O Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP) é destaque mundial na área de estudo da matéria a condições extremas de temperatura. Uma das principais atividades do Grupo de íons pesados relativísticos é o processamento de dados obtidos por projetos do Grande Colisor de Hádrons (LHC, em inglês). Ao longo desse ano, estima-se que a equipe tenha processado três quartos do total de dados da América Latina.

Dentre os principais desafios da física nuclear e de partículas discutidos atualmente, está o entendimento de uma propriedade da interação forte entre partículas conhecida como confinamento. O estudo dessa propriedade da cromodinâmica quântica (teoria que estuda a interação forte), tenta explicar o fato de partículas fundamentais como os quarks e glúons não serem encontrados dispersos na natureza.

Desde a década de 1970, estima-se a possibilidade de aquecer um material ao ponto de que os quarks deixem de ficar presos ao núcleo dos átomos da matéria. Para conseguir energias tão grandes, são realizadas colisões com núcleos de chumbo (Pb). Devido à sua densidade e à velocidade com que são acelerados, seu choque pode criar quantidades enormes de energia, com temperaturas muito elevadas. “Há regiões que a temperatura chega a ser 1 milhão de vezes mais quente que o núcleo do Sol. É o que se tem de mais quente produzido em laboratório”, explica Alexandre Suaide, um dos docentes que colaboram grupo.

O resultado de tais colisões (fala-se em milhares por segundo) é uma grande infinidade de partículas. O processamento de dados consiste em estudar essa grande massa de matéria resultante, chamada plasma de quarks e glúons, em que tais subpartículas não estão mais confinadas nos interiores de prótons ou nêutrons.

Porém, os experimentos citados extrapolam o estudo da interação forte entre partículas, ou confinamento. O que se propõe também é que, por meio destes, se esteja recriando condições similares às existentes no começo do universo, imediatamente após o Big Bang, quando este ainda era muito quente e denso e os quarks e glúons propagavam-se livremente. À medida que o universo foi esfriando, tais subpartículas teriam sido confinadas nos prótons, nêutrons e outras partículas encontradas atualmente na natureza.

Devido às grandes quantidades de dados produzidas, os experimentos têm de obedecer uma lógica colaborativa. Ao redor do mundo, há vários centros analisando o máximo de informações possíveis depreendidas das colisões. A velocidade, energia, trajetória e tipo e massa das partículas são determinadas, o que gera uma quantidade de informações gigantesca. Segundo Suaide, fala-se em terabytes de dados por segundo.

Como nenhum desses grupos de pesquisa possui capacidade para analisar tamanho volume de dados, criou-se um sistema de computação em grade, ao qual pessoas do mundo todo tem acesso. “Os dados são requisitados e processados de onde se está. Quando se analisa, estes podem ser processados em qualquer lugar do mundo. Todos se beneficiam de todos os dados a disposição, o que torna o trabalho mais eficiente”, diz o professor. No Brasil, o IFUSP é o único centro de processamento de dados do experimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment), atendendo atualmente a mais de 1.500 requisições simultâneas. Na América Latina, o grupo chega a ser responsável por 75% de todo o processamento de dados dos quatro experimentos do LHC.

Objetivos 

Cada um dos quatro projetos foi idealizado com objetivos específicos, focando suas atividades na procura por respostas à questões fundamentais da física. O ALICE, com o qual a USP colabora desde 2006, se concentra no estudo do plasma de quarks e glúons, trabalhando na detecção, processamento e identificação de partículas. CMS e Atlas focam no estudo do Bóson de Higgs, ou a partícula elementar. Por fim, o LHCb estuda principalmente a questão da antimatéria no universo.

Apesar de desenvolvidos já por alguns anos, os experimentos do LHC ainda procuram muitas respostas. Mesmo contribuindo com descobertas importantes, como a existência do Bóson de Higgs por meio do Atlas em 2012, os “quebra-cabeças”, devido à sua complexidade, ainda estão sendo montados. Sabe-se, por exemplo que o plasma de quarks e glúons “se parece mais com um líquido do que com um gás, que se expande muito rápido e é muito quente” mas grandes saltos, que nos aproximem da compreensão da totalidade do fenômeno, ainda não foram possíveis.