Resumo da Notícia
Um estudo conduzido por pesquisadores ligados ao Instituto Internacional de Física (IIF/UFRN) e ao Departamento de Física Teórica e Experimental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (DFTE/UFRN) apresenta uma nova estratégia científica para investigar um dos maiores enigmas da cosmologia moderna: a matéria escura.
O trabalho propõe um método inovador capaz de captar sinais dessas partículas invisíveis por meio de nanoímãs moleculares — um tipo de material altamente sensível a interações extremamente fracas.
Embora represente cerca de 27% da massa total do universo, a matéria escura continua sendo um mistério para a ciência. Ela não emite luz, não absorve radiação e não pode ser detectada diretamente pelos instrumentos tradicionais da astronomia. A existência desse componente cósmico é inferida apenas por efeitos gravitacionais observados em fenômenos como a rotação de galáxias e a radiação cósmica de fundo.
Uma alternativa aos métodos tradicionais de detecção
Ao longo das últimas décadas, cientistas em todo o mundo têm investido em experimentos complexos para tentar identificar as partículas que compõem a matéria escura. O exemplo mais conhecido é o Grande Colisor de Hádrons (LHC), acelerador de partículas localizado na fronteira entre França e Suíça e em funcionamento desde 2008. Apesar do enorme avanço tecnológico representado pelo equipamento, nenhum experimento conseguiu ainda comprovar diretamente a existência dessas partículas.
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Diante dessas limitações, pesquisadores da UFRN desenvolveram uma abordagem alternativa baseada em materiais quânticos extremamente sensíveis. O estudo foi conduzido pelos professores Farinaldo Queiroz, líder do grupo de Partículas e Astropartículas do IIF, e Manoel Vasconcelos, com participação do doutorando José Roberto, do Programa de Pós-graduação em Física (PPGF/UFRN). A pesquisa contou ainda com a colaboração internacional do professor Manfred Lindner, diretor do Instituto Max Planck de Física Nuclear da Alemanha (MPIK).
Segundo Farinaldo Queiroz, a proposta não pretende substituir os detectores atuais, mas ampliar as possibilidades de investigação científica.
“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.
Como funciona o fenômeno da avalanche magnética
A proposta científica baseia-se em uma propriedade peculiar de determinados materiais conhecidos como ímãs de molécula única. Quando esses nanoímãs são submetidos a um campo magnético externo, passam a operar em um estado extremamente sensível a pequenas excitações de energia.
Nesse cenário, caso uma partícula de matéria escura interaja com o material — mesmo que a energia transferida seja mínima — ocorre um fenômeno chamado avalanche magnética, capaz de gerar um sinal detectável.
O professor Manoel Vasconcelos explica o mecanismo:
“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”.
Esse tipo de abordagem permite detectar interações que normalmente passariam despercebidas em grandes aceleradores de partículas.
Conexão entre diferentes áreas da física
Além da proposta experimental inovadora, o estudo também se destaca por conectar áreas tradicionalmente distintas da física. A pesquisa reúne conceitos da Física da Matéria Condensada, que estuda propriedades de materiais, com a Física de Altas Energias, responsável por investigar partículas fundamentais do universo.
Se a abordagem for confirmada em experimentos futuros, o método poderá ampliar significativamente o alcance das buscas por matéria escura, permitindo explorar novas faixas de massa e novos tipos de partículas hipotéticas, como áxions e fótons escuros.
Para Manoel Vasconcelos, essa integração interdisciplinar já vem ganhando espaço em centros científicos internacionais.
“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.
O artigo científico intitulado Search for Axions and Dark Photons Using Single Molecule Magnets está disponível em formato de preprint na plataforma científica arXiv.
