Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, Fronteira França-Suíça

A Organização Europeia de Pesquisa Nuclear, também chamada de Laboratório Europeu de Física de Partículas e comumente conhecida pela sigla CERN ou Cern (do nome do Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear, um órgão provisório criado em 1952), é a partícula mais grande centro de física do mundo. Está localizada a poucos quilômetros de Genebra, na Suíça, na fronteira franco-suíça, nos municípios de Meyrin, Prévessin-Moëns e Saint-Genis-Pouilly.

O CERN tem como objetivo entender melhor do que é feito o Universo e como ele funciona. Para isso, o CERN oferece aos cientistas um complexo, único no mundo, de aceleradores de partículas, permitindo-lhes ultrapassar os limites do conhecimento humano. Fundado em 1954, o Laboratório tornou-se um exemplo notável de colaboração internacional. Nossa missão é: fornecer um complexo único de aceleradores de partículas, possibilitando pesquisas na vanguarda do conhecimento humano; para conduzir pesquisas de classe mundial em física fundamental; reunindo pessoas de todo o mundo para expandir os limites da ciência e da tecnologia para o benefício de todos.

O CERN estabelecido em 1954, a organização está sediada em um subúrbio a noroeste de Genebra, na fronteira entre a França e a Suíça, e tem 23 estados membros. Israel é o único país não europeu a quem foi concedida adesão plena. O CERN é um observador oficial das Nações Unidas. A sigla CERN também é usada para se referir ao laboratório, que em 2016 contava com 2.500 funcionários científicos, técnicos e administrativos e hospedava cerca de 12.000 usuários.

A principal função do CERN é fornecer os aceleradores de partículas e outras infra-estruturas necessárias para pesquisas em física de alta energia – como resultado, vários experimentos foram construídos no CERN por meio de colaborações internacionais. O site principal em Meyrin hospeda uma grande instalação de computação, que é usada principalmente para armazenar e analisar dados de experimentos, bem como simular eventos. Os pesquisadores precisam de acesso remoto a essas instalações, portanto, o laboratório tem sido historicamente um importante hub de rede de longa distância. O CERN também é o berço da World Wide Web.

História
A convenção que estabelece o CERN foi ratificada em 29 de setembro de 1954 por 12 países da Europa Ocidental. A sigla CERN originalmente representava as palavras francesas para Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear), que era um conselho provisório para a construção do laboratório, estabelecido por 12 governos europeus em 1952. A sigla foi mantida para o novo laboratório após o conselho provisório foi dissolvido, embora o nome tenha mudado para a atual Organização Européenne pour la Recherche Nucléaire (Organização Européia de Pesquisa Nuclear) em 1954. Segundo Lew Kowarski, ex-diretor do CERN, quando o nome foi mudado, a abreviatura poderia tornaram-se o estranho OERN, e Werner Heisenberg disse que este poderia “ainda ser CERN, mesmo que o nome seja”.

O primeiro presidente do CERN foi Sir Benjamin Lockspeiser. Edoardo Amaldi foi o secretário-geral do CERN em seus estágios iniciais, quando as operações ainda eram provisórias, enquanto o primeiro Diretor-Geral (1954) foi Felix Bloch.

O laboratório foi originalmente dedicado ao estudo de núcleos atômicos, mas logo foi aplicado à física de altas energias, preocupada principalmente com o estudo das interações entre partículas subatômicas. Portanto, o laboratório operado pelo CERN é comumente referido como o laboratório europeu de física de partículas (Laboratoire européen pour la physique des particules), que descreve melhor a pesquisa que está sendo realizada lá.

Membros fundadores
Na sexta sessão do Conselho do CERN, realizada em Paris de 29 de junho a 1º de julho de 1953, a convenção que instituiu a organização foi assinada, sujeita a ratificação, por 12 estados. A convenção foi ratificada gradualmente pelos 12 Estados-Membros fundadores: Bélgica, Dinamarca, França, República Federal da Alemanha, Grécia, Itália, Holanda, Noruega, Suécia, Suíça, Reino Unido e Iugoslávia.

Descobertas
Em 1983, a teoria eletrofraca está quase completamente confirmada, as forças fracas e eletromagnéticas estão quase unificadas. É também neste ano, 13 de setembro, que começam os primeiros trabalhos da LEP. Em 1984, Carlo Rubbia e Simon van der Meer receberam o Prêmio Nobel de Física em outubro por sua descoberta sobre a força eletrofraca. Após a inauguração do LEP em 1989, as previsões da teoria sobre a força eletrofraca são confirmadas, em particular a existência de partículas carregadas (bósons W) cuja massa é aproximadamente 80 vezes a do próton e também de uma partícula neutra (o bóson Z) ) cuja massa é aproximadamente 91 vezes a do próton.

Entre 1989 e 1990, Tim Berners-Lee, acompanhado por Robert Cailliau, projetou e desenvolveu um sistema de informação em hipertexto, a World Wide Web.

Em 1992, Georges Charpak recebeu o Prêmio Nobel de Física pelo trabalho realizado no CERN em 1968 (desenvolvimento da câmara proporcional multi-wire).

Em 18 de novembro de 2010, os pesquisadores anunciaram que conseguiram capturar átomos de anti-hidrogênio pela primeira vez em um campo magnético.

Em 4 de julho de 2012, uma nova partícula é identificada, cujas propriedades parecem compatíveis com as do bóson de Higgs conforme descrito pela teoria. Resultados adicionais deste experimento processado durante 2013 confirmaram que esta nova partícula elementar é um bóson de Higgs, cujas propriedades são até agora compatíveis com as descritas pelo Modelo Padrão. O Prêmio Nobel de Física foi concedido em 2013 aos físicos teóricos François Englert e Peter Higgs por seu trabalho teórico sobre esta partícula, prevendo sua existência a partir dos anos 1960.

Realizações científicas
Várias conquistas importantes na física de partículas foram obtidas por meio de experimentos no CERN. Eles incluem:

1973: A descoberta de correntes neutras na câmara de bolhas de Gargamelle;
1983: A descoberta dos bósons W e Z nos experimentos UA1 e UA2;
1989: A determinação do número de famílias de neutrinos leves no Large Electron-Positron Collider (LEP) operando no pico do bóson Z;
1995: A primeira criação de átomos de anti-hidrogênio no experimento PS210;
1999: A descoberta de violação direta de CP no experimento NA48;
2010: O isolamento de 38 átomos de anti-hidrogênio;
2011: Manutenção do anti-hidrogênio por mais de 15 minutos;
2012: Um bóson com massa em torno de 125 GeV / c2 consistente com o bóson de Higgs há muito procurado.
Em setembro de 2011, o CERN atraiu a atenção da mídia quando a OPERA Collaboration relatou a detecção de neutrinos possivelmente mais rápidos do que a luz. Testes posteriores mostraram que os resultados eram falhos devido a um cabo de sincronização GPS conectado incorretamente.

O Prêmio Nobel de Física de 1984 foi concedido a Carlo Rubbia e Simon van der Meer pelos desenvolvimentos que resultaram nas descobertas dos bósons W e Z. O Prêmio Nobel de Física de 1992 foi concedido ao pesquisador da equipe do CERN Georges Charpak “por sua invenção e desenvolvimento de detectores de partículas, em particular a câmara proporcional multifios”. O Prêmio Nobel de Física de 2013 foi concedido a François Englert e Peter Higgs pela descrição teórica do mecanismo de Higgs no ano após o bóson de Higgs foi encontrado por experimentos do CERN.

Ciência da Computação
A World Wide Web começou como um projeto do CERN denominado INQUIRE, iniciado por Tim Berners-Lee em 1989 e Robert Cailliau em 1990. Berners-Lee e Cailliau foram homenageados conjuntamente pela Association for Computing Machinery em 1995 por suas contribuições para o desenvolvimento do Rede mundial de computadores.

Baseado no conceito de hipertexto, o projeto pretendeu facilitar o compartilhamento de informações entre pesquisadores. O primeiro site foi ativado em 1991. Em 30 de abril de 1993, o CERN anunciou que a World Wide Web seria gratuita para qualquer pessoa. Uma cópia da primeira página da Web original, criada por Berners-Lee, ainda está publicada no site do World Wide Web Consortium como um documento histórico.

Antes do desenvolvimento da Web, o CERN foi pioneiro na introdução da tecnologia da Internet, começando no início dos anos 1980.

Mais recentemente, o CERN se tornou uma instalação para o desenvolvimento de computação em grade, hospedando projetos incluindo o Enabling Grids for E-sciencE (EGEE) e LHC Computing Grid. Ele também hospeda o CERN Internet Exchange Point (CIXP), um dos dois principais pontos de troca de Internet na Suíça.

Aceleradores de partículas

Complexo atual
O CERN opera uma rede de seis aceleradores e um desacelerador. Cada máquina na cadeia aumenta a energia dos feixes de partículas antes de enviá-los para experimentos ou para o próximo acelerador mais poderoso. Atualmente (a partir de 2019) as máquinas ativas são:

O acelerador linear LINAC 3 gerando partículas de baixa energia. Ele fornece íons pesados ​​a 4,2 MeV / u para injeção no Anel Iônico de Baixa Energia (LEIR).
O Proton Synchrotron Booster aumenta a energia das partículas geradas pelo acelerador linear de prótons antes de serem transferidas para os outros aceleradores.
O Anel Iônico de Baixa Energia (LEIR) acelera os íons do acelerador linear de íons LINAC 3, antes de transferi-los para o Síncrotron de Prótons (PS). Este acelerador foi comissionado em 2005, após ter sido reconfigurado a partir do anterior Anel Antipróton de Baixa Energia (LEAR).
O 28 GeV Proton Synchrotron (PS), construído durante 1954-1959 e ainda operando como um alimentador para o SPS mais poderoso.
O Super Proton Synchrotron (SPS), um acelerador circular com diâmetro de 2 quilômetros construído em um túnel, que começou a operar em 1976. Foi projetado para fornecer uma energia de 300 GeV e foi gradualmente atualizado para 450 GeV. Além de ter suas próprias linhas de luz para experimentos com alvos fixos (atualmente COMPASS e NA62), tem sido operado como um colisor próton-antipróton (o colisor SppS) e para acelerar elétrons e pósitrons de alta energia que foram injetados no Grande Elétron –Positron Collider (LEP). Desde 2008, ele tem sido usado para injetar prótons e íons pesados ​​no Large Hadron Collider (LHC).
O Separador de Massa Isotópica On-Line (ISOLDE), que é usado para estudar núcleos instáveis. Os íons radioativos são produzidos pelo impacto de prótons a uma energia de 1,0-1,4 GeV do Proton Synchrotron Booster. Foi comissionado pela primeira vez em 1967 e foi reconstruído com grandes atualizações em 1974 e 1992.
O Antiproton Decelerator (AD), que reduz a velocidade dos antiprótons para cerca de 10% da velocidade da luz para pesquisa de antimatéria.
O experimento AWAKE, que é um acelerador de wakefield de plasma à prova de princípios.
O CERN Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR), instalação de pesquisa e desenvolvimento do acelerador.

Grande Colisor de Hádrons
Muitas atividades no CERN atualmente envolvem a operação do Large Hadron Collider (LHC) e os experimentos para ele. O LHC representa um projeto de cooperação científica mundial em larga escala.

O túnel do LHC está localizado a 100 metros de profundidade, na região entre o Aeroporto Internacional de Genebra e as montanhas Jura próximas. A maior parte de seu comprimento está no lado francês da fronteira. Ele usa o túnel circular de 27 km de circunferência anteriormente ocupado pelo Large Electron-Positron Collider (LEP), que foi encerrado em novembro de 2000. Os complexos aceleradores PS / SPS existentes do CERN são usados ​​para pré-acelerar prótons e íons de chumbo que são então injetados para o LHC.

Oito experimentos (CMS, ATLAS, LHCb, MoEDAL, TOTEM, LHCf, FASER e ALICE) estão localizados ao longo do colisor; cada um deles estuda as colisões de partículas de um aspecto diferente e com tecnologias diferentes. A construção desses experimentos exigiu um extraordinário esforço de engenharia. Por exemplo, um guindaste especial foi alugado na Bélgica para abaixar as peças do detector CMS em sua caverna, já que cada peça pesava quase 2.000 toneladas. O primeiro dos cerca de 5.000 ímãs necessários para a construção foi baixado por um poço especial às 13:00 GMT em 7 de março de 2005.

O LHC começou a gerar grandes quantidades de dados, que o CERN envia para laboratórios em todo o mundo para processamento distribuído (fazendo uso de uma infraestrutura de grade especializada, a LHC Computing Grid). Durante abril de 2005, um teste transmitiu com sucesso 600 MB / s para sete locais diferentes em todo o mundo.

Os feixes de partículas iniciais foram injetados no LHC em agosto de 2008. O primeiro feixe circulou por todo o LHC em 10 de setembro de 2008, mas o sistema falhou 10 dias depois por causa de uma conexão magnética defeituosa e foi interrompido para reparos em 19 de setembro de 2008 .

O LHC retomou a operação em 20 de novembro de 2009, circulando com sucesso dois feixes, cada um com uma energia de 3,5 teraeletronvolts (TeV). O desafio para os engenheiros era então tentar alinhar as duas vigas para que se chocassem. É como “disparar duas agulhas através do Atlântico e fazer com que elas se atinjam”, de acordo com Steve Myers, diretor de aceleradores e tecnologia.

Em 30 de março de 2010, o LHC colidiu com sucesso dois feixes de prótons com 3,5 TeV de energia por próton, resultando em uma energia de colisão de 7 TeV. No entanto, este foi apenas o começo do que era necessário para a esperada descoberta do bóson de Higgs. Quando o período experimental de 7 TeV terminou, o LHC acelerou para 8 TeV (4 TeV por próton) a partir de março de 2012, e logo começou a colisões de partículas naquela energia. Em julho de 2012, os cientistas do CERN anunciaram a descoberta de uma nova partícula subatômica que mais tarde foi confirmada como o bóson de Higgs. Em março de 2013, o CERN anunciou que as medições realizadas na partícula recém-descoberta permitiram concluir que se trata de um bóson de Higgs. No início de 2013, o LHC foi desativado por um período de manutenção de dois anos, para fortalecer as conexões elétricas entre os ímãs dentro do acelerador e para outras atualizações.

Em 5 de abril de 2015, após dois anos de manutenção e consolidação, o LHC foi reiniciado para uma segunda execução. A primeira rampa para o recorde de energia de 6,5 TeV foi realizada em 10 de abril de 2015. Em 2016, a taxa de colisão de projeto foi excedida pela primeira vez. Um segundo período de paralisação de dois anos começou no final de 2018.

Aceleradores em construção
A partir de outubro de 2019, a construção está em andamento para atualizar a luminosidade do LHC em um projeto denominado High Luminosity LHC (HL-LHC). Este projeto deve ver o acelerador LHC atualizado em 2026 para uma luminosidade da ordem de magnitude maior.

Como parte do projeto de atualização do HL-LHC, também outros aceleradores CERN e seus subsistemas estão recebendo atualizações. Entre outros trabalhos, o injetor do acelerador linear LINAC 2 foi desativado, para ser substituído por um novo acelerador injetor, o LINAC 4, em 2020.

Aceleradores desativados
O acelerador linear original LINAC 1. Operado em 1959–1992.
O injetor de acelerador linear LINAC 2. Prótons acelerados para 50 MeV para injeção no Booster de prótons síncrotron (PSB). Operado em 1978–2018.
O 600 MeV Synchro-Cyclotron (SC) que começou a operar em 1957 e foi encerrado em 1991. Foi transformado em uma exposição pública em 2012–2013.
The Intersecting Storage Rings (ISR), um colisor antigo construído de 1966 a 1971 e operado até 1984.
O Large Electron-Positron Collider (LEP), que operou de 1989 a 2000 e foi a maior máquina de seu tipo, alojado em um túnel circular de 27 km de comprimento que agora abriga o Grande Colisor de Hádrons.
O complexo acelerador do Pré-injetor LEP (LPI), que consiste em dois aceleradores, um acelerador linear chamado LEP Injector Linac (LIL; ele próprio consiste em dois aceleradores lineares consecutivos chamados LIL V e LIL W) e um acelerador circular chamado Elétron Acumulador de pósitrons (EPA). O objetivo desses aceleradores era injetar feixes de pósitrons e elétrons no complexo do acelerador CERN (mais precisamente, no Síncrotron de Prótons), para serem entregues ao LEP após vários estágios de aceleração. Operacional 1987-2001; após o encerramento do LEP e a conclusão dos experimentos que foram alimentados diretamente pelo LPI, a instalação do LPI foi adaptada para ser usada para o CLIC Test Facility 3 (CTF3).
O Anel Antipróton de Baixa Energia (LEAR), comissionado em 1982, que reuniu as primeiras peças de antimatéria verdadeira, em 1995, consistindo de nove átomos de anti-hidrogênio. Foi fechado em 1996 e substituído pelo Antiproton Decelerator. O próprio aparelho LEAR foi reconfigurado no amplificador de íons Low Energy Ion Ring (LEIR).
O Compact Linear Collider Test Facility 3 (CTF3), que estudou a viabilidade para o futuro projeto de colisor linear de condução normal (o colisor CLIC). Em operação 2001–2016. Uma de suas linhas de luz foi convertida, a partir de 2017, nas novas instalações do CERN Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR).

Possíveis aceleradores futuros
O CERN, em colaboração com grupos em todo o mundo, está investigando dois conceitos principais para futuros aceleradores: Um colisor elétron-pósitron linear com um novo conceito de aceleração para aumentar a energia (CLIC) e uma versão maior do LHC, um projeto atualmente denominado Colisor Circular Futuro .

Instalações
O CERN não opera um único acelerador de partículas para estudar a estrutura da matéria, mas toda uma cadeia de outras máquinas (às vezes chamadas de injetores). As partículas que passam por eles sucessivamente são progressivamente aceleradas, dando às partículas cada vez mais energia. Este complexo atualmente inclui vários aceleradores lineares e circulares.

Os edifícios que compõem o complexo científico são numerados sem nenhuma lógica aparente. Por exemplo, o edifício 73 está entre os edifícios 238 e 119. A pluralidade de línguas e nacionalidades (mais de 80) dentro do CERN inspirou parcialmente Cédric Klapisch na criação do filme L’Auberge Espagnol.

Cadeia de aceleradores de partículas em torno do LHC
A instalação mais poderosa do CERN é o Large Hadron Collider (LHC), que foi comissionado em 10 de setembro de 2008 (inicialmente planejado para novembro de 2007). O LHC está bem no final da cadeia do acelerador. No caso de uma aceleração de prótons, eles seguem o seguinte caminho:

Tudo começa com uma fonte de prótons chamada “duoplasmatron”. Essa máquina, do tamanho de uma lata, usa hidrogênio para produzir prótons com energia inicial de 100 k eV (o núcleo do hidrogênio comum é formado por um único próton). Este gás, vindo de uma garrafa, é injetado em uma taxa controlada na câmara fonte, onde é ionizado para extrair o único elétron de cada átomo. Os prótons resultantes são ejetados por um campo elétrico para a próxima etapa.

Acelerador linear de prótons Linac-2, que foi comissionado em 1978. Constituindo (junto com a fonte de prótons) o primeiro elo da cadeia, é a instalação mais usada no CERN; sua taxa de disponibilidade é de 98 a 99% e seu desligamento está programado para por volta de 2017, quando será substituído pelo Linac-4. O Linac-2 acelera os prótons a um terço da velocidade da luz, o que resulta em uma energia de 50 MeV por partícula.

Na saída do Linac-2, os prótons são injetados no PS-Booster. É um pequeno síncrotron com circunferência de 157 me que eleva a energia para 1,4 GeV por próton, o que corresponde a 91,6% da velocidade da luz. Os prótons são então injetados no PS.

O PS ou Proton Synchrotron, com uma circunferência de 628 metros, e equipado com 277 eletroímãs incluindo 100 dipolos que são usados ​​para dobrar o feixe de partículas. É um dos equipamentos mais antigos do CERN, pois foi comissionado em novembro de 1959, mas passou por várias modificações desde então. Esta máquina é usada atualmente para acelerar prótons, mas também íons. Durante sua carreira, também atuou como um acelerador de antiprótons, elétrons e pósitrons (antielétrons). Ele aumenta a energia dos prótons em até 25 GeV, acelerando-os a 99,9% da velocidade da luz. A partir desta etapa, o aumento da velocidade deixa de ser significativo porque nos aproximamos daquele da luz que constitui, segundo a teoria da relatividade, um limite intransponível. O aumento na energia das partículas é agora principalmente o resultado de um aumento em sua massa.

O Super Proton Synchrotron (SPS), com uma circunferência de 7 km, equipado com 1.317 eletroímãs incluindo 744 dipolos. Ele impulsiona prótons a 450 GeV. Foi comissionado em 1976 como um acelerador simples, Collider próton-antipróton convertido em 1983, antes de se tornar uma nova cadeia injetora de 1989 para o LEP, então para seu substituto, o LHC. Como o PS, o SPS acelerou várias partículas durante sua carreira (prótons, antiprótons, íons mais ou menos massivos, elétrons, pósitrons). Desde o início do LHC, o SPS só funciona com íons prótons.

E finalmente o LHC ou Large Hadron Collider (Large Hadron Collider, em francês), com uma circunferência de 26,659 km, usando supercondutores, e onde os prótons podem chegar a 7 TeV (ou seja, um nível de energia por partícula 70 milhões de vezes maior do que o produzido pelo fonte duoplasmatron).

Como parte do experimento ALICE, o LHC também acelera íons de chumbo, e para este último o curso é ligeiramente diferente: produzido por uma “fonte ECR” de chumbo vaporizado e depois ionizado, os íons de chumbo sofrem sua primeira aceleração no Linac-3 linear acelerador, então eles passam pelo LEIR (Low Energy Ion Ring). Só então os íons seguem o mesmo caminho que os prótons, via PS, SPS e LHC (a fonte ECR, Linac-3 e LEIR, portanto, substituem o duoplasmatron, Linac-2 e “Booster” respectivamente). À medida que aceleram, esses íons são despojados de seus elétrons em vários estágios, até que tudo o que resta são núcleos atômicos “nus”, que podem atingir uma energia de 574 TeV cada (ou seja, 2,76 TeV por núcleo).

Cada instalação do CERN tem uma ou mais salas experimentais, disponíveis para experimentos. É assim que os prótons acelerados do Booster, do PS e do SPS podem ser direcionados para o próximo acelerador da cadeia ou para áreas experimentais, na maioria das vezes com um alvo fixo (colisão entre os feixes e um alvo para produzir novas partículas).

Outras instalações e experimentos no CERN
Embora o LHC seja atualmente a maior e mais divulgada instalação, outros equipamentos e trabalhos de pesquisa estão presentes no CERN.

AD, o desacelerador antipróton
O desacelerador de antiprótons (en) é um dispositivo destinado a produzir antiprótons de baixa energia. De fato, durante sua criação (por impacto de prótons, vindos do PS, em um alvo metálico), os antiprótons costumam ter uma velocidade muito alta para poderem ser explorados durante certos experimentos e, além disso, suas trajetórias e energias são díspares. O desacelerador antipróton foi construído para recuperar, controlar e, por fim, desacelerar essas partículas para cerca de 10% da velocidade da luz. Para isso, utiliza eletroímãs e poderosos campos elétricos. Uma vez “domesticados”, esses antiprótons podem ser usados ​​em outros experimentos:

ACE (Antiproton Cell Experiment): um experimento que estuda a eficácia dos antiprótons no combate ao câncer, injetando um feixe dessas partículas em células vivas in vitro. A energia liberada, pela aniquilação entre os antiprótons injetados e os prótons dos núcleos atômicos, irá então destruir as células. O objetivo é ser capaz de destruir tumores cancerígenos projetando antiprótons neles, um método que seria mais vantajoso do que outras terapias por feixe de partículas porque é menos prejudicial ao tecido saudável. Os primeiros resultados são promissores, mas as aplicações médicas não são esperadas por cerca de dez anos.

ALPHA e ATRAP: o objetivo desses experimentos é estudar as diferenças de propriedades entre matéria e antimatéria. Para fazer isso, átomos de anti-hidrogênio (compostos de um antipróton e um pósitron) são criados e suas características são comparadas às dos átomos de hidrogênio comuns.

ASACUSA: Este experimento tem o mesmo objetivo dos dois anteriores, mas com um método diferente. Em vez de usar átomos de anti-hidrogênio, os físicos da ASACUSA produzirão configurações muito mais exóticas, como o hélio antiprotônico, ou seja, átomos de hélio dos quais um dos elétrons foi substituído. por um antipróton! (lembrete: o antipróton tem carga elétrica negativa, como o elétron). A vantagem dessas configurações é que são mais fáceis de produzir e têm uma vida útil mais longa do que o anti-hidrogênio.

AEgIS: experimento cujo objetivo principal é verificar se os efeitos da gravidade sobre a antimatéria são idênticos (ou não) aos exercidos sobre a matéria. Várias hipóteses são consideradas, incluindo a possibilidade de que para a antimatéria o efeito da gravidade seja revertido.

FUNDIDA
C ERN A ction S olar T telescope (Telescope for solar axions CERN). Um instrumento para detecção de hipotéticasaxionsfrom theun.

Axions são partículas suspeitas de fazerem parte da matéria escura, e que também explicariam a origem das pequenas diferenças observadas entre matéria e antimatéria, daí o interesse em pesquisar sua existência. O princípio de funcionamento do CAST é posicionar um poderoso campo magnético no caminho dessas partículas, dentro de tubos de vácuo corretamente orientados, que deve ter o efeito de transformá-los em raios X. quando o cruzam. É essa radiação de raios X, mais facilmente detectável do que os próprios axions, que se pretende registrar. Se os axions existem, é provável que estejam presentes no centro da nossa estrela, é por esta razão que CAST é um telescópio que está apontado na direção do Sol graças a uma plataforma móvel.

Observe que este experimento reutiliza um certo número de componentes já existentes: um protótipo de um ímã dipolo supercondutor que foi usado para o projeto do LHC, um dispositivo de resfriamento criogênico que foi usado para o experimento DELPHI do grande colisor elétron-pósitron (LEP ), e um sistema de focagem de raios-X de um programa espacial. Combinando técnicas da astronomia e da física de partículas, CAST também é o único experimento que não usa um feixe produzido por aceleradores, mas ainda assim se beneficia das habilidades adquiridas pelo CERN.

NUVEM
C osmics L eving OR tdoor D roplets (raios cósmicos produzindo gotículas externas)

CLOUD (em) é planejado para qu’exerceraient investigar uma possível influência dos raios cósmicos na formação de nuvens. Na verdade, essas partículas carregadas vindas do espaço seriam capazes de produzir novos aerossóis afetando a espessura da cobertura de nuvens. As medições de satélite nos permitem suspeitar de uma correlação entre a espessura das nuvens e a intensidade dos raios cósmicos. No entanto, variações de alguns pontos percentuais na cobertura de nuvens podem ter uma influência definitiva no clima e no equilíbrio térmico de nosso planeta.

O CLOUD, ainda em fase preparatória com detector de protótipo, será composto por uma câmara de neblina e uma “câmara de reação” na qual as condições de pressão e temperatura de qualquer região da atmosfera poderão ser reconstituídas, e que será submetida a um fluxo de partículas produzido pelo PS simulando raios cósmicos. Vários dispositivos irão monitorar e analisar o conteúdo dessas câmaras. É a primeira vez que um acelerador de partículas é usado para o estudo da atmosfera e do clima. Essa experiência pode “alterar significativamente nossa compreensão das nuvens e do clima”.

BÚSSOLA
C ommon M uon e P roton A paratus para Estrutura e Espectroscopia

Este versátil experimento consiste em explorar a estrutura dos hádrons (dos quais o próton e o nêutron, constituintes da matéria de que somos feitos) e, portanto, as ligações entre os glúons e os quarks que os compõem. Para isso, ele usa prótons acelerados pelo SPS. Os vários objetivos são, entre outros:

estudar a origem do spin do núcleo, em particular o papel desempenhado pelos glúons. Para fazer isso, múons são criados (partículas instáveis, comparáveis ​​ao elétron, mas mais massivas) que são projetadas em um “alvo polarizado”;

detecção de bolas de cola, partículas hipotéticas constituídas apenas por glúons;

determinação da hierarquia dos diferentes tipos de hádrons, por meio da criação e posterior utilização de um feixe píon.

CTF3
C LIC T is F acility 3. Um local de teste onde o CERN já está se preparando após o LHC, como parte do projeto Compact Linear Collider (CLIC).

O objetivo é desenvolver um acelerador de última geração, o CLIC, que permitirá aprofundar as descobertas feitas pelo LHC, mas por um custo e dimensões de instalação que permaneceriam relativamente razoáveis. O objetivo é atingir uma energia comparável à obtida no LHC, mas desta vez com colisões elétrons / pósitrons (ao invés de colisões prótons / prótons), o que abrirá novas perspectivas.

O princípio de funcionamento do futuro CLIC assenta num sistema de dois feixes, o que deverá permitir a produção de campos de aceleração superiores aos aceleradores anteriores, ou seja, da ordem dos 100 a 150 MV / m. O feixe principal será acelerado por potência de radiofrequência, que será produzida por um feixe paralelo de elétrons de menor energia, mas com alta intensidade. É a desaceleração deste “feixe de luz” que fornecerá a energia utilizada para a aceleração do feixe principal. Poderíamos comparar este princípio ao de um transformador elétrico, que produziria uma corrente elétrica de alta tensão a partir de uma corrente de tensão mais baixa, mas ao custo de uma queda na intensidade.

DIRAC
DI meson R elativistic A tomic C omplex (Relativistic atômico complex of di-mesons). Este experimento visa compreender melhor as interações fortes que unem os quartéis, constituindo-se assim em ferrões. Mais precisamente, trata-se de testar o comportamento dessa força em “grandes” distâncias e em baixa energia.

Para isso, a DIRAC estuda o decaimento de átomos piônicos (ou pioniums, ou seja, assembléias instáveis ​​de pions positivos e negativos), ou de “” átomos (cada um composto de um pion e de um kaon de cargas opostas, também instáveis) . O tempo de vida desses conjuntos exóticos, produzidos graças ao feixe de prótons do PS, é “medido a um nível de precisão nunca antes alcançado”.

ISOLDE
I sotope S eparator On L ine OF tector (o separador de isótopos on-line (in))

Chamado de “fábrica alquímica”, o ISOLDE é uma instalação que permite a produção e o estudo de um grande número de isótopos instáveis, alguns dos quais têm meia-vida de apenas alguns milissegundos. Esses isótopos são produzidos pelo impacto de prótons, vindos do injetor PS, em alvos de várias composições (do hélio ao rádio). Eles são separados por massa e, em seguida, acelerados para que possam ser estudados. Muitos desses experimentos usam um detector de raios gama chamado “Miniball”.

O ISOLDE procura assim explorar essencialmente a estrutura do núcleo atómico, mas também tem outros objectivos na biologia, astrofísica e outros campos da física (atómica, estado sólido, física fundamental).

Uma equipe do ISOLDE observou um efeito de calor anormal (AHE) durante um experimento de eletrólise com um eletrodo de paládio, conhecido desde 1989, e o expôs durante um seminário.

n_TOF
“A fábrica de nêutrons”. Utilizando prótons do PS, este equipamento se destina a produzir nêutrons com fluxos de alta intensidade e uma ampla gama de energias. A chamada instalação “tempo de vôo do nêutron” permite um estudo preciso dos processos em que essas partículas estão envolvidas. Os resultados obtidos interessam a vários projectos de investigação em que os fluxos de neutrões desempenham um papel: astrofísica nuclear (em particular no que diz respeito à evolução estelar e supernovas); destruição de rejeitos radioativos; ou o tratamento de tumores por feixes de partículas.

Aceleradores desmontados
Desde a sua inauguração, o CERN tem utilizado vários aceleradores, alguns dos quais foram desmontados para acomodar outros mais eficientes ou mais adequados às pesquisas atuais. Esses aceleradores são:

Linac1, o primeiro acelerador linear do CERN, comissionado em 1959 e substituído pelo Linac3 em 1993;

um sincrociclotron (SC) de 600 MeV, que funcionou de 1957 a 1991. Tinha um eletroímã composto por duas bobinas de 7,2 metros de diâmetro e 60 toneladas cada;

CESAR, um “anel de armazenamento e acumulação de elétrons”, concluído em 1963 e desmontado em 1968. O comissionamento do CESAR foi difícil, mas permitiu adquirir know-how útil para o desenvolvimento de futuros coletores do CERN;

os Intersecting Storage Rings (ISR), construídos de 1966 a 1971 e em serviço até 1984. Eles foram o primeiro colisor de prótons, que também foi o primeiro acelerador de partículas a usar ímãs supercondutores (a partir de novembro de 1980), então o primeiro a produzir colisões entre prótons e antiprótons (em abril de 1981);

o Large Electron Positron (LEP), em serviço de 1989 a 2000, a ser substituído pelo LHC. O LEP foi em seus dias o maior acelerador do CERN, colidindo elétrons e pósitrons;

o Anel Antipróton de Baixa Energia (LEAR), comissionado em 1982, que permitiu a montagem dos primeiros átomos de antimatéria em 1995. Foi desativado em 1996 para ser transformado em um LEIR (Anel Iônico de Baixa Energia) destinado a abastecer o LHC com íons pesados.

Experimentos desmontados

CNGS
C ern N eutrinos para G ran S asso (Neutrinos do CERN para Gran Sasso).

Essa instalação consiste na produção de um feixe de neutrinos que é direcionado a um laboratório localizado na Itália, a 732 quilômetros de distância. Para fazer isso, prótons acelerados pelo SPS são enviados para um alvo de grafite. As colisões resultantes produzem partículas instáveis ​​chamadas píons e kaons, que são focadas, por um dispositivo magnético, em um túnel de vácuo com um quilômetro de comprimento, onde se deterioram. Esses decaimentos, por sua vez, geraram múons e, acima de tudo, neutrinos. Um escudo e a rocha além do fim do túnel absorvem todas as partículas (múons, píons e kaons não decaídos ou prótons que passaram pelo alvo), exceto os neutrinos, que são, portanto, os únicos a continuar sua rota. A montagem é orientada de forma que o feixe de neutrinos resultante seja direcionado para um laboratório italiano localizado no Gran Sasso,

O objetivo de tudo isso é estudar o fenômeno da oscilação dos neutrinos .: Na verdade, existem três tipos (chamados sabores) de neutrinos, e agora é aceito que essas partículas “oscilam” entre esses três sabores, passando de um para o de outros. O CNGS permite o estudo dessas oscilações porque os neutrinos produzidos são exclusivamente de sabor muônico, enquanto ao nível do Gran Sasso, e após uma viagem de 732 km no interior da Terra, alguns terão se transformado em outros. sabores, que podem ser registrados. Os primeiros feixes de neutrinos foram emitidos no verão de 2006. Dada a baixa interatividade dos neutrinos e a escassez de suas oscilações, anos de experimentação e coleta de dados serão necessários. Em maio de 2010 foi observado o primeiro evento correspondente à oscilação de um dos neutrinos produzidos pelo CNGS. Esta instalação foi fechada em dezembro de 2012 após seis anos de serviço. Os túneis do CERN usados ​​para o CNGS agora serão usados ​​para hospedar o experimento AWAKE (Advanced WAKefield Experiment) fornecido com prótons pelo SPS, ele deve começar a operar no final de 2016.

Proteção ambiental no CERN
O monitoramento ambiental no CERN é realizado, por um lado, pela unidade de HSE (Saúde e Segurança e Proteção Ambiental) e, por outro lado, por dois órgãos externos: o Escritório Federal de Saúde Pública (Suíça) e o ‘Instituto de Proteção contra Radiações e segurança nuclear (França). O FOPH lançou um programa de monitoramento de ponto zero do CERN que visa obter um ponto de referência da situação radiológica em torno do CERN antes que o Grande Colisor de Hádrons seja colocado em serviço.