1. Escala universal das dobras do Cortex cerebral de mamíferos

    Em artigo publicado recentemente na revista Science e que também mereceu destaque na seção “perspectives” da mesma revista, o professor do IF-UFRJ Bruno Mota e sua colaboradora Suzana Herculano-Houze, também da UFRJ, explicam como o córtex cerebral de mamífero se sobra.

    Bruno Mota e Suzana Herculano-Houzel mostram que as dobras dos cortices tem a menor energia livre  prevista para a sua área de superfície e espessura, isto é, a conformação mais energeticamente favorável (e estável). Isto indica que a dobraduras  ocorrem quando o córtex cerebral atinge a conformação física de energia livre menos eficaz, e a sua superfície e volume de curvatura se deslocam de acordo com as várias forças que actuam sobre eles no desenvolvimento (tais como o crescimento do córtex si, a pressão do fluido espinal cerebral, a resistência das fibras nervosas). Isto é semelhante à forma como uma folha de papel se amassa .

    De fato, Mota e Herculano-Houzel mostram que a mesma função matemática que descreve a energia livre mínima eficaz de uma superfície, dependendo da sua área de superfície e espessura prevê tanto o grau de dobra do córtex cerebral e de folhas amassadas. A constatação de que o córtex cerebral de mamíferos,  composto por neurónios e outros materiais biológicos, tem dobraduras muito semelhantes às de uma folha de papel indica que as dobras são uma propriedade física de base do cérebro.

    Para saber mais, visite a página web da revista e o texto na seção “perspectives” da mesma revista. A publicação também recebeu grande destaque na mídia nacional e internacional.

  2. Espalhamento, quebra e fusão de 9Be + 208Pb a baixas energias em um modelo de 4-corpos

    Um artigo publicado na PRC pelo pesquisador do IF (recém-emérito) Luiz Felipe Canto, junto com colaboradores P. Descouvemont, T. Druet (ULB, Bélgica), e M. S. Hussein (USP/ITA) foi escolhido como destaque pelo editor. Em reações de baixa energia núcleos estáveis e exóticos fracamente ligados tendem a se quebrar. Portanto, uma descrição bem sucedida precisa tratar adequadamente os canáis de quebra. Neste trabalho conseguiu-se traçar com sucesso a evolução de um sistema 9Be + 208Pb até os estados finais de espalhamento elástico, quebra e fusão, tudo através de um único cálculo consistente. Um aspecto particularmente desafiador do projeto, mas que também propiciou grandes avanços, foi tratar o projétil 9Be como um sistema de três corpos “α + α + n“. Até então 9Be era tratado como um sistema de dois corpos (8Be + n ou 5He + α).

  3. 3 artigos do IF estão entre os melhores de 2014 na J. Physics G

    A revista Journal of Physics G recentemente fez uma seleção dos melhores artigos publicados em 2014. Dentre eles, estão 3 artigos do Instituto de Física.

    Um deles na seção de Revisões Tópicas, tem o prof. Eduardo Fraga como um dos co-autores e é resultado de um “Task Force Meeting” do Extreme Matter Institute (EMMI), Helmholtz Association, realizado em outubro de 2013 no Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt. Trata-se de uma revisão sobre o estado da arte e os principais desafios na compreensão da matéria a altíssimas densidades encontrada no interior de estrelas compactas. Em particular, discute-se o possível impacto da presença de matéria de quarks em observações astrofísicas..

    Outro, na seção de Nuclear e Astropartículas é de autoria de 3 membros do IF: o doutorando Anderson Kendi Kohara e os profs. eméritos Erasmo Ferreira e Takeshi Kodama. Trata de interações hadrônicas de raios cósmicos. A interação próton-próton a altas energias é um processo fundamental na Cromodinâmica Quântica, sendo estudada experimental e teoricamente há 50 anos. A complexidade não-linear do processo exige estudos por modelos não-perturbativos. O artigo faz uma descrição completa das amplitudes que governam esses processos em termos de campos e partículas fundamentais, cobrindo até as energias ultra-altas dos experimentos com raios cósmicos.

    O prof. Takeshi Kodama teve outro artigo seu selecionado na seção de Tópicos em Foco. O texto foi montado e editado para relatar as várias facetas da trajetória de desenvolvimento da pesquisa sobre os aspectos marcantes da dinâmica coletiva da matéria criada (Plasma de Quarks e Glúons-QGP) nas colisões de ions pesados ultra-relativísticos no CERN e BNL nos últimos 40 anos. É interessante notar que esse estudo da propriedade de matéria e sua origem tem abordagem bastante similar àquela utlizada na cosmologia observacional moderna.

  4. Efeito Hall Quântico de Vale Induzido pela Interação no Grafeno

    Em artigo publicado no Physical Review X [1] o pesquisador Eduardo Marino e o doutorando Leandro Oliveira do Nascimento, ambos do IF-UFRJ, juntamente com Cristiane de Morais Smith, pesquisadora da Universidade de Utrecht, na Holanda e Van Sérgio Alves, pesquisador da UFPa, relatam a descoberta de um novo efeito no grafeno. Trata-se do Efeito Hall Quântico de Vale espontâneo induzido tão somente pela interação entre os elétrons p do carbono nesse material. A condutividade Hall foi determinada exatamente e coincide com aquela obtida no Efeito Hall Quântico usual, apesar da ausência de qualquer campo magnético aplicado. O efeito vem acompanhado da geração espontânea de um gap no espectro eletrônico, o qual contém uma infinidade de estados “midgap” e deve ser observado a uma temperatura abaixo de 2K.

       Os pesquisadores descobriram o novo efeito ao incluir, pela primeira vez, no modelo que descreve o grafeno a interação eletrodinâmica completa existente entre os elétrons dos orbitais p do carbono. Tal interação é descrita no grafeno pela Pseudo Eletrodinâmica Quântica, introduzida anteriormente por um dos autores [2]. No artigo, também foram determinadas as correções à condutividade dc longitudinal do grafeno, devidas a tais interações, estando em excelente acordo com os experimentos.
       O novo efeito relatado pelos pesquisadores deve ter um importante impacto na física básica do grafeno, bem como na nova frente tecnológica conhecida como “valetrônica”, onde se buscam novos dispositivos eletrônicos, com base em princípios básicos.
    [2] E. C. Marino, Nucl. Phys. B408, 551 (1993)
  5. Múons em chuveiros no Observatório Pierre Auger: número médio em eventos de alta inclinação

    A colaboração do Pierre Auger, que conta com os professores Carla Bonifazi, João Torres de Mello Neto e os pós-docs Ugo Giaccari e Diego Torres Machado, reportou novos resultados a respeito da composição dos raios cósmicos. O número muônico em chuveiros atmosféricos, criados por raios cósmicos e medidos pela colaboração, apresenta um desacordo intrigante com todos os modelos teóricos. Representam assim um desafio ao nosso entendimento da composição de massa dos raios cósmicos.

    O artigo, destaque do editor na PRD, encontra-se em: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.91.032003

  6. Cálculo do tensor de condutividade para materiais topológicos desordenados

    Em artigo publicado no Physical Review Letters, o doutorando Jose H. Garcia e pesquisadora Tatiana G. Rappoport,  do IF-UFRJ, juntamente com um colaborador da Universidade da Antuérpia,  apresentam um método numérico para calcular a condutividade elétrica em sólidos. Essa nova técnica captura a topologia dos materiais e permite calcular as propriedades de transporte de sistemas desordenados a temperatura finita. Como o método é altamente paralelizável, é possível simular sistemas muito grandes, de até um milhão de átomos, com o uso de unidades de processamento gráfico de placas de vídeo (GPUs).

    Para ilustrar o funcionamento da nova técnica, eles estudam o efeito Hall quântico no grafeno e o efeito da desordem na condutividade Hall de um isolante de Chern, material com propriedades topológicas não triviais. Para saber mais, visite a página web da publicação: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.116602

  7. Observação de correlações antiferromagnéticas no modelo de Hubbard com átomos ultra frios

    Neste trabalho publicado na revista Nature, o grupo experimental de Rice, com colaboradores teóricos de diversas instituições, entre eles a prof. Thereza Paiva, do IF-UFRJ,  observaram correlações antiferromagnéticas em átomos ultrafrios fermiônicos armadilhados em redes óticas.

    Átomos ultrafrios em redes ópticas têm grande potencial para contribuir para o avanço na compreensão de um dos mais importantes problemas em abertos na Física: a supercondutividade de alta temperatura.  Acredita-se que o modelo de Hubbard, uma versão simplifcada de fermions se movendo em uma rede periódica,  descreva os detalhes essenciais da  supercondutividade nos cupratos. Redes óticas com átomos fermiônicos ultra frios em dois estados de spin  podem emular de maneira fiel  este modelo,  com parâmetros ajustáveis, oferecendo uma plataforma para a exploração sistemática de seu diagrama de fases.  A realização experimental de fases fortemente correlacionadas, entretanto, tem sido dificultada pela dificuldade de resfriar os átomos a temperaturas tão baixas quanto as da escala da energia magnética de troca e também pela ausência de termometria.

    Este trabalho demonstrara o espalhamento Bragg sensível ao spin capaz de medir correlações de spin antiferromagnéticas em uma realização do modelo de Hubbard tridimensional em temperaturas tão baixas quanto 1.4 vezes a temperatura de Nèel. Estas temperaturas estão além do regime de validade de  expansões em série , o que traz o experimento próximo do limite das técnicas numéricas atuais.

    Para saber mais, visite a página web da revista ou veja o texto da reportagem feita pela revista Science, que inclui entrevistas com os pesquisadores.

  8. Compressibilidade de um isolante de Mott em átomos ultra frios

    Em artigo publicado recentemente no Physical Review Letters, uma colaboração entre experimentais e teóricos de diferentes áreas e instituições, entre eles a prof. Thereza Paiva do IF-UFRJ, caracterizou o regime isolante de Mott de átomos de Lítio ultra frios armazenados em redes óticas. A extração  da densidade e da compressibilidade locais dos átomos foi obtida por meio de imageamento in-situ. A comparação com simulações numéricas permitiu a determinação da temperatura do sistema.

    Esses resultados reforçam a possibilidade de explorar fenômenos de muitos corpos  com átomos ultra frios, uma vez que a compressibilidade pode detectar sinais de diferentes fases ou fronteiras entre fases.

    Para saber mais detalhes, veja a página web do artigo:

    http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.070403

  9. Redistribuição de Emaranhamento na presença de descoerência

    O emaranhamento é um fenômeno puramente quântico, responsável por aplicações interessantes tais como teletransporte quântico.  Quando um par de sistemas quânticos inicialmente emaranhados interage com um meio ambiente, conhecido como o processo descoerência, há várias maneiras pelas quais o emaranhamento original pode espalhar no sistema total de quatro partes. Investigadores do IF/UFRJ relatam resultados teóricos e experimentais sobre a dinâmica da distribuição de emaranhamento neste sistema. O experimento emprega uma configuração ótica em que os bits quânticos são codificados nos graus de liberdade de polarização de dois fótons, e cada interacção local é implementado com um interferômetro, que acopla a polarização com o caminho de cada fóton, que atua como um ambiente. Eles monitoram a dinâmica e a distribuição de emaranhamento, observam a transição do emaranhamento bipartido para o emaranhamento multipartido e volta, e mostram como essas transições estão intimamente relacionados com a morte súbita e nascimento súbita de emaranhamento. O emaranhamento multipartido é ainda analisada em termos de contribuições de emaranhamento de três e quatro partes. Emaranhamento genuíno de quatro partes é observado em alguns pontos da evolução. Este trabalho ilumina as relações entre diferentes tipos de emaranhamento, um recurso necessário para futuras redes de informação quântica.

    Para saber mais, visite a página web do artigo, publicado recentemente no Physical Review Letters:

    http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.240501

  10. Formação de molécula de doadores no silício

    Em publicação na Nano Letters da American Chemical Society, os professores do IF André Saraiva e Belita Koiller  e colaboradores demonstraram como identificar um par de impurezas em silício, em analogia a uma molécula de H2. As particularidades dos elétrons de condução do Si permitem contactar eletricamente e passar uma corrente por uma molécula dessas. O resultado — extremamente diferente da lei de Ohm, permite a identificação de parâmetros dessa molécula artificial, como a separação entre impurezas.

    Para saber mais sobre o trabalho, visite a página web da revista