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  1. Em operação: experimento CONNIE tem nova tecnologia de sensores para a detecção de neutrinos

    16/07/2021

    Foi dada a largada para uma nova geração de experimentos de física de neutrinos, com tecnologia pioneira e grande protagonismo brasileiro e do IF-UFRJ.

    O reator da usina nuclear de Angra 2 hospeda ao seu lado um experimento de física desenhado para testar aspectos das teorias mais fundamentais da natureza. O experimento CONNIE (Coherent Neutrino-Nucleus Interaction Experiment) utiliza uma nova tecnologia para a detecção de neutrinos produzidos no reator e é, atualmente, o único deste tipo em operação no mundo. Seu detector é baseado em CCDs (charge coupled devices, ou dispositivos de carga acoplada), dispositivos capazes de detectar partículas de muito baixa energia. Essa habilidade abre uma nova janela para a pesquisa em física fundamental e aplicada, particularmente para os estudos da interação dos neutrinos.

    Com sua operação nos últimos cinco anos, o experimento CONNIE já foi capaz de atingir o recorde mundial em sensibilidade para um experimento de neutrinos. Graças a isso, foi possível estabelecer limites em teorias conhecidas como “além do modelo padrão” da física de partículas. Esses limites são os mais restritivos já obtidos a partir de um experimento de neutrinos de reator em baixas energias.

    O próximo passo é aumentar ainda mais a sensibilidade do detector, o que permitirá ampliar a exploração da física da interação de neutrinos e medir, pela primeira vez, o espalhamento coerente dos neutrinos do reator. Esse aumento da sensibilidade será proporcionado pelo emprego de uma nova tecnologia, denominada skipper-CCD e desenvolvida nos laboratórios LBL e Fermilab (EUA), em que é possível baixar enormemente o ruído do sensor. Como isso, ele consegue detectar elétrons individualmente, ou seja, literalmente contar quantos elétrons são gerados no sensor pelas partículas incidentes. Essa característica o torna um “detector quântico” e abre a perspectiva de aplicações em outras áreas de pesquisa fundamental e aplicada em física.

    Um sensor skipper CCD e imagem obtida com ele

     

    Depois de uma preparação que envolveu um redesenho e upgrade de vários componentes do experimento, os primeiros sensores skipper-CCD foram instalados em CONNIE no final de junho deste ano. Esta é a primeira vez em que um sensor skipper é utilizado em um experimento de neutrinos. Os resultados iniciais foram apresentados em 12 de julho na reunião anual da Rede Nacional de Física de Altas Energias.

    A função desses primeiros sensores é validar o seu uso no ambiente de CONNIE e proporcionar uma medida do chamado background, que é causado por ruído eletrônico e por todas as partículas que não interessam ao experimento (como elétrons e fótons). O passo seguinte será instalar sensores bem maiores e em maior número, conformando o upgrade do experimento completo para sua versão skipper. Pode-se afirmar que agora foi atingido o primeiro marco na construção da nova geração de experimentos de neutrinos com skipper-CCD, mais um recorde mundial de CONNIE.

    A colaboração CONNIE foi iniciada em 2014 pelo físico Juan Estrada (Fermilab) e conta com cerca de 30 cientistas de Argentina, México, Paraguai e Suíça, além do Brasil e Estados Unidos. A equipe brasileira está atuando em todos os aspectos do experimento, da instalação e operações à análise de dados.

    Irina Nasteva comemorando a instalação da eletrônica do detector

    As operações de CONNIE são coordenadas pela física Irina Nasteva, do IF-UFRJ. O processo de upgrade que levou à instalação dos skipper-CCDs foi coordenado pela física Carla Bonifazi, também do IF-UFRJ, atualmente em licença na Argentina. O desenho de partes da eletrônica e todos os testes de integração dos sistemas foram feitos por Herman Lima, tecnologista do CBPF. Herman e Irina compuseram a equipe que fez todo o processo de instalação dos skipper-CCDs, que levou dias de trabalho árduo dentro do laboratório na usina. Também participou Aldo Fernandes, físico e professor do CEFET Angra dos Reis, em Mambucaba, próximo à usina. Os estudantes de iniciação científica e de mestrado em física aplicada do IF-UFRJ estão analisando as primeiras imagens do novo detector.

    Colocar em funcionamento essa nova fase desse experimento complexo foi, portanto, um esforço internacional com destaque para a participação brasileira.

    O maior apoio financeiro ao CONNIE no Brasil vem atualmente de editais da FAPERJ. O apoio da Eletronuclear também tem sido essencial. Além de ceder o espaço para abrigar o experimento, a empresa vem prestando extraordinário apoio provendo infraestrutura, manutenção e recursos humanos que dão apoio ao experimento. Até peças de CONNIE já foram usinadas nas oficinas da Eletronuclear.

    O experimento CONNIE após a instalação dos novos sensores, com sua blindagem parcialmente aberta

    CONNIE foi o primeiro e, até agora, único experimento de neutrinos com CCDs. Com os novos skipper-CCDs ele passou a ser também o único experimento usando essa tecnologia operando junto a um reator nuclear. Uma vez completada esta etapa de testes, será iniciada a nova fase, que envolve preencher todo o detector CONNIE com novos skipper-CCDs, aumentando em muito a massa do experimento sensível aos neutrinos. Esse upgrade abrirá uma nova janela na detecção de neutrinos e testes do modelo padrão, mantendo CONNIE na ponta dos experimentos de neutrinos de reator de baixas energias.

     

    Lista dos participantes brasileiros do experimento CONNIE:
    Carla Bonifazi, Irina Nasteva, Ana Carolina Oliveira, Katherine Maslova, Patrick Lemos, Pedro Zilves (IF-UFRJ)
    Herman Lima, João dos Anjos, Martin Makler, Philipe Mota (CBPF)
    Aldo Fernandes (CEFET – Angra dos Reis)

     

    Mais informações:
    A. Aguilar-Arevalo et al. (CONNIE collaboration), “Exploring low-energy neutrino physics with the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment”, Phys. Rev. D 100, 092005, https://arxiv.org/abs/1906.02200
    A. Aguilar-Arevalo et al. (CONNIE collaboration), “Search for light mediators in the low-energy data of the CONNIE reactor neutrino experiment”, JHEP 04 (2020) 054, https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP04(2020)054

     

    Texto de M. Makler com edição de I. Nasteva e C. Bonifazi

  3. Artigo da colaboração ALPHA é capa da Nature

    30/04/2021

    Resfriando a antimatéria: artigo da colaboração ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), “Laser cooling of antihydrogen atoms”, é capa da renomada revista Nature em abril.

    Os professores Cláudio Lenz Cesar, Daniel de Miranda Silveira e Rodrigo Sacramento assinam o artigo. Além dos três professores, Álvaro Nunes de Oliveira, pesquisador do INMETRO e ex-estudante de doutorado do IF–UFRJ, compõe o time de brasileiros no ALPHA.

    Confira o texto de C. L. Cesar explicando o assunto.

    “Enquanto a teoria da eletrodinâmica quântica calcula acertadamente os níveis de energia no (anti)átomo de hidrogênio com 12 algarismos significativos, a Física desconhece ‘detalhes’ como 95% da composição do Universo, as tais matéria e energia escuras, e o porquê da ausência de antimatéria primordial no Universo.”

    Veja o artigo “C. Baker, et al., Laser cooling of antihydrogen atoms. Nature 592, 35 (2021)” com acesso livre aqui.

  4. Entrevista com Ildeu de Castro Moreira

    16/04/2021

    Antes mesmo de começarmos as perguntas, ele agradeceu…

    (Ildeu) Agradeço a vocês pela gentileza da entrevista e os parabenizo pela iniciativa de estimular a comunicação do IF (Instituto de Física – UFRJ). Um desafio adicional, que vocês me proporcionaram, foi o de tentar responder a série de perguntas complexas e difíceis que vocês me fizeram aqui! Como só posso responder com muitas limitações próprias, já me desculpo a priori por elas.

     

    (CCom) Qual o principal desafio de um defensor da ciência no Brasil?

    (Ildeu) Fiquei contente pela premiação recebida, que resulta da atuação da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência – SBPC. Mas duas reflexões me vieram à mente, uma vez que essa titulação individual não me parece muito apropriada. A primeira é que o mérito dela deve ser compartilhado com muita gente da SBPC e de outras sociedades científicas, e com um grande número de pesquisadores, professores e estudantes, que lutam cotidianamente para defender e praticar a ciência. E praticá-la bem é uma forma essencial de defendê-la. A segunda é torcer para que a premiação possa ser desnecessária um dia, porque a ciência estará valorizada e desenvolvida o suficiente em nosso país para não precisar mais de defensores. Talvez o principal desafio, não meu, mas de todos nós, seja fazer com que a ciência se estabeleça de fato no Brasil. Desafio grande, a exigir muita gente e tempo, para as próximas décadas vindouras. Mas importante é prosseguir nesta senda. Precisamos empolgar os jovens nesta direção e conquistarmos para nossa causa milhões de brasileiros, que não constituem o 1% (um por cento) privilegiado que tem mandado de fato e demonstrado sua insensibilidade, mas que deveriam tomar os rumos do país em suas mãos e construir um projeto de país diferente e muito melhor, no qual a ciência e a educação tivessem um lugar de destaque.

     

    (CCom) Ildeu, num país deteriorado socialmente como o Brasil, como convencer o cidadão que ciência é importante? Aliás, ciência é importante?

    (Ildeu) É importante. Não sei bem o que se quer dizer com “país deteriorado socialmente”. Como convencer a pessoa? Mostrando para ela – via educação escolar e via divulgação científica – que a ciência importa, e muito, para a vida de cada um e para a coletividade. Não só economicamente, mas também culturalmente. E, também, fazendo com que a Ciência e Tecnologia – C&T produzida contribua, de fato, para a melhoria da vida das pessoas e para o país avançar.

     

    (CCom) Qual o principal problema da ciência no Brasil? E qual a solução?

    (Ildeu) Cada pessoa que reflete sobre isto tem ideias sobre qual seria o problema (ou os problemas) mais importante (s). Possivelmente muitos terão razão, porque o que não nos falta são problemas graúdos. Neste momento, a questão emergencial, a meu ver, é reverter o processo de desmonte da ciência brasileira que estamos vivendo, com reduções absolutamente drásticas de recursos. Não só da C&T, evidente; a desconstrução é bem mais ampla. Quanto a problemas estruturais permanentes posso citar três que me parecem cruciais:

    (1) melhorar significativamente a educação básica, em particular a educação em ciências;

    (2) diminuir a burocracia, que é um empecilho muito grande para a ciência e para a inovação;

    (3) integrar as políticas de C&T dentro de um projeto nacional que busque desenvolver sustentavelmente o país, aproveitar suas potencialidades, estimular a inovação tecnológica e a inovação social, e reduzir nossas imensas desigualdades sociais e econômicas.

    Solução eu não tenho. Mas intuo que só se pode chegar lá com a atuação de muita gente e o envolvimento/participação de uma parcela significativa dos brasileiros. Entre os quais os pesquisadores, professores e estudantes têm um papel de destaque. E devem assumi-lo.

     

    (CCom) Você acha que o “jeitinho brasileiro” ajuda ou atrapalha no fazer científico?

    (Ildeu) Não sei. Mesmo porque não sei bem com qual conotação o termo foi aqui utilizado. Pode ser criativo, o que é muito bom para o fazer científico. Fazer gambiarras inteligentes e inovar mesmo em ambientes inóspitos, como muitas vezes os brasileiros se distinguem. Se for visto como um jeito para escamotear as coisas, com um caráter de enganação implícito, como ocorre com frequência em meios políticos e de poder, pode não funcionar porque a ciência tem um pré-requisito fundamental: há que combinar com a natureza, e ela parece que não é chegada a “jeitinhos”. E como a ciência é uma atividade humana, é importante também que ela se mova por parâmetros éticos, que o “jeitinho” deve respeitar.

     

    (CCom) Qual sua opinião sobre fazer divulgação científica?

    (Ildeu) É muito importante que a comunidade científica e acadêmica a faça. Este compartilhamento do conhecimento com a sociedade é, e Einstein dizia isto em 1924, uma obrigação social da ciência e dos que a praticam. Não necessariamente cada pesquisador ou estudante tem de fazer divulgação, mas é essencial que as universidades e instituições de pesquisa a valorizem, estimulem e pratiquem. O IF, e isto é um mérito histórico importante, trouxe contribuições significativas para a divulgação científica no Rio e no Brasil, em vários momentos nas últimas décadas. Mas há que valorizar bem mais este tipo de atividades institucionalmente, mantida a preocupação com a qualidade, que deve estar sempre presente na pesquisa, no ensino e na extensão. Se a instituição não o fizer adequadamente, isto atrapalha; mas as pessoas aficionadas, em particular os jovens, continuarão a fazer assim mesmo, porque achamos importante e gostamos de fazê-lo.

     

    (CCom) Cargos importantes na estrutura administrativa dos setores de educação, ciência e cultura vêm sendo ocupados por autodeclarados criacionistas, negacionistas, revisionistas etc. O que você acha disso? Como trazê-los para o debate científico? Há espaço para o debate?

    (Ildeu) No geral, sim, e devemos utilizá-lo. A ciência não pode ser vista como uma estrutura dogmática. Ela se escora na curiosidade, na dúvida, no questionamento permanente, no debate aberto de ideias. Não pode ser confundida com crença religiosa, porque não o é. Acho que devemos debater e tentar convencer a todos que pensam ou que têm visões, às vezes, deturpadas sobre o que é a ciência e de como o conhecimento científico é construído. Já tive debates ou embates interessantes com criacionistas, por exemplo, ou pessoas que acreditam em horóscopos ou superstições várias. Acho importante tentar entender as razões históricas, filosóficas, visões de mundo, concepções religiosas que estão por trás dessas concepções. A história da ciência nos mostra que seu caminho é tortuoso e os indivíduos que a constroem estão também imersos em seu tempo e nas visões da época. Basta lembrar Newton. É importante também não se construir uma imagem idealizada da ciência como se fosse necessariamente a “verdade absoluta” e intrinsecamente neutra. Ou seja, defendo que discutamos com (quase) todos e respeitemos as pessoas. Isto é importante inclusive no trabalho de convencimento, assim como discutir também o contexto de produção da ciência, os fatores que a influenciam, seus usos e desusos.

    Agora há uma parcela de pessoas na sociedade, que acho que apesar de barulhenta e vociferante é diminuta, que adere a posições negacionistas por ideologia e com posturas claramente fascistas, às vezes escoradas também em interesses econômicos, e que se opõem frontalmente ao conhecimento científico. Com estes é muito difícil o debate de convencimento. Nesse caso, há que vencê-los mais do que convencê-los. Veja que há vários tipos de negacionismos: o terraplanismo geográfico, que amassa a Terra; o negacionismo científico, que abarca várias dimensões; o negacionismo sanitário, com implicações sérias na pandemia; o terraplanismo econômico vigente, uma visão extremamente redutora e geradora de privilégios, que coloca “Mercado”, “ajuste” e “equilíbrio” fiscal acima de qualquer coisa, até da vida dos brasileiros e das evidências econômicas. Esses negacionismos também matam.

     

    (CCom) Como você avalia a condução do atual governo com respeito ao financiamento de pesquisa científica? Temos sofrido derrotas no congresso, por exemplo, o contingenciamento do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – FNDCT. Qual o papel da sociedade nisso tudo? E o que a sociedade pode fazer pra ajudar? Recebemos campanhas, pedidos para envio de e-mails a deputados, manifestações virtuais, etc? Isso não é enxugar gelo? Um deputado realmente “ouve” esses pedidos?

    (Ildeu) Vou separar as perguntas, porque me parece que misturam algumas coisas de natureza diversa.

    “Como você avalia a condução do atual governo com respeito ao financiamento de pesquisa científica?”

    Péssima.

    “Temos sofrido derrotas no congresso, por exemplo, o contingenciamento do FNDCT”:

    Esta informação não está correta. A gente teve uma vitória importante e expressiva na votação que derrubou o veto do Presidente da República que mantinha a Reserva de Contingência deste fundo, desviando 90% (noventa por cento) dos seus recursos para outras finalidades que não Ciência, Tecnologia e Inovação – CT&I. Só que o governo, com a conivência aparente de parte dos parlamentares, ainda insiste em não liberar os recursos, mesmo com a lei aprovada. Por isto, continuaremos batalhando.

    “Qual o papel da sociedade nisso tudo? E o que a sociedade pode fazer para ajudar?”

    Pode ajudar de várias formas, uma delas é participando das entidades da sociedade civil, como sociedades científicas de sua área, associações de estudantes e de professores, conselhos profissionais, sindicatos, etc. Debater com os colegas, sugerir ideias, difundir informações qualificadas, usar as redes sociais para informar e mobilizar pessoas, participar e organizar manifestações coletivas (nestes momentos virtuais, mas daqui a algum tempo não mais). A sociedade civil brasileira é frágil, por isto sofremos tantas derrotas e tantas imposições de autoridades que respondem a uma parcela muito pequena de poderosos. Basta ver, por exemplo, o processo de organização e participação social e política em alguns países europeus avançados socialmente para entender porque a qualidade de vida lá é bem melhor e com desigualdades muito menores.

    “Recebemos campanhas, pedidos para envio de e-mails a deputados, manifestações virtuais, etc? Isso não é enxugar gelo? Um deputado realmente “ouve” esses pedidos?”

    Não acho que seja “enxugar gelo” embora muitas vezes fracassemos em nossas demandas e lutas. Em alguns momentos tivemos vitórias importantes com a nossa mobilização. Por exemplo, quando levamos ao Congresso, em 2019, um milhão de assinaturas contra a extinção do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq e em defesa do recurso para pagar as bolsas, isto fez diferença e ganhamos aquela batalha específica. O presidente da Câmara nos recebeu, assim como lideranças de quase todos os partidos, inclusive da base do governo e buscaram uma solução em função da pressão política exercida. O mesmo ocorreu recentemente com a batalha peço FNDCT. Mas, claro, há que se construir força política para mudar as coisas e isto não se faz de uma hora para outra ou com pouca gente. Estamos permanentemente e há anos atuando no Congresso Nacional. Podem ter certeza que os deputados “ouvem” muitos pedidos. São hábeis nisto. Só que uma grande parte decide em prol dos que falam mais alto. Podem colocar vários sentidos neste “alto”. Um deles é o sonante tradicional.

     

    (CCom) Você não acha que a intelectualidade brasileira está inerte e, principalmente, com medo de reagir aos assombros de um governo de direita? Não estamos todos muito quietos, Ildeu?

    (Ildeu) Estamos. Se estivéssemos mais atuantes e a situação não teria chegado aonde chegou, com o descalabro na condução da pandemia, da economia e das questões sociais. A intelectualidade, os artistas, cientistas, professores, estudantes, servidores públicos e outros profissionais têm um papel importante claro e devem se organizar, manifestar e atuar para resistir a esta onda forte de extrema-direita e de desconstrução do país. Mas há outros setores sociais igualmente importantes que estão muito quietos, por razões às vezes fortes e repressões variadas, como trabalhadores, empresários, profissionais liberais, pessoal do campo, etc. É importante lembrar também que este processo não começou agora e que o autoritarismo e a faceta antidemocrática têm uma raiz profunda na história do país. E não basta dizer “BASTA” isto ou aquilo para a grande maioria da população que está vivendo em situações dificílimas, embora a resistência seja obviamente importante. Há que dizer também o que se deve fazer para superar as graves crises nas quais estamos imersos. E convencer as pessoas, em um momento de desesperança, que podemos mudar as coisas. Principalmente se estivermos atuando de forma mais integrada e coletiva.

     

    (CCom) O Brasil tem cinco Copas do Mundo e nenhum prêmio Nobel. Não temos capacidade para tal? Onde erramos?

    (Ildeu) Acho que usar o indicador de se ter ou não prêmio Nobel (PN) é uma visão parcial para traduzir a capacidade científica de um país. É um prêmio evidentemente muito importante (em particular nas áreas de Física, Química, Medicina e Fisiologia); porém ficou um pouco defasado no tempo, porque a ciência mudou muito nos últimos 120 anos. Ela é um empreendimento cada vez mais coletivo e menos individualizado. Veja por exemplo como funcionam os grandes laboratórios de física e as cooperações em pesquisa no mundo inteiro, que envolvem muita gente. Uma pequena correção: temos um prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia que nasceu em Petrópolis, em 1915; foi educado, é verdade, na Inglaterra, para onde foi quando era ainda criança, mas com o dinheiro dos cariocas que compravam objetos na Ótica Inglesa, propriedade de seu pai por décadas. No Museu Nobel em Estocolmo está escrito: Peter Brian Medawar, nascido no Rio de Janeiro (erradamente porque foi em Petrópolis). Foi um extraordinário cientista, escritor e divulgador da ciência. Também tivemos brasileiros premiados no Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC, há alguns anos. Tivemos outros indicados com méritos para receber o PN, com certeza, como foi o caso de Cesar Lattes e Carlos Chagas, mas fatores diversos não o permitiram. E o Artur Ávila, que estudou na UFRJ, é Medalha Fields de matemática.

    Para contestar um pouco mais a “síndrome do Prêmio Nobel”: quantos PN tem a China, hoje o segundo país do mundo em avanço científico e caminhando celeremente para ultrapassar os EUA? Apenas seis, ou seja, muito menos que a Austrália ou a Polônia. A Coreia do Sul tem apenas um PN, e da Paz. Não acho que seja um indicador preciso de avanço científico, embora retrate certamente contribuições individuais extremamente expressivas. Até a II Guerra Mundial fazia até mais sentido pelo tipo de produção da ciência existente. Mas como o PN mensura a ciência atualmente? A Argentina tem 5 (cinco) PN. Será que a ciência argentina é hoje tão melhor que a brasileira? Outra constatação: a Alemanha teve, até 1933, 38 (trinta e oito) PNs. Isto não impediu que o país fizesse uma escolha negacionista em vários aspectos, inclusive genocida, que levou milhões de pessoas à morte e à bancarrota do próprio país. Não vou mencionar os PNs da Paz e da Economia porque suas escolhas são particularmente eivadas de fatores ideológicos e políticos. Quem está crescendo enormemente na economia mundial? Vocês conhecem algum PN de economia que seja chinês ou coreano?

    Insisto que não quero diminuir a importância do Prêmio Nobel, mas apontar que, sendo um prêmio de destaque para cientistas individuais, é apenas um indicador parcial de avanço científico e deve ser considerado com um grão de sal ao se comparar a ciência dos países.

    Na comparação com a Copa do Mundo, é bom lembrar que o país tem (ou tinha) campos de futebol espalhados por todos os cantos de seu território, nas escolas, favelas, cidades do interior e vilarejos rurais. Mas quantas escolas e espaços equipados com bibliotecas, com laboratórios, com microscópios e lunetas, com computadores e internet, com professores bem preparados nós temos?

     

    (CCom) Como um teórico do Caos, o Brasil está perdido?

    (Ildeu) Não acho que esteja perdido, de nenhum modo. Tem um potencial imenso em sua gente, em sua natureza e em seu território. O futuro não está dado e a gente contribui decisivamente para a sua construção. Lembro-me da expressão famosa de Dennis Gabor, prêmio Nobel de Física de 1971, pela invenção e aperfeiçoamento da holografia; “o futuro não pode ser previsto, mas futuros podem ser inventados.” É isto, há muitos futuros que podem ser inventados/construídos. Qual se realizará nestas bandas, depende de nossa vontade e de nossas ações. Como mineiro, não posso deixar de registrar o que profetizou Carlos Drummond de Andrade na mesma linha gaboriana: “– Ó vida futura! Nós te criaremos.” Trabalhei, anos atrás, com aspectos da teoria de sistemas não lineares, casos não-integráveis, que recebeu a designação genérica de “teoria do caos”. Mas acho que as teorias físicas, mesmo que possam estimular algumas ideias e analogias, não dão, nem de longe, conta da complexidade dos fenômenos sociais, em particular da situação brasileira. A física trabalha com modelos simplificados, e este é uma das razões de seus êxitos preditivos, e a sociedade humana é um sistema hipercomplexo. Com nossa mistura de culturas, de dominações, de violência, de explorações as mais diversas, com nossa diversidade e com a história multifacetada do país, talvez nem uma TGZ – Teoria Geral da Zorra – dê conta. Mas, nesta veia humorística, talvez seja bom relembrar o Barão de Itararé: “O Brasil é feito por nós. Está na hora de desatar esses nós.”

    A entrevista continua na página 2.

  5. Processo seletivo – Mestrado Profissional em Ensino de Física – turma 2021

    01/12/2020

    Encontram-se abertas (até dia 05/01/2021) as inscrições para o processo seletivo para ingresso no Mestrado Profissional em Ensino de Física do Instituto de Física da UFRJ.

    Na página do programa (www.if.ufrj.br/pef) podem ser encontradas informações sobre as disciplinas, as dissertações já apresentadas, os professores e outras. Também neste site está o edital do processo seletivo, que também pode ser acessado neste link.

    São 14 vagas: 10 de ampla concorrência, 2 reservadas para candidatas de sexo feminino e 2 reservadas para candidatos que se autodeclarem pretos ou pardos.

  6. Experimento CONNIE recebe destaque na revista Symmetry

    16/10/2020

    Experimento CONNIE recebe destaque na revista Symmetry

    O experimento CONNIE, que conta com grande participação brasileira e de pesquisadoras e alunos do Laboratório de Física de Partículas Elementares (LAPE) do Instituto de Física da UFRJ, foi destaque em matéria da revista Symmetry [1]. Uma colaboração das Américas, o experimento tem como objetivo observar as primeiras detecções de espalhamento coerente de neutrinos de baixa energia em núcleos de silício e buscar por física além do modelo padrão.

    A colaboração internacional conta com cerca de trinta físicos e engenheiros, incluindo as professoras do IF-UFRJ Carla Bonifazi e Irina Nasteva. O projeto foi idealizado pelo físico Juan Estrada, do Fermilab, em 2010 e instalado no laboratório adjacente ao reator Angra 2 em dezembro de 2014 [2], aproveitando o reator como fonte abundante de neutrinos. Após cinco anos de desenvolvimento no local, CONNIE agora atingiu o estágio em que pode ser operado continuamente e totalmente remotamente.

    O detector de CONNIE contém 14 CCDs (sigla em ingês para dispositivos de carga acoplada), sensores de silício muito utilizados na astronomia que recentemente tiveram aplicação também na busca pela detecção de matéria escura e, agora, neutrinos. A detecção ocorreria por meio de um processo elusivo chamado espalhamento elástico coerente do neutrino no núcleo, no qual neutrinos de baixa energia podem rebater diretamente nos núcleos dos átomos da matéria, gerando um pequeno recuo dos núcleos. Para observar esse processo delicado, é necessário atingir níveis de ruído muito baixos nos detectores e ter excelente conhecimento da contaminação de fundo devida à radioatividade natural e raios cósmicos. 

    “A estratégia de análise é reator ligado menos reator desligado, subtraindo a contribuição do fundo, e a hipótese que você está fazendo é que o fundo não muda com o tempo”, diz Carla Bonifazi, física e professora da UFRJ, que lidera o experimento localmente. 

    Embora o processo de detecção ainda não tenha revelado os neutrinos do reator, os pesquisadores estão cada vez mais atentos aos desafios. Com os resultados da última análise em 2019 [3], CONNIE foi sensível o suficiente para obter um limite da taxa de neutrinos de ~40 vezes as interações previstas pelo modelo padrão. Mas isto foi suficiente para colocar o melhor limite mundial [4] a alguns modelos de interações não padrão dos neutrinos mediadas por novas partículas, os quais predizem que os neutrinos interagem muito mais com a matéria do que esperado atualmente.

    Agora, a colaboração pretende atualizar o detector com uma nova geração tecnológica de CCDs, chamados skipper CCDs, os quais conseguem medir com precisão até a carga minúscula de um único elétron. Neste upgrade, previsto para 2021, os pesquisadores esperam detectar finalmente os neutrinos do reator de Angra por meio do processo de espalhamento coerente.

    “Fica claro que CONNIE é o experimento de física de partículas mais significativo no Brasil”, diz Bonifazi. “Isso nos coloca na linha de frente do conhecimento.”

     

    [1] CONNIE gets closer to picturing reactor neutrinos, Symmetry Magazine, https://www.symmetrymagazine.org/article/connie-gets-closer-to-picturing-reactor-neutrinos

    [2] Results of the engineering run of the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment (CONNIE), CONNIE collaboration, JINST 11 (2016) P07024, https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/11/07/P07024 

    [3] Exploring low-energy neutrino physics with the Coherent Neutrino Nucleus Interaction Experiment, CONNIE collaboration, Phys. Rev. D 100 (2020) 092005, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.092005 

    [4] Search for light mediators in the low-energy data of the CONNIE reactor neutrino experiment, CONNIE collaboration, JHEP 04 (2020) 54, https://doi.org/10.1007/JHEP04(2020)054

  7. Evento discute a detecção de partículas misteriosas: Neutrinos e Matéria escura

    26/07/2018

    A matéria escura e os neutrinos estão entre as partículas mais enigmáticas da natureza. Os neutrinos foram descobertos há décadas, mas algumas de suas propriedades não se encaixam muito bem na teoria padrão da física de partículas. Elas são as partículas conhecidas com massa mais abundante no cosmo e poderiam até elucidar por que o universo não tem a mesma quantidade de matéria do que de anti-matéria. Já a matéria escura foi teorizada também há décadas, mas nunca foi detectada. Sem a sua presença, as teorias mais aceitas para descrever o universo caem por terra.

    Essas duas partículas compartilham o fato de serem difíceis de detectar, dada sua baixa interação com a matéria ordinária. Existe hoje um grande esforço teórico e experimental nessas duas áreas, que provavelmente levará à elaboração de novas teorias físicas. E um dos caminhos mais promissores para isso é a realização de grandes experimentos para detectar e medir essas partículas.

    Os neutrinos e a matéria escura têm muitas conexões, tanto em relação às suas possíveis propriedades físicas quanto aos seus métodos de detecção. Elas são o foco de alguns dos ramos de maior interesse na pesquisa em física da atualidade. No entanto, esses temas são ainda pouco estudados no Brasil ? mesmo nos cursos de pós-graduação em física, especialmente no que se refere aos seus métodos de detecção. Embora exista participação brasileira em experimentos de neutrinos ? inclusive há dois em solo brasileiro ? e de matéria escura, essa participação ainda é tímida em nível mundial.

    Escola dedicada

    Tendo em vista esse cenário, está sendo realizada, pela primeira vez, uma escola dedicada à detecção desses dois tipos de partículas: School and Workshop on Dark Matter and Neutrino Detection, que começa hoje (23/07) e se estende até 3 de agosto próximo. O evento acontece no International Center for Theoretical Physics?South American Institute for Fundamental Research (ICTP-SAIFR), em São Paulo (SP).

    A escola trará pesquisadores brasileiros e estrangeiros de renome internacional que abordarão esses dois temas de forma integrada, aliando teoria e experimento. Essa é uma característica fundamental e inovadora da escola, que terá sua primeira semana dedicada à fundamentação teórica, e a segunda, aos métodos de detecção e aos experimentos associados, tanto em andamento quanto em construção ou planejamento.

    O objetivo da escola é dar uma base aos participantes no que se refere aos neutrinos e à matéria escura, resumindo o estado da arte do conhecimento nesses campos e apontando as grandes questões atuais que motivam o trabalho teórico e experimental nessas linhas. Além das palestras, a escola terá sessões práticas, nas quais os participantes farão atividades em interação com os pesquisadores, e sessões de discussão, em que os alunos poderão dialogar mais diretamente com os professores.

    Na segunda semana, os alunos terão quatro horas de trabalho experimental ? na linha ‘mão na massa’ ? em pequenos grupos. Cada dia, o grupo trabalhará em um experimento diferente, ilustrando técnicas usadas nos grandes projetos de pesquisa, de modo que, ao final da escola, o participante terá realizado cinco experimentos completos. Também haverá sessões de pôsteres, nas quais os alunos apresentarão seus trabalhos.

    Além do CBPF e da UFRJ, a escola é organizada pelo Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual de São Paulo, pela Universidade de São Paulo e Universidade Federal de Goiás.

    Novas gerações

    A escola tem um intuito nada modesto: contribuir para motivar e formar uma nova geração de físicos no Brasil e na América Latina para atuar nos temas de matéria escura e neutrinos. Ou seja, experimentais com boa base teórica e teóricos com boa base experimental.

    Dessa forma, ela pretende ajudar a quebrar uma divisão ? bastante marcada no Brasil e na América Latina ? entre trabalho teórico e experimental. A finalidade não é que todos os participantes acabem atuando nessas áreas, mas que terminem a escola com uma visão geral desses assuntos importantes para a física contemporânea.

    Outro objetivo da escola é aumentar a participação brasileira e da América Latina na física de neutrinos e da matéria escura ? especialmente, na área experimental. Com relação aos neutrinos, o Brasil já participa de diversos experimentos nessa área e tem pesquisadores atuando no tema, mas ainda são poucos e estão concentrados geograficamente.

    Portanto, é importante buscar uma participação mais ampla, com foco em experimentos futuros. Já os grupos de pesquisa em matéria escura estão em expansão. Porém, são ainda pouco numerosos no Brasil.

    Lugar ideal

    Buscar partículas que interagem fracamente com a matéria ordinária ? como neutrinos e matéria escura ? requer se isolar o máximo possível das outras partículas conhecidas que atrapalhariam a detecção (elétrons, nêutrons, múons etc.). O problema é que somos bombardeados o tempo todo por essas outras partículas provenientes do espaço.

    A saída para a maioria dos experimentos é ficar protegido dessa radiação cósmica por enormes camadas de rocha. Assim, a maioria dos experimentos de matéria escura e neutrinos opera em laboratórios instalados em minas muito profundas ou túneis debaixo de elevadas montanhas.

    No entanto, não existe ainda um laboratório com essas características no hemisfério Sul. Há diversas razões físicas para termos detectores operando neste hemisfério. Inclusive, uma detecção de matéria escura no Norte dificilmente convenceria a comunidade científica sem uma detecção análoga no Sul. Isso se deve ao fato de que, com detecções nos dois hemisférios, efeitos sazonais poderiam seriam facilmente separados de um sinal de matéria escura.

    Há alguns anos, surgiu uma oportunidade única para construir um laboratório subterrâneo em um túnel que irá conectar a Argentina ao Chile sob a cordilheira dos Andes: o túnel de Agua Negra. Graças à mobilização dos físicos, já está previsto nos planos da construção do túnel ? que está prestes a começar ? a instalação de um grande laboratório internacional, o Agua Negra Deep Experiment Site (ANDES).

    Ainda será preciso obter recursos e planejar as enormes cavidades na rocha para abrigar um laboratório cheio de experimentos. No entanto, esse será, sem duvida, o local ideal para instalar os primeiros grandes detectores de neutrinos e de matéria escura no hemisfério Sul ? de fato, esses experimentos serão as joias desse laboratório subterrâneo.

    Aproveitando a realização da escola, será realizado logo a seguir (de 4 a 6 de agosto) o Sixth International ICTP-SAIFR/CLAF Workshop for the Design of the ANDES Underground Laboratory.

    Nessa oficina, será apresentada a situação atual do ANDES e serão discutidas não só propostas científicas, mas também a dinâmica da colaboração internacional que está sendo montada para gerenciar o projeto. Será uma oportunidade única para buscar um maior envolvimento brasileiro em todos os níveis do projeto, desde a gerência e construção do laboratório à construção de novos experimentos e à exploração de seu potencial científico.

    Dupla função

    O ICTP-SAIFR foi pioneiro na realização de atividades (workshops e escola) na área de matéria escura. Essa foi uma das motivações para a escolha dessa instituição como sede do evento ? além de todo apoio e infraestrutura que ela oferece. No entanto, é a primeira vez que se realiza um evento com esse forte componente experimental, tanto nos cursos e nas palestras quanto em relação a equipamentos reais com os quais os participantes irão interagir.

    Em resumo, a escola tem a dupla função: introduzir o tema neutrinos e matéria escura, bem como expor alunos a grandes experimentos da área, com a oportunidade de fazer atividades experimentais didáticas no laboratório.

    Esperamos que eles saiam da escola tão motivados quanto os membros da crescente comunidade que fazem pesquisa nessas áreas. Que sejam uma nova geração a contribuir com esse esforço global e que possam fazer novas descobertas.

    Carla Bonifazi (IF-UFRJ) e Martín Makler (CBPF)

    Mais informações:

    A escola (em inglês): http://www.ictp-saifr.org/school-on-dark-matter-and-neutrino-detection/

    Andes (em inglês): http://www.ictp-saifr.org/sixth-international-workshop-for-the-design-of-the-andes-underground-laboratory/

  8. Estranheza quântica altera relações básicas de causa e efeito

    16/04/2018

    Trabalho conjunto entre Brasil e Itália, publicado no prestigioso jornal Nature Physics, demonstra efeitos quânticos inesperados no cenário mais simples em inferência causal.

              Porque é que os fenômenos naturais acontecem? Porque a Natureza se comporta da maneira que nós a observamos? Estas estão entre as questões mais fundamentais da ciência e da filosofia. Se somos capazes de intervir num dado sistema, podemos modifica-lo, observar os efeitos resultantes de tal modificação, e à partir destes efeitos, inferir relações de causa e efeito. Entretanto, muito frequentemente, intervenções não são possíveis e podemos somente observar passivamente. E para complicar ainda mais, tipicamente nem todas as causas de um certo efeito serão acessíveis, quer dizer, existem fatores relevantes escondidos de nossa observação empírica. Notavelmente, mesmo assim, ainda é possível descobrir as relações causais entre eventos correlacionados se a explicação causal –quer dizer, o modelo causal– contiver um tipo especial de variável chamada de instrumento. A estrutura causal instrumental é a mais simples com a propriedade de que influências causais podem ser detectadas mesmo na presença de variáveis ocultas e sem intervenções, isto é, somente a partir de observações passivas. Isto faz com que esta estrutura seja crucial para o campo da inferência causal, com aplicações desde testes clínicos randomizados e até mesmo econometria. Com este objetivo, é fundamental se garantir que nós temos um bom instrumento respeitando restrições fundamentais conhecidas como desigualdades instrumentais. Se sabe que todo modelo causal instrumental clássico satisfaz restrições fundamentais conhecidas como desigualdades instrumentais. Até o presente trabalho, se acreditava que a violação de tais desigualdades era prova conclusiva de que o modelo causal subjacente não era instrumental. Por este motivo, as desigualdades instrumentais são usadas como teste contra “instrumentos ruins”. Desafiando este paradigma bem estabelecido, uma jovem equipe de pesquisadores mostrou que a presença de emaranhamento quântico em modelos causais instrumentais pode de certa forma falsificar influências causais e também levar à violação de desigualdades instrumentais, algo impossível dentro da física clássica.

    Os professores baseados no Brasil, Rafael Chaves, do Instituto Internacional de Física em Natal, e Leandro Aolita, do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro, juntamente com um time baseado na Itália e coordenado pelo Prof. Fabio Sciarrino, da Universidade Sapienza em Roma, estudaram modelos causais instrumentais quânticos. Neles, a causa comum (não diretamente observável) entre dois eventos apresenta emaranhamento quântico. O emaranhamento é possivelmente a propriedade mais contra-intuitiva da mecânica quântica, sendo responsável pela infame “ação fantasmagórica à distância”, tal como Einstein e colaboradores costumavam chamá-lo. Os pesquisadores brasileiros previram teoricamente que o emaranhamento pode não somente aumentar a capacidade descritiva de modelos instrumentais mas até mesmo levar à violações de desigualdades instrumentais, fato que foi posteriormente confirmado experimentalmente pelo time italiano. Esta descoberta sacode pilares fundamentais sobre os quais a teoria clássica de inferência causal é construída. Além disso, ela é relevante também para os fundamentos da própria teoria quântica, já que o cenário instrumental é mais simples que o paradigmático cenário de Bell usado rotineiramente para observar discrepâncias entre as predições clássica e quântica. De fato, a estrutura causal instrumental é a mais simples na qual uma separação entre as predições clássicas e quânticas é possível, tal como provado agora pela equipe.

    Em cenários de Bell, os testes de não classicalidade exigem que as partes envolvidas estejam espacialmente separadas, ou seja, de modo tal que o período de tempo entre os eventos de medição em ambos os laboratórios seja menor que o que levaria a luz para viajar de um laboratório ao outro. Isso constitui um grande desafio experimental. Em contraste, no cenário instrumental, influências causais diretas de uma parte para a outra não são proibidas. No experimento, essas influências foram implementadas por um canal de comunicação que permitiu que a escolha de medição da segunda parte dependesse do resultado de medição registrado pela primeira (um mecanismo conhecido como “feedforward de informação”). As medições foram feitas em pares de fótons emaranhados pelo time em Roma. Os experimentais adiaram a detecção do primeiro fóton em relação ao segundo através de uma fibra óptica longa, deixando assim tempo suficiente para que a segunda medição fosse modificada dependendo do  resultado da primeira medição. Essa adaptação de medição exigiu um dispositivo rápido para a troca no tipo de medição do segundo aparelho. Do ponto de vista experimental, este mecanismo de comunicação de resultados de medida é uma característica não trivial ausente em experimentos anteriores e que é interessante por si próprio. Além do Prof. Fabio Sciarrino, a equipe romana do Laboratório de Informação Quântica da Universidade da Sapienza em Roma foi composta pelos estudantes de doutorado Gonzalo Carvacho e Iris Agresti, o estudante de mestrado Valerio Di Giulio e o técnico Sandro Giacomini.

    Além de sua relevância fundamental, os resultados também poderiam encontrar aplicações em processamento de informação. Isto se deve ao fato de que as violações quânticas de desigualdades instrumentais definem uma nova forma de não-localidade quântica, mais forte que modelos não-locais de variáveis ocultas que incluem comunicação unidirecional de resultados de medição entre as partes envolvidas. Isto pode ser relevante, por exemplo, em protocolos criptográficos e de geração de aleatoriedade sem o requerimento experimental de separação espacial grande. Uma nova área de pesquisa, tanto teórica quanto experimental, se abre em um cenário relativamente simples.

    Por fim, é importante ressaltar que esta pesquisa foi realizada durante o pior corte em financiamento de ciência na história recente do Brasil, com vários pesquisadores brilhantes deixando o país pela falta de condições básicas para o prosseguimento de suas pesquisas. Neste sentido, a colaboração com o time experimental italiano foi crucial. Esta é uma história de sucesso em tempos muito difíceis, que mostra que ainda é possível produzir ciência do mais alto nível no Brasil desde que os recursos básicos necessários sejam dados. Infelizmente, o governo Brasileiro propõe um corte ainda mais profundo no orçamento para a ciência. Se a situação não mudar, histórias de sucesso como a dessa pesquisa estão em sério perigo.

  9. A medida mais precisa sobre antimatéria

    05/04/2018

    A medida mais precisa e acurada sobre antimatéria acaba de ser publicada em artigo da Colaboração ALPHA do CERN na revista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-018-0017-2). A medida da frequência na transição 1S-2S em antihidrogênio, num salto da camada “K” para a camada “L”, excitada por um laser ultrapreciso referenciado ao relógio atômico foi realizada com acurácia de 2 partes por trilhão. Essa medida com 12 algarismos significativos adentra um regime inexplorado na comparação entre matéria e antimatéria, onde surpresas podem se revelar. À partir dessa precisão, possíveis discrepâncias entre matéria e antimatéria não contrariaram experimentos prévios que chegaram a 11 algarismos e níveis maiores de energia. Uma possível assimetria entre matéria e antimatéria daria luz na explicação de um dos maiores mistérios da física: porque o Universo contém somente material primordial e não antimatéria ou igual quantidades de ambas. A comparação entre matéria e antimatéria testa a simetria fundamental da física de Carga-Paridade-Tempo (CPT) que é base do Modelo Padrão da Física, o contexto onde são organizadas as partículas fundamentais e suas interações.

    O feito é a coroação de 20 anos de trabalho, começando na colaboração ATHENA que produziu os primeiros anti-átomos de hidrogênio, seguindo na colaboração ALPHA onde foi realizado o primeiro aprisionamento e a primeira excitação a laser do antihidrogênio publicado na Nature em 2017.  Esses experimentos baseados na espectroscopia a laser contaram com a participação e know-how fundamental do grupo brasileiro no ALPHA. O prof. Cláudio Lenz Cesar realizou essas medidas há 20 anos com hidrogênio aprisionado no MIT. Uma série de conhecimentos muito técnicos e específicos como servo-sistemas e tratamento fotoquímico dos espelhos, que foi fundamental para os resultados de 2017, quanto detalhes da teoria da forma da linha espectral foram trazidos a esse experimento. Para os recentes resultados, a cavidade ótica criogênica – essencial para aumentar a potência do laser para excitação dos átomos – foi totalmente desenvolvida pelo grupo brasileiro. Trata-se de uma contribuição fundamental sem a qual essa medida não poderia ter sido realizada em 2017. O grupo de brasileiros no ALPHA se constitui dos Profs. Cláudio Lenz Cesar, Daniel de Miranda Silveira e Rodrigo Lage Sacramento, e Bruno Ximenez Alvez que está finalizando seu doutorado no experimento ALPHA e operou o experimento e sistema de laser para essas medidas. Daniel Silveira foi coordenador de algumas rodadas experimentais para esse dados, e Rodrigo Sacramento foi – durante parte de seu doutorado sandwiche – responsável pelo comissionamento do equipamento principal do experimento: o criostato e armadilha magnética do ALPHA. No desenvolvimento da cavidade ótica criogênica, publicada no jornal Review of Scientic Instruments, o pesquisador do INMETRO Álvaro Nunes de Oliveira e os alunos de graduação Lucas da Silva Moreira da UFRJ e  Lawson Kosulic do MIT,  bem como os Profs. Wania Wolff e Victor Brasil foram fundamentais.

    Esse feito histórico representa um excelente exemplo de pesquisas em Física Fundamental na área de Altas Energias em colaboração científica internacional com componente de tecnologia desenvolvida no Brasil. Esse grupo brasileiro tem tido apoio parcial de instituições como CNPq, FAPERJ, FINEP e da Rede Nacional de Física de Altas Energias. Esse experimento foi realizado no Desacelerador de Antiprotons (AD) no CERN, onde todos os outros grupos competidores também se concentram, pois é a única infraestrutura no mundo capaz e dedicada a esse tipo de pesquisa. O grupo brasileiro busca agora recursos para instalar no CERN a técnica “MISu” desenvolvida na UFRJ para poder aprisionar hidrogênio na mesma armadilha do antihidrogênio, o que vai possibilitar chegar a comparações de 14, 15 ou 16 algarismos significativos. Será que a natureza vai confirmar essa simetria entre matéria e antimatéria, ou vai nos mostrar uma surpresa abrindo todo um novo leque de fenômenos e teoria física? Será que o relógio de antimatéria faz tic-tac na mesma frequência que o de matéria no campo gravitacional? Será que o anti-átomo cai sob ação da gravidade com a mesma aceleração que o átomo? São perguntas fundamentais que agora podem ser respondidas com altíssima precisão, no caso da espectroscopia a laser, e precisão incremental no caso da medida balística da aceleração de gravidade!

    Link para PodCast: http://multimidia.ufrgs.br/conteudo/frontdaciencia/Fronteiras_da_Ciencia-T09E05-Antimateria-02.04.2018.mp3

  10. Forças de Casimir e Van der Waals em Dispositivos Nano-Optomecânicos

    22/02/2018

    Sistemas nano-opticomecânicos, tais como sensores e atuadores nano-ópticos de alta precisão, tem desempenhado um papel cada vez mais relevante em aplicações científicas e tecnológicas. A dinâmica desses sistemas é frequentemente dominada pelas forças ópticas, mas há muitos casos em que as partes do objeto estão tão próximas que as forças de dispersão passam a desempenhar um papel considerável, podendo inclusive comprometer o funcionamento do objeto irremediavelmente. Em um artigo publicado na revista Nanoscale, o professor do IF-UFRJ Felipe Rosa, junto com colegas do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, estudou como as paredes de um nano-guia de onda se deformam sob a ação de forças ópticas e dispersivas, com foco nas condições de estabilidade do guia. Mostrou-se que as forças dispersivas podem promover um colapso do guia mesmo na ausência de qualquer radiação propagante, e que as não-linearidades mecânicas são importantes na prevenção de colapsos.