Em artigo publicado na revista Nature em 03 de agosto, a Colaboração ALPHA no CERN (Centro Europeu de Física de Partículas) descreve a primeira medida da constante de estrutura hiperfina do átomo de antihidrogênio. A estrutura hiperfina do átomo de hidrogênio dá a grandeza da interação magnética do núcleo (próton no caso de hidrogênio ou antipróton no caso de antihidrogênio) com o elétron (ou pósitron no caso do anti-átomo). Em hidrogênio, na ausência de campos magnéticos ela é responsável pela abundante radiação de microondas emitida nos meios interstelares em 21 cm, ou 1,4 GHz.  Na presença de campo magnético a energia (ou frequência) da transição depende do campo magnético onde o átomo se situa. Com o recente aprisionamento magnético de anti-hidrogênio a Colaboração ALPHA começou um programa de medidas de alta precisão no anti-átomo para testar uma teoria básica da Física que prevê que o anti-átomo deve ser idêntico ao átomo. Embora a armadilha magnética tenha um campo que varia no espaço, uma garrafa magnética, a Colaboração explorou o fato de que há um campo mínimo por onde os átomos podem passar, e assim, há um valor mínimo de frequência onde os átomos começam a interagir com as microondas. Realizando a medida de duas diferentes configurações de spin a colaboração obteve a medida da constante hiperfina do antihidrogênio em 4 partes em 10000, compatível com o valor em hidrogênio. O grupo, de 54 cientistas e que conta com 4 brasileiros sendo 3 professores do Instituto de Física – Profs. Cláudio Lenz Cesar, Rodrigo Lage Sacramento e Daniel de Miranda Silveira – parte agora em 2017 para uma medida do espectro ótico do antihidrogênio na região do ultravioleta, em 243 nm, onde espera obter uma medida da frequência com 12 algarismos significativos. Para realizar essa transição ótica é necessário o aumento da potencia do laser numa cavidade ótica ressonante que foi idealizada e construída pelo grupo brasileiro. Em 12 casas decimais na comparação de antihidrogênio com hidrogênio  abre-se a possibilidade de observação de uma possível assimetria entre matéria e antimatéria. Essa jornada busca  entender um dos maiores mistérios da Física: por que o Universo não contém antimatéria primordial. Se o antihidrogênio vai  nos mostrar medidas iguais à do hidrogênio nos próximos avanços desse grupo, só a natureza pode responder. Para realizar medidas de mais alta precisão o grupo brasileiro desenvolve a técnica necessária para o aprisionamento de hidrogênio na mesma armadilha que o antihidrogênio. Se as medidas derem diferentes, mesmo que somente em 13,  14 ou 15 casas decimais, isso representaria uma revolução na Física. Se as medidas forem compatíveis, continua o mistério: qual o fim da antimatéria primordial e como sobrou tanta matéria!?

Na eletrodinâmica quântica, o vácuo quântico é o estado de mais baixa energia do campo eletromagnético. O vácuo exibe flutuações quânticas de ponto zero, relacionadas ao princípio da incerteza de Heisenberg, que dão origem a uma força de interação entre superfícies materiais muito próximas. Este efeito foi previsto pelo físico holandês Hendrik Casimir em 1948. Como exemplo, Casimir derivou a força de atração entre duas superfícies metálicas planas paralelas.

Desde então, várias demonstrações experimentais da força de Casimir foram realizadas. Nos experimentos mais precisos, uma das superfícies planas é substituída por uma superfície esférica, de forma a evitar erros sistemáticos relacionados à ausência de paralelismo entre as superfícies em interação. Até o presente, a análise teórica dos resultados experimentais se restringiu ao uso da aproximação de força de proximidade, em que o resultado para a geometria plano-esfera é obtido a partir da expressão para planos paralelos tomando uma média sobre a distância local.

Resultados exatos para condições experimentais típicas foram publicados recentemente na revista Physical Review Letters, com destaque dos editores da revista. O trabalho foi realizado pelos pesquisadores Michael Hartman e Gert-Ludwig Ingold da Universidade de Augsburg, e Paulo A. Maia Neto do Instituto de Física da UFRJ, no quadro de um projeto CAPES-Probral-DAAD de colaboração internacional Brasil-Alemanha. Os resultados apresentados sugerem uma nova direção para o debate sobre o papel da dissipação ôhmica no efeito Casimir.

Para saber mais, veja a página da revista

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.043901

ou o banco de preprints arxiv

http://lanl.arxiv.org/abs/1705.04196

Resultados observacionais em astronomia, astrofísica e cosmologia  apresentam fortes evidências da existência de matéria escura.  A determinação da identidade da matéria escura é um dos mais importantes problemas da física contemporânea.  Um candidato para a matéria escura são os “fótons escuros”, partículas similares aos fótons comuns que compõem a luz e que podem ser absorvidos por elétrons em semicondutores como o silício.  Em artigo publicado dia 7 de Abril (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.141803) pesquisadores do experimento DAMIC (Dark Matter in CCDs)  apresentam os resultados da procura por estes fótons escuros em um experimento usando CCDs (“charged coupled detectors”)  muito semelhantes aos que existem em celulares e que são feitos de silício.  O experimento foi realizado numa mina a 2000 metros embaixo da superfície da Terra no Canadá (para filtrar os raios cósmicos).   O artigo apresenta os melhores vínculos  medidos diretamente sobre os fótons escuros de massa entre 3 e 12 eV.  Adicionalmente, um dos aspectos mais interessantes do artigo é a possibilidade de detecção de sinais de ionização minúsculos.   Do Instituto de Física participaram o professor João Torres de Mello Neto, o pós-doutorando Diego Torres e os doutorandos Xiaohao You e Victor Braga Mello em colaboração com cerca de trinta colegas de doze  instituições em sete países que compõem a colaboração DAMIC.  Diante do sucesso da técnica experimental está em andamento a ampliação do detector para torná-lo ainda mais sensível à matéria escura. 

O artigo recém publicado no American Journal of Physics, “Is the tautochrone curve unique?”, assunto da dissertação de mestrado em ensino de física de Pedro Terra, orientado por Carlos Farina e Reinaldo Mello e Souza, está anunciado pelos editores da revista como um dos mais lidos.

O prof. Hercílio Pereira Cordova, aluno do Mestrado Profissional em Ensino de Física do IF-UFRJ (defendeu sua dissertação no dia 7/11/2016), foi agraciado no III Prêmio de Educação Científica – Ensino Médio – Física pelo projeto “Estudo das condições térmicas da sala de aula”.

O projeto foi desenvolvido no Colégio Estadual Pro
fessor José de Souza Marques, com uma turma de 2o ano do ensino médio. Os estudantes realizaram medidas sobre as variáveis temperatura, umidade de ar e velocidade do ar utilizando “kit térmico” composto por uma placa Arduíno e sensores, durante um período de tempo, e a partir dos resultados obtidos por eles discutiram as condições térmicas na sala de aula.

O Prêmio de Educação Científica é uma iniciativa da BG Brasil, subsidiária da Royal Dutch Shell plc., em parceria com a Secretaria Estadual de Educação do Rio de Janeiro.

http://www.premiodeeducacaocientifica.com/

A premiação 2016 ocorrerá no dia 15/12, no Museu do Amanhã.

Observação de correlações de spin e carga em átomos ultrafrios armadilhados em redes óticas

A compreensão da Supercondutividade de Altas Temperaturas é uma das grandes questões em aberto na Física atualmente. Fortes correlações eletrônicas exercem um papel fundamental nestes sistemas e átomos ultrafrios em redes óticas vem sendo usados para emular em laboratório sistemas onde estas fortes correlações podem ser estudadas de maneira controlada.

Em experimento recente realizado no Center for Ultracold Atoms do MIT um microscópio fermiônico foi montado: nele as posições individuais de  átomos fermiônicos de Potássio em dois estados hiperfinos diferentes foi medida. Estes átomos são armadilhados em uma rede ótica bidimensional a temperaturas na faixa de nanoKelvin. Foi possível medir in-situ as correlações de spin e carga  ao longo de  toda a armadilha. Nas regiões com baixa densidade de átomos  ocorre o antibunching de férmions devido a supressão de Pauli e às correlações.  Nas regiões com aproximadamente um átomo por sítio ocorre o bunching de momentos locais e a formação de correlações antiferromagnéticas.

A parte experimental deste trabalho foi realizada no MIT, no laboratório do prof. Martin Zwirlein e a teoria foi feita pelos profs. Ehsan Khatami da San Jose State University, Marcos Rigol da Pennsylvania State University, Nandini Trivedi da Ohio State University e pela professora Thereza Paiva do Instituto de Física da UFRJ.

O trabalho completo, publicado em setembro de 2016 na Science pode ser lido aqui

http://science.sciencemag.org/content/353/6305/1260

Observation of spatial charge and spin correlations in the 2D Fermi-Hubbard model

Lawrence W. Cheuk, Matthew A. Nichols, Katherine R. Lawrence, Melih Okan, Hao Zhang, Ehsan Khatami, Nandini Trivedi, Thereza Paiva, Marcos Rigol, Martin W. Zwierlein

A FAPERJ divulgou a lista de projetos contemplados no Programa  “Apoio à manutenção de equipamentos multiusuários – 2016”. O IF receberá recursos para reparos ao PPMS (coordenado pelo Prof. Luis Ghivelder), à liquefatora de He (coordenado pelo Prof. Miguel Novak), ao microscópio de força atômica (coordenado pela Profa. Patrícia Lustosa, da PUC, em colaboração com Profs. Benjamin Rache Salles e Maurício Pamplona Pires), assim como recursos para a traNsferência de seus equipamentos multiusuários para o novo prédio da Física, sob coordenação do Prof. Eduardo Montenegro.

Foram também agraciados com bolsas de Pós-Doutorado Nota 10 diversos jovens cientistas da nossa instituição. Entre eles estão Diego Torres Machado, Francisco Culchac, Márcio Taddei, Reinaldo de Melo e Souza e Shyam Sudar.

Parabéns a todos os contemplados!