Embora algumas delas, as mais antigas, tenham mais de um milénio e meio, as catedrais continuam a ser edifícios surpreendentes e inspiradores. Na verdade, é surpreendente que os humanos tenham sido capazes de erguer essas obras arquitetônicas em muitos casos, com meios extraordinariamente rudimentares. Hoje é difícil encontrar uma obra de magnitude semelhante se nos atermos exclusivamente à arquitetura, embora talvez alguns arranha-céus ou outros edifícios modernos particularmente ambiciosos se encaixem na ideia de “obra arquitetônica faraônica”. No entanto, se voltarmos o nosso olhar para além da arquitectura, para a ciência, não nos será difícil encontrar obras de engenharia contemporâneas que competem implacavelmente na sua complexidade e ambição com as grandes catedrais da antiguidade. Neste artigo propomos investigar quatro dessas máquinas maravilhosas com o objetivo de não apenas saber qual é a sua finalidade, mas também o que podem contribuir para o desenvolvimento da ciência de ponta e como podem enriquecer o nosso conhecimento. Aqui está uma pequena prévia: todos eles são impressionantes. ATLAS: o experimento titânico do CERN ATLAS é o maior detector construído até hoje para trabalhar lado a lado com um colisor de partículas. Tem nada menos que 46 metros de comprimento e 25 metros de diâmetro. E devemos a ele algumas das descobertas mais importantes do LHC (Grande Colisor de Hádrons ou Large Hadron Collider), que é o acelerador de partículas ao qual está ligado nas instalações do CERN (Conselho Europeu de Investigação Nuclear ou Organização Europeia para a Investigação Nuclear). O objetivo do ATLAS é ajudar-nos a compreender quais são os elementos constituintes da matéria, o que é a matéria escura e quais são as forças fundamentais da natureza. O objetivo desta experiência, se nos atermos ao que nos dizem os cientistas que a conceberam, é ajudar-nos a compreender melhor quais são os elementos constituintes da matéria, o que é a matéria escura e quais são as forças fundamentais da natureza, entre outras questões essenciais. . Há apenas cinco meses, físicos e engenheiros que trabalham no ATLAS conseguiram fornecer-nos novos conhecimentos sobre a interação nuclear forte. Há uma razão convincente pela qual este marco é tão importante: até agora esta interação fundamental é a que foi medida com a menor precisão dos quatro. E finalmente foi possível caracterizá-lo melhor. ITER: o maior e mais avançado reator experimental de fusão nuclear está a caminho ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional) é um dos projetos mais ambiciosos e complexos que a humanidade enfrenta. O seu objectivo é imitar os processos que permitem às estrelas obter energia através de a fusão de seus núcleos combustíveis, que é composto por aproximadamente 70% de prótio, que é o isótopo do hidrogênio que não possui nêutrons e, portanto, possui apenas um próton e um elétron; entre 24 e 26% de hélio e entre 4 e 6% de elementos químicos mais pesados que o hélio. O ITER produzirá 500 megawatts de energia por pelo menos 500 segundos usando apenas 1 grama de trítio como parte do combustível O problema é que não é fácil imitar os processos de fusão nuclear que ocorrem naturalmente no núcleo das estrelas. E não é, entre muitos outros motivos, porque não temos um aliado muito valioso que facilite muito as coisas para as estrelas: o confinamento gravitacional. E a sua massa é tão enorme que a gravidade consegue comprimir os gases do núcleo estelar o suficiente para recriar naturalmente as condições em que os núcleos de hidrogénio começam a fundir-se espontaneamente. É assim que as estrelas obtêm sua energia. O reactor de fusão nuclear ITER foi concebido para demonstrar que a fusão nuclear à escala que o homem pode suportar funciona. E também que é rentável do ponto de vista energético porque gera mais energia do que o necessário para investir para iniciar o processo. Seu objetivo é produzir cerca de 500 megawatts de potência por não menos que 500 segundos usando apenas 1 grama de trítio como parte do combustível e depois de investir cerca de 50 megawatts de energia na ignição do reator de fusão. A máquina que um consórcio internacional está a desenvolver na cidade francesa de Cadarache é extraordinariamente complexa. Na verdade, provavelmente apenas os detectores de partículas do CERN rivalizam com o ITER em complexidade de engenharia. Um projeto desta magnitude só é possível reunindo os recursos das principais potências do planeta, o que levou a China, o Japão, a Rússia, a União Europeia, os Estados Unidos, a Índia e a Coreia do Sul a unirem-se para concretizar este incrível projeto. para se concretizar. LIGO: um prodígio da engenharia capaz de identificar ondas gravitacionais A observação direta das primeiras ondas gravitacionais que os humanos conseguiram identificar há pouco mais de oito anos é sem dúvida a melhor coisa que aconteceu à cosmologia recente. São perturbações gravitacionais Gerados por objetos massivos sujeitos a uma certa aceleração, eles se propagam pelo continuum espaço-tempo na velocidade da luz na forma de ondas, que, sob certas condições, os cientistas conseguem detectar. A sensibilidade dos interferômetros exige que as ondas gravitacionais tenham sido causadas por eventos de grande magnitude, como a colisão de dois buracos negros. Nos últimos oito anos, as ondas gravitacionais, como também são conhecidas, mostraram-nos que são uma ferramenta muito valiosa que pode nos ajudar a compreender melhor a história do universo. E o são porque carregam informações sobre o evento cósmico que os originou. A sensibilidade dos interferômetros que utilizamos atualmente para identificá-los exige que essas perturbações tenham sido causadas por eventos de grande magnitude, como, por exemplo, a colisão de dois buracos negros. De facto, no final de Junho de 2021, os grupos de investigação encarregados de analisar os dados recolhidos pelos interferômetros LIGO, nos Estados Unidos, e Virgo, em Itália, afirmavam ter razões muito sólidas para suspeitar que as suas experiências tinham identificado o ondas gravitacionais produzidas por a fusão de dois sistemas binários composto por um buraco negro e uma estrela de nêutrons. Este é o tipo de cataclismos cósmicos que podemos identificar atualmente através das perturbações que introduzem na estrutura do espaço-tempo. Tal como as outras obras de engenharia que reunimos neste artigo, o LIGO é uma máquina extraordinariamente complexa. Dois, na verdade. Um dos observatórios de ondas gravitacionais está instalado em Hanford Site (Washington) e o outro em Livingston (Louisiana), ambos nos Estados Unidos. O interferômetro laser Livingston é composto por dois braços perpendiculares com comprimento de 4 km cujo interior está sujeito a condições de vácuo. A detecção das ondas gravitacionais é realizada graças à identificação do menor movimento dos espelhos alojados em ambos os braços. O observatório de Hanford funciona essencialmente da mesma forma, mas os seus braços perpendiculares medem 2 km, pelo que a sua sensibilidade é menor. Super-Kamiokande: esta infraestrutura colossal nos ajuda a desvendar os mistérios dos neutrinos Super-K, que é como o Super-Kamiokande japonês é geralmente conhecido, é um verdadeiro monstro. Este observatório está localizado em Hida, cidade situada na zona central de Honshu, a maior ilha do arquipélago japonês. É construído em uma mina, com 1 km de profundidade, e mede 40 metros de altura e outros 40 metros de largurao que lhe confere um volume semelhante ao de um edifício de quinze andares. Nele estão acumuladas nada menos que 50 mil toneladas de água de extrema pureza, rodeadas por 11 mil tubos fotomultiplicadores, que, sem entrar em detalhes complexos, são os sensores que nos permitem “ver” os neutrinos. O que realmente conseguimos observar é a radiação Cherenkov gerada pelos neutrinos ao passarem pela água. O Super-Kamiokande japonês é construído em uma mina, com 1 km de profundidade, e mede 40 metros de altura e outros 40 metros de largura Em agosto de 2020, cientistas que trabalhavam dentro do Super-K descobriram que usando água um pouco menos pura poderiam observar neutrinos que haviam percorrido uma distância maior e que, portanto, Eles vieram de supernovas mais antigas. A “impureza” que acrescentaram à água é o gadolínio, elemento químico que pertence ao grupo das terras raras e que, se incorporado na proporção adequada, aumenta significativamente a sensibilidade do detector. A estratégia deles consistiu em adicionar 13 toneladas de um composto de gadolínio à água Super-K, de forma que a concentração total desse elemento seja de 0,01%. Exatamente o que é necessário, segundo esses técnicos, para amplificar o sinal dos neutrinos mais fracos e poder observá-los. Este esforço justifica-se pela importância dos neutrinos como ferramenta…