Com informações do pesquisador Pedro V. Guillaumon.
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Um projeto coordenado pelo Prof. Pedro V. Guillaumon, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP), demonstrou pela primeira vez que cristais de açúcar (sacarose) podem funcionar como detectores criogênicos operados próximos do zero absoluto, a cerca de 15 miliKelvin. O resultado indica que materiais orgânicos comuns podem se tornar uma nova classe de detectores para experimentos de busca direta de matéria escura.
A sacarose possui uma característica particularmente interessante para esse tipo de experimento. Cada molécula contém 22 átomos de hidrogênio (C₁₂H₂₂O₁₁), o que torna o material potencialmente sensível a interações com candidatos de matéria escura de baixa massa, conhecidos como light WIMPs.
Quando uma partícula deposita energia no cristal, ocorre uma variação extremamente pequena de temperatura. Em detectores criogênicos, essas variações podem ser medidas por sensores térmicos altamente sensíveis. No experimento realizado, os sinais foram detectados utilizando sensores do tipo NTD (Neutron Transmutation Doped).
O resultado é especialmente interessante porque cristais orgânicos complexos, como os de açúcar, não eram considerados candidatos naturais para detectores desse tipo. A demonstração de funcionamento desses cristais abre um novo caminho no desenvolvimento de detectores criogênicos.
Embora ainda seja necessário realizar novos testes para compreender melhor a performance e a viabilidade desses detectores na busca direta de matéria escura, o estudo mostra que materiais orgânicos podem desempenhar um papel inesperado nesse tipo de instrumentação. Em uma próxima etapa, pretende-se acoplar esses cristais a sensores quânticos de temperatura do tipo TES (transition-edge sensors).
O projeto foi desenvolvido no Max Planck Institute for Physics, em Munique, com participação direta do Prof. Guillaumon tanto na concepção da ideia quanto nas diferentes fases experimentais, incluindo o crescimento dos cristais utilizados no estudo.
A pesquisa integra as atividades do recém-criado Quantum Sensing and Low-temperature Detectors Group do Instituto de Física da USP, criado e coordenado pelo Prof. Guillaumon, que se dedica ao desenvolvimento e à aplicação de detectores criogênicos operando a aproximadamente 15 millikelvin, em associação com sensores quânticos. Esses sistemas de alta sensibilidade permitem investigar questões fundamentais da física contemporânea, como a natureza dos neutrinos e da matéria escura.
Além das aplicações em física de partículas, o grupo também explora o potencial desses detectores em frentes interdisciplinares, incluindo estudos de processos raros, como o possível decaimento do lutécio-176, ainda não observado experimentalmente, bem como aplicações em metrologia de precisão e monitoramento ambiental. Essas iniciativas são desenvolvidas em colaboração com instituições nacionais, como a UNICAMP, e parceiros industriais, como a Petrobras, contribuindo para a consolidação de novas interfaces entre ciência básica, inovação tecnológica e ciência de dados.
O grupo também atua no desenvolvimento de métodos avançados de análise de dados, com uso de técnicas de machine learning e automação, fundamentais para o tratamento de sinais de alta complexidade gerados por detectores criogênicos e sensores quânticos. Essa integração entre instrumentação experimental e inteligência computacional amplia o alcance científico e tecnológico das pesquisas desenvolvidas.
Parte significativa dessas linhas de pesquisa está sendo estruturada de forma inédita no Brasil, fortalecendo a inserção da USP em áreas estratégicas da física experimental contemporânea.
-> O artigo científico pode ser consultado na íntegra AQUI.
