Estudando evolução e cooperação com Teoria de Jogos e Redes Complexas

Written by Ricardo Aguiar on October 8th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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Na segunda semana da Escola em Redes Complexas e Neurociência, as palestras de Jesús-Gómez Gardeñes mostraram como ideias de Teoria de Jogos podem ajudar em estudos de biologia e evolução. Suas pesquisas tentam compreender, principalmente, os mecanismos relacionados à cooperação e comportamentos de imitação em populações humanas.

Teoria de Jogos

As ideias de Teoria de Jogos têm aplicações em diversas áreas, de economia à biologia. O principal objetivo ao se usar essas ideias é descobrir qual a melhor estratégia, ou alternativa, quando nos deparamos com um problema na natureza ou na sociedade.

“Com a Teoria de Jogos podemos “matematizar” conflitos e dilemas, o que nos permite calcular a melhor solução para eles”, diz Gardeñes.

Um exemplo clássico da área é o “Dilema do Prisioneiro”.

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Uma das formas de resolver problemas como esse é calcular o Equilíbrio de Nash para a situação – ele mostrará qual a melhor estratégia a ser adotada. No caso do Dilema do Prisioneiro, dedurar o colega é a melhor opção.

Evolução             

A Teoria de Jogos pode ser aplicada aos estudos de biologia e evolução. Um dos primeiros trabalhos na área, “A lógica de conflitos animais”, foi escrito por John Maynard Smith e George Price, em 1973, e publicado na revista Nature. No artigo, os pesquisadores imaginam uma situação onde duas espécies, como gaviões e pombos, competem por um mesmo recurso.

Nesse caso simplificado, imagina-se que quando um pombo disputa comida com outro pombo, os animais dividem o recurso entre si. Quando um gavião encontra um pombo, o gavião fica com o recurso. E quando dois gaviões se encontram, eles competem pela comida: o ganho deles será o recurso menos o dano causado pela briga entre ambos. Nesse caso, qual espécie seria favorecida pela evolução?

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“A Teoria de Jogos pode mostrar como diferentes estratégias, adotadas por diferentes espécies, têm taxas de sucesso diferentes”, explica Gardeñes. “Assim, o processo de seleção natural irá favorecer os animais que adotam a estratégia que apresenta os melhores resultados”.

No exemplo entre gaviões e pombos, se o dano causado pela briga entre gaviões é grande, a dinâmica tende para um equilíbrio, mostrando que as duas espécies podem coexistir. Quando há muitos gaviões, as chances de dois animais dessa espécie se encontrarem e brigar é alta, favorecendo pombos. Quando há muitos pombos, os gaviões são os favorecidos, pois terão grandes chances de ganhar o recurso. Na Teoria de Jogos, gaviões e pombos podem representar animais diferentes ou tipos de comportamentos de indivíduos de uma mesma espécie.

Cooperação

cooperação

De acordo com ideias de Teoria de Jogos, na maioria das situações a cooperação não é uma estratégia que teria sucesso na natureza. Por isso, diversas pesquisas tentam entender como a cooperação surgiu, evoluiu e conseguiu se manter em uma grande variedade de comunidades de seres vivos. Algumas hipóteses dizem que essa estratégia favorece a preservação dos genes, pois há a possibilidade de aumentar as chances de sobrevivência de membros da sua família ao cooperar com eles. Em outras comunidades, quem não coopera pode ser punido.

“Em minhas pesquisas, tento entender como a cooperação ocorre em populações humanas”, diz Gardeñes. “Por meio de estudos com redes complexas, podemos compreender melhor como pessoas se relacionam”.

Gardeñes ressalta que estudar humanos é diferente de estudar animais pelo fato de que nós podemos mudar de estratégia a qualquer momento. Enquanto um pombo não pode escolher se comportar como um gavião, nós podemos mudar nosso comportamento. Um dos motivos que nos fazem mudar de estratégia é pela observação de outros indivíduos: quando vemos outra pessoa adotar uma estratégia diferente da nossa e ser bem-sucedido, podemos escolher imitá-lo.

“Meu trabalho também busca entender como funcionam os mecanismos e as estratégias de imitação em seres humanos”, diz Gardeñes. ”O objetivo com esses estudos é criar simulações que se aproximem o máximo possível da realidade. Um dos jeitos de se fazer isso é adicionar múltiplas redes: relacionadas a trabalho, amizades, família e etc”.

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Colóquio discute buracos negros, outflows e sua influência em galáxias

Written by Ricardo Aguiar on September 30th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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No colóquio da última quarta-feira (23), o ICTP-SAIFR recebeu Rodrigo Nemmen, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP. O pesquisador apresentou alguns de seus trabalhos mais recentes com buracos negros, com enfoque em perguntas dessa área que permanecem em aberto. Entre elas, destacaram-se o impacto de buracos negros nas galáxias, a relação entre massa e comportamento energético e a produção de jatos de gás expelidos por eles.

Formação de estrelas

Buracos negros concentram uma grande quantidade de matéria em uma pequena região do espaço. Em comparação com a massa do Sol, esses corpos astronômicos podem ser de dezenas a milhões de vezes maior – nesse último caso, são chamados de supermaciços. Enquanto há milhões de buracos negros “menores” espalhados pelas galáxias, há também um buraco negro supermaciço no centro de cada uma delas.

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O buraco negro supermaciço Sagittarius A, localizado no centro da Via Láctea (NASA)

Embora a massa desses buracos negros supermaciços seja enorme, seu efeito gravitacional é extremamente pequeno –  a área onde consegue exercer efeito é, aproximadamente, 1 milhão de vezes menor do que o tamanho da galáxia. Entretanto, em estudos realizados no final da década de 90, foi comprovado que há uma relação entre a massa desses corpos e, ao menos, a região central de galáxias, chamada de bojo. Como, então, o buraco negro pode afetar regiões fora do alcance de seu efeito gravitacional?

“A influência dos buracos negros nas galáxias é indireta”, diz Nemmen. “Na verdade, são as ejeções de gás expelidas por eles que influenciam na formação de estrelas”.

Nemmen explica que alguns buracos negros “engolem” gás ao seu redor e também expelem uma quantidade muito maior e com grande força. Essas ejeções, chamadas de outflows, aquecem o ambiente por onde passam e têm um alcance que em buracos negros supermaciços pode chegar a centenas de milhares de anos luz. Como a formação de estrelas depende do resfriamento de gases, os outflows interrompem esse processo e deixam as galáxias com uma quantidade menor de estrelas quando comparadas com outras nas quais os buracos negros não emitem outflows.

Outflows

outflow

Representação artística de um outflow (NASA)

A explicação de como os buracos negros influenciam na formação das galáxias gera outras perguntas: como os outflows são produzidos e qual sua fonte de energia?

“Existe um tipo de outflow que tem a forma de “raios” de partículas e atinge velocidades muito próximas à da luz”, afirma Nemmen. “Esses jatos são produzidos quando um forte campo magnético interage com o buraco negro e força gás a ser expelido”.

O campo magnético também é um dos fatores responsáveis pela intensidade dos jatos. O segundo, que faz com que uma quantidade maior de gás seja emitida do que “engolida”, é a velocidade de rotação do buraco negro.

“O spin faz com que a “eficiência” do buraco negro possa ser maior do que 100%, podendo chegar a até 300%”, diz Nemmen. “Para ceder energia aos jatos, a velocidade de rotação diminui com o passar do tempo”.

A origem dos campos magnéticos que levam à produção dos jatos, entretanto, ainda é uma pergunta que continua sem resposta.

Comportamento energético

Outra questão que intriga Nemmen é relativa ao comportamento dos buracos negros: há uma relação entre massa e quantidade de energia retornada ao ambiente? Em um estudo fenomenológico com seus colaboradores, publicado na revista Science, o pesquisador chegou a um resultado inesperado.

“Verificamos que, independentemente do tamanho, os buracos negros têm um mesmo comportamento em termos de retorno de energia para o ambiente”, diz ele. “Nesse mesmo trabalho, observamos que cerca de 10% da energia de todos os jatos de gás é transformada em radiação”.

XXXVI Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos

Written by Ricardo Aguiar on September 22nd, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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Evento contou com a participação de pesquisadores internacionais e do ICTP-SAIFR, e discutiu temas como Cosmologia, Gravitação e o Modelo Padrão

ENFPC

Na última semana, foi realizado em Caxambu, Minas Gerais, o XXXVI Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos. Entre os principais assuntos discutidos destacaram-se Cosmologia, Gravitação e Física de Altas Energias. Coordenado por Nelson Braga, da UFRJ, as palestras do evento foram pela primeira vez divididas por temas, em vez da tradicional divisão por áreas.

“Realizar o Encontro em um novo formato foi uma excelente ideia”, disse Rogério Rosenfeld, do IFT/Unesp e ICTP-SAIFR, que participou na organização do evento.

O Encontro contou com a presença de pesquisadores internacionais, como Alexei Starobinsky (Landau Institute for Theoretical Physics, Moscou, Rússia), que falou sobre modelos inflacionários, e Alessandro Strumia (Universidade de Pisa, Itália), que discutiu ideias sobre o Modelo Padrão.

Pesquisadores do ICTP-SAIFR também marcaram sua presença. Nathan Berkovits, diretor do instituto, falou sobre a Teoria das Supercordas, e Fábio Iocco discutiu seus estudos sobre Matéria Escura. Além disso, os pós-doutorandos Nicolás Bernal e Alberto Tonero também apresentaram seus trabalhos.

A Natureza é “natural”?

Supersymmetry

Em uma das palestras do evento, intitulada “A Natureza é natural?”, Strumia provocou e discutiu ideias relacionadas ao Modelo Padrão e a teorias que tentam ir além dele, como a Supersimetria. Strumia continuou a discussão em uma palestra realizada no ICTP-SAIFR na última segunda-feira.

“A Supersimetria, considerada uma teoria “natural”, está sendo procurada há décadas, porém nenhum experimento conseguiu confirmá-la até agora”, disse o pesquisador. ”Já o Modelo Padrão, muitas vezes considerado “não-natural”, continua a ser comprovado. Será que a natureza é, realmente, “natural”?

Teorias além do Modelo Padrão tentam explicar fenômenos que ainda não compreendemos, como a matéria escura. Quando questionado sobre esse assunto, Strumia disse que a solução talvez seja acrescentar uma partícula a mais no modelo, sem a necessidade de outras teorias.

“Na minha opinião, se confirmamos que não há teorias além do Modelo Padrão, a Física dessa área talvez se torne ainda mais interessante do que no caso contrário”.

Colóquio do ICTP-SAIFR discute “líquidos de spin”

Written by Ricardo Aguiar on September 13th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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Na última quarta-feira, o tradicional colóquio realizado pelo ICTP-SAIFR abordou o tema de “líquidos de spin”. Rodrigo Pereira, da Universidade de São Paulo (USP-São Carlos), falou sobre esse estado da matéria que surge quando isolantes de Mott são submetidos a baixas temperaturas. Nessas condições, ao contrário de isolantes de banda, é possível modificar o estado do spin de seus elétrons, tornando suas propriedades magnéticas mais interessantes.

Entre as principais características do “líquido de spin” estão o fato de que não há ordem magnética de spins – assim como há uma certa desordem de partículas no estado líquido da matéria quando comparado com o sólido – e não há quebra de simetria rotacional de spins. Embora ainda não se tenha comprovado a existência de um material que entre no estado de “líquido de spin”, há candidatos possíveis. Caso venham a ser confirmados, seria possível obter um material supercondutor, alterando a densidade eletrônica e induzindo uma transição de fase do “líquido de spin” para o supercondutor.

spin liquid

“A área de ‘líquidos de spin’ é interessante por apresentar desafios teóricos, mas também ter motivações experimentais”, diz Pereira.

Proposto pela primeira vez em 1973 pelo físico norte-americano Philip Warren Anderson, o “líquido de spin” era, na época, um estado puramente teórico. Nas décadas seguintes, com a motivação de estudar novos estados da matéria e o crescente interesse por supercondutores, cientistas começaram a se perguntar se seria possível o estudo de “líquidos de spin” em mais dimensões, e se tal material poderia realmente existir.

“A principal motivação para se estudar ‘líquidos de spin’, do ponto de vista teórico, é que um material como esse apresentaria propriedades exóticas e não se encaixaria em classificações atuais sobre estados da matéria, o que abriria portas para novas teorias”, fala Pereira. “Líquidos de spin também podem fazer uma interessante ponte entre as áreas de Matéria Condensada e Física de Altas Energias”.

Herbertsmithite

O mineral herbertsmithite

Um dos principais candidatos para comprovar a existência do estado “líquido de spin” é o herbertsmithite. Esse mineral foi descoberto em 1972, no Chile. Em 2012, uma forma sintetizada apresentou algumas características de “líquido de spin”, e estudos ainda estão em andamento para a comprovação do fenômeno.

Já as motivações experimentais para o estudo do “líquido de spin” estão relacionadas à possibilidade do material atuar como um supercondutor em temperatura ambiente. Como até hoje os materiais usados como supercondutores precisam de uma temperatura extremamente baixa para não apresentar resistência elétrica, um material supercondutor em temperatura ambiente poderia, entre outras aplicações, levar a grandes economias no transporte de energia.

ICTP-SAIFR recebe novo pós-doutorando

Written by Ricardo Aguiar on September 8th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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Garcia

No mês de julho, o ICTP-SAIFR recebeu um novo pós-doutorando. José Hugo García chega ao instituto após a conclusão de seu doutorado na Universidade Federal do Rio de Janeiro, onde estudou métodos de cálculos em sistemas desordenados e aplicações desses métodos em pesquisas com grafeno. Agora no ICTP-SAIFR, o físico pretende continuar desenvolvendo estudos nessa área.

“Conheci o ICTP-SAIFR através do professor Alexandre Rocha, com quem colaborei no final do doutorado”, conta García. “Estive no instituto como pesquisador visitante durante alguns meses e gostei muito do ambiente. Há pesquisadores de todas as partes do mundo e eventos, como Escolas e palestras, sobre uma grande variedade de temas. Acho excelente ter esse contato com diferentes áreas da Física”.

Grafeno

grafeno

Representação da estrutura do grafeno

O grafeno é um material constituído por uma única camada de átomos de carbono. Entre suas principais propriedades estão uma alta condutividade elétrica, baixo efeito spin-órbita, transparência e resistência – o grafeno é mais forte do que aço. Por esses e outros motivos, o grafeno é um forte candidato para substituir o silício em transístores de equipamentos eletrônicos, o que permitiria com que os dispositivos ficassem menores em tamanho e com eficiência igual ou superior.

Porém, a possibilidade de usar o grafeno na eletrônica depende fortemente de algumas propriedades. Uma delas, estudada por García, é o GAP eletrônico. Essa característica é o que diferencia um material condutor de eletricidade de um isolante: em um condutor, o GAP eletrônico é baixo, enquanto em isolantes é alto.

García explica que o grafeno pode ser considerado um sistema bidimensional e, portanto, uma das maneiras de modificar suas propriedades (e transformá-lo, por exemplo, em um material semicondutor útil para a indústria) é através da absorção de átomos de outros elementos em sua superfície.

“No grafeno, o GAP eletrônico é quase nulo”, explica García. “Um dos meus objetivos é buscar métodos para controlar esse GAP. Para isso, uma das maneiras é adicionar à estrutura do grafeno átomos de hidrogênio. Por meio de simulações, estudo a interação entre os dois materiais e observo os efeitos no grafeno”.

O efeito spin-órbita também é alvo das pesquisas de Garcia. Como ele é baixo no grafeno, os spins das partículas, ao atravessar o material, se mantêm o mesmo. Porém, se o spin pudesse ser controlado, o grafeno poderia ser aplicado na área de spintrônica.

“Com o controle dos spins, seria possível o desenvolvimento de transístores spintrônicos, em vez de eletrônicos”, diz García. “Isso permitiria o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos, como discos rígidos e processadores de computador, que além de menores poderiam armazenar uma quantidade muito maior de informação”.

ICTP-SAIFR sedia a International Neutrino Summer School de 2015

Written by Ricardo Aguiar on August 31st, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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O ICTP-SAIFR sediou, entre os dias 17 e 28 de agosto, a edição de 2015 da International Neutrino Summer School. O evento, realizado anualmente em diferentes países, contou com a participação de físicos teóricos e experimentais para abordar diferentes aspectos relacionados a essas partículas. Entre eles, a relação dos neutrinos com o Modelo Padrão e os mais recentes experimentos que tentam produzir e detectar uma quantidade cada vez maior dessas partículas.

“Escolas como essa são excelentes maneiras de se debater sobre perguntas fundamentais relacionadas aos neutrinos e de conectar e envolver pessoas com a área”, disse Deborah Harris, pesquisadora do FermiLab e integrante do Conselho Internacional da Escola, durante sua participação no evento.

História

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Wolfgang Pauli

Como Harris explicou em seu Colóquio ao longo da Escola, neutrinos foram previstos pela primeira vez em 1930. O objetivo era resolver uma crise na área de Física de Partículas: ao realizar certos experimentos com elétrons, os cientistas notaram que a energia final era menor que a energia inicial. A explicação, sugerida pelo físico austríaco Wolfgang Pauli, era que a energia estava em forma de uma partícula que não conseguia ser vista e que não interagia com a matéria – o neutrino.

A previsão de Pauli foi confirmada mais de 20 anos depois. Essas partículas foram detectadas experimentalmente e em três tipos, ou sabores, diferentes – neutrinos do elétron, do múon e do tau. Eles recebem esses nomes pois cada tipo só é gerado a partir de uma reação envolvendo um elétron, um múon ou um tau, respectivamente.

Ainda na década de 60, outro interessante fenômeno foi observado: neutrinos podem mudar de sabor ao se propagar pelo espaço. O fenômeno quântico, chamado de oscilação de neutrinos, e suas probabilidades, ainda é alvo de pesquisas.

Neutrinos e o Modelo Padrão

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A relação entre neutrinos e o Modelo Padrão foi um dos temas discutidos ao longo da Escola. No final do século passado, uma descoberta fez com que a área de pesquisa com neutrinos se intensificasse ainda mais – ao contrário do previsto pelo Modelo Padrão, foi observado que neutrinos têm massa.

“Como o Modelo Padrão previa que neutrinos teriam massa 0, estudamos formas de acrescentar massa nessas partículas dentro do modelo”, explica o físico brasileiro André Gouvea, pesquisador da Northwestern University e um dos palestrantes da Escola. “Há várias formas diferentes de fazer isso, e cada uma delas prevê outros fenômenos associados. Estudando esses fenômenos podemos tentar descartar ou confirmar os modelos que os preveem”.

Estudos experimentais

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Detector do MINERvA

Neutrinos interagem de maneira extremamente fraca com matéria. De acordo com Harris, quando essas partículas são produzidas em aceleradores, precisam viajar em média 1,5 bilhão de quilômetros para terem uma interação. Por isso, estudos experimentais com neutrinos requerem a produção de uma quantidade enorme dessas partículas com a esperança de que uma delas produza uma reação mensurável.

Um desses experimentos, atualmente em andamento, é chamado MINERvA. Localizado no FermiLab, mas com a colaboração de diversos países, incluindo o Brasil, o MINERvA busca estudar neutrinos e suas interações, e resolver problemas que, até hoje, continuam sem solução.

“Queremos compreender certas anomalias que observamos experimentalmente”, diz Harris. “Por que, por exemplo, vemos em experimentos uma proporção diferente entre os sabores de neutrinos do que o esperado? Será que há um quarto tipo de neutrino que ainda não conseguimos detectar? Para responder essas perguntas, precisamos de uma quantidade maior de dados, que provavelmente vamos conseguir ao longo da próxima década. Com esses resultados, então, talvez teremos novas perguntas para responder”.

ICTP-SAIFR organiza Workshop em Astrofísica e Relatividade

Written by Ricardo Aguiar on August 17th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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Dando continuidade à Escola em Ondas Gravitacionais, o ICTP-SAIFR organizou, entre os dias 11 e 15 de agosto, o Workshop em Astrofísica e Relatividade. O evento contou com a participação de muitos dos alunos da Escola anterior, e trouxe ainda diversos pesquisadores internacionais dessas áreas. Entre os principais objetivos do Workshop estavam formar novas colaborações e fortalecer as já existentes. Ondas gravitacionais continuaram em pauta, porém o principal foco das discussões foram os corpos astrofísicos responsáveis por gerá-las, como buracos negros supermaciços, e os ambientes onde eles são encontrados, como o núcleo de galáxias.

“Durante o Workshop, tivemos palestras e sessões de discussão sobre os temas que os próprios participantes elegeram como os mais interessantes”, diz Riccardo Sturani, pesquisador do ICTP-SAIFR e um dos organizadores do Workshop.

Buracos negros

Sagittarius

Centro da Via Láctea, com destaque para o buraco negro supermaciço Sagittarius A (NASA)

Buracos negros são regiões do espaço caracterizadas por uma grande quantidade de matéria comprimida em uma pequena área. Quando sua massa é da ordem de milhares, podendo chegar a até bilhões, de vezes maior que a do Sol, são chamados de buracos negros supermaciços (ou SMBH, da sigla em inglês Supermassive Black Holes). Atualmente, acredita-se que há um SMBH no centro de todas as grandes galáxias, incluindo a Via Láctea. O estudo da dinâmica no núcleo de galáxias foi um dos alvos de discussões do Workshop.

A pesquisa em ondas gravitacionais também foi tópico no evento. Elas poderiam contribuir nos estudos de buracos negros já que sistemas binários envolvendo esses corpos astronômicos emitem ondas que poderiam ser detectadas diretamente.

Para saber mais sobre a Escola em Ondas Gravitacionais, clique aqui e leia nosso último post.

“Buracos negros de massa até algumas centenas de vezes maiores que a do Sol emitem ondas gravitacionais em uma frequência que, teoricamente, podemos detectar em observatórios na Terra”, explica Zoltan Haiman, palestrante do Workshop e pesquisador da Universidade de Columbia.

Outros temas abordados foram referentes aos ambientes que permitem a formação, o crescimento e possíveis colisões entre buracos negros. Para Haiman, apenas os mistérios que envolvem esses corpos astronômicos supermaciços e sua relação com o universo é estímulo suficiente para estudar a área.

“Uma das minhas principais motivações para estudar SMBH é simplesmente o interessante mistério que eles representam”, diz Haiman. “Como o universo conseguiu comprimir uma quantidade tão grande de matéria em uma região tão pequena, por exemplo, ainda é uma questão para a qual não temos uma resposta definitiva”.

ICTP-SAIFR realiza Escola em Ondas Gravitacionais

Written by Ricardo Aguiar on August 11th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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School GW

No mês de setembro, o projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory) começará seus trabalhos para tentar detectar, pela primeira vez de maneira direta, ondas gravitacionais. Membro dessa colaboração internacional, o pesquisador Riccardo Sturani, do ICTP-SAIFR, foi um dos organizadores da Escola em Ondas Gravitacionais, realizada no instituto entre os dias 3 e 11 de agosto. Durante o evento, os alunos, provenientes de diversos países da América do Sul, tiveram palestras sobre essa recente área da Física que deverá ganhar mais destaque nos próximos anos com o início das atividades do LIGO.

“Como essas ondas ainda não foram detectadas diretamente, temos poucos dados e poucas pessoas que trabalham com isso na América do Sul”, diz Sturani. “O intuito da Escola foi divulgar a área. Através de aulas, exercícios e discussões, abordamos desde aspectos teóricos até práticos, como técnicas de análise de dados”.

A Escola contou com a presença de diversos pesquisadores internacionais de ponta na área, como Alessandra Buonanno (Instituto Max Planck, Potsdam, Alemanha), Stefano Foffa (Universidade de Geneva, Itália), Sergej Klimenko (Universidade da Flórida, EUA), Enrico Ramirez-Ruiz (Universidade Califórnia-Santa Cruz, EUA) e Walter Del Pozzo (Universidade de Birmingham, Reino Unido).

Ondas Gravitacionais

Two white dwarf stars orbiting each other every 5 minutes.

Ao se moverem, todos os corpos que têm massa produzem ondas gravitacionais. Essas ondas se propagam pelo espaço assim como uma onda se propaga na água, porém são muito fracas. Apenas sistemas com grande quantidade de matéria, como aqueles constituídos por buracos negros, por exemplo, conseguem produzir ondas gravitacionais detectáveis. Até o momento, sua existência foi confirmada apenas indiretamente, pela energia que é emitida em forma de ondas.

Explicando de maneira simplificada, a ideia do LIGO para detectá-las diretamente é baseada em um sistema de lasers e espelhos. Ao passar pelo sistema, uma onda deverá alterar o tempo que um laser leva para ir até um espelho, ser refletido e voltar a um detector. As técnicas de análise de dados para esse tipo de experimento, como explica Sturani, precisam ser específicas.

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“Diferente de muitas outras áreas da Física, nossos experimentos possuem mais ruídos do que sinais verdadeiros”, afirma o pesquisador. “Em minhas palestras, falei sobre métodos que podem ser utilizados em situações como essas”.

A detecção direta de ondas gravitacionais permitiria, por exemplo, o estudo de corpos astronômicos que não emitem luz, mas que emitem essas ondas. “Nossa expectativa é que ondas gravitacionais sejam detectadas diretamente pelo LIGO nos próximos dois ou três anos”, diz Sturani.

ICTP-SAIFR realiza Escola em Física do LHC e QCD

Written by Ricardo Aguiar on August 2nd, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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QCD School

A área de Física de Partículas vive um ano de expectativas com o início da nova etapa de coleta de dados do Large Hadron Collider (LHC), maior acelerador de partículas do mundo. Além de aprofundar os estudos sobre o Bóson de Higgs, o LHC tem como um de seus objetivos detectar uma nova partícula, o que significaria a existência de uma Física além do Modelo Padrão. Esses foram alguns dos motivos pelos quais o ICTP-SAIFR realizou a “School on QCD and LHC Physics”. Entre os dias 22 e 31 de julho, o evento debateu tópicos relacionados ao campo da Cromodinâmica Quântica e à Física de Partículas do LHC.  A Escola foi proposta e organizada por importantes nomes dessas áreas, como David Kosower (Saclay), Daniel de Florian (Universidad de Buenos Aires), Fernando Cordero (Universidade de Freiburg) e Rogério Rosenfeld (ICTP-SAIFR).

“Um dos méritos da Escola foi reunir cientistas de ponta do mundo inteiro para falar sobre suas especialidades”, diz Gavin Salam, pesquisador do CERN e palestrante do evento.

QCD

QCD

A área chamada de Cromodinâmica Quântica (ou QCD, da sigla em inglês Quantum Chromodynamics) estuda os fenômenos relacionados à Força Forte – aquela responsável pelas interações entre quarks e glúons. Ela é chamada assim devido a uma característica dessas partículas, similar à carga elétrica, que em vez de dois tipos (positivo e negativo), é observada em três tipos – denominados vermelho, verde e azul.

“A QCD existe há cerca de 40 anos, porém houve um grande crescimento de interesse nessa área na última década”, afirma Salam. “O LHC e suas descobertas forneceram uma grande motivação para os estudos em QCD. Minhas palestras introduziram as principais ideias relacionadas a essa área e aos processos e princípios físicos das interações entre quarks e glúons”.

Além disso, Salam ressaltou que estudos em QCD estão relacionados também com outras áreas da Física. “Ás vezes, a matemática envolvida nessas pesquisas pode ser aplicada em Teoria dos Campos, por exemplo. Assim, descobertas em uma dessas áreas podem dar contribuições significativas para os estudos da outra”.

LHC

LHC

Imagem de colisão entre dois prótons, realizada no CMS com energia de 7 TeV

“O LHC funciona para nós como um microscópio extremamente potente”, diz Kosower.

O acelerador de partículas, ao colidir prótons, permite o estudo de partículas em escalas milhares de vezes menores do que a do átomo. Entender o que acontece nessas colisões, entretanto, requer cálculos complexos. Aumentar a precisão desses cálculos, feitos muitas vezes baseados em aproximações, é um dos desafios da área de Kosower. O físico, vencedor do Prêmio J. J. Sakurai para Física de Partículas Teórica em 2014, fez contribuições significativas para a área e falou sobre Cálculos de Ordem Superior na Escola.

“Buscamos fazer previsões sobre as probabilidades de determinados eventos ocorrerem após as colisões e entender melhor o que acontece nesse universo subatômico”, disse ele.

Nessa segunda etapa de coleta de dados, um dos principais objetivos do LHC é aprofundar os estudos sobre o Bóson de Higgs, descoberto pelo acelerador em 2012. “Na primeira fase de experimentos do LHC, nossos estudos ficaram limitados por conta da estatística – conseguimos produzir poucos Bósons de Higgs. Agora, com maior energia e luminosidade, o LHC irá produzir e detectar uma quantidade muito maior de Bósons, o que permitirá estudos mais detalhados dessa partícula”.

Entre outros objetivos do LHC está descobrir novas partículas, não previstas pelo Modelo Padrão. Caso aconteça, isso significaria a existência de uma Física além do Modelo Padrão.

“O resultado mais interessante e mais empolgante, na minha opinião, seria a descoberta de algo novo, não previsto”, diz Kosower. “Mas, por enquanto, não há como saber o que irá acontecer. Talvez nenhuma nova partícula seja descoberta, talvez sim. Com a energia recorde do LHC de 13TeV, vamos olhar para um território até agora desconhecido”.

Colóquio discute Teoria das Cordas e Teoria F

Written by Ricardo Aguiar on July 27th, 2015. Posted in Blog do ICTP-SAIFR

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No mês de junho, o Colóquio semanal realizado pelo ICTP-SAIFR recebeu Mirjam Cvetic, da Universidade de Pensilvânia, nos Estados Unidos. A pesquisadora, que trabalha principalmente na área de Física Teórica de Altas Energias, discutiu avanços recentes em Teoria das Cordas, incluindo uma de suas ramificações – a Teoria F. Em entrevista após o evento, Cvetic falou mais sobre essas teorias e ressaltou também a importância da pesquisa básica.

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Teoria F

A Teoria F foi desenvolvida na metade da década de 90 e foi explorada mais extensivamente ao longo dos últimos anos. Como explicou Cvetic, A Teoria F é uma descrição geométrica da Teoria das Cordas, onde a força de interação entre as cordas – elementos fundamentais da natureza – é forte. No passado, a Teoria das Cordas era estudada principalmente em um regime onde essa interação é fraca.

“A força das interações na Teoria F pode ser descrita acrescentando dimensões extras”, diz Cvetic. “Um dos pontos mais interessantes dessa teoria é que muitas das propriedades da Teoria das Cordas, quando consideradas nesse regime de interações fortes, podem ser descritas geometricamente pela curvatura do espaço”.

O maior desafio para ambas as teorias talvez seja a busca por evidências experimentais. Segundo Cvetic, elas poderiam ser diretamente confirmadas apenas em escalas extremamente pequenas, da ordem de 10-33 centímetros. A energia necessária para estudar fenômenos nessa escala seria muito maior do que a que aceleradores atuais, e futuros, poderiam atingir.

Entretanto, aceleradores como o Large Hadron Collider (LHC) – que foi ligado recentemente em uma energia recorde de 13 TeV – poderiam descobrir novas partículas que serviriam como evidências favoráveis à Teoria das Cordas. Um exemplo seria a descoberta de Supersimetria, ou seja, de partículas que possuem a mesma massa e carga elétrica de partículas que já conhecemos, porém com spin diferente.

Unificação e pesquisa básica

A Teoria das Cordas é, para Cvetic, a principal (e única atualmente) candidata para unificar a Mecânica Quântica com a Gravitação. “A Teoria das Cordas é a mais avançada conceitualmente e a mais consistente”, diz a pesquisadora. “Hoje, não há nenhuma outra alternativa em potencial à altura dos padrões de consistência quânticos. Se existisse, a comunidade científica iria, sem dúvida, explorá-la”.

Ao final, Cvetic também ressaltou a importância da pesquisa em ciência básica.

“Em Física Teórica, muitas vezes vemos avanços que parecem esotéricos ou desconectados de experimentos. Porém, é importante apoiar esforços em ciência básica. O valor desses conhecimentos e sua relevância podem ser descobertos no futuro, quando nossa compreensão for maior, e com eles poderemos entender melhor como funcionam o universo e a natureza”.