O sítio mais quente, mais frio e mais vazio do Universo é o maior e mais potente acelerador de partículas do mundo, um túnel circular de 27 quilómetros, a 100 metros de profundidade, que atravessa a fronteira entre a França e a Suíça.

No 'Large Hadron Collider' (LHC, Grande Colisionador de Hadrões), operado pelo Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN), circulam protões a uma velocidade próxima da luz - e nada há mais rápido do que a luz - que depois chocam a uma energia elevadíssima. A máquina que gera essas colisões faz 10 anos na segunda-feira.

"É uma grande aventura europeia", resume à Lusa o delegado científico de Portugal no CERN e ex-presidente do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), Gaspar Barreira.

O LHC é o sítio mais quente do Universo porque, explica Gaspar Barreira, quando protões chocam à energia máxima de 13 TeV (milhões de milhões de volts) provocam, no ponto de impacto, um "salto de temperatura que é imensamente maior do que a temperatura de todos os processos do Universo", como a colisão de galáxias ou buracos negros.

Por funcionar a uma temperatura próxima dos dois graus acima do zero absoluto, a máquina é também o local mais frio do Universo, adianta, precisando que a temperatura média do Universo é cerca de três graus acima do zero absoluto (o zero absoluto equivale a -273,15º Celsius e é o limite mais baixo da temperatura).

Na sua viagem pelo acelerador até chocarem, as partículas são guiadas por um campo magnético forte produzido por ímanes supercondutores de energia, arrefecidos com hélio líquido a uma temperatura de -271,3ºC para que não haja resistência ou perda energética.

Referindo-se ao vazio, Gaspar Barreira estima que o acelerador é quase 100 vezes "mais vazio do que o vazio entre as galáxias". As partículas circulam no vácuo para evitar a sua colisão com moléculas de gás, o que adulteraria o resultado pretendido.

As colisões de protões (que são hadrões, partículas que dão o nome ao acelerador) ocorrem em quatro pontos da máquina, que tem no seu interior um tubo cercado pelos ímanes que mantêm as partículas a "correrem aos grupinhos" numa trajetória circular. As partículas, na máquina, são aceleradas nessa trajetória à potência máxima por um campo elétrico.

Nos "pontos de encontro" do acelerador, que emitem "forte radiação", estão detetores que 'fotografam' o que acontece a cada segundo. As colisões geram "milhares de traços", cada um deles correspondente a uma partícula, descreve Gaspar Barreira. Por segundo, são gerados mil milhões de colisões de partículas.

Para que as colisões aconteçam, bastam dezenas de protões. Para se obterem os protões, é suficiente uma garrafa do tamanho de uma de Coca-Cola cheia de gás hidrogénio, ao qual são 'arrancados' os eletrões pelo processo físico da ionização (usando um campo elétrico).

O acelerador - onde são também geradas colisões de iões pesados, a uma temperatura cem mil vezes superior à do centro do Sol, permitindo recuar quase aos instantes iniciais da formação do Universo - começou a funcionar em 10 de setembro de 2008, mas as experiências a sério arrancaram só em 2009, assinala Gaspar Barreira.

Fazendo um balanço, o ex-presidente do LIP realça que o LHC demonstrou que o modelo-padrão da física de partículas, teoria que descreve as partículas elementares que compõem a matéria do Universo, "está confirmado em todos os aspetos".

A peça do 'puzzle' que faltava, o bosão de Higgs, partícula "responsável por dar massa a outras partículas elementares", foi descoberta em 2012 graças a experiências feitas no acelerador.

Patricia Conde Muíño, investigadora espanhola do LIP, coordena desde 2014 a equipa portuguesa envolvida na experiência ATLAS, que, em conjunto com uma outra, a CMS, onde estão também portugueses, confirmou a existência do bosão de Higgs.

A física lidera um grupo de 45 pessoas, entre cientistas, técnicos e estudantes de mestrado e doutoramento, que trabalha com os dados do detetor de partículas ATLAS, um dos quatro do LHC e que tem a forma de um cilindro com várias camadas. O seu tamanho equivale ao de um prédio de cinco andares.

A equipa coordenada por Patricia Conde Muíño procura estudar melhor as propriedades das partículas fundamentais, incluindo obter medidas mais exatas do bosão de Higgs, "a partícula menos conhecida", e perceber como interage com as outras partículas. Mas quer saber muito mais.

"Estamos à procura de partículas exóticas que ainda não foram descobertas e estão previstas noutras teorias", afirma, lembrando que o acelerador apenas confirmou o previsto no Modelo-Padrão, o correspondente a cinco por cento da composição do Universo, a matéria visível nos céus por meio de telescópios.

Os restantes 95 por cento do Universo - matéria escura e energia escura - continuam a ser um mistério, apesar de igualmente postulados nas teorias físicas.

A matéria escura, defendem os teóricos, pode ser inferida a partir dos efeitos gravitacionais sobre estrelas, planetas ou galáxias, enquanto a energia escura estará na origem da expansão acelerada do Universo, que nasceu há 13,8 mil milhões de anos.

"Não é nada confortável olharmos para o céu e vermos só cinco por cento do que de facto lá está", sublinha Gaspar Barreira.

Para o antigo presidente do LIP e atual membro do conselho geral do CERN, máquinas como o LHC "servem para tentar ultrapassar a fronteira" do desconhecido.

Gaspar Barreira espera que o 'upgrade' que vai ser feito ao acelerador, que o vai pôr a colidir mais protões por segundo a partir de 2026, possa abrir uma janela para esse mundo desconhecido.