes no detector ATLAS.

Observamos que a força da gravidade é muito mais fraca do que a do eletromagnetismo. Este é um grande mistério.

Talvez o Eletromagnetismo esteja confinado às nossas três dimensões de espaço conhecidas

Talvez a Gravidade atue em outras dimensões. A força fica assim mais distribuída e menos efetiva.

Pense numa acrobata e numa formiga andando na corda bamba.

A acrobata pode se mover para frente e para trás ao longo da corda.

Mas a formiga também pode se movimentar ao redor da corda.

Se a formiga continuar circulando a corda, ela completa uma volta e retorna a seu ponto de partida (esta é uma pequena dimensão).

A acrobata só percebe uma dimensão da corda, da mesma forma que só percebemos o mundo em três dimensões, embora possam existir outras dimensões

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PortugalRomênia

Federação Russa Serbia

República Eslovaca Eslovênia

África do SulEspanha

Quem construiu e opera o detector ATLAS?

3000 cientistas dequase 200 universidadese laboratórios em38 países(situação em setembro de 2012).

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SuéciaSuíça

TaiwanTurquia

Reino UnidoEstados Unidos da América

CERNJINR

ArgentinaArmeniaAustrália

AustriaAzerbaijão

BielorrússiaBrasil

Canadá

Chile China

ColombiaRepública Tcheca

DinamarcaFrança

GeorgiaAlemanha

GréciaIsraelItália

JapãoMoroccos

Países BaixosNoruegaPolônia

www.atlas.ch A Antimateria e outros MisteriosEstudados no Experimento ATLAS