Núcleos são sistemas quânticos muito complexos formados por prótons e nêutrons, que interagem através de forças eletromagnéticas e nucleares. Como estudos exatos da dinâmica nuclear são inviáveis (com exceção de casos especiais, como o deutério), é necessário recorrer a modelos nucleares aproximados, que têm aspectos fenomenológicos baseados nas informações experimental disponíveis. Até pouco tempo atrás, estas informações eram obtidas exclusivamente de núcleos estáveis, com números atômico (Z) e de massa (A) situados na linha de estabilidade. Entretanto, a partir da década de 90, foram desenvolvidos aceleradores capazes de produzir feixes de núcleos radioativos. Embora a meia-vida de alguns destes núcleos seja muito curta (eles são instáveis por decaimento beta), ela é suficientemente longa para que estes feixes sejam usados em experiências de colisão com alvos estáveis. Deste modo, começaram a ser obtidas informações experimentais de núcleos fora de linha de estabilidade e isso abriu novas perspectivas na Física Nuclear.

Alguns núcleos radioativos tem propriedades bastantes incomuns.  Um exemplo interessante é o halo do ¹¹Li. Sabemos que o raio de um núcleo estável é proporcional a A^1/3 . Entretanto, o raio do ¹¹Li é muito maior. Ele é comparável ao do ²⁰⁸Pb, que tem um número de massa quase 20 vezes maior. Isso se deve a dois nêutrons fracamente ligados que orbitam em torno de um núcleo central de ⁹Li, formando uma espécie de halo. Núcleos exóticos também devem ser fundamentais para a compreensão da formação de elementos compostos como ²H (deutério), ³H (trítio), ⁴He (alfa) na nucleossíntese primordial. Recentemente, o interesse neste tema cresceu bastante, devido a disponibilidade de feixes de núcleos exóticos (muito longe da linha de estabilidade) com boa intensidade. Alem do interesse astrofísico, estes núcleos podem ter um papel importante na tentativa de sintetizar elementos super-pesados.

Pesquisadores Envolvidos: Armando N. F. Aleixo, Luis Felipe Canto

Na Física experimental de partículas, exploramos as características das interações fundamentais entre os constituintes da matéria e as propriedades das partículas em diferentes regimes de energia e intensidade. No IF-UFRJ, temos grupos de pesquisa que participam das colaborações internacionais ATLAS/LHC e LHCb/LHC. No grande colisor de hádrons (LHC), estudamos colisões entre prótons (íons) analisando decaimentos raros de partículas que contém quarks bottome charm, realizando medidas precisas do modelo padrão e buscando por modelos alternativos que expliquem a assimetria entre matéria e anti-matéria, a natureza da matéria escura e etc. Também contribuímos para o desenvolvimento de tecnologia de detecção de partículas nas condições extremas do LHC.

Laboratórios envolvidos:

• Laboratório de Partículas Elementares (LAPE)

Pesquisadores envolvidos:

Bruno de Paula, Erica Polycarpo, Helder Lopes, Kazuyoshi Akiba, Leandro de Paula, Miriam Gandelman, Murilo Rangel, Sandra Amato, Yara Coutinho

Na Física teórica de partículas e campos exploramos diversos aspectos das interações fundamentais da Natureza, com diferentes abordagens, objetivos e métodos. As linhas de pesquisa nessa área no IF-UFRJ e os professores envolvidos seguem abaixo:

• Dualidades e confinamento em teoria de campos (Clovis Wotzasek);

• Teoria estatística de campos, com aplicações em hidrodinâmica, em particular em fenômenos de turbulência (Luca Moriconi);

• Colisões próton-próton e interações hadrônicas (Erasmo Ferreira, Takeshi Kodama);

• Colisões de íons pesados relativísticos, plasma de quarks e glúons, e hidrodinâmica relativística (Takeshi Kodama, Tomoi Koide);

• Estudo de processos estocásticos, em particular para a generalização do princípio variacional e para a termodinâmica clássica e quântica (Tomoi Koide, Takeshi Kodama);

• Cromodinâmica quântica a temperatura e densidade bariônica finitas, diagramas de fase e aplicações (Eduardo Fraga);

• Teoria de cordas, correspondência AdS/CFT e aplicações (Henrique Boschi-Filho, Nelson Braga);

• Efeitos de flutuações no vácuo quântico (efeito Casimir) e aplicações (Carlos Farina, Felipe Rosa, Marcus Venicius Cougo-Pinto);

• Aplicações da teoria quântica dos campos à física da matéria condensada e à informação quântica (Eduardo Marino);

• Massas de neutrinos, quebra de paridade e extensões do modelo padrão (Anibal Ramalho, José Simões, Yara Coutinho).