Colaboração entre Alemanha e Brasil instala estação para encontrar matéria escura

Entender o que é a matéria escura é um dos maiores desafios da Astronomia e Astrofísica atualmente. A matéria escura corresponde a cerca de 85% de toda matéria do Universo e cerca de 27% da composição total. Por causa disso, cientistas tentam entender a natureza da matéria escura que tem um papel importante na evolução do Universo. Matéria escura também é essencial para conseguir explicar a formação e evolução de estruturas como as galáxias e aglomerados de galáxias.

Vários grupos de pesquisadores buscam entender o que é a matéria escura com diferentes experimentos. Um que chama atenção é o projeto GNOME (Global Network of Optical Magnetometers for Exotic Physics) que busca detectar interações de partículas de matéria escura com a matéria comum. O GNOME opera como uma rede mundial de detectores, distribuídos em diferentes países, de forma sincronizada. A ideia é identificar sinais que possam indicar a passagem de partículas ou interações associadas à matéria escura.

A tecnologia utilizada no GNOME é baseada em sensores capazes de monitorar mudanças minúsculas nos estados quânticos de átomos. Com isso, uma nova instalação de equipamento foi realizada na cidade de Vassouras, no estado do Rio de Janeiro. Essa unidade inaugurou a presença da América do Sul na rede global do GNOME, ampliando a cobertura espacial dos dados e melhorando a precisão na identificação de sinais.

Partícula de matéria escura

Ainda não se sabe qual é a natureza exata da matéria escura, mas uma das hipóteses mais fortes é que ela seja composta por partículas ainda não detectadas diretamente. Essas partículas interagem gravitacionalmente com a matéria visível e muito fracamente através das outras interações. Por muito tempo, os neutrinos foram as partículas favoritas para representar a matéria escura. Hoje, os principais candidatos são WIMPs e axions.

Atualmente, há diversos experimentos no mundo que estão em andamento para tentar capturar sinais de algumas dessas partículas. Detectores subterrâneos, como o XENONnT na Itália ou o LUX-ZEPLIN nos Estados Unidos, procuram por interações entre WIMPs e núcleos atômicos. Já experimentos como o GNOME exploram possíveis efeitos quânticos gerados por interações entre as partículas de matéria escura e átomos.

Projeto GNOME

O projeto GNOME é constituído por um conjunto de redes compostas por magnetômetros de alta sensibilidade distribuídos pelo mundo. O objetivo desse projeto é conseguir identificar anomalias nas variações dos campos magnéticos em torno de átomos. Essas anomalias poderiam ser causadas pela passagem de partículas correspondentes à matéria escura.

A tecnologia por trás do GNOME é da seguinte forma: esses magnetômetros são usados para estudar o comportamento quântico de núcleos atômicos. Eles monitoram transições entre estados quânticos a pequenas perturbações externas. Caso uma partícula de matéria escura interaja com esses átomos, ela pode provocar uma alteração no alinhamento dos spins nucleares, gerando um sinal detectável.

Instalação no Brasil

Recentemente, o Brasil foi escolhido como a sede do novo sensor do projeto GNOME. O equipamento foi instalado no campus do Observatório Nacional em Vassouras, no Rio de Janeiro. A instalação e operação veio de uma colaboração de cientistas brasileiros e de alemães. É a primeira estação a operar permanentemente no Hemisfério Sul, sendo uma expansão geográfica e melhorando a capacidade de detectar possíveis eventos e sua origem.

O equipamento instalado é um dos sensores quânticos que fazem parte da rede de detectores do GNOME. O sensor foi desenvolvido e construído na cidade de Jena na Alemanha. Para chegar ao Brasil, ele percorreu quase 9.000 quilômetros sendo de navio através do Atlântico para chegar até o Rio de Janeiro. Essa infraestrutura coloca o Brasil como um ponto estratégico e importante na busca pela matéria escura.

Observatório Nacional

Os pesquisadores do Observatório Nacional são responsáveis por essa colaboração com os cientistas do instituto Leibniz. O Observatório Nacional se tornou referência em Astronomia no Brasil e no mundo. É uma instituição vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e é responsável pela formação de pessoas altamente qualificadas através dos programas de pós-graduação.

O Observatório Nacional está localizado no Rio de Janeiro e é uma das instituições científicas mais antigas do Brasil, fundado em 1827 por Dom Pedro I. Na época, a instituição foi criada para contribuir com a navegação e a determinação da hora oficial. Mais tarde, o lugar ficou consolidado como referência em Astronomia, Geofísica e Metrologia do tempo e frequência.

Referência da notícia

On the Trail of Dark Matter: A Quantum Sensor from Jena Begins Measurements in Brazil