Com o avanço da astronomia no século XIX, a ciência estava cada vez mais próxima de decifrar o cosmos: tudo o que os telescópios eram capazes de observar parecia obedecer às leis da física. Contudo, ao analisar o movimento de estrelas e galáxias, os pesquisadores perceberam que nem tudo podia ser explicado pela matéria conhecida – existia uma força invisível afetando a gravidade e desafiando a nossa compreensão do universo.
Assim, surgia um dos maiores mistérios da física moderna: a matéria escura. Apesar de representar cerca de 27% de toda a massa do universo, essa forma de matéria, composta por partículas de natureza desconhecida, não pode ser observada por métodos tradicionais. Tudo o que a ciência sabe sobre ela é deduzido a partir de sinais indiretos, como sua influência na rotação de galáxias e na radiação cósmica de fundo.
No dia 3 de janeiro, partindo das limitações enfrentadas pelos principais experimentos da atualidade, pesquisadores do Instituto Internacional de Física (IIF/UFRN) e do Departamento de Física Teórica e Experimental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (DFTE/UFRN) publicaram um estudo que propõe um novo método para captar sinais dessas partículas, que não refletem nem absorvem luz.
Uma estratégia inovadora
Nas últimas décadas, diversos experimentos foram conduzidos na busca por vestígios de matéria escura, que poderiam ajudar os pesquisadores a finalmente revelar sua composição. Em atividade desde 2008, o Grande Colisor de Hádrons (LHC), acelerador de partículas localizado na fronteira entre a França e a Suíça, está na linha de frente dessas pesquisas, mas ainda não alcançou resultados conclusivos.
Como alternativa, a pesquisa desenvolvida pelos professores do DFTE, Farinaldo Queiroz, líder do grupo de Partículas e Astropartículas do IIF, e Manoel Vasconcelos; juntamente com o doutorando José Roberto, do Programa de Pós-graduação em Física (PPGF/UFRN); em colaboração com o professor Manfred Lindner, diretor do Instituto Max Planck de Física Nuclear da Alemanha (MPIK), sugere o uso de nanoímãs moleculares.
“A expectativa não é substituir os detectores em operação, mas inspirar novos experimentos e colaborações internacionais. O uso de nanoímãs moleculares é inovador porque eles apresentam maior sensibilidade em uma faixa específica de massa, ampliando nossa capacidade de investigar fótons escuros e partículas do tipo áxion, modelos de matéria escura que ainda não são acessíveis aos métodos atuais”, destacou o professor Queiroz.
Avalanche magnética
De acordo com os autores, quando esses nanoímãs moleculares são colocados em um campo magnético externo, eles entram em um estado sensível a excitações de energias muito baixas. Assim, ao interagir com uma partícula de matéria escura, mesmo que a quantidade de energia trocada seja minúscula e difícil de captar em um grande colisor, como o LHC, o nanomaterial gera uma avalanche magnética capaz de ser detectada.
“Esse efeito de avalanche magnética só é possível porque esses ímãs moleculares, mais especificamente os chamados ímãs de molécula única, são sistemas quânticos altamente controláveis. Utilizando metais como disprósio e manganês, podemos ajustar os níveis de energia com precisão, transformando interações extremamente fracas em sinais mensuráveis de matéria escura”, explicou o professor Vasconcelos.
Conectando Matéria Condensada e Altas Energias
Se comprovada experimentalmente, a abordagem pode abrir novos caminhos para a detecção de matéria escura, ampliando significativamente a faixa de massas e os tipos de partículas investigadas. Para o docente do DFTE, a proposta se destaca não só pelo potencial de contribuir para a solução de um dos maiores mistérios da ciência, mas também por aproximar conceitos da Física da Matéria Condensada e da Física de Altas Energias.
“Essa integração tem gerado vários trabalhos interdisciplinares. Basta ver que diversos grupos de excelência internacional, nas universidades de Berkeley e Stanford, nos Estados Unidos, têm atuado nessa interface. Temos muitas ideias para avançar nessa direção, e acredito que esse nosso trabalho inicial pode dar origem a uma nova linha de pesquisa aqui na instituição”, ressaltou o professor Manoel Vasconcelos.
Fonte: Agecom/UFRN
