Supercolisionador do CERN por Brian Cox

Isto é o Large Hadron Collider (LHC) - o Grande Colisionador Hadrónico Tem um perímetro de 27 quilómetros. é a maior experiência científica jamais realizada. Emvolve mais de 10000 físicos e engenheiros de 85 países de várias partes do mundo que reuniram esforços durante várias décadas para construir esta máquina. O que fazemos é acelerar protões - isto é, núcleos de hidrogénio - até 99,999999 por cento da velocidade da luz. Correcto? A essa velocidade, eles circulam num perímetro de 27 quilómetros, 11000 vezes por segundo. E originamos colisões com outro feixe de protões que se movem em sentido oposto. As colisões ocorrem no interior de detectores gigantes.

São essencialmente câmaras digitais. E esta é aquele em que eu trabalho, o ATLAS. Ficam com alguma noção do tamanho - ora vejam estas pessoas com tamanho UE standard as pessoas na parte inferior.

(Risos)

Ficam com alguma noção do tamanho: 44 metros de largura, 22 metros de diâmetro, 7000 toneladas. E recriamos as condições que existiam menos de um bilionésimo de segundo após o início do universo - até 600 milhões de vezes por segundo dentro do detector - uma quantidade gigantesca de números. E se repararem nos pedaços de metal aqui - são ímanes colossais que curvam as partículas com carga eléctrica, de modo a que se possa medir a velocidade com que se movem. Esta é uma imagem de há um ano atrás. Esses ímanes estão no seu interior. E, de novo, uma pessoa de tamanho UE standard, e ficam com alguma noção da escala. E é aqui que serão criados esses mini - Big Bangs durante o verão deste ano.

E, na verdade, hoje de manhã recebi um email que hoje tínhamos terminado os trabalhos, colocando a última peça do ATLAS. Como terminou hoje a montagem. Gostaria de dizer que o planeei para esta conferência TED, mas não o fiz. Mas terminou hoje a montagem do ATLAS.

(Aplausos)

Sim é um feito extraordinário. Devem estar a perguntar, "Porquê? Para quê criar as condições que existiam menos de um bilionésimo de segundo após o início do universo?" Bem, se os físicos de partículas não forem ambiciosos não interessam. E o objectivo da física de partículas é compreender de que são feitas todas as coisas, e como é que essas coisas se ligam. E por "todas as coisas" eu quero dizer, obviamente, eu e vós, a Terra, o Sol, as centenas de milhares de milhões de sóis na nossa galáxia e as centenas de milhares de milhões de galáxias no universo observável. Absolutamente tudo.

Vocês poderão dizer, "Bem, OK, mas por que é que não se observa o universo? Devem saber? Se queremos saber de que é que eu sou feito, vamos observar-me." Bem, descobrimos que quando olhamos para trás no tempo, o universo fica cada vez mais quente, e mais denso, e mais simples. Não existe nenhuma razão objectiva para que tenhamos essa noção, mas parece que é assim que as coisas são. Assim, nos instantes primordiais do universo, acreditamos que o universo era muito simples e inteligível. Toda esta complexidade, até chegarmos a estas coisas maravilhosas - as mentes humanas - são uma propriedade de um universo velho e frio e complicado. No início dos tempos, no primeiro bilionésimo de segundo, acreditamos, ou observamos, que era muito simples.

É quase como ... imagine um floco de neve na sua mão, e olhas para ele, e é incrivelmente complexo um belo objecto. Mas consoante vai aquecendo funde-se numa poça de água, e poderiam ser capazes de ver que, na verdade, era feito apenas de H2O, água. É nesse mesmo sentido que olhamos para trás no tempo para perceber de que é o universo feito. E o universo actual é feito destas coisas. Apenas 12 partículas de matéria, ligadas entre si por quatro forças da natureza. Os quarks, estas coisas cor-de-rosa, são os constituintes dos protões e neutrões que constituem os núcleos atómicos do vosso corpo. O electrão - o que anda à volta do núcleo atómico - preso na sua órbita pela força electromagnética que é transportada por esta coisa, o fotão. Os quarks estão ligados entre si por outras partículas designadas de gluões.

E estes aqui, são os responsáveis pela força nuclear fraca, provavelmente a menos familiar. Mas sem esta força o Sol não podia brilhar. E quando o Sol brilha, existem quantidades gigantescas destas coisas chamadas neutrinos que saem do Sol. Na verdade, se olhares para a unha do teu polegar - cerca de um centímetro quadrado - existe qualquer coisa existe qualquer coisa como 60 mil milhões de neutrinos por segundo. vindos do Sol, atravessam todos os centímetros quadrados do teu corpo. Mas não os sentem a atravessar porque a força fraca está muito bem designada. Alcance muito curto e muito fraca, por isso eles atravessavam-vos sem qualquer ineracção.

E estas partículas foram, na sua maioria, descobertas no século passado A primeira, o electrão, foi descoberto em 1897, e a última, esta que se chama neutrino do tau, em 2000. Na realidade aqui ... Eu ia dizer, mesmo aqui ao lado em Chicago. Eu sei que é um país grande, a América, não é? Mesmo aqui ao lado. Em relação ao universo, é mesmo aqui ao lado.

(Risos)

Bem, esta coisa doi descoberta no ano 2000, por isso é um resultado relativamente recente. Na verdade, acho que uma das coisas maravilhosas é o facto de as termos descoberto, qualquer uma delas, quando nos apercebemos do quão pequenas são. Sabem, é um grande passo no tamanho de todo o universo observável. Cerca de 100 mil milhões de galáxias, 13,7 milhares de milhões de anos-luz de distância - na realidade, uma mudança de tamanho do universo a Monterey, é a mesma mudança do que de Monterey para estas coisas. Absolutamente, estranhamente minúsculas, e, todavia, descobrimos a maior parte deste grupo de partículas.

Bem, um dos meus mais ilustres antepassados na Universidade de Manchester, Ernest Rutherford, descobriu o núcleo atómico, disse que, "Toda a ciência ou é física ou é colecção de selos." Bem, penso que ele não pretendia insultar o resto da ciência, embora sendo natural da Nova Zelândia, não fosse impossível.

(Risos)

Mas o que ele queria dizer é que aquilo que fizemos aqui, é, na verdade, uma colecção de selos - OK, descobrimos as partículas mas a menos que compreendamos as razões de fundo para esse padrão - por que é que as coisas são como são - o que estão, na verdade, a fazer é a coleccionar selos - não estão a fazer ciência. Felizmente, temos provavelmente uma das maiores conquistas científicas do século XX que sustenta esse padrão. São, por assim dizer, as leis de Newton da física das partículas. Chama-se "modelo padrão" - uma equação matemática elegantemente simples Podiam colá-la na parte da frente de uma t-shirt que é sempre um sinal de elegância. É isto.

(Risos)

Foi pouco honesto, porque expandi a equação em todo o seu detalhe horripilante. Todavia, esta equação permite-vos calcular todas as coisas - para além da gravidade - que aconteça no universo. Se quiserem saber por que é que o céu é azul, por que é que os núcleos se ligam - se tiverem um computador suficientemente grande, em princípio por que é que o DNA tem a forma que tem. Em princípio, deveriam ser capazes de calculá-lo a partir dessa equação.

Mas há um problema. Alguém consegue ver qual é? Uma garrafa de champanhe para qualquer pessoa que mo diga. Vou tornar a questão mais simples, retirando uma das linhas. Basicamente, cada um destes termos refere-se a algumas das partículas Assim, aqueles Ws referem-se ao Ws, e como é que eles se ligam Estes transportadores da força fraca, os Zs, o mesmo. Mas existe um símbolo a mais na equação: H. Certo, H. H refere-se à partícula de Higgs. As partículas de Higgs ainda não foram descobertas. Mas são necessárias - são necessárias para que a matemática funcione. Assim todos os cálculos estranhamente detalhados que podemos fazer com esta equação maravilhosa não seriam possíveis sem um bit extra. É, portanto, uma previsão - uma previsão de uma nova partícula.

O que é que faz? Bem, tivemos bastante tempo para poder encontrar boas analogias. E nos anos 80 do século XX, quando queríamos o financiamento para o LHC, do governo inglês, Margaret Thatcher, disse, na altura, "Se vocês conseguirem explicar de modo a que um político possa perceber que raio é que estão a fazer, dou-vos o financiamento. E quero saber o que é que esta partícula de Higgs faz." E descobrimos esta analogia e pareceu funcionar. Bem, o que o Higgs faz, é atribuir a massa às partículas fundamentais. E isso significa que todo o universo - e isso não significa apenas o espaço, quer dizer que também que dentro de ti - - todo o universo está preenchido de algo designado de campo de Higgs. Se quiserem, partículas de Higgs.

A analogia é que estas pessoas num compartimento são as partículas de Higgs. Quando uma partícula se move através do universo, pode interagir com estas partículas de Higgs. Mas imaginem que alguém que não é muito popular se desloca através desse compartimento. Nesse caso, todos o ignoram. Podem atravessar o compartimento muito rapidamente, praticamente à velocidade da luz. Não têm massa. Imaginem alguém extremamente importante e popular e inteligente entra nesse compartimento. São rodeados de pessoas, e sua passagem pelo compartimento é difícil. É quase como se ficassem pesados. Têm massa. É exactamente deste modo que o mecanismo de Higgs funciona. O que sucede é que os electrões e os quarks no vosso corpo e no universo que vemos à nossa volta são, de algum modo, pesados, têm massa, por estarem rodeados destas partículas de Higgs, Estão a interagir com o campo de Higgs.

Se esta visão estiver correcta temos que descobrir estas partículas de Higgs no LHC. Se não estiver correcta - porque se trata de um mecanismo bastante complexo embora seja o modo mais simples de pensar de que fomos capazes então qualquer que seja o papel das partículas de Higgs temos que as revelar no LHC. Esta uma das razões fundamentais para a construção desta máquina gigante. Estou feliz que tenham reconhecido Margaret Thatcher. Na verdade, pensei em tornar esta conferência culturalmente mais relevante, mas - (Risos) de qualquer modo. Existe uma coisa. É essencialmete uma garantido do que o LHC descobrirá.

Existem muitas outras coisas importantes. Já devem ter ouvido falar de muitos dos grandes problemas da física de partículas. Um dos que já ouviram falar é o da matéria escuro e o da energia escura. Há um outro aspecto, as forças da natureza - é, na verdade, bastante belo - consoante recuamos no tempo, parecem parecem mudar de intensidade. Bem, variam mesmo a intensidade Assim a força electromagnética, que nos mantém coesos fica mais forte a temperaturas mais altas. A força forte, a força nuclear forte, que mantém os núcleos coesos, fica mais fraca. E que o podemos ver no modelo padrão podemos calcular estas variações - estas forças - as três forças, todas excepto a gravidade - parecem unir-se num certo ponto. É quase como se existisse uma espécie de superforça bela, no início do tempo. Mas separaram-se por pouco.

Actualmente existe uma teoria designada de supersimetria que duplica o número de partículas no modelo padrão. O que, à primeira vista, não parece ser uma simplificação. Mas, na verdade, com esta teoria, descobrimos que as forças da natureza parecem unificar-se na altura do Big Bang. Uma bela profecia em absoluto. O modelo não foi construído com esse propósito mas parece fazê-lo. Além disso, essas partículas supersimétricas são sérias candidatas para a matéria escura. Uma teoria quase necessária é realmente a física da actualidade. E se tivesse que investir nisso, investiria - de um modo muito não científico - que estas coisas surgiriam subitamente no LHC. Muitas outras coisas podem ser descobertas no LHC.

Mas nestes últimos minutos, queria apenas transmitir-vos uma perspectiva diferente do que eu penso - o que a física de partículas realmente significa para mim - física de partículas e cosmologis. E é que eu penso que poderá dar-nos uma narrativa maravilhosa - quase uma história da criação, se quiserem - sobre o universo, da ciência moderna nas últimas décadas. E diria que merece no espírito da conferência de Wade Davis ser colocada aí com estas histórias fantásticas da criação dos povos dos Andes e do norte gélido. Penso que esta é uma história da criação igualmente maravilhosa.

A história começa assim: sabemos que o universo nasceu há cerca de 13,7 mil milhões de anos atrás, num estado incrivelmente quente e denso mais pequenos do que um átomo. Começou a expandir-se um milionésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo - penso que não me enganei - depois do Big Bang A gravidade separou-se das outras forças A partir daqui, o universo entrou num expansão exponencial chamada inflação. Ao fim do primeiro milésimo de milionésimo de um segundo, o campo de Higgs revelou-se, e os quarks e os gluões e os electrões que nos constituem adquiriram massa. O universo continuou a expandir-se e a arrefecer. Ao fim de poucos minutos, já existia hidrogénio e hélio no universo. É tudo. O universo é constituído por 75% de hidrogénio, 25% de hélio. Actualmente ainda é assim.

Continuou a expandir-se cerca de 300 milhões de anos. Depois a luz começou a viajar através do universo. Tornou-se suficientemente grande para ser transparente á luz, e é o que vemos na radiação de fundo de microondas que George Smoot descreveu como sendo uma visão da face de Deus. Ao fim de 400 milhões de anos, formam-se as primeiras estrelas e o hidrogénio e o hélio formados, começaram a ser cozinhados em elementos mais pesados. Assim os elementos da vida - carbono, e oxigénio e ferro - todos os elementos de que necessitamos para nos fabricarmos - foram cozinhados nessa primeira geração de estrelas que após terem esgotado o combustível, explodiram atirando, de novo, esse elementos para o universo. Esses elementos re-colapsaram noutra geração de estrelas e planetas.

E em alguns desses planetas, o oxigénio que tinha sido criado na primeira geração de estrelas pode reagir com o hidrogénio para formar água, água líquida à superfície. Em pelo menos um, e talvez em apenas em um desses planetas, a vida primordial evoluiu, que, por sua vez, evoluiu ao longo de milhões de anos em coisas que andaram em pé e deixaram pegadas há cerca de três milhões e meio de anos atrás nas planícies lamacentas da Tanzânia. e eventualmente deizaram uma pegado noutro mundo. E construíram esta civilização esta imagem maravilhosa que transformou a escuridão em luz, e podes ver a civilização a partir do espaço. Como disse um dos meus grandes heróis, Carl Sagan estas são as coisas - e na realidade, não apenas estas mas estava a olhar à volta - estas são as coisas como os foguetes Saturno V, e Sptunik e o DNA, e a literatura e a ciência estas são as coisas que os átomos de hidrogénio fazem ao fim de 13,7 mil milhões de anos.

Absolutamente notável. E as leis da física. Certo? Assim, as leis da física correctas - estão equilibradas de um modo bel. Se a força fraca fosse um pouco diferente, então o carbono e oxigénio não seriam estáveis no interior das estrelas e estes elementos não existiriam no universo. E penso que se trata de uma história maravilhosa e expressiva. Há 50 anos não poderia ter contado esta história, porque não a conhecíamos. Faz-me sentir que a civilização - que, como disse, se acreditarem na história científica da criação emergiu como um resultado das leis da física, e de alguns átomos de hidrogénio - a seguir pensa, de qualquer modo para mim mesmo, faz-me sentir com um valor incalculável.

É isto o LHC. Quando for ligado no verão, certamente que o LHC irá escrever o próximo capítulo deste livro. E estou a procura do resto da história uma excitação imensa quando esta máquina for ligada. Obrigado.

(Aplausos)