Destaques IF

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

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. […]

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Estranheza quântica altera relações básicas de causa e efeito

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 […]

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A medida mais precisa sobre antimatéria

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 […]

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

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.

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Colaboração Pierre Auger ganha o prêmio Physics World Top Ten Breakthroughs of 2017

A Colaboração Pierre Auger ganha o prêmio da physicsworld.com: “Para a colaboração do Observatório Pierre Auger por mostrar que os raios cósmicos de ultra-alta energia vêm de fora da Via Láctea”. Este trabalho que estuda a distribuição da direção de chegada dos raios cósmicos mais energéticos da natureza (com com energias um milhão de vezes maiores do que os prótons acelerados no Grande Colisor de Hádrons no CERN) foi publicado na revista Science no 22 de setembro deste ano (doi: 10.1126/science.aan4338). Nele são reportadas evidências experimentais de que estas partículas ultra energéticas vêm de muito mais longe do que a nossa galáxia. Para isto foi comparado o fluxo de raios cósmicos vindos de uma metade do céu com aquele originário do lado oposto, mostrando que a essas energias a taxa média difere em cerca de 6% entre estas duas metades, sendo que o excesso aponta para uma região distante 120° do centro da galáxia. Desde a descoberta dos raios cósmicos ultra energéticos em 1960, muito se tem especulado acerca da origem galáctica ou extragaláctica destas partículas. O mistério de mais de meio século foi solucionado pelo Observatório Pierre Auger, na Argentina. A direção da anisotropia aponta para uma região do céu em que a distribuição de galáxias mostra uma densidade maior do que a média. Embora o resultado evidencie claramente a origem extragaláctica das partículas, o estudo não permite identificar individualmente as fontes. A direção da anisotropia aponta para uma área extensa no céu e não para uma região localizada e […]

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Pares de Cooper Fotônicos

O entendimento microscópico do estado supercondutor (fenômeno descoberto em 1911) teve início em 1956, com o trabalho de Leon Cooper demonstrando  a formação e pares ligados de elétrons em um metal no estado fundamental. A minúscula interação entre elétrons mediada por vibrações (fônons) virtuais neutraliza e ultrapassa a repulsão coulombiana, formando os chamados pares de Cooper.  Uma teoria para supercondutividade foi formulada no ano seguinte por Bardeen, o próprio Cooper e Schrieffer, conhecida como teoria BCS. Como a luz também interage com vibrações da matéria (como no efeito Raman), é plausível imaginar que pares de fótons possam interagir trocando uma vibração virtual do meio, formandos pares de fótons. De fato, um grupo de cientistas brasileiros, numa colaboração entre o IF da UFRJ e da UFMG, demonstrou que a demonstração BCS da formação de pares de Cooper é idêntica para pares de férmions (elétrons) ou  bósons (fótons). No trabalho, foi possível detectar pares de fótons de um laser de frequência ?0 que passam por um meio transparente (água, por exemplo), emergindo simultaneamente e com frequências desviadas para o vermelho (?0 – ?) e para o azul (?0 + ?). Quando ? não é um número inteiro de qualquer modo vibracional das moléculas do meio, o que se configura é que houve  troca de uma vibração virtual. Os professores André Saraiva, Reinaldo de Souza e Melo (da UFF, na época pos-doc na UFRJ), Marcelo Santos e Belita Koiller, junto ao grupo de pesquisa de Minas liderado por Carlos Monken e Ado Jório, mostrou ainda que […]

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Speckle de Onda de Matéria em um Fluido Quântico

Nas últimas décadas, progressos significativos têm sido alcançados na criação e na manipulação de ondas de matéria: observação da difração de Fresnel, realização de lasers de átomos, e investigação da ótica atômica não-linear são alguns exemplos nesta linha. Embora a propagação de ondas de matéria em potenciais desordenados tenha sido bastante investigada, poucos trabalhos estudaram a presença de desordem dentro das ondas de matéria. Neste estudo experimental, foi analisada a desordem impressa num condensado de Bose-Einstein (BEC). Foram reportados os resultados da comparação direta entre um condensado turbulento em expansão livre e a propagação de um padrão de speckle ótico. Obtiveram-se propriedades estatísticas notavelmente similares para ambos fenômenos. A função de correlação de segunda ordem e o comprimento de correlação típico de cada sistema foram usados para fundamentar as observações. Acredita-se que a analogia entre um gás quântico turbulento em expansão e a difração de um speckle ótico poderá contribuir a abrir um novo campo de pesquisa: a investigação do desordem nos estados quânticos da matéria. Este trabalho foi publicado na revista PNAS com o titulo “Matter wave speckle observed in an out-of-equilibrium quantum fluid” em Novembro 2017. Ele resultou de uma colaboração entre o grupo experimental do Prof. Vanderlei Bagnato (USP-São Carlos) e os Prof. François Impens (Instituto de Física da UFRJ) e Prof. Robin Kaiser (INLN de Nice, França) para a parte teórica. http://www.pnas.org/content/early/2017/11/09/1713693114.abstract A Figura mostra o perfil da função de correlação normalisada C^(2)(r)=g^(2)(r)-1 para um condensado de Bose-Einstein com o sem turbulência, para um feixe ótico coerente e para um speckle ótico.

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Desbalanço de spin em átomos frios fermiônicos em redes óticas

Aplicar campos magnéticos intensos à matéria pode dar origem a novos e inesperados fenômenos. Isto é particularmente verdade a temperaturas muito baixas, onde a natureza quântica das partículas em um material se torna importante e na presença de fortes interações entre as partículas. Em um artigo recente publicado na revista Science, o grupo experimental do Prof. Waseem Bakr de Princeton  com o suporte teórico de pesquisadores de Princeton, San Jose State University, Ohio State University, e da UFRJ estudou o comportamento de átomos em um cristal sintético nessas condições extremas: campos intensos, baixas temperaturas e fortes interações e encontrou um interessante comportamento magnético no sistema conhecido como  canted antiferromagnetism  (antiferromagnetismo inclinado). O trabalho teórico realizado na UFRJ foi feito pela Profa. Thereza Paiva. Os experimentos começam com o resfriamento de um gás de átomos de  Lítio a temperaturas de poucos nano Kelvins para chegar em um gás de Fermi degenerado. Os átomos estão em dois estados hiperfinos diferentes (chamados de spin para cima e spin para baixo) e são colocados em uma rede ótica e  com um desbalanço entre as populações.  Usando um microscópio de gás quântico de alta resolução foi possível imagear individualmente os átomos e estudar as mudanças nas correlações magnéticas com o desbanco de populações, equivalente a um campo magnético efetivo aplicado. Observou-se que, quando há um átomo por sítio da rede, as correlações magnéticas são maiores ao longo da direção perpendicular ao campo efetivo aplicado, formando o chamado canted antiferromagnet. A resposta magnética quando o sistema […]

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Origem Extragalática de Raios Cósmicos de Alta Energia

Mapa em coordenadas galácticas exibindo o fluxo de raios cósmicos com energias superiores a 8×1018 eV (~ 1,3 Joules). O centro da Via Láctea está na origem do sistema de coordenadas e o plano galáctico é representado pela linha pontilhada horizontal que passa pelo centro da figura. A cruz indica a direção do excesso de fluxo medido e as linhas cheias delimitam os contornos a 68% e 95% de nível de confiança. Em um trabalho publicado na revista Science em 22 de setembro, a Colaboração Pierre Auger reporta evidências observacionais de que raios cósmicos com energias um milhão de vezes maior do que a dos prótons acelerados no Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN vêm de muito mais longe do que da nossa galáxia. Desde a confirmação experimental da existência de raios cósmicos com energias da ordem e mesmo maior do que 1019 eV nos anos 1960, muito se tem especulado acerca da origem galáctica ou extragaláctica dessas partículas. O mistério de meio século foi solucionado estudando partículas cósmicas de energia média 1019 eV (~2 Joules) detectadas no maior observatório de raios cósmicos já construído, o Observatório Pierre Auger, na Argentina. A observação consiste em comparar o fluxo de raios cósmicos vindos de uma metade do céu com aquele originário do lado oposto. O recente resultado mostrou que a essas energias a taxa média de chegada de raios cósmicos é cerca de 6% maior para aqueles vindos de um lado do céu do que para os que vêm do […]

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Estrutura Hiperfina da Antimatéria

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 […]

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Força de Casimir entre plano e esfera

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

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Fótons escuros no experimento DAMIC

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. 

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Trabalho do Mestrado PEF é um dos mais lidos do American Journal of Physics

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.

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Transição 1s-2s no antihidrogênio

Colaboração ALPHA lança primeira luz (laser) sobre antimatéria! Em artigo publicado hoje (19/12/2016) na revista Nature (http://dx.doi.org/10.1038/nature21040) o grupo demonstra a primeira excitação de um anti-átomo com luz laser. A frequência da transição 1s-2s em antihidrogênio é compatível com a do hidrogênio em partes em 1010. Iniciar esse estudo de espectroscopia em alta resolução foi o objetivo inicial do grupo há 19 anos, que fez os primeiros átomos de antimatéria frios em 2002 (na colaboração então chamada ATHENA), e em 2010 realizou o primeiro aprisionamento desses.  Esse experimento teve participação fundamental de brasileiros da UFRJ, os profs. Claudio Lenz Cesar e Daniel de Miranda Silveira e os ex-alunos Rodrigo Lage Sacramento e Bruno Ximenez Alves. O grupo acredita que já em 2017 será possível obter um espectro completo nessa transição o que deve permitir uma comparação entre antihidrogênio e hidrogênio em partes em 1012 e além. Cabe ao futuro dizer até onde a simetria de CPT (que prevê uma equivalência entre matéria e antimatéria) vai se confirmar. Em breve essas medidas com antihidrogênio adentram precisão em medidas de energia nunca antes realizadas na comparação matéria X antimatéria. Uma falha em CPT poderia conter a explicação para um dos maiores mistérios da Física atual: a ausência de antimatéria primordial no Universo. O grupo brasileiro busca alunos interessados em participar dessa pesquisa.

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Mosaico IF

O Mosaico IF, dia de palestras do nosso instituto, está chegando (quinta, dia 15/12, de 8h50 às 17h00). Confira o cronograma e a lista de pôsteres que serão apresentados. Cronograma Sessão de Pôsteres Contamos com a presença de todos docentes e alunos !

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Estudante do Mestrado Profissional em Ensino é premiado no III Prêmio de Educação Científica

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.

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Correlações de spin e carga em redes óticas

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 […]

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Prêmio de Melhor Tese para Wilton Kort Kamp

A Tese de doutorado do Dr. Wilton Kort Kamp, orientada pelos professores Carlos Farina e Felipe Pinheiro (IF-UFRJ), foi agraciada com o Prêmio Capes de Tese 2016 da área de Astronomia e Física.   Na tese de Wilton Kort-Kamp  foram propostos mecanismos versáteis e realistas para moldar a interação entre radiação e matéria na nanoescala. Lá, se demonstra  ser possível controlar dispositivos de invisibilidade em metamateriais, propriedades radiativas de emissores quânticos, forças dispersivas e transporte de calor utilizando materiais nanoestruturados sob influência de agentes externos. O impacto das propriedades magneto-óticas do grafeno nas flutuações quânticas do campo eletromagnético também foi investigado.

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Projetos do IF Contemplados pela FAPERJ

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!

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Profa. Belita Koiller é a nova presidente da SBF

No dia 28 de julho assumiu a presidência da Sociedade Brasileira de Física a Profa. Belita Koiller. A professora era vice-presidente da sociedade, e durante sua gestão ajudou a fundar os “Destaques em Física”, seção do Boletim da SBF que tem recebido grande apoio e visibilidade por parte da comunidade. O presidente anterior, Prof. Ricardo Galvão da USP, se afasta para assumir a direção do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Com isso o conselho da SBF empossou a Profa. Belita, desejando-a as boas vindas na nota publicada aqui.

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Moléculas duplamente carregadas em ambientes astrofísicos

A formação dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) e PAHs metilados ocorre principalmente nos envoltórios de estrelas já nos estágios finais da sua evolução, na fase AGB (Assimptotic Giant Branch). Estas moléculas são submetidas a fótons provenientes da estrela central que induzem aos processos de ionização e dissociação. Estudou-se experimentalmente a interação da radiação síncrotron na faixa de raios-X moles com o composto tolueno (C6H5CH3), precursor de PAHs metilados. Espectros de massa revelaram a presença de íons duplamente ionizados tanto do próprio tolueno como de vários fragmentos contendo sete átomos de carbono. Cálculos Ab Initio elucidaram a estrutura química e a estabilidade destas espécies duplamente ionizadas. A sobrevivência relativamente alta dessas espécies, sujeitas a ionização da camada interna do carbono, sugerem que podem ser observadas no meio circunstelar e interestelar, em regiões onde os PAHs são detectados. A partir das seções de choque medidas, foram determinadas as taxas de ionização e de destruição do tolueno no envoltório da estrela T Dra, uma AGB rica em carbono. Este trabalho foi parte da tese de doutorado de Thiago Monfredini orientado pela professora Heloisa M. Boechat-Roberty do Observatório do Valongo-UFRJ, e contou com a participação dos pesquisadores teóricos Felipe Fantuzzi e Marco Antonio Chaer do Nascimento do Instituto de Química-UFRJ e experimental WaniaWolff do Instituto de Física -UFRJ. O trabalho completo, publicado em abril de 2016 no The Astrophysical Journal, pode ser lido aqui. Single and Double Photoionization and Photodissociation of Toluene by Soft X-Rays in a Circumstellar Environment T. Monfredini, F. Fantuzzi, M. A. C. […]

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Impacto de íons pesados na água

Colisões de íons de Li3+ na faixa de energia de MeV com moléculas de água constituem uma importante base para a compreensão da penetração e dos danos causados por íons pesados em ambientes contendo água. Um exemplo importante é o corpo humano, onde a utilização de íons pesados em tratamento de tumores (hadronterapia) já está em estágio clinico em alguns países. Outro exemplo importante está no entendimento do depósito de energia e modificação físico-química de atmosferas cometárias atingidas por íons emitidos pelo Sol. Este trabalho, feito em colaboração com o grupo teórico da Universidade de York, Canadá, e cuja parte experimental foi realizada na UFRJ, pelos Professores Hugo de Luna, Wania Wolff e Eduardo Montenegro, mostra que o processo dominante é a remoção – não de um – mas de vários elétrons simultaneamente pelo projétil. Esta dinâmica de muitos elétrons correlacionados é descrita utilizando o modelo de elétrons independentes e considerando a propagação temporal dos orbitais moleculares inicialmente ocupados. O trabalho mostra ainda que a inclusão nos cálculos do decaimento Auger a partir das vacâncias criadas no orbital 2a1 da água, é essencial para a obtenção do bom acordo com as seções de choque medidas de múltipla ionização e captura eletrônica múltipla. O trabalho foi selecionado pelos editores da Physical Review A como um dos Highlights da edição de Maio de 2016. O artigo pode ser lido aqui: Phys. Rev. A 93, 052705 (2016).

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INCT de Informação Quântica no IF

O Instituto de Física foi escolhido como sede do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para a Informação Quântica, coordenado pela Profa. Beita Koiller. A proposta do INCT ficou muito bem posicionada no ranking do CNPq (6o lugar entre projetos de Física, 36o lugar geral) e aguarda decisão acerca dos recursos que a entidade planeja destinar a cada um dos projetos classificados.

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Resfriando gases atômicos com desordem

Átomos ultra frios se mostraram capazes de  emular  uma série de fenômenos fundamentais da Física da Matéria Condensada, como condensação de Bose-Einstein, transição de Mott, efeito Hall quântico, dentre outros. Resfriar o sistema o suficiente para atingir as temperaturas necessárias para explorar o magnetismo e supercondutividade exótica em redes de átomos fermiônicos ainda é um grande desafio. A Profa. Thereza Paiva e colaboradores fizeram uma proposta de um método para produzir um gás a temperaturas ultra baixas, preparando o mesmo em um potencial desordenado e desligando a desordem de maneira adiabática. Dependendo da desordem, da intensidade da interação entre os átomos e da temperatura iniciais, este procedimento pode levar o gás a estados antes inacessíveis, e permitir que  fases ainda não completamente compreendidas sejam atingidas. O trabalho, publicado na Physical Review Letters, pode ser encontrado em http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.240402?

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Raios-X do Nitrogênio Atômico na Astrofísica

A astronomia de raios x aproveita uma janela importante para o estudo de fontes de radiação como as remanescentes de supernova. É o estudo, em laboratório, da fotoionização dos elementos que fornece parâmetros para modelagem destes sistemas. Combinando o uso de uma fonte de radiação síncrotron e de uma montagem para dissociação de alvos moleculares em um plasma, o Prof. Marcelo M. Sant’Anna e colaboradores estudaram a fotoionização múltipla do nitrogênio atômico. Seus resultados mostram que previsões teóricas utilizadas até recentemente na comunidade astrofísica como padrão para o nitrogênio atômico falham de maneira dramática. Por exemplo, a estimativa teórica mais aceita para a seção de choque de fotoionização tripla era zero. As medidas do Prof. Sant’Anna et al mostram que este é um canal relevante, e revelam a dependência com a energia do fóton das seções de choque de fotoionização na região de energia da camada K do nitrogênio. O trabalho completo, publicado no The Astrophysical Journal, pode ser encontrado aqui.

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Highlight da Journal of Physics B

Em 2015 o Dr. Leonardo O. dos Santos, estudante da Profa. Ginette Jalbert que se doutorou em Janeiro de 2016, publicou o artigo “Potential energy curves and generalized oscillator strength for doubly excited states of hydrogen molecule” na Journal of Physics B. Também participou do trabalho o Prof. Nelson Velho de Castro Faria. Os editores da revista elegeram o artigo um dos Highlights de 2015. Em homenagem, a revista está disponibilizando esse artigo gratuitamente até o fim de 2016. O Leonardo está atualmente em estágio de Pós-Doutorado na UFBA, sob a supervisão da Profa. Aline Medina, também ex-aluna do grupo experimental/teórico do LACAM.   Para mais informações, clique aqui.

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Prof. Davidovich é Presidente da ABC

O novo presidente da Academia Brasileira de Ciências (ABC) é o Professor do IF, Luiz Davidovich. O Prof. Davidovich substitui o matemático Jacob Palis, que presidiu a ABC por 9 anos consecutivos (3 mandatos). A notícia foi divulgada após a contagem dos votos no dia 23/03 e é motivo de alegria para os colegas e amigos do IF, que desejam sucesso no desempenho deste cargo. A posse será em 04 de maio.

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O anti-átomo de hidrogênio é neutro

A ausência de antimatéria primordial no Universo é um dos grandes mistérios da Física, pois deveria ter sido criada em quantidade praticamente igual à matéria. As propriedades da antimatéria devem ser idênticas às da matéria, com exceção da carga elétrica que é trocada. O estudo com precisão de átomos de antihidrogênio – formado por um antipróton ligado a um pósitron (anti-elétron) – pode fornecer surpresas sobre as previsões da teoria e assim elucidar esse mistério. Sendo um sistema novo a disposição dos físicos, esse átomo neutro – a princípio – deve ser testado em todas as suas possibilidades. Assim, é importante medir experimentalmente se seus níveis quânticos de energia são exatamente idênticos ao do átomo de hidrogênio; se sua massa inercial é a mesma; se a interação gravitacional entre antimatéria com matéria é idêntica a da matéria com matéria. Todos essas medidas acima são objetivos principais de experimentos que ocorrem no CERN. O grupo ALPHA, o primeiro a conseguir aprisionar o antihidrogênio, está se preparando para realizar uma medida de alta precisão nos níveis quânticos do anti-átomo e agora acaba de publicar a medida mais precisa da nulidade da carga do antihidrogênio. Essa medida, que limita a carga do anti-átomo a 0.7 ppb (partes por bilhão) da carga elementar eletrônica representa o percurso para as próximas medidas de espectroscopia a laser dos níveis quânticos do anti-átomo onde se pretende chegar a partes em 1015 e adiante. A janela que se abre na natureza quando se tem um novo objeto de estudo […]

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LaCAM inaugura Espectrômetro de Massa

Inaugura hoje o mais novo equipamento associado ao acelerador Pelletron do LaCAM – um espectrômetro de massa de íons secundários (Secondary Mass Ion Spectometer – SIMS). Fabricado pela empresa britânica Hiden analytical, esse equipamento permite identificar espécies atômicas e moleculares ejetadas por uma amostra bombardeada pelo feixe de íons oriundo do Pelletron. Segundo o professor Marcelo Sant’Anna, essa nova aquisição “viabilizará uma análise em tempo real da composição química da amostra como função da profundidade”. O espectrômetro já passou pelos primeiros testes e aguardava apenas a inclusão de um copo de Faraday na linha para permitir a análise do feixe primário incidente, que será realizada nessa tarde. A partir de hoje a coleta de dados com o novo equipamento será possível. O equipamento foi adquirido com recursos da FAPERJ através de seu  Edital “Programa Apoio às Instituições de Ensino e Pesquisa Sediadas no Estado do Rio de Janeiro”, dentro do projeto  “Síntese e caracterização de materiais nano-estruturados com o uso de feixes de íons”, coordenado pelo professor Marcelo.

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Emaranhamento multipartite com informação incompleta

O grupo experimental de ótica quântica do IF teve colaboração em um trabalho publicado em 24 de setembro na revista “Physical Review X”, com a participação dos Profs. Stephen Walborn e Gabriel H Aguilar (recentemente aprovado em concurso do IF). O emaranhamento quântico, que ocorre quando as propriedades de objetos quânticos são interligadas, é um fenômeno potencialmente interessante para o desenvolvimento de futuras aplicações em criptografia e computação. Mas manipular estados emaranhados é sempre um desafio. Uma das dificuldades no estudo das propriedades fundamentais de estados emaranhados é que a complexidade matemática da descrição aumenta exponencialmente com o número de subsistemas emaranhados. Por conta disso, procedimentos experimentais para reconstruir um estado emaranhado podem exigir um número enorme de medidas. Para contornar o problema, um grupo de pesquisadores da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), da UFSC (Universidade Federal de Santa Catarina) e da UFG (Universidade Federal de Goiás) concebeu um arranjo experimental usando pares de fótons preparados em estados emaranhados tripartites e quadripartites, e testaram um método que envolve a reconstrução dos estados locais dos subsistemas sem medir as correlações entre eles.  Eles mostraram que o esquema funciona para estados puros e quase puros. “Constatamos que o número de medições requeridas cresce apenas linearmente com o número de subsistemas, em vez de exponencialmente, como é o caso de uma caracterização completa”, escrevem os autores G. H. Aguilar, S. P. Walborn, P.H. Souto Ribeiro e L. C. Céleri. Os pesquisadores acreditam que o método possa facilitar o desenvolvimento de sistemas capazes […]

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Núcleos Fracamente Ligados

  A Physics Reports publicou recentemente um artigo com coautoria dos profs. do IF Luiz Felipe Canto e Raul Donângelo (colaborador), apresentando uma revisão dos principais progressos na área de colisões de núcleos fracamente ligados nos últimos dez anos, tanto do ponto de vista teórico quanto experimental. Em colisões de núcleos típicos, os processos importantes são o espalhamento elástico, colisões inelásticas, transferência de um ou mais nucleons, e fusão. A situação é diferente em colisões de núcleos fracamente ligados, onde um novo processo tem um papel fundamental: a quebra em fragmentos. Isto acontece com alguns núcleos estáveis leves, como o 6,7Li e o 9Be mas o maior interesse recai em núcleos radiotivos ricos em neutrons (núcleos exóticos), como o 11Li. Atualmente é possivel realizar experiências de colisão com feixes secundários e núcleos exóticos em vários laboratórios. O processos que ocorrem nestas colisões são ilustrados na figura abaixo. http://www.sciencedirect.com/science/journal/03701573/596

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Trabalho, energia gravitacional e a Grande Pirâmide

A capa da edição recente da Physics Education mostrará o artigo do Prof. Alexandre C Tort “Work, gravitational energy and the Great Pyramid”. O resumo em português do artigo segue: De acordo com o historiador grego Heródoto, foram necessários 100 000 homens e 20 anos para construir a Grande Pirâmide de Giza ou Gizé, também conhecida como a Pirâmide de Khufu ou Quéops. No artigo em questão, discute-se uma solução analítica obtida no quadro da mecânica newtoniana básica que permite verificar a estimativa de Heródoto e fazer comparações com estimativas mais detalhadas. Também discute-se estimativas das necessidades energéticas necessárias para realizar a tarefa e a capacidade da agriculura da época de supri-las. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/50/5/516/pdf

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Verificação de emaranhamento independente dos aparelhos

A revista Nature Communications publicou em agosto o trabalho do grupo experimental dos Profs do IF-UFRJ Stephen Walborn e Paulo H Souto Ribeiro (recentemente transferido para a UFSC), com teoria dos Drs. Daniel Cavalcanti e Paul Skrzypczyk do ICFO, Espanha. Nesse trabalho, os autores desenvolveram um algoritmo eficiente para verificação de emaranhamento em uma rede quântica assimétrica de tamanho arbitrário, isto é, onde parte dos membros da rede desconhece o funcionamento exato dos seus aparatos, tendo acesso apenas às configurações de entrada e aos resultados retornados na saída.  O resultado contribui no fechamento dos métodos de verificação de não-localidade, ainda pouco explorados nesse cenário parcialmente independente de dispositivos.  Além do desenvolvimento teórico, uma aplicação prática do algoritmo foi realizada em um experimento no Laboratório de Óptica e Informação Quântica da UFRJ, onde um estado maximamente emaranhado com alta pureza foi produzido e a violação de uma desigualdade gerada pelo algoritmo foi observada, com valores compatíveis com os da teoria, demonstrando a eficiência e a utilidade do método num ambiente real. http://www.nature.com/ncomms/2015/150803/ncomms8941/abs/ncomms8941.html

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Prof. Stephen Walborn é o vencedor do Prêmio CBPF de Física 2015

A Comissão Julgadora do Prêmio indicou o prof. Stephen Walborn do IF-UFRJ pelo trabalho “Experimental determination of entanglement with a single measurement”, publicado na revista Nature 440, 1022-1025 (2006), que registra o primeiro experimento a medir de forma eficiente o emaranhamento de um estado desconhecido. O emaranhamento quântico tem sido um aspecto controverso da Física Quântica desde 1935, quando Einstein, Podolsky e Rosen postularam que esta “fantasmagórica ação à distância” era apenas uma consequência teórica de uma teoria incompleta. Nos últimos 20 anos o emaranhamento vem sendo visto não só como um aspecto fundamental da teoria quântica, como também um recurso que poderia ser utilizado para realizar tarefas que não podem ser executadas dentro das leis da física clássica. Já que o emaranhamento é um recurso, será que poderia ser quantificado? Esta pergunta foi respondida positivamente e várias métricas têm sido propostas. Em geral, os quantificadores de emaranhamento são funções da matriz de densidade e não correspondem diretamente a um observável físico que pode ser medido no estado quântico. No entanto, em 2004, foi mostrado que o emaranhamento pode ser medido diretamente se temos acesso a duas cópias do estado quântico simultaneamente. Em 2006, a primeira medição direta de emaranhamento quântico foi realizada no Laboratório de Ótica Quântica do Instituto de Física da UFRJ. O prêmio será celebrado com um colóquio especial do próprio no dia 25/ago às 16h no CBPF (auditório do 6o andar).

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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 […]

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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 “? + ? + n“. Até então 9Be era tratado como um sistema de dois corpos (8Be + n ou 5He + ?).

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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 […]

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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. [1]http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.5.011040 [2] E. C. Marino, Nucl. Phys. B408, 551 (1993)

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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Não-Markovianidade por intermédio da informação acessível

A interação inevitável entre um dado sistema quântico e seu ambiente faz com que o primeiro perca algumas de suas propriedades, como a sua coerência. No entanto, nos casos onde essa interação apresenta traços não-Markovianos sabe-se que parte da coerência perdida para o ambiente pode ser recuperada, fazendo com que o estudo da chamada “não-Markovianidade” em sistemas quânticos abertos seja muito importante. Em artigo publicado recentemente no periódico Physical Review Letters, G. H. Aguilar, O. Jimenez Farias, S. P. Walborn e P. H. Souto Ribeiro do IF-UFRJ, juntamente com colaboradores do Brasil e da Turquia, propõem uma maneira de quantificar a não-Markovianidade de uma interação baseada na máxima quantidade de informação clássica que o ambiente pode obter sobre o sistema, a chamada informação acessível. Eles utilizam um sistema óptico para emular um reservatório não-Markoviano e com isto são capazes de fazer um teste experimental deste novo método. Para saber mais, visite a página da revista http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.210402

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Seção de choque de absorção óptica de nanotubos isolados

A determinação da seção de choque de absorção ótica é de importância central para o entendimento dos diversos materiais. No entanto, sua realização experimental em nanoestruturas individuais é desafiadora devido devido à baixa sensibilidade no uso de técnicas tradicionais. Neste trabalho, pesquisadores da U. C. Berkeley conseguiram, utilizando técnicas de manipulação da polarização da luz, determinar a seção de choque de absorção em uma faixa espectral larga para 50 nanotubos de carbono individuais. Os resultados foram analisados e interpretados teoricamente pelo Prof. Rodrigo Capaz e colaboradores, que puderam sistematizar a dependência dos resultados obtidos com o diâmetro e a quiralidade dos nanotubos, estabelecendo assim fórmulas empíricas que podem ser aplicadas para qualquer nanotubo de carbono. Os resultados deste trabalho foram publicados nos Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).  Para saber mais, visite a página web da revista.

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Efeito magnetoelétrico na interface Fe/BaTiO3

Na edição de março de 2014 da revista Nature Communication, o professor Benjamin Rache Salles do IF da UFRJ e colaboradores controlaram a magnetização de uma interface Fe/BaTiO3 com uma tensão elétrica. Medidas de dicroísmo magnético de raio X e de microscopia eletrônica de transmissão, acompanhadas por cálculos de primeiros princípios, evidenciaram uma variação do estado magnético (ferromagnético – paramagnético) dos átomos de Fe da interface Fe/BaTiO3 com uma mudança do estado de polarização elétrica do BaTiO3. O efeito magneto elétrico é a possibilidade de controlar a magnetização de um material com um campo elétrico, e vice versa. Tais materiais são simultaneamente ferroelétricos e ferromagnéticos. A integração de filmes finos com tais propriedades em dispositivos eletrônicos é considerada como um dos próximos grandes passos da eletrônica de spin Para saber mais, visite a página web da revista.

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Simulação quântica experimental de um processo de resfriamento usando fótons emaranhados

Em artigo publicado recentemente em Physical Review Letters, Gabriel H. Aguilar, Paulo H. Souto Ribeiro e Stephen P. Walborn, do IF-UFRJ e colaboradores da Alemanha e Espanha, usaram os graus de liberdade de polarização combinados aos graus de liberdade de momento linear de fótons, para simular uma pequena cadeia de spins. Este tipo de simulação quântica se distingue da convencional por ter a capacidade de implementar propriedades físicas como o emaranhamento quântico. Foi demonstrado que o resfriamento da cadeia leva à formação de um estado emaranhado especial chamado de “estado cluster”, ideal para a computação quântica via medidas. O estado cluster foi testado na preparação remota de estados, um algoritmo básico. Para saber mais, visite a página web da revista: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.160501

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Efeito Hall de spin no grafeno

Em uma recente publicação no Physical Review Letters, a professora Tatiana G. Rappoport do IF-UFRJ, juntamente com pesquisadores da National University of Singapore, mostraram que é possível fazer uma conversão eficiente de corrente elétrica para corrente de spin no grafeno com átomos adsorvidos. Essa conversão é possível graças ao efeito Hall de spin extrínsico que ocorre devido à interação spin-órbita nesses átomos. Para saber mais, visite a página web da publicação.

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Identificação de emaranhamento em variáveis contínuas

Em artigo publicado recentemente no Physical Review Letters Malena Hor-Meyll e seus colegas Jéssica Almeida, Gabriela Lemos, Paulo H. Souto Ribeiro e Sephen Walborn, todos do IF-UFRJ, usam um modulador espacial de luz para acoplar graus de liberdade espaciais e a polarização de dois feixes de luz. Esse esquema permitiu identificar emaranhamento entre os graus de liberdade espaciais transversais de partículas de luz — os fótons –, que são variáveis contínuas, através de medidas de polarização, um grau de liberdade discreto. Para saber mais, vejam a página de destaque na SBF e a página web da publicação.

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Materiais Antiferromagnéticos para a Spintrônica

Em uma recente publicação na Nature Communications os pesquisadores Vitória Barthem e Dominique Givord do Instituto de Fisica/UFRJ, juntamente com pesquisadores franceses do Institut Néel e do Laboratoire National des Champs Magnétiques intenses em Grenoble (França), monstraram, associando medidas de Ressonância Nuclear Magnética e de Difração de Neutrons, que o composto Mn2Au é antiferromagnetico (ver Figura)  Este composto era considerado como não magnético até então. Isto pois é muito difícil distinguir um material antiferromagnetico com ordem a alta temperature de um sistema não magnético. O momento magnético do manganês no Mn2Au é de 4 µB (no  Fe metálico o momento do Fe é de 2.2 ?B). A Temperatura de ordem magnética, TNéel, é maior que 1400 K . Essas propriedades fazem de Mn2Au o mais promissor material identificado para a « spintrônica com antiferromagnéticos ». Para que a potencialidade desse material se torne realidade, um crescimento controlado de filmes finos é necessário, bem como o desenvolvimento de processos permitindo a rotação controlada dos momentos. A partir da descoberta da Magnetoresitência Gigante por Fert e Grïnberg em 1988 (Nobel Prize em 2007), a Spintrônica se desenvolveu como um ramo da nanoeletrônica que explora o fato do eletron possuir um spin. A resistência elétrica dos dispositivos spintrônicos dependem do seu estado magnético. O chamado efeito “magneto-resistivo” é essencialmente  explorado em nano-sensores de alta sensibilidade, tais como a cabeça de leitura dos discos rígidos dos computadores. Em um futuro próximo, novas gerações de memórias magnéticas serão desenvolvidas combinando as funções das memórias de acesso aleatório […]

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Capas de invisibilidade controladas por campos magnéticos externos

Em artigo publicado no Physical Review Letters, o doutorando Wilton Kort-Kamp e os pesquisadores Felipe Rosa, Felipe Pinheiro e Carlos Farina, todos do IF-UFRJ, apresentam uma proposta teórica para um dispositivo de invisibilidade plasmônico feito com materiais magneto-oticamente ativos. Tal dispositivo é capaz de controlar a camuflagem de objetos através da aplicação de um campo magnético externo. A presença desse campo externo pode ainda ampliar a faixa de frequência de operação do dispositivo, superando assim uma limitação importante dos mantos de invisibilidade fabricados atualmente. Para saber mais, consulte a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i21/e215504  

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Evidência experimental da fragmentação da molécula de H_2 em dois átomos de hidrogênio no estado metaestável 2^{2}S

Em artigo publicado na Physical Review Letters, com o destaque de Editors suggestion, professores do IF e colaboradores mediram pela primeira vez átomos de hidrogênio, no estado metaestável 2^{2}S, provenientes da dissociação de uma mesma molécula de hidrogênio. A medida envolve a detecção em coincidência dos átomos e resolve uma polêmica teórica sobre a existência ou não deste estado assintótico da molécula de H_2 quando super-excitada. O resultado é de interesse na área de Física Atômica e Molecular e ainda aponta para a possibilidade do uso desse sistema como fonte de partículas massivas emaranhadas. Para saber mais, visite a página web da publicação http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i18/e183203

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Engrenagem fotônica para medidas angulares ultra-sensíveis

Em artigo publicado recentemente na Nature Communication, o professor Stephene Walborn do Instituto de Física da UFRJ e colaboradores criaram uma engrenagem fotônica que pode ser usada para converter uma rotação mecânica em uma rotação na polarização.  Para saber mais, leia o texto a seguir e visite a página web da publicação. Produzimos estados fotônicos de m quanta de momento angular de até m=100 em uma configuração que funciona como uma “engrenagem fotônica”. Estes fótons podem ser usados para converter uma rotação mecânica de ângulo ? para uma rotação da polarização amplificada de ângulo m?, correspondendo a lei um Malus de frequência ampliada. Nós mostramos que este efeito leva a medições angulares de alta resolução. Além disso, combinamos o efeito de engrenagem com o aumento de resolução devido ao emaranhamento quântico, explorando, assim, as vantagens de ambas as abordagens. A alta resolução demonstrada aqui promete aumentar o estado da arte de medições angulares remotas por quase duas ordens de grandeza.

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Qubits de spin no silício

A definição de qubits baseados no spin eletrônico em silício é limitada devido à sua estrutura eletrônica.  Em artigo publicado na Nature Communications, os pesquisadores do IF-UFRJ Belita Koiller e André Saraiva e colaboradores identificaram multicamadas Ge/Si que superam essa limitação. Para saber mais detalhes, veja a página web da revista: http://www.nature.com/ncomms/2013/130909/ncomms3396/full/ncomms3396.html

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Nova dinâmica na produção da assimetria matéria-anti-matéria em decaimentos dos mésons B

Recentemente foi publicado no Physical Review Letters com destaque de Editors suggestion o artigo “Measurement of CP Violation in the Phase Space of B±?K±?+?- and B±?K±K+K- Decays”, resultado de estudos desenvolvido por pesquisadores da UFRJ, UFTM e do CBPF, que participam do experimento LHCb no CERN, na Genebra, Suíça. Foram encontradas grandes assimetrias de CP que sugerem a contribuição de um novo mecanismo para esta assimetria. Para saber mais, leia o texto abaixo e veja a página web do artigo: Uma das grandes questões da Física no entendimento do nosso universo é a ausência da anti-matéria. Se as leis da Física fossem totalmente simétricas, não deveria existir diferença entre matéria e anti-matéria. Para explicar o nosso mundo e a nossa própria existência, de alguma maneira, determinados processos  privilegiam à matéria. Um dos ingredientes necessários para explicar este fenômeno é a violação de CP, isto é, violação das simetrias de inversão espacial e troca de matéria por anti-matéria combinadas. Recentemente foi publicado no Physical Review Letters o artigo “Measurement of CP Violation in the Phase Space of B±?K±?+?– and B±?K±K+K– Decays”, resultado de estudos  desenvolvido por pesquisadores da UFRJ, UFTM e do CBPF, que participam do experimento LHCb no CERN,  na Genebra, Suíça. Novas técnicas foram desenvolvidas e utilizadas na procura de assimetrias locais no espaço de fase das massas invariantes do estado final.  Assimetrias grandes foram observadas em certas regiões do espaço de fases  não associadas a ressonâncias, como ilustra a figura,  e sugerem que outros mecanismos de violação de CP, como o […]

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Como medir a massa gravitacional do anti-hidrogênio

Em artigo publicado recentemente na Nature Communication, os professores Claudio Lenz e Daniel Miranda do Instituto de Física da UFRJ e colaboradores do projeto ALPHA no CERN apresentam um método para testar de forma direta a gravidade na anti-matéria. Para saber mais, leia o texto a seguir e visite a página web da publicação: Antimatéria cai para baixo ou para cima? E se cai para baixo, será que é sob a mesma aceleração “g” como prevê o Princípio de Equivalência Fraco? Essas perguntas tão simples, apesar de todas as evidências apontarem para um “sim”, até hoje não tem uma resposta experimental direta, livre de modelo teórico. A Colaboração ALPHA no CERN, que tem entre seus membros 2 professores (Daniel Miranda e Cláudio Lenz) do IF-UFRJ e alunos, após realizar o primeiro aprisionamento[1] de anti-átomos, por muitos minutos[2], e realizar a primeira interação ressonante com microondas[3], criou um método[4] para começar a responder a essa pergunta. Por enquanto, podemos afirmar que a razão “massa gravitacional”/”massa inercial” (chamada “F” no artigo) do antihidrogênio é da ordem de +- 75. Mais importante que o número é que o método nos permitirá atingir valores abaixo da unidade. Num desdobramento do trabalho, um grupo do ALPHA de Berkeley[5] está submetendo proposta[6] para usar a fonte de hidrogênio desenvolvida no Rio[7] para medidas interferométricas de “g” com alta precisão como prova de princípio para futura adaptação ao antihidrogênio. [1] G. Andresen et al. (ALPHA Coll.), “Trapped Antihydrogen”, Nature 468, 673(2010) [2] G. Andresen et al. (ALPHA […]

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Testemunhas de emaranhamento confiáveis

A identificação de emaranhamento quântico em pares de fótons pode ser feita através de um conjunto de medidas conhecido como “testemunha” de emaranhamento. Entretanto, quando a precisão da medida é baixa, as testemunhas usuais poderiam retornar um “falso positivo”, identificando emaranhamento em situações em que na verdade ele não existe. Neste trabalho, publicado recentemente no Physical Review Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ e colaboradores derivam novas testemunhas que evitam este erro, e as testam experimentalmente. O experimento foi realizado no Laboratório de Óptica Quântica da UFRJ com fótons emaranhados produzidos com um processo óptico chamado conversão paramétrica descendente. Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e210502

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Limites para a velocidade de computadores quânticos

Em artigo publicado no Physical Review Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ estabeleceram limites inferiores para o tempo de evolução de processos físicos na mecânica quântica. Esses resultados podem ser úteis para estabelecer limites de velocidade em computadores quânticos. O trabalho, publicado em 1 de fevereiro de 2013,  é de autoria do aluno de doutorado Márcio Taddei, do pós doutorando Bruno M. Escher e dos professores do IF Luiz Davidovich e Ruynet Matos Filho, Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i5/e050402

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Absorção de luz em nanotubos de carbono

Em artigo publicado na Nano Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ e da Universidade da Califórnia em Berkeley obtiveram uma fórmula analítica que descreve a intensidade de absorção de luz em nanotubos de carbono, como função dos parâmetros geométricos destas moléculas. Esses resultados contribuem para a identificação dos nanotubos de carbono através de técnicas de espetroscopia ótica. O trabalho tem a participação do professor Rodrigo B. Capaz do IF e foi publicado em 4 de dezembro de 2012. Para saber mais, visite a página web da revista: http://dx.doi.org/10.1021/nl303426q

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Caos quântico em um feixe de luz

Em artigo publicado na Nature Communications, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ investigam experimentalmente a transição entre o mundo quântico e o clássico para um sistema caótico, usando um feixe de luz. O trabalho, publicado em 20 de novembro de 2012,  é de autoria da pós doutoranda Gabriela B. Lemos, do aluno de doutorado Rafael M. Gomes e dos professores do IF Stephen P. Walborn, Paulo H. Souto Ribeiro e Fabricio Toscano. Para saber mais, visite a página web da revista: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n11/full/ncomms2214.html

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Resfriamento de férmions ultra-frios

Em artigo publicado recentemente no Physical Review Letters, pesquisadora do IF-UFRJ e colaboradores mostraram que férmions ultra-frios em redes óticas com geometria colméia de abelha têm resfriamento adiabático mais pronunciado e correlações antiferromagnéticas entre primeiros vizinhos mais intensas do que em redes quadradas.  Estas informações podem ser relevantes para a realização experimental de antiferromagnetismo em redes óticas. O trabalho, publicado em 12 de novembro de 2012,  é de autoria da professora do IF Thereza Paiva e seus colaboradores. Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i20/e205301

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Susceptibilidade Magnética de Nanoestruturas de Ródio

Em artigo publicado recentemente no Physical Review Letters, pesquisadores do IF-UFRJ e colaboradores mediram o momento magnético de aglomerados de ródio com tamanhos de menos de 2 nm através de novas técnicas de raio-X. O trabalho, publicado em 9 de novembro de 2012,  é de autoria dos professores do IF Vitória Barthem, Marcelo Sant’anna, do professor visitante Dominique Givord e seus colaboradores. Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/pdf/PRL/v109/i19/e197204

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Limites da metrologia quântica

Em artigo publicado no Physical Review Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ desenvolveram um método analítico para calcular limites da precisão quântica de algumas medidas que pode ser usado em metrologia quântica. O trabalho, publicado em 9 de novembro de 2012,  é de autoria do pós doutorando Bruno M. Escher e dos professores do IF Luiz Davidovich, Nicim Zagury e Ruynet Matos Filho. Para saber mais, visite a página web da revista: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.109.190404

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Surgimento de resultados bem definidos na medida em mecânica quântica

Em artigo publicado na Physical Review Letters, pesquisadores do IF-UFRJ e colaboradores no Brasil e no exterior mostraram que correlações estatísticas clássicas entre um sistema quântico e o seu aparato de medida exibem um comportamento temporal que caracteriza o surgimento de resultados bem definidos na medida. Esta descoberta ajuda a compreender o processo de medida de um sistema quântico e, de forma mais geral, a conexão entre a física clássica e a quântica. O trabalho, publicado em 7 de novembro de 2012,  é de autoria do aluno de doutorado Gabriel H. Aguilar, do pós doutorando Osvaldo Jimenez-Farias e dos professores do IF Malena Hor-Meyll, Stephen Walborn e Paulo Henrique Souto Ribeiro. Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i19/e190402

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Difusão do emaranhamento

Em artigo publicado no Physical Review Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ investigam experimentalmente a difusão do emaranhamento de um sistema bipartido para o ambiente. O emaranhamento original do sistema bipartido é redistribuido em emaranhamento envolvendo os dois qbits e o ambiente. O trabalho, publicado em 9 de outubro de 2012,  é de autoria dos pós doutorandos Osvaldo Jimenez-Farias e Andrea Valdez-Hernandez, do aluno de doutorado Gabriel Horacio Aguilar e dos professores do IF Stephen P. Walborn, Paulo H. Souto Ribeiro e Luiz Davidovich. Para saber mais, visite a página web da revista  ou artigo de divulgação publicado na Revista pesquisa FAPESP.

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Observatório Pierre Auger mede a seção de choque próton-próton

Em artigo publicado no Physical Review Letters, pesquisadores do Instituto de Física da UFRJ e colaboradores do observatório Pierre Auger mediram a seção de choque próton-próton numa energia inacessível aos aceleradores terrestres.  A medida mostra  um crescimento moderado da seção de choque além da energia do LHC conforme o esperado pela teoria das interações hadrônicas a altas energias. O trabalho, publicado em 10 de agosto de 2012,  é de autoria dos professores do IF Carla Brenda Bonifazi, Edivaldo Moura Santos, João Torres de Mello Neto e seus colaboradores do Observatório Pierre Auger. Para saber mais, visite a página web da revista: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i6/e062002

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