Próxima edição do evento de divulgação científica Papos de Física do ICTP-SAIFR trará professor da USP para palestra sobre nosso universo

O pesquisador convidado, Raul Abramo

Na quinta-feira, dia 3 de agosto, o ICTP-SAIFR organiza mais uma vez o Papos de Física, evento de divulgação científica em ambiente informal e clima descontraído. Todo mês, o instituto convida um cientista para uma breve palestra acerca de sua área de atuação, aproximando o público leigo do que está sendo pesquisado e descoberto pela ciência hoje em dia. Após a apresentação, acontece um debate com o a platéia, que pode fazer perguntas e tirar dúvidas, saciando sua curiosidade.

Esta será a primeira edição do semestre (o evento não ocorreu em julho devido ao período de férias escolares), e trará Raul Abramo, professor do Instituto de Física da USP, com a palestra intitulada “Afinal, o que está escrito nas estrelas?”. Em sua linha de pesquisa, Abramo investiga as áreas de interface entre física e astronomia, em especial na cosmologia. Integrante do Núcleo de Cosmologia da USP, realiza projetos de observação de estrelas, galáxias e outros corpos do universo com o principal objetivo de buscar por evidências da matéria escura, forma da matéria ainda não observada, mas que estaria presente em todo o universo e constituiria grande parte de sua massa. Raul Abramo discorrerá sobre  as pesquisas feitas nas áreas de cosmologia e astrofísica e mostrará que mistérios se escondem por trás de estrelas e galáxias distantes.

A palestra se encaixa a outros dois eventos que o ICTP-SAIFR sediou no mês de julho, a School on Open Problems in Cosmology e o IV CosmoSul (este último ainda ocorrendo, se encerrando no dia anterior ao Papos), que reuniu pesquisadores e alunos de pós-graduação no instituto para debater questões em aberto no estudo da cosmologia observacional.

O Papos de Física ocorre na quinta-feira, 3 de agosto, das 19h30 às 22h, em novo local, o Tubaína Bar (Rua Haddock Lobo, 74 – Cerqueira César, São Paulo). O evento é gratuito e não é necessário realizar inscrição prévia (sujeito a lotação). Para mais informações, acesse: http://ictp-saifr.org/papos/.

Organizada pelo ICTP-SAIFR, palestra trará cosmólogo de renome para uma noite de conversa sobre o que se sabe e o que se espera saber acerca da evolução do universo.

O palestrante, Matias Zaldarriaga

Acontece no auditório do IFT-Unesp, dia 25 de julho, a primeira edição das Distinguished Public Lectures, uma série de palestras que trará cientistas internacionais de destaque para discutir e informar o público, tanto especializado quanto leigo, sobre recentes descobertas de física. A ideia surgiu após o sucesso das ICTP-SAIFR Symposium Public Lectures em novembro de 2016, quando o ICTP-SAIFR (Instituto Sul Americano para Pesquisa Fundamental) trouxe, com o mesmo intuito, três físicos de renome internacional para ministrar palestras no mesmo dia. Dentre eles, David Gross, que ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2004, que falou sobre a Relatividade de Einstein.

Nessa primeira edição da Distinguished Public Lecture, o Prof. Matias Zaldarriga, da Argentina, foi convidado. Zaldarriaga, atualmente trabalhando no Institute of Advanced Studies (IAS) em Princeton, e membro do Conselho Científico do ICTP-SAIFR, é um cosmólogo de renome, tendo feito grandes contribuições à compreensão dos primeiros momentos do universo em suas pesquisas acerca das radiações cósmicas de fundo (CMB, da sigla em inglês para cosmic microwave backfround). Dentre elas, pode ser citado o código CMBFAST, primeiro método eficiente para computar anisotropias das CMB e analisá-las em relação a qualquer parâmetros cosmológicos escolhidos.

Em sua palestra, intitulada The History of Our Universe, a Work in Progress (A História do Nosso Universo, um Trabalho em Andamento), Zaldarriaga trará para o público o estado atual das investigações sobre a evolução do universo, como a cosmologia tem avançado em descobrir mais informações, especialmente acerca dos primeiros momentos após o Big Bang, bem como o que se pode esperar dos experimentos que serão realizados nos próximos anos. Segundo Zaldarriaga, as CMB é puramente radiação eletromagnética gerada em um dos primeiros momentos do universo e que continua presente, especialmente no espectro das microondas, podendo ser captada apenas por radiotelescópios. Através dela, porém, foi possível descobrir, ou pelo menos teorizar, uma grande quantidade de informações sobre como era o universo em seu princípio e que condições ele apresentava para evoluir da forma que evoluiu, chegando até o momento presente.

A palestra, que será em inglês, ocorre no Auditório do IFT-Unesp, dia 25 de julho, às 19h30, e não é necessário realizar inscrição. Para mais informações, acesse http://www.ictp-saifr.org/?page_id=15331.

Parceria entre ICTP-Trieste e ICTP-SAIFR promove escola internacional para tratar de temas ainda em aberto no estudo do princípio do universo.

Imagem WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) da anisotropia da radiação cósmica de fundo em micro-ondas

Entre os dias 17 e 28 deste mês, o ICTP-SAIFR, centro de física teórica localizado no prédio do Intituto de Física Teórica (IFT-Unesp), sediará a School on Open Problems in Cosmology. Organizada pelo ICTP-SAIFR e pelo ICTP-Trieste (Itália), a escola será voltada para alunos de pós-graduação de todo o mundo com interesse e experiência em estudos de cosmologia. “Esta será a primeira edição aqui no Brasil, mas ela também acontece em Trieste a cada dois anos”, disse Rafael Porto, pesquisador Simons-Fapesp no instituto e um dos organizadores da escola.

Os cosmólogos possuem um grande entendimento da evolução do universo e de suas estruturas no estado atual, chamado de “fase tardia”, como a posição das galáxias e a natureza de fenômenos como supernovas. Porém os momentos iniciais, segundos após o Big Bang, caracterizados como uma “fase de expansão cósmica” em que o universo cresceu ao fator de 10²⁶ (ou seja, 10 seguido de 26 zeros), bem como as partículas presentes neste momento, ainda estão sendo estudados e serão um dos focos da escola. “Dois temas que ainda não entendemos são a escala de expansão do universo, que parece acelerada, e o mecanismo que faz isso ocorrer, tanto no presente quanto no passado”, disse Porto. Isso se conecta com o Modelo Padrão, que prevê a existência de partículas fundamentais, como neutrinos e bósons, desde o princípio do universo, e a forma que interagem entre si. Unir tudo isso é um dos desafios dos cosmólgos.

A escola tratará dessas questões em aberto, dando aos alunos tanto uma base teórica, na primeira semana, quanto uma introdução, na segunda semana, a recentes descobertas e experimentos sendo realizados para tentar achar as respostas. Como exemplo, Porto cita o recente mapeamento das anisotropias de temperatura primária da radiação cósmica de fundo (CMB, da sigla em inglês para cosmic microwave background) pelo satélite Planck, em 2015.

Organizada em palestras durante a manhã e começo da tarde, com um horário aberto no final do dia para dúvidas e discussões, a escola pretende não apenas ensinar os alunos, mas também estimulá-los ao debate e a procurar novas formas de olhar para as questões que tentam responder em suas próprias pesquisas. No sábado, dia 22, haverá um workshop voltado para pesquisadores, que apresentarão resultados e observações de suas investigações, abrindo espaço para a interação entre eles e os alunos, que tambem terão um espaço aberto na segunda semana para apresentarem seus próprios resultados.

Na semana após a escola, o ICTP-SAIFR sediará o IV CosmoSul – Cosmology and Gravitation in the Southern Cone, workshop especializado em temas similares aos tratados na escola. Apesar de serem eventos distintos, os alunos são encorajados a assistirem às discussões e aprofundar seus conhecimentos.

Para mais informações sobre a School on Open Problems in Cosmology, acesse: http://www.ictp-saifr.org/?page_id=14530.

Agraciados com bolsa de mestrado sanduíche passarão um ano desenvolvendo projetos de pesquisa no Perimeter Institute

Três dos quatro alunos selecionados e Nathan Berkovits (diretor do ICTP-SAIFR) na entrega do Prêmio Jovens Físicos.

Após a primeira edição do Journeys Into Theoretical Physics, uma escola internacional realizada em conjunto pelo IFT-Unesp, o ICTP-SAIFR (Instituto Sul-americano para Pesquisa Fundamental) e o Perimeter Institute (importante centro de pesquisa em física teórica localizado em Waterloo, no Canadá), os alunos que se destacaram foram premiados com um programa de mestrado-sanduíche IFT-Perimeter-SAIFR. A seleção, realizada através de duas provas ao final de uma semana de curso com professores dos três institutos, foi aberta a alunos do último ano de graduação em física de toda a América Latina. Quatro alunos foram selecionados: Francisco Vladimir Calvera Cigueñas (Peru, Pontificia Universidad Católica del Peru), Michael David Morales Curi (Peru, Universidad Nacional de Ingeniería), Alexandre Homrich (Brasil, USP-São Paulo) e Carlos Gustavo Rodriguez Fernandez (Equador, Universidad San Francisco de Quito).

O programa de mestrado em física teórica foi iniciado no IFT-UNESP/ICTP-SAIFR em fevereiro deste ano e os alunos cursaram disciplinas, assistiram seminários e participaram de atividades realizadas pelo ICTP-SAIFR.  Em agosto esses estudantes irão para o Perimeter Institute, onde farão parte do  Perimeters Scholars International (PSI), programa  de mestrado de excelência, e desenvolverão projetos de pesquisa orientados por pesquisadores de renome internacional, que lhes renderá um diploma da University of Waterloo. “As aulas que tive aqui [no ICTP-SAIFR] foram proveitosas, pois com o que aprendi poderei me dedicar ainda mais à minha pesquisa quando chegar [no Perimeter Institute]”, disse Vladimir Cigueñas, primeiro colocado nas provas.

Carlos Fernandez, também agraciado com a bolsa, disse estar contente com o programa: “Temos a oportunidade de experimentar o aprendizado e a pesquisa em dois institutos de ponta e nos preparar para o PSI, que é um programa exigente.” Tanto Fernandez quando Cigueñas já estão em contato com pesquisadores do Perimeter elaborando os projetos que irão desenvolver.

A segunda edição do Journeys into Theoretical Physics está ocorrendo nesta semana (10 a 15/07), com palestras de Rogerio Rosenfeld (ICTP-SAIFR/IFT-Unesp), Alexandre Reily Rocha (IFT-Unesp), Rob Myers (Perimeter Institute) e Asimina Arvanitaki (Perimeter Institute) sobre temas como física de partículas, relatividade, física da matéria condensada e cosmologia. As provas acontecem no sábado, dia 15, e premiarão, novamente, os melhores alunos com a bolsa para o programa.

Além de bolsas de mestrado sanduíche, alunos também poderão concorrer a prêmio monetário.

Começa, no dia 10 de julho, a segunda IFT-Perimeter-SAIFR Journeys into Theoretical Physics, uma escola internacional organizada pela parceria entre o Instituto de Física Teórica (IFT-Unesp), o Perimeter Institute, do Canadá, e o Instituto Sul-Americano para Pesquisa Fundamental (ICTP-SAIFR). A escola terá duração de cinco dias e contará com duas provas no dia 15, sábado.

Voltada para alunos de física no último ano de graduação de toda a América Latina, o objetivo é duplo: “Queremos atrair os melhores alunos para conhecer o instituto e, ao mesmo tempo, criar um ambiente para que eles se conheçam e troquem experiências”, disse Nathan Berkovits, diretor do ICTP-SAIFR e um dos organizadores. Nas aulas, ministradas por professores dos três institutos, serão discutidos os tópicos de Mecânica Clássica, Mecânica Quântica, Mecânica Estatística e Relatividade Especial, desde o básico até os mais recentes desenvolvimentos nas áreas.

Ao final dos cinco dias os alunos farão duas provas escritas, de três horas de duração cada. A primeira, relativa aos temas tratados durante a escola, serve como parâmetro para o aprendizado daquela semana. Já a segunda, aberta também para alunos que não participaram da escola, será uma seleção para o Prêmio IFT-Unesp/ICTP-SAIFR para Jovens Físicos, que além de certificado, premia os melhores colocados monetariamente. Além disso, o desempenho somado nas duas provas pode render, aos melhores colocados, bolsas de mestrado sanduíche junto ao Perimeter Institute para o internacionalmente reconhecido programa PSI (Perimeter Scholars International) de 2018/2019, com todas as despesas de viagem pagas.

As inscrições para a escola já estão encerradas, mas ainda é possível se inscrever para o prêmio até o dia 7 de julho. Mais informações sobre a escola e o prêmio, aqui e aqui.

Em evento internacional, físicos se reunem para debater as aplicações e implicações do modelo “Bootstrap”

Uma das palestras durante a escola que fez parte do evento

Entre os dias 15 de maio e 16 de junho, o ICTP-SAIFR, localizado no prédio do Instituto de Física Teórica (IFT), da Unesp, sediou o Bootstrap 2017, evento internacional que acontece anualmente, sendo as últimas edições sediadas em Rehovolt, Israel, e em Florença, Itália. Composto em parte por um workshop (dividido em duas partes, entre os dias 15 e 19 de maio e depois entre 30 de maio e 16 de junho) e em parte por uma escola (a Simons Non-perturbative Bootstrap School, que ocorreu entre 22 e 29 de maio), o evento recebeu em torno de 135 participantes de diferentes nacionalidades. O objetivo foi discutir os avanços mais recentes na área, reunindo pesquisadores e alunos em seminários informais e discussões sobre técnicas matemáticas e computacionais para compreender e resolver problemas de sistemas fortemente acoplados em teoria quântica de campos (QFT, na sigla em inglês).

Bootstrap é um modelo proposto pela primeira por Werner Heisenberg, que estabeleceu, nos anos 40, a teoria de matriz-S, muito utilizada em estudos de mecânica quântica e em QFTs, mas só foi largamente desenvolvido a partir dos anos 70, quando a física de partículas vinha fazendo previsões de diversas partículas fundamentais. O modelo Bootstrap, na contramão do que vinha sendo proposto, passou a postular que não existiriam partículas mais elementares ou fundamentais do que outras, e que a atenção deveria se voltar às suas relações ao invés de suas características. Nessa visão, o universo seria melhor representado por uma rede dinâmica de eventos interelacionados. Nenhuma das propriedades dessa rede seria mais fundamental do que as outras, e todas seriam resultado das propriedades e relações entre as partes, o que determinaria a estrutura de toda a rede. Assim, o Bootstrap surge como uma ideia inovadora em contraposição à visão tradicional das partículas fundamentais. Dentro deste contexto encontra-se a “Simons Collaboration on the Nonperturbative Bootstrap” que é um grupo de estudo, financiado pela Fundação Simons,  composto de cientistas excepcionais e cujo propósito é desenvolver estudos matemáticos e de física teórica que possam levar a novos descobrimentos ou levar a progressos significativos  dentro da área de física de partículas.

Boostrap 2017

O símbolo do evento, uma brincadeira com a equação de simetria de cruzamento, uma das ideias centrais do “conformal bootstrap” e demonstra formas diferentes de encarar um mesmo problema.

O workshop manteve um ambiente informal durante suas palestras, com o uso exclusivo do quadro negro e sem limite de tempo rígido, encorajando a troca de ideias. “São mais discussões do que palestras propriamente ditas”, disse Pedro Vieira, do IFT, um dos organizadores do evento e membro da colaboração. O desafio do workshop foi entender e resolver QFTs fortemente acoplados, sendo o ponto de partida a descoberta (prévia ao evento) de que, em numerosos sistemas físicos, existe uma teoria de campo quântico única consistente com princípios gerais de simetria e mecânica quântica, e as previsões teóricas que se podem fazer a partir daí. Além de oportunidade de discutirem problemas em que trabalham, os participantes também puderam realizar novas colaborações e ter uma melhor compreensão do que está sendo produzido na área. Os resultados de Miguel Paulos e Dalimil Nazac, em que conseguiram uma maior compreensão analítica das equações bootstrap, publicados pouco antes da conferência, foram amplamente discutidos. Um dos trabalhos de destaque no workshop foi o de Vieira e colaboradores, em que reavivam o bootstrap não-perturbativo de matriz-S, que apesar de ter sido abandonado nos anos 70, deu origem a outras teorias, como, por exemplo, a teoria das cordas, e agora ganhou fôlego graças às discussões e colaborações estabelecidas no evento.

A escola, voltada para alunos de graduação e pós-graduação interessados no assunto, foi organizada em séries de palestras durante a manhã, deixando o período da tarde livre para a interação dos alunos, encorajados a trabalhar e discutir exercícios práticos. Após introduções teóricas a temas considerados fundamentais para o Bootstrap, como o espaço de teorias de campo conformes (CFT, na sigla em inglês) e a implementação numérica do Bootstrap conforme (conformal Bootstrap, em inglês), os alunos também puderam expandir seus conhecimentos nas aplicações do modelo em diferentes vertentes, como a correspondência AdS/CFT e aprender o uso de novas ferramentas para solucionar equações do conformal bootstrap, como os pacotes “sdpb” (disponível em: https://github.com/davidsd/sdpb) e “JuliBoot” (disponível em: https://github.com/mfpaulos/JuliBoots). Além disso, foram apresentados aos recentes desenvolvimentos relativos a CFTs de duas dimensões e seus correspondentes tridimensionais em gravidade quântica.

Colaboração

Tanto o workshop quanto a escola foram organizados pela Simons Collaboration on the Nonperturbative Bootstrap. A colaboração surgiu pelo interesse mútuo de pesquisadores de diferentes áreas da física pelo desafio de mapear e entender o espaço dos QFTs e de modelos fortemente acoplados, e pelo Bootstrapping, após avanços recentes na área. A investigação partiu do uso de princípios gerais de simetria e mecânica quântica para fazer predições concisas sobre o modelo sem recorrer a aproximações. Após a primeira conferência, chamada de “Back to the Bootstrap” (em referência ao ato de voltar ao modelo Bootstrap, que estava em desuso por parte dos físicos), em 2011, que aconteceu no Perimeter Institute no Canadá, surgiu a colaboração, que, com apoio da Simons Foundation (fundação que incentiva pesquisas inovadoras em diferentes áreas da ciência), possibilitou a organização de encontros anuais, incentivando uma comunidade crescente de cientistas interessados nos aspectos e aplicações deste modelo. “Temos planos, agora, de fazer pequenos encontros ao ano para discutir assuntos específicos, e um encontro grande onde os principais resultados possam ser apresentado e debatidos”, disse Vieira.

Para mais informações sobre a Simons Collaboration on the Nonperturbative Bootstrap, acesse o site (http://bootstrapcollaboration.com). Para vídeos das palestras do workshop, acesse http://bootstrap.ictp-saifr.org/. Para mais informações sobre a escola, acesse: http://bootstrap.ictp-saifr.org/school/.

Em evento de divulgação científica, as bases da mecânica quântica foram apresentadas ao público com linguagem acessível e descontração.

João Penedones, durante a apresentação

No dia 08 de junho aconteceu mais uma edição do “Papos de Física”, evento de divulgação científica organizado pelo ICTP-SAIFR, instituto internacional de pesquisa em física teórica sediado no Instituto de Física Teórica (IFT), da Unesp. O “Papos”, que acontece mensalmente no bar Laundry Deluxe (Rua da Consolação, 2937), trouxe para a última edição do semestre João Penedones, professor da École Polytechnique Federale de Lausanne, na Suíça, para falar com o público sobre mecânica quântica: “a pior teoria, exceto todas as outras”, segundo o palestrante. Em vinte minutos de apresentação, Penedones trouxe para o público de forma simples, porém contundente, os aspectos fundamentais da mecânica quântica, considerada uma das teorias mais importantes do século XX por sua influência não apenas no campo da física teórica, mas no desenvolvimento de novas tecnologias, como computadores e celulares, e de visão científica do mundo.

            A mecânica quântica se desenvolveu no início do século XX, com a contribuição de diversos cientistas, desde Albert Einstein até Richard Feynman e Erwin Schrodinger, entre outros, ao investigarem o comportamento de átomos, moléculas e partículas subatômicas, como prótons e elétrons.

Para ilustrar seus conceitos centrais, Penedones apresentou ao público um exemplo clássico dessa área: a experiência da dupla fenda, ou experiência de Thomas Young. Nela, elétrons isolados no vácuo são emitidos em direção a um obstáculo contendo apenas duas aberturas por onde podem passar para serem detectados do outro lado. Ao realizar esse experimento, porém, algo peculiar aparece. Nas regiões perto das fendas, os elétrons são detectados do outro lado como partículas, mas na região entre as duas fendas um padrão diferente aparece: um padrão de interferência idêntico ao encontrado em ondas que se chocam ao avançarem uma em direção à outra. “Explicar essa diferença mudou a física para sempre”, disse Penedones.

O que se descobriu foi que os elétrons possuem ambas as características de partícula e de onda. O mais correto seria dizer que o elétron — uma partícula — possui a ele associado uma função de onda, que é uma função de sua posição no tempo. Isso acontece, pois, em níveis subatômicos, não é possível se falar de uma trajetória da partícula, como se faria a, por exemplo, uma bola de futebol: acaba sendo impossível associar ao mesmo tempo uma posição e um momento a uma partícula. Assim, a mecânica quântica lida com probabilidades, “ela é essencialmente aleatória”, afirmou Penedones, “esse é um dos pontos centrais da teoria”. Portanto, para descrever o movimento e a posição de uma partícula, é preciso primeiro achar sua função de onda, que dita a probabilidade de encontrá-la.

Outro fenômeno observado são órbitas estáveis dos elétrons. Essas, por exemplo, não poderiam existir segundo a mecânica clássica, que diz que os elétrons perderiam energia ao se movimentarem em direção a cargas positivas, algo que não é observado.

“A mecânica quâtica”, diz, “é contra intuitiva, por trabalhar com possibilidades”, e isso é o que a torna uma teoria aparentemente falha. “À primeira vista parece uma teoria inconsistente que não pode ser fundamental e que, em breve, será substituída por outra teoria mais razoável. No entanto, depois de um século de pesquisa, os físicos ainda não conseguiram encontrar uma descrição mais simples da realidade”. E apesar de sua experimentação se dar no nível subatômico, suas aplicações se estendem a níveis macroscópicos, permitindo explicar fenômenos que a mecânica clássica não consegue, como a supercondutividade, algo que, ao ser compreendido, nos permitiu dar grandes avanços tecnológicos.

Após a palestra seguiu-se uma sessão de perguntas abertas aos ouvintes, que puderam saciar sua curiosidade com aspectos tanto técnicos da mecânica quântica quanto  da sua influência em nossas vidas. Mas, como ressaltou Penedones ao ser questionado sobre as pesquisas sendo atualmente desenvolvidas nessa área, “ainda há muitas perguntas a serem respondidas”.

O Papos de Física retorna no dia 03 de agosto em novo local, no Tubaína Bar (Rua Haddock Lobo, 74), no mesmo horário (das 19:30 às 21h), e trará Raul Abramo (IF-USP) com a palestra “Afinal, o que está escrito nas estrelas?”.

Escola internacional discute a correspondência entre teoria de cordas e matéria condensada.

Alunos, palestrantes e organizadores da escola reunidos após uma das aulas.

O ICTP-SAIFR, localizado no prédio do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp, sediou entre os dias 27 de março e 7 de abril a School on AdS/CMT Correspondence, versando sobre as formas de se aplicar a teoria das supercordas ao estudo da matéria condensada. De forma simplificada, a matéria condensada é um termo que se refere aos estados físicos da matéria em que as partículas se aderem umas às outras, como, por exemplo, os estados clássicos de sólidos e líquidos. Porém, existem outros estados estudados, como os supercondutores e materiais ferromagnéticos.

Voltada para alunos de pós-graduação, pesquisadores e professores, as aulas foram montadas de forma a apresentar um panorama dos problemas teóricos atuais nos sistemas de matéria condensada e discutir as ferramentas que podem ser usadas em seu estudo, com ênfase especial em técnicas de holografia. A primeira semana foi organizada como um curso introdutório às teorias que serviram de base para a discussão de tópicos mais avançados na segunda semana. “Temos duas comunidades de físicos com backgrounds muito diferentes na escola, uns vem da área de altas e energias e teoria de cordas, outros, da matéria condensada. Por isso começamos com uma revisão, para que seja produtiva para todos”, disse Diego Trancanelli da USP, um dos organizadores.

AdS/CMT

A correspondência entre AdS (sigla em inglês para o espaço anti-De Sitter, que possui uma curvatura escalar negativa constante) e a matéria condensada (CMT, na sigla em inglês) significa o uso de modelos gravitacionais, em especial da teoria de supercordas, no estudo de, por exemplo, materiais sólidos e líquidos. Surgiu por influência da correspondência AdS/CFT (teoria de campos conformais) desenvolvida por Juan Maldacena em 1997 no estudo de aspectos da teoria de gauge, como na interação forte entre núcleos atômicos.

Segundo Horatiu Natase, do IFT, um dos organizadores, existem muitos problemas teóricos no estudo da matéria condensada — especialmente quando se trata de interações entre partículas — que não conseguem ser abordadas por métodos tradicionais. Como exemplo podem ser citados a supercondutividade de alta temperatura e o efeito Hall quântico, em que a resistividade perpendicular é quantizada, ambas discutidas em algumas das palestras.  Assim, ao relacionar a teoria gravitacional quântica à matéria condensada, novas soluções para problemas antigos podem ser encontradas.

O objetivo da escola foi apresentar e discutir com os participantes inscritos as ferramentas da gravitação que podem ser usadas no estudo da matéria condensada. “Na última década começaram a se utilizar métodos da teoria de cordas e depois da teoria de campos para atacar esses problemas. Isso gerou um grande interesse na área da matéria condensada”, disse Natase.

Interação

Por reunir 71 alunos e 6 palestrantes de duas áreas diferentes (matéria condensada e física de altas energias), o desafio para os organizadores foi o entendimento entre todos. “Pois apesar de utilizarem ferramentas em comum, a linguagem e o jeito de usá-las em cada área é diferente”, disse Natase.

A interação, porém, foi positiva e a mensagem que ficou por trás foi que a física não é dividida em setores que não se conversam, e o diálogo entre pesquisadores pode ser proveitoso. “A ferramenta que eu desenvolvo para um problema na minha área pode ser motivada por um problema de outra, ou pode ser que o problema de uma outra área tenha um equivalente no problema que eu estudo”, disse Trancanelli. “Então o que eu acho que estamos aprendendo a cada dia é que a física é única, as mesmas técnicas podem ser aplicadas em vários sistemas diferentes. Você nunca pode colocar limites nas suas teorias, nos seus métodos”. Natase complementou a fala, dizendo que “temos de estabelecer esses laços, mas o que acontece na prática é que tem tantas coisas para se aprender na sua área que não sobra tempo para se aprofundar em outra. E essas escolas são um jeito de expor as pessoas a outras ideias e técnicas que não teriam contato antes.”

Vera Rubin em 2009 (Fonte: Wikipedia)

Fãs de ficção científica nos filmes, televisão, literatura e videogames provavelmente já se depararam com a misteriosa Matéria Escura cruzando o caminho de seus heróis durante alguma aventura intergalática. É o caso da nebulosa de matéria escuras com a qual o famoso Capitão Picard teve que lidar em Star Trek: A Nova Geração. Ou, na mais recente série, The Flash, onde ela aparece como um forte agente mutagênico, transformando humanos em metahumanos dotados de super poderes. E na hilariante série animada Futurama, onde foi representada como o material defecado pela raça alienígena dos Nibblonianos e usada como combustível de naves espaciais.

Não existe na ficção um consenso sobre o que é e do que é feita a Matéria Escura, reflexo do que a ciência sabe sobre ela: muito pouco. Isso aumenta o mistério sobre essa substância que compõe aproximadamente 27% de toda a massa e energia do Universo observável. Até o nome, Matéria Escura, é um reflexo do quão pouco os cientistas sabem sobre ela, sendo o “Escura” referente ao fato de ainda não ter sido observada diretamente. Mas sua existência e suas propriedades únicas foram descobertas e estudadas graças a uma cientista da qual você talvez não tenha escutado muito na escola ou na televisão: Vera Rubin (1918-2016).

Graduada em astronomia pela Vassar College em 1948, foi em 1951, durante seu mestrado na Cornell University que Vera Rubin publicou resultados de uma pesquisa que causariam controvérsia no mundo da cosmologia. Rubin contradizia uma das ideias centrais da teoria do Big Bang como era concebida na época. Postulava-se que o Universo estaria em constante expansão e que as galáxias estariam se distanciando de um ponto central, o ponto onde a grande explosão teria ocorrido. Ela, ao contrário, argumentou que as galáxias estariam não apenas se distanciando deste ponto central, mas também orbitando-o. A ideia foi recebida com uma enxurrada de críticas, a maioria negativa, por ser uma idéia, até então, não-ortodoxa.

Não se deixando abalar, deu seguimento a suas pesquisas acerca da movimentação das galáxias, obtendo em 1954 o PhD na Georgetown University sob orientação de George Gamow. Em sua tese, Rubin mais uma vez apresentou uma ideia que ia contra outra suposição da teoria do Big Bang, a de que as galáxias se espalhavam de forma aleatória e homogênea no Universo. Ela, por sua vez, argumentou que as galáxias se agrupavam, formando clusters. Essa ideia, descreditada a princípio, só seria levada a sério por outros cientistas duas décadas mais tarde. Hoje, a ideia de galáxias formando clusters não apenas é aceita, mas fortemente comprovada em diversos estudos.

Após obter seu título de doutora, Rubin trabalhou como assistente de pesquisa na Georgetown University, e em 1962 passou a fazer parte do quadro docente da instituição. Em 1965, porém, conseguiu atingir duas posições de grande importância para sua carreira e a de outras cientistas. A primeira, como a primeira mulher a receber permissão de uso para os equipamentos do Observatório Palomar, pertencente ao California Institute of Technology (Caltech) e lar do famoso telescópio Hale. Antes dessa conquista, mulheres não eram permitidas acesso ao prédio. A segunda, garantindo uma posição como pesquisadora no Departamento de Magnetismo Terrestre (DTM, na sigla em inglês) da Carnegie Intitute, em Washington, onde conheceria seu grande amigo Kent Ford e desenvolveria seu trabalho mais impactante. Lá, desejando se distanciar de mais controvérsias, Rubin escolheu como objeto inicial de suas pesquisas as curvas de rotação da Galáxia de Andrômeda, vizinha da nossa própria galáxia, a Via Láctea.

Nas galáxias, estrelas orbitam ao redor de um centro, estando algumas mais próximas e outras mais distantes, muito semelhante ao que observamos no Sistema Solar, mas em escala maior. Curvas de rotação, apesar do nome algo críptico para leigos em cosmologia, são gráficos simples usados para descrever a velocidade de órbita dessas estrelas em relação à distância em que se encontram do centro da galáxia.

Como exemplo, vamos dar um passo abaixo na escala cósmica e observar o nosso conhecido Sistema Solar. Ao redor do Sol, orbitam oito planetas: Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Enquanto Mercúrio, o planeta mais próximo do centro, demora aproximadamente ¼ de ano terrestre para completar uma volta ao redor do Sol, Netuno, o mais distante, demora em torno de 165 anos terrestres. Isso ocorre, pois a gravidade exercida pelo Sol não age de forma igual em todos os planetas,  sua força diminui quanto maior a distância. Assim, a força gravitacional que o Sol exerce sobre Mercúrio é maior do que a exercida sobre Netuno, e isso influencia sua velocidade orbital. Expressas num gráfico, onde X representa a distância em relação ao Sol e Y representa a velocidade em km/s, as velocidades orbitais dos oito planetas apareceriam como uma curva decrescente: quanto maior a distância do Sol, menor a força gravitacional sentida e menor a velocidade orbital.

Agora voltemos às galáxias. Em tese, elas deveriam funcionar como o sistema solar: quanto maior a distância de uma estrela em relação ao centro da galáxia, menor sua velocidade de rotação ao redor deste centro, correto? Errado.

Apesar de ser o esperado, não foi o que Rubin e Ford obervaram ao estudarem a Galáxia de Andrômeda. Eles notaram que, na verdade, o inverso ocorria. As estrelas mais distantes do centro da galáxia se moviam a velocidades semelhantes, se não iguais, às estrelas mais próximas do centro. Intrigados, resolveram olhar para outras galáxias, acreditando que encontrariam um erro em suas observacões iniciais, mas encontraram o mesmo fenômeno se repetindo em todas elas. Procurando por uma explicação, perceberam que a gravidade das estrelas constituintes das galáxia não era capaz de resolver aquele problema, e pior, criava um novo problema: se ela fosse a única força atuando, então, teoricamente, não haveria força suficiente para mantê-las unidas, e as galáxias se desmembrariam.

Assim, Rubin e Ford, em 1970, teorizaram a existência de uma grande quantidade de massa invisível que estaria exercendo uma força gravitacional intensa sobre as galáxias, permitindo que as estrelas mais distantes se movessem à mesma velocidade das estrelas mais próximas do centro, ao mesmo tempo em que mantinha as galáxias unidas. Essa massa, dizam eles, não poderia ser detectada por não emitir ou interagir com radiações eletromagnéticas, como a luz, base das observações de fenômenos cosmológicos, e portanto recebeu o nome de Matéria Escura. Mas apesar de não poder ser observada diretamente, suas propriedades e existência conseguem ser provadas através dos efeitos gravitacionais que exercem sobre a matéria visível do Universo, as estrelas, os planetas, as galáxias.

A simples existência da Matéria Escura nos mostra o quão pouco sabemos do Universo em que habitamos, e que talvez existam forças influenciando as estrelas e seu movimento (e, quem sabe, até nos influenciando) das quais ainda podemos não ter conhecimento algum. E por isso, precisamos de mais pesquisadoras e pesquisadores como Vera Rubin, para nos ajudar a entender o que continua escondido na parte escura do nosso Universo. E quem sabe, com pesquisa suficiente, não conseguiremos, nós mesmos, utilizar essa Matéria Escura como combustível de nossas naves espaciais?

Ministrada no Instituto de Física Teórica, escola internacional aproximou diferentes áreas de conhecimento sobre questões em comum.

O ICTP-SAIFR, localizado no Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp, em parceria com o Nordic Institute for Theoretical Physiscs (NORDITA), da Suécia, organizou, entre os dias 13 e 24 de março, a School on Biological Soft Matter, com o tema “From molecular interactions to engineered materials”. As aulas versaram sobre a matéria mole (soft matter, em inglês), um termo utilizado na física e na biofísica para se referir a sistemas físicos de interação de compostos facilmente deformados por variações térmicas, como líquidos, polímeros e diversos materiais biológicos, como as estruturas e propriedades físicas encontradas dentro de células vivas.

A escola teve como objetivo trazer aos alunos inscritos conceitos básicos em biologia celular e molecular, bem como a física envolvida nessas estruturas para que os alunos aprendessem como aplicá-los às questões que estão investigando em suas pesquisas. Dividida em dois blocos, a escola focou, na primeira semana, em conceitos chave de biologia e física, enquanto a segunda semana foi mais voltada para temas de bioengenharia, aliando, nas palestras ministradas, conceitos básicos com pesquisas atualmente desenvolvidas na área de soft matter. Segundo Samuela Pasquali, da Université Sorbonne Paris Cité, uma das organizadoras da escola, “a ideia é dar aos alunos uma perspectiva ampla do que está acontecendo hoje em dia na área e fornecer ferramentas necessárias para investigações futuras”.

Voltada para alunos de graduação e pós-graduação, bem como pesquisadores das áreas de mecânica estatística, ciência dos materiais, biofísica e nanotecnologia, a escola atraiu alunos majoritariamente da América Latina, mas também de outros países, incluindo Itáila, Canadá e Índia. Além de comparecer às aulas, os alunos também foram convidados a fazer apresentações orais ou de pôsteres sobre seus próprios projetos de pesquisa.

Professores e alunos após uma das palestras da escola

 Essa diversidade de áreas de formação e nacionalidades foi um dos pontos fortes da escola, como salientou Fernando Luís Barroso da Silva, da USP-Ribeirão Preto, também organizador: “Um dos lados positivos dessa escola é que os alunos começam a aprender novas ferramentas, conceitos, e fazer cooperações que podem ser proveitosas para a pesquisa que estão desenvolvendo ou para trabalhos futuros, podendo aplicar o que aprendem aqui sobre um determinado tema em outros projetos.” Da Silva, atualmente, está publicando um artigo com Natalia Montellano, pós-graduanda da Universidad Nacional de Rosario, na Argentina, que participou de uma das primeiras edições da escola e agora retorna para atualizar seus conhecimentos na área. “A interação é proveitosa, pois aprendo com os outros alunos e professores. É como um duplo aprendizado, e posso compartilhar um pouco da minha própria experiência”, disse Montellano.

Os benefícios dessa migração de conhecimentos entre diferentes áreas foi bem exemplificada em uma das palestras da segunda semana, ministrada por Greg Huber, da University of California. Huber apresentou sua pesquisa com as rampas de Terasaki, estruturas tubulares helicoidais encontradas experimentalmente em membranas de organelas dentro de células, bem como previstas teoricamente na superfície de estrelas de nêutrons. A similaridade entre as estruturas, segundo ele, é surpreendente, pois os dois ambientes são extremamente diferentes em termos de tamanho e forças atuantes, apesar de serem sujeitos a fenômenos e condições que podem ser consideradas, em certa instância, análogas. “Isso mostra que os cientistas das duas áreas trabalham com linguagens diferentes, mas em cooperação podem se beneficiar. A estrutura já havia sido observada nas células, sempre esteve lá, mas não havia sido descrita da forma que um físico, com conhecimento em linguagem matemática e geométrica a descreveria”, disse Huber. “Podem existir outras estruturas interessantes dentro da célula que ainda não foram descritas da mesma forma.”

Por ser uma área de interface entre a biologia e a física, duas áreas que não necessariamente conversam em técnicas ou abordagens, adaptar as aulas para ambos os públicos foi um desafio que os organizadores tinham em mente na hora de conceber a escola. “Alunos e professores de diferentes áreas precisam de bastante conhecimento em biologia e física e suas áreas de interface. E quando se está trabalhando nas duas áreas, não é possível fazer um sem saber o outro”, disse Pasquali. E continuou: “A física que se aplica, digamos, à molécula de DNA, é a mesma que se aplica à proteína ou nanobjeto que se está querendo produzir. No fundo, todos os cientistas tem o mesmo objetivo: compreender a natureza.”