Existe algo na física
que tem realmente me incomodado desde que eu era criança.
E está relacionado a uma pergunta
que os cientistas vêm fazendo há quase 100 anos,
sem achar uma resposta.
Como as menores coisas da natureza,
as partículas do mundo quântico,
estão relacionadas às maiores coisas da natureza,
planetas, estrelas, galáxias mantidas juntas pela gravidade?
Quando criança, eu ficava intrigado com questões como essa.
Eu ficava dando voltas com microscópios e eletromagnetos,
e lia sobre as forças das pequenas coisas
e sobre mecânica quântica
e me maravilhava com como aquela descrição coincidia com nossa observação.
Então eu olhava para as estrelas
e lia sobre como entendíamos bem a gravidade,
e eu tinha certeza que devia haver uma forma elegante
de esses dois sistemas coincidirem.
Mas não há.
E os livros diziam: "Sim, entendemos muito sobre esses dois domínios separadamente,
mas quando tentamos conectá-los matematicamente,
tudo se desfaz.
E por 100 anos
nenhuma das nossas ideias para solucionar esse desastre físico
foi apoiada por evidências.
E para a criança que eu era,
o pequeno, curioso e cético James,
essa era uma resposta extremamente não satisfatória.
Então, ainda sou uma criança cética.
Vamos avançar para dezembro de 2015,
quando me vi revolucionando o mundo da física.
Tudo começou quando vimos algo intrigante em nossos dados, no CERN:
o indício de uma nova partícula,
uma insinuação de uma possível e extraordinária resposta a essa questão.
Então ainda sou uma criança cética,
mas agora também sou um caçador de partículas.
Sou físico no Grande Colisor de Hádrons do CERN, o LHC,
o maior experimento científico já construído.
Um túnel de 27 km, na fronteira entre a França e a Suíça,
100 metros abaixo do solo.
E nesse túnel
usamos ímãs supercondutores mais frios que o espaço sideral
para acelerar prótons até quase a velocidade da luz
e fazê-los colidir uns nos outros milhões de vezes por segundo,
coletando os vestígios dessas colisões
em busca partículas fundamentais ainda não descobertas.
Seu projeto e construção consumiu décadas de trabalho
de milhares de físicos de todo o mundo,
e em meados de 2015,
trabalhamos incansavelmente para conectar o LHC
à maior energia que humanos já usaram em um experimento de colisão.
Energia máxima é importante
porque, para as partículas, há uma equivalência
entre a energia e a massa das partículas,
e a massa é só um número colocado lá pela natureza.
Para descobrir novas partículas, precisamos atingir números maiores.
Para isso precisamos construir um colisor de energia maior e mais potente,
e o maior e mais potente colisor do mundo
é o Grande Colisor de Hádrons.
Então colidimos prótons quadrilhões de vezes
e coletamos esses dados, lentamente, por vários meses.
Então novas partículas podem aparecer em nossos dados como saliências,
pequenos desvios do que se espera,
pequenos agrupamentos de pontos de dados que tornam uma linha tênue não tão tênue.
Por exemplo, esta saliência,
que depois de meses de coleta de dados em 2012,
levou à descoberta da partícula de Higgs,
o bóson de Higgs,
e a um Prêmio Nobel pela confirmação da sua existência.
Esta subida brusca de energia em 2015
representou a melhor chance que já tivemos, como espécie,
de descobrir novas partículas,
novas respostas a questões tão antigas,
porque era quase duas vezes a quantidade de energia que usamos
quando descobrimos o bóson de Higgs.
Muitos dos meus colegas trabalharam toda sua carreira por este momento,
e, sinceramente, para o pequeno e curioso James,
este foi o momento que esperei por toda minha vida.
Então esse foi o momento!
Em junho de 2015,
o LHC foi acionado novamente.
Meus colegas e eu prendemos a respiração e roemos as unhas,
e finalmente vimos a primeira colisão de prótons
à mais alta energia já utilizada.
Aplausos, espumante, comemoração.
Esse foi um marco para a ciência,
e não tínhamos ideia do que encontraríamos nesses novos dados.
E algumas semanas depois, encontramos uma saliência.
Não era uma saliência enorme,
mas era grande o suficiente para franzir a sombrancelha.
Numa escala de um a dez para sombrancelhas franzidas,
se dez indica a descoberta de uma nova partícula,
era um franzido de nível quatro.
(Risos)
Passei horas, dias, semanas em reuniões secretas,
argumentando com meus colegas sobre essa pequena saliência,
cutucando-a e espetando-a com nossas varetas experimentais
para ver se resistiria a um escrutínio.
Mas mesmo depois de meses de trabalho febril,
dormindo no trabalho, sem ir para casa,
jantando barras de chocolate
e tomando baldes de café --
físicos são máquinas de transformar café em diagramas --
(Risos)
essa pequena saliência não sumiu.
Então depois de alguns meses
apresentamos nossa pequena saliência ao mundo, com uma mensagem bem clara:
essa pequena saliência é interessante, mas não é definitiva,
então vamos ficar de olho nela, enquanto coletamos mais dados.
Estávamos tentando pegar leve com ela.
E ainda assim o mundo se apropriou dela.
Os noticiários amaram.
As pessoas disseram que ela lembrava a pequena saliência
mostrada durante o processo de descoberta do bóson de Higgs.
Melhor do que isso, meus colegas teóricos,
amo meus colegas teóricos,
meus colegas teóricos escreveram 500 artigos sobre essa pequena saliência.
(Risos)
Isso revolucionou o mundo da física das partículas.
Mas o que havia com essa saliência em especial
que fez com que milhares de físicos coletivamente saíssem do sério?
Essa pequena saliência era única.
Ela indicava que estávamos vendo um enorme e inesperado número de colisões,
cujos vestígios consistiam em apenas dois fótons,
duas partículas de luz.
E isso é raro.
Colisões de partículas não são como colisões de automóveis.
Elas têm regras diferentes: quando duas partículas colidem,
quase na velocidade da luz, o controle passa ao mundo quântico.
E no mundo quântico essas duas partículas podem criar brevemente uma nova partícula,
que dura uma pequena fração de segundo antes de se dividir em outras partículas
que atingem nosso detetor.
Imaginem uma colisão de automóvel na qual os carros somem com o impacto,
uma bicicleta aparece em seu lugar...
(Risos)
e então essa bicicleta explode em dois skates, que atingem nosso detetor.
(Risos)
Espero que não literalmente.
Eles são muito caros.
Eventos em que apenas dois fótons atingem nosso detetor são muito raros.
E devido a essa propriedade quântica especial dos fótons,
há um número muito pequeno de novas partículas possíveis,
essas bicicletas míticas,
que podem originar apenas dois fótons.
Mas uma dessas opções é enorme,
e tem a ver com aquela antiga questão
que me incomodava quando eu era uma pequena criança,
sobre a gravidade.
A gravidade pode parecer superforte para vocês,
mas na verdade ela é incrivelmente fraca, comparada com outras forças da natureza.
Posso ganhar da gravidade brevemente, quando pulo,
mas não posso tirar um próton da minha mão.
A força da gravidade comparada a outras forças da natureza?
É 10 elevado a menos 39.
É um decimal com 39 zeros depois da vírgula.
Pior do que isso, todas as outras forças conhecidas da natureza
são perfeitamente descritas pelo chamado Modelo Padrão,
que é a melhor descrição que temos da natureza em pequena escala,
e, francamente, uma das conquistas de maior sucesso da humanidade;
a não ser pela gravidade, que não consta no Modelo Padrão.
É uma loucura.
É como se a maior parte da gravidade estivesse faltando.
Nós sentimos um pouco dela,
mas onde está o resto?
Ninguém sabe.
Mas uma explicação teórica propõe uma solução selvagem.
Todos nós,
mesmo vocês no fundo,
vivemos em um espaço tridimensional.
Espero que essa colocação não seja controversa.
(Risos)
Todas as partículas conhecidas também existem em um espaço tridimensional.
De fato, partícula é só um outro nome
para uma agitação em um campo tridimensional;
uma oscilação localizada no espaço.
E, mais importante, toda a matemática usada para descrever essas coisas
assume que só existem três dimensões.
Mas matemática é matemática, podemos flertar com ela o quanto quisermos.
E as pessoas vêm brincando com dimensões extras no espaço
há muito tempo, mas esse sempre tem sido um conceito matemático abstrato.
Quero dizer, olhem ao redor... você aí no fundo, olhe ao redor...
claramente existem apenas três dimensões de espaço.
Mas e se isso não for verdade?
E se a gravidade faltante estiver vazando para uma dimensão extraespacial
invisível para nós?
E se a gravidade for tão forte quanto as outras forças,
se for vista nessa dimensão extraespacial,
e o que nós experienciamos é uma pequena parcela da gravidade
que faz ela parecer muito fraca?
Se isso fosse verdade,
teríamos que expandir nosso Modelo Padrão das partículas
para incluir uma partícula extra,
uma partícula hiperdimensional de gravidade,
um gráviton especial que existe em dimensões extraespaciais.
Vejo a expressão nos rostos de vocês.
Vocês deveriam estar me perguntando:
"Como diabos vamos testar essa ideia maluca de ficção científica,
presos como estamos em três dimensões?"
Da forma que sempre fazemos, colidindo dois prótons...
(Risos)
Forte o suficiente para a colisão reverberar
em alguma dimensão extraespacial que possa estar ali,
criando momentaneamente esse gráviton hiperdimensional
que depois retorna rapidamente para as três dimensões do LHC
e libera dois fótons,
duas partículas de luz.
E esse gráviton extradimensional hipotético
é uma das poucas novas partículas hipotéticas possíveis
com as propriedades quânticas especiais
que podem originar a nossa pequena saliência de dois fótons.
Então, a possibilidade de explicar os mistérios da gravidade
e de descobrir dimensões extras do espaço...
talvez agora vocês entendam
por que milhares de físicos tenham ficado coletivamente empolgados
com nossa pequena saliência de dois fótons.
Uma descoberta desse tipo faria com que os compêndios fossem reescritos.
Mas lembrem-se, a mensagem dos experimentalistas que realmente
estavam trabalhando naquele momento, foi bem clara:
precisamos de mais dados.
Com mais dados,
ou a pequena saliência vai se tornar um lindo e delicioso Prêmio Nobel...
(Risos)
ou os dados extra irão preencher o espaço ao redor da saliência
e transformá-la em uma linha linda e suave.
Então coletamos mais dados,
e muitos meses depois, com cinco vezes a quantidade de dados,
nossa pequena saliência
se transformou em uma linha suave.
As notícias relataram um "enorme desapontamento",
"esperanças desvanecidas" e físicos de partículas "tristes".
Com o tom da cobertura,
vocês pensariam que tínhamos decidido desligar o LHC e ir pra casa.
(Risos)
Mas não fizemos isso.
Mas por que não?
Quer dizer, se não descobri uma partícula, e não descobri,
por que estou aqui falando com vocês?
Por que simplesmente não baixo minha cabeça de vergonha
e vou pra casa?
Físicos de partículas são exploradores.
E muito do que fazemos é cartografia.
Vamos colocar desta forma: esqueçam o LHC por um segundo.
Imaginem que são exploradores do espaço chegando a um planeta distante,
em busca de alienígenas.
Qual é a primeira tarefa de vocês?
Orbitar imediatamente o planeta, aterrissar,
dar uma rápida olhada ao redor em busca de algum grande e óbvio sinal de vida
e relatar para a base.
É nesse estágio que estamos, agora.
Demos uma primeira olhada no LHC
em busca de alguma partícula nova, grande e facilmente visível,
e podemos relatar que não há nenhuma.
Vimos uma estranha saliência em uma montanha distante,
mas quando chegamos perto vimos que era uma pedra.
O que fazemos, então? Simplesmente desistimos e vamos embora?
Claro que não;
seríamos péssimos cientistas se fizéssemos isso.
Não, passaremos as próximas décadas explorando,
mapeando o território,
peneirando a areia com um instrumento de precisão,
olhando embaixo de cada pedra,
perfurando abaixo da superfície.
Novas partículas podem surgir imediatamente,
como saliências grandes e visíveis,
ou podem se revelar apenas depois de anos de coleta de dados.
A humanidade começou agora a explorar com o LHC a esse nível de energia,
e temos muita pesquisa a fazer.
Mas e se depois de 10 ou 20 anos ainda não tivermos encontrado nenhuma partícula?
Construímos uma máquina maior.
(Risos)
Pesquisamos em níveis mais altos de energia.
Pesquisamos em níveis ainda mais altos de energia.
Já está sendo planejado um túnel de 100 km que vai colidir partículas
a um nível de energia dez vezes maior que o LHC.
Nós não decidimos onde a natureza coloca novas partículas.
Só decidimos continuar explorando.
Mas e se mesmo com um túnel de 100 km
ou de 500 km
ou um colisor de 10 mil km flutuando no espaço
entre a Terra e a Lua,
ainda não tivermos encontrado novas partículas?
Então talvez estejamos fazendo a física das partículas de forma errada.
(Risos)
Talvez seja preciso repensar algumas coisas.
Talvez sejam necessários mais recursos, tecnologia e expertise
do que temos atualmente.
Já usamos inteligência artificial e aprendizado de máquina em partes do LHC,
mas imaginem projetar um experimento de física das partículas
com algoritmos tão sofisticados que ensinassem a si próprios
como descobrir um gráviton hiperdimensional.
E se?
A última pergunta:
e se nem a inteligência artificial ajudar a responder nossas perguntas?
E se essas perguntas, há séculos sem resposta,
estiverem destinadas a continuarem assim no futuro?
E se as coisas que me incomodam desde que eu era pequeno
estiverem destinadas a continuarem sem resposta por toda minha vida?
Então...
isso será ainda mais fascinante.
Seremos forçados a pensar de formas completamente novas.
Teremos que retornar a nossas hipóteses,
e determinar se houve alguma falha em algum ponto.
Precisaremos encorajar mais pessoas a unirem-se a nós no estudo da ciência,
pois precisaremos de novos olhares sobre esses problemas seculares.
Eu não tenho as respostas e ainda estou buscando por elas.
Mas alguém que talvez esteja no ensino médio, agora,
que talvez ainda nem tenha nascido,
pode por fim nos levar a ver a física de uma forma completamente nova,
e mostrar que talvez só estejamos fazendo as perguntas erradas.
O que não seria o fim da física,
mas um novo começo.
Obrigado.
(Aplausos)