Pesquisadores da UFCA e da Ufal publicam artigo sobre efeitos da temperatura na interação de partículas de gravitino

Pesquisadores da Universidade Federal do Cariri (UFCA) e da Universidade Federal de Alagoas (Ufal) publicaram, neste mês de março de 2025, o artigo intitulado “Bhabha-like scattering in the Rarita-Schwinger model at finite temperature” (Espalhamentos do tipo Bhabha no modelo de Rarita-Schwinger à temperatura finita, em tradução livre).

O estudo, publicado na revista European Physical Journal C, tem como primeiro autor o físico Michelângelo Camões, que está desenvolvendo seu pós-doutorado na UFCA por meio do Programa de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Regional (PDCTR). 

O PDCTR – promovido pela Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (Funcap) – visa promover a fixação de profissionais qualificados em ciência, tecnologia e inovação (CT&I) para atuarem, em instituições cearenses, em duas vertentes possíveis: regionalização e interiorização.

Para Michelângelo, “é de fundamental importância o incentivo a pesquisas em instituições do interior, pois isso acaba trazendo mais investimentos, além de uma maior movimentação de pesquisadores na universidade”.

Além de Michelângelo, foram autores do trabalho o professor da UFCA, Job Furtado, o professor da Ufal, Tiago Mariz, e o físico José Grimario Júnior (ver Grupos de Pesquisa).

Interação de partículas de gravitino e a temperatura

Os pesquisadores da UFCA e da Ufal autores do artigo desenvolvem estudos no campo da física quântica: um ramo da ciência que descreve a matéria e a energia à escala subatômica (menores que um átomo). As partículas de escala subatômica possuem características próprias, entre as quais se pode citar massa, carga e spin.

Neste estudo específico, os pesquisadores buscaram compreender como interagem, entre si, partículas subatômicas denominadas “gravitino”, que se caracterizam por ter spin 3/2 e estarem próximas à velocidade da luz. A conclusão foi que as partículas de gravitino, ao serem espalhadas a partir de um processo de colisão com outras partículas também de gravitino, são sensíveis à temperatura.

De acordo com Job Furtado, a Humanidade só alcançou os atuais níveis de tecnologia graças aos estudos no campo da física quântica. 

“Todos os dispositivos eletrônicos hoje, sem exceção, funcionam com base na mecânica quântica. [Sem esses estudos,] o GPS não funcionaria, não teríamos nenhum eletrônico funcional. Literalmente zero. A gente estaria funcionando na base da lâmpada incandescente, a do Thomas Edison”, disse.

Ainda conforme Job, o trabalho publicado coloca a UFCA dentro de um grupo seleto de universidades que realizam pesquisas em física de partículas: “É um ramo bem específico, acerca da descrição das interações das partículas de spin 3/2”, explica.

Mas o que é Spin?

O spin – uma das propriedades que caracterizam partículas (elétrons, nêutrons, prótons etc.) – é uma espécie de “rotação”: um movimento que as partículas fundamentais provavelmente possuem. 

Conforme Job Furtado, a ciência ainda não fez um experimento no qual fosse possível efetivamente ver essa rotação, mas já se chegou a essa provável característica das partículas por meio da matemática. O spin das partículas, ou a sua “rotação”, é imutável.

“Na natureza, praticamente todas as partículas do universo têm spin ‘meio’. Como é que a gente sabe que é meio? Você faz a conta e, de repente, aparece uma equação, em que você tem um dois [denominador] e um número inteiro [no numerador]. Aparece [o ‘valor’ do spin] na equação, naturalmente”.

Assim, as mensurações de spin são números alcançados após conclusões amparadas na matemática, úteis para exemplificar o suposto movimento. Alguns valores possíveis de spin são 1/2, 3/2 e 5/2.

Além disso, também é possível constatar o spin por meio da observação do comportamento de cargas elétricas em campos magnéticos. 

Forças fundamentais da natureza

De acordo com Job Furtado, a investigação está situada no contexto teórico da força gravitacional: uma das quatro forças fundamentais da natureza, ao lado da força eletromagnética, da força nuclear forte e da força nuclear fraca. 

As forças fundamentais atuam sobre partículas (elétrons, fótons, nêutrons etc.) e explicam uma série de fenômenos físicos existentes em nosso cotidiano, mesmo que não sejam visíveis a olho nu. 

Essas forças nos ajudam a entender, por exemplo, o porquê de os objetos não flutuarem por aí (força gravitacional) ou mesmo a atração entre um ímã e a porta da geladeira (força eletromagnética).

Job explica que, a depender da velocidade e do tamanho dos corpos, os estudos físicos aplicáveis para compreender os fenômenos mudam de parâmetros científicos.

“Se a partícula é grande e a velocidade é baixa, [a teoria de Isaac] Newton [explica os fenômenos]. Se é grande e a velocidade é alta, [usa-se a teoria de Albert] Einstein. Se ela tem velocidade baixa e é pequena, [é usada a] equação de Schrödinger. Se ela é pequena e rápida, próxima à velocidade da luz, você tem a Teoria Quântica de Campos, que é onde está o nosso trabalho. As nossas partículas de spin 3/2, os gravitinos, são partículas subatômicas que estão próximas à velocidade da luz”, disse.

Consolidação teórica

A ideia de estudar partículas de spin 3/2 surgiu na década de 1940, com os físicos William Rarita e Julian Schwinger, que propuseram uma equação matemática para descrevê-las. 

Segundo Job, esse modelo matemático foi esquecido, por um bom tempo, devido ao fato de nunca terem sido encontradas partículas fundamentais de spin 3/2.

“Este cenário muda quando algumas teorias, como a da supergravidade e da supersimetria, mostraram que partículas fundamentais de spin 3/2 surgem naturalmente ao se quantizar a gravitação”, explica o docente da UFCA.

Por meio do artigo produzido, busca-se consolidar a teoria proposta por Rarita e Schwinger, adotando as hipóteses levantadas pela dupla de físicos, mas avançando na proposição de um modelo que preencha as lacunas deixadas pelos estudiosos. 

Grupos de Pesquisa

O estudo é fruto de uma parceria entre o Grupo de Física Teórica e Computacional da UFCA e o Grupo de Teoria de Campos e Partículas Elementares da Ufal.

Conforme Michelângelo, especialista em temperatura finita, ele e o professor Job Furtado já vinham desenvolvendo estudos com partículas subatômicas.

“Professor Job tinha comentado comigo, no fim do ano passado, sobre a possibilidade dessa parceria com os pesquisadores da Ufal, mas as discussões do trabalho mesmo começaram somente em janeiro [de 2025], coincidindo assim com minha ida à UFCA. O trabalho foi de fato finalizado quando eu já estava trabalhando efetivamente na universidade”, detalha Michelângelo.

Os pesquisadores da Ufal Tiago Mariz e José Grimario Júnior são ambos especialistas na teoria de Rarita-Schwinger: “Então, foi uma união bem interessante. Cada um contribui com determinada parte do trabalho”, detalha Michelângelo.

Serviço

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