LIP Timeline - Breve história do LIP
Contribuições são bem-vindas. Contributions are most welcome
-
1981 - Antes da criação do LIP
Em 1981, realizou-se em Lisboa a Conferência Internacional de Física de Altas Energias da Sociedade Europeia de Física. Estiveram presentes dois Nobel da Física, Richard Feynman e Abdus Salam (além de alguns futuros Nobel) e o Director-Geral do CERN, Herwig Schopper. Em simultâneo realizou-se a exposição “De que são feitas as coisas?” que apresentava o CERN e a física de partículas ao grande público pela primeira vez em Portugal. Foi um momento determinante para a adesão de Portugal ao CERN e a constituição do LIP, cinco anos mais tarde.
-
Fundação
O LIP foi criado a 9 Maio de 1986, no contexto da adesão de Portugal ao CERN, a primeira organização científica internacional de que Portugal se tornou membro. Sob o impulso de José Mariano Gago e Gaspar Barreira (em Lisboa) e de Armando Policarpo (em Coimbra), o LIP nasceu já como instituição de carácter nacional e inter-universitário, e uniu a pequena comunidade de física experimental de partículas, potenciando a participação no CERN e a exploração da enormes oportunidades que daí surgiam.
-
NA38
NA38 foi a primeira experiência do CERN em que Portugal participou como país membro, através de um instituto que aparecia também pela primeira vez, o LIP. Em NA38 foram observados pela primeira vez indícios da existência do plasma de quarks e gluões (estado da matéria que terá existido nos primeiros instantes do Universo), resultado mais tarde confirmado em NA50.
-
Detectores no LIP Coimbra
O LIP-Coimbra foi herdeiro de uma longa tradição no desenvolvimento de detectores gasosos, sob a orientação de Armando Policarpo. Particularmente importantes foram as suas relações com o grupo de Manchester (onde se doutorou em 1965) e com o grupo de Georges Charpak e Fabio Sauli. Charpak foi Nobel da física em 1992 pelo desenvolvimento da câmara proporcional de muitos fios, uma revolução na detecção de partículas. O LIP-Coimbra participou, desde os primeiros anos, em vários projectos do CERN.
-
CPLear
Pouco depois da criação do LIP, a aprovação da experiência CPLEAR foi a oportunidade para o pólo de Coimbra integrar uma experiência do CERN em fase inicial. O LIP-Coimbra esteve no desenvolvimento e construção do detector. Mas CPLEAR permitiu ir mais além: atraiu jovens investigadores que participaram na análise de dados, criando competências nessa área; e a oficina de mecânica do LIP produziu pela primeira vez trabalho para o CERN. CPLEAR recolheu dados entre 1990 e 1996. Estudou a violação de CP em decaimentos de mesões K produzidos em aniquilações protão-antiprotão.
-
Calorímetros de fibras ópticas
A intensa actividade que esteve na origem do desenvolvimento de detectores (calorímetros, que medem a energia das partículas) com fibras ópticas em Portugal teve início no verão de 1982, quando Amélia Maio começou a trabalhar com Peter Sonderegger no CERN. O calorímetro de fibras cintilantes SPACAL (SPAghetti CALorimeter) detém ainda hoje vários recordes de performance. O grupo do LIP esteve muito implicado, em especial a jovem estudante Ana Henriques, que veio a ser responsável pelo calorímetro hadrónico de ATLAS, o TileCal. Esta actividade culminou de facto no LHC. O grupo português participou no design do calorímetro com fibras cintilantes para a então proposta experiência EAGLE (RD1), que se juntou com ASCOT dando origem a ATLAS, e no design do TileCal (RD34), um calorímetro de aço e telhas cintilantes lidas por fibras ópticas. O LIP é membro de ATLAS desde 1992, com grandes responsabilidades no TileCal.
-
LEP
O Large Electron Positron collider tinha 27 km e 4 detectores ao longo do anel: ALEPH, DELPHI, L3 e OPAL. Com uma energia de colisão próxima da massa do bosão Z na primeira fase (LEP 1) e mais tarde com energia suficiente para produzir pares de bosões W (LEP 2), permitiu fazer medidas de grande precisão e testar exaustivamente o Modelo Padrão. O túnel do LEP foi o maior projecto subterrâneo de engenharia civil na Europa até ao túnel da Mancha. O LEP entrou em funcionamento (92 GeV) no Verão de 1989. Pouco tempo depois já tinha estabelecido que existem apenas 3 famílias de partículas (pelo menos com neutrinos leves). A partir de 1995 a energia aumentou, primeiro para produzir pares de Ws (161 GeV) e depois levando ao limite o acelerador em busca de uma descoberta (212 GeV). O LEP encerrou no Outono de 2000 para permitir a construção do LHC no mesmo túnel. O LIP participou na experiência DELPHI ao longo dos 12 anos de tomada de dados. Teve inicialmente responsabilidades nos sistemas de aquisição, reconstrução e visualização de dados, participou nos melhoramentos do detector, e trabalhou intensamente na análise. Foram feitas muitas teses no grupo de DELPHI do LIP, quase todas sob a orientação de Mário Pimenta, PI do grupo durante praticamente todo o tempo de funcionamento do LEP.
-
O programa de alvo fixo do CERN: plasma de quarks e gluões, spin do nucleão e mais
Em 1986, o CERN começou a acelerar iões pesados no SPS, fazendo-os chocar com alvos apropriados (aquilo a que os físicos de partículas chamam experiências de alvo fixo). O objectivo era "desconfinar" os quarks (libertá-los de seu confinamento dentro dos nucleões) para confirmar a existência do plasma de quarks e gluões, um estado da matéria que se pensa ter existido logo após o big bang. As primeiras experiências (nomeadamente NA38) usaram núcleos relativamente leves e produziram indícios do plasma. Em 1994, uma segunda geração de experiências (entre elas NA50, onde o LIP teve um grupo forte liderado por Paula Bordalo) começou no SPS, usando iões de chumbo. Em 2000, havia provas convincentes de que um novo estado da matéria tinha sido observado. A descoberta foi recentemente confirmada no LHC. O LIP participou nas experiências NA38, NA50, NA51 e NA60 e esteve profundamente envolvido na descoberta do QGP. A participação do LIP no programa de alvo fixo do CERN teve continuidade em COMPASS (ou NA58), que se dedicou ao spin do nucleão numa primeira fase (2002-2011) e mais tarde à compressão da estrutura tridimensional do núcleo. 2021/22 será a última tomada de dados. A experiência sucessora AMBER foi aprovada pelo CERN em 2020 e vai abordar tópicos fundamentais de QCD. Catarina Quintans, coordenadora do grupo do LIP, foi uma das proponentes.
-
O grupo de Computação do LIP
A instrumentação no LIP começou pela electrónica mas rapidamente se alargou à computação, inicialmente relacionada com sistemas de aquisição de dados e programação de microprocessadores. Gaspar Barreira lutou desde os primeiros tempos por mais capacidade de cálculo, de rede e de dados. A primeira máquina MicroVAX do LIP chegou em Dezembro de 1986. Menos de dois anos depois existia um pequeno cluster VAX, ligação ao exterior e a primeira máquina UNIX. Em 1988, a escola de computação do CERN realizou-se na Madeira e o LIP foi integrado na Rede de Cálculo Científico Nacional. O grupo de computação do LIP, desde cedo liderado por Jorge Gomes, dava os primeiros passos. Por volta de 2000, o CERN adoptou para o processamento da grande quantidade de dados esperados no LHC o paradigma novo da computação distribuída. O LIP entrou como parceiro não financiado no projecto europeu DataGrid, e foi membro de pleno direito no sucessor CrossGrid e em todos os projectos e infraestruturas que se seguiram: EGEE, INT.EU.GRID, EGI, IBERGRID, WLCG (Tier 2 em Portugal), até aos actuais EOSC e EuroHPC. Em 2016, foi criada a INCD que fornece serviços para toda a comunidade científica portuguesa.
-
RPC — Resistive Plate Chambers
As câmaras de placas resistivas, ou RPC, são um tipo particular de detectores gasosos em que o LIP desenvolveu notável expertise. O grupo RPC do LIP tem suas raízes em trabalhos de I&D feitos em colaboração com o grupo Charpak no CERN. Em 1998/9, no quadro de I&D para o detector de tempo de vôo da experiência ALICE para o LHC, o LIP participou no desenvolvimento da tecnologia tRPC (timing RPC, com uma excelente resolução temporal), que revolucionou a técnica de medição do tempo de vôo, abrindo caminho aos detectores TOF de grandes áreas hoje presentes em muitas experiências de física de partículas. Na última década, o grupo liderado por Paulo Fonte levou a cabo um programa de I&D que melhorou o desempenho das RPC a vários níveis e as tornou muito mais versáteis, alargando muito a sua gama de aplicações: imagiologia médica, com o desenvolvimento de scanners PET para imagiologia de pequenos animais (com aplicações na investigação farmacológica) e de um scanner PET para imagiologia do cérebro humano; detectores robustos, para implantação em locais remotos sem possibilidade de manutenção; telescópios de raios cósmicos e outros capazes de medir tempo e posição com boa resolução; detectores para várias aplicações de tomografia com muões.
-
LHC
Em 1990, G. Barreira, A. Maio , J. Varela e M. Pimenta participaram no workshop de Aachen dedicado aos objectivos e desafios de um futuro colisionador de hadrões. Em 1992 o LIP assinou as cartas de intenção de ATLAS e CMS. A decisão de entrar nas duas experiências, apesar da divisão de recursos, garantiu uma forte participação portuguesa que usou e desenvolveu as diversas competências existentes. LHC e experiências foram aprovados em 1995. Os grupos LIP em ATLAS e CMS (liderados por A. Maio e J. Varela) participaram no design, construção e instalação dos detectores. Muitas empresas portuguesas participaram no LHC. O LIP envolveu-se também fortemente na computação para o LHC, instalando e operando em Lisboa um Tier-2 do WLHCG - Worldwide LHC Computing Grid, e participando em numerosas infraestruturas e projectos Europeus. Em 2009, o LHC fez colidir os primeiros feixes. A descoberta do bosão de Higgs foi anunciada em 2012. Os grupos do LIP estão agora intensamente implicados na análise de dados e na preparação do upgrade dos detectores para o fase de alta luminosidade HL-LHC.
-
Raios cósmicos no LIP
AMS foi a primeira experiência de Astropartículas de que o LIP fez parte. AMS-01 voou em 1998 a bordo do Space Shuttle Discovery. Permitiu por ex. dizer que a fracção de núcleos de anti-Hélio nos raios cósmicos é inferior a 1/1 000 000. AMS trouxe para o espaço os detectores complexos, com campo magnético e vários sub-detectores. O LIP esteve desde o início envolvido no detector de Cherenkov e análise de dados. AMS-02 está na ISS desde 2011 e já recolheu milhares de milhões de eventos. Mede fluxos com grande precisão e procura anti-matéria e matéria escura.
O LIP tem-se dedicado também ao estudo dos raios cósmicos de energia extrema. Quanto mais alta é a energia, menor é fluxo de partículas cósmicas que nos chega. A energias muito altas são precisas áreas de detecção enormes para recolher uma quantidade razoável de partículas cósmicas em tempo útil. A solução é deixar que estas partículas interajam na atmosfera, criando uma cascata de milhões de partículas, e observar estas cascatas numa área muitíssimo grande. O LIP participou em EUSO, um projecto da ESA para observar da ISS a luz (UV) produzida por cascatas cósmicas de muito alta energia. No entanto, a missão não seguiu em frente, pelo menos para já. Desde 2006, o LIP é membro do Observatório Pierre Auger, o maior detector de raios cósmicos do mundo, com uma área instrumento de cerca de 3000 km2, na pampa Argentina. Auger detecta cascatas cósmicas de muito alta energia combinando diferentes técnicas, para extrair o máximo de informação possível. O grupo do LIP está implicado na análise dos dados, e também nos processos de melhoramento do detector. Desde 2019, o LIP participa no projecto SWGO para desenvolver e instalar um novo observatório de raios gama de amplo campo de visão no hemisfério sul. -
Matéria escura
A experiência do LIP em detectores de xénon desencadeou, a partir de 2002, a participação numa série de experiências cada vez mais sensíveis de procura directa de matéria escura: ZEPLIN II, ZEPLIN III, LUX e LUX-ZEPLIN (LZ), sob a coordenação de Isabel Lopes. As experiências ZEPLIN foram conduzidas na mina de Boulby, UK, e LUX e LZ (que tem origem na fusão das duas colaborações anteriores) no Sanford Underground Research Facility, EUA. Todas elas usam detectores subterrâneos supersensíveis para procurar interações muito raras entre partículas de matéria escura cruzando a Terra e partículas de matéria normal no detector. Até agora, nenhum sinal foi encontrado e limites cada vez mais rigorosos foram derivados. O detector LZ utiliza 7 toneladas de xénon líquido como meio activo e está prestes a entrar em funcionamento. Está já a ser desenhada a colaboração mundial que construirá o próximo e mais poderoso detector.
-
Física de neutrinos
O grupo de física de neutrinos do LIP nasceu em 2005, pela mão do seu actual coordenador José Maneira, com a adesão à experiência SNO, no SNOLAB, Canadá. A descoberta das oscilações de neutrinos deu o Prémio Nobel 2015 a Arthur B. McDonald, (SNO) e a T. Kajita (Super-Kamiokande). Os membros das colaborações (incluindo vários do LIP) receberam o Breakthrough Prize. O LIP é membro fundador de SNO+, que reutiliza o detector de SNO substituindo a água pesada no interior por cintilador líquido. O grupo participou no desenvolvimento e construção de sistemas de calibração. Actualmente dedica-se à análise dos dados e à preparação das próximas fases da experiência. O objectivo principal é a procura do decaimento beta duplo sem neutrinos, cuja observação nos diria que o neutrino é a sua própria antipartícula. Desde 2018, o LIP faz parte de DUNE, uma das grandes experiências da próxima década. Um feixe de neutrinos do Fermilab será detectado no laboratório subterrâneo de Sanford a centenas de quilómetros de distância.
-
Detectores, instrumentação e suas aplicações
Desde cedo que o know-how existente no LIP no desenvolvimento de detectores e de ferramentas de simulação da interacção da radiação com a matéria deu origem a projectos de aplicação destas tecnologias a outras áreas, em particular às tecnologias da saúde: dosimetria, com R&D em ferramentas mais precisas para cálculo de dose em tratamentos de radioterapia ou na construção de dosímetros; e imagiologia médica, com destaque para o projecto do consórcio Clear-PEM liderado por João Varela para o desenvolvimento de um scanner de tomografia de emissão de positrões (PET) para detecção precoce de cancro da mama. Vários projectos se desenvolvem hoje em torno da criação de um centro de terapia com protões em Portugal nos próximos anos. Um pouco mais tarde surgiram aplicações à exploração espacial, tornado-se o LIP um parceiro da ESA com o desenvolvimento de ferramentas de simulação de ambientes de radiação no espaço e a aplicação de competências específicas no desenvolvimento de detectores.
