Física Nuclear, Atômica e Molecular Experimental
Nesta linha de pesquisa são desenvolvidas pesquisas em problemas relacionados à física nuclear, astronomia observacional, instrumentação na construção de detectores de ondas gravitacionais em caráter multidisciplinar e em física aplicada. As pesquisas desenvolvidas são de natureza experimental e se utilizam de ferramentas avançadas de computação para o tratamentos e análise dos dados. Na sequência estão apresentados os temas de pesquisa desta linha de pesquisa.
Temas de Pesquisa
Estudos de Interação Nuclear
Nesse tema são realizadas medidas experimentais para estudar a matéria e suas Interações em escala nuclear; estudos de reações nucleares envolvendo medidas de espalhamento elástico/inelásticos e de fusão nuclear, fenômenos quânticos presentes no núcleo, investigação dos mecanismos de reação nuclear empregando modelos nucleares e simulação. Também, são estudadas aplicações com detectores plásticos na detecção de partículas ionizantes incluindo a sua caracterização com técnicas nucleares e de espectroscopia óptica. A maioria dos dados experimentais são tratados e analisados usando scripts do ROOT, códigos específicos implementados na linguagem python e C++ com interface gráfica, códigos abertos para planejamento de experimento e aquisição de dados. Os cálculos teóricos para estudos de mecanismos de reação acessados experimentalmente empregam códigos abertos para a obtenção dos potenciais nucleares e o programa de cálculos de canais acoplados e de transferência e outras possibilidades oferecidas pelo código FRESCO. Nos estudos de aplicações dos detectores, os softwares dos equipamentos usados em medidas de caracterização do polímero utilizam programas usuais com interface gráfica (por exemplo, o Grace) e de análise e simulações empregando o código SRIM.
Docentes:
Profa. Dra. Marlete Pereira Meira de Assunção (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Profa. Dra. Roseli Künzel (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Estudos Observacionais em Astrofísica
Nesse tema de astronomia são feitas aquisição e tratamento de dados de interesse em astrofísica estelar obtidos em telescópios no Brasil e no exterior. Utilizaremos ferramentas computacionais elaboradas em diversas linguagens (Python, C, Fortran, IDL, entre outras) por membros do grupo e por outros grupos do exterior. Dentre essas ferramentas, destacam-se programas de síntese espectral LTE/non-LTE em Fortran (Ivan Hubeny) de estrelas em todo diagrama HR levando em conta efeitos de rotação diferencial e obscurecimento gravitacional. Modelagem numérica de sistema astrofísicos incluindo envolturas circunstelares e sistemas binários com a finalidade de obtenção de espectros sintéticos, curvas de luz e magnitudes sintéticas. Aplicação de métodos estatísticos (inferência, regularização) na análise de dados experimentais de interesse astrofísico e de detecção astronômica. Os experimentos de reações nucleares e de fusão de interesse astrofísico fazem parte deste estudo. Nesse caso, o formalismo de Matriz-R empregando o código AZURE é o padrão na análise das reações nucleares com presença marcante de ressonâncias.
Docentes:
Prof. Dr. Ronaldo Savarino Levenhagen (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Profa. Dra. Marlete Pereira Meira de Assunção (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Instrumentação na Detecção de Ondas Gravitacionais
Este tema visa o desenvolvimento de instrumentação e de sistemas computacionais para detecção de ondas gravitacionais para a (i) determinação de técnicas e geometrias de sensores para minimização de ruídos; (ii) otimização de dispositivos em detectores (suspensão, transdutores, filtros); (iii) investigação de sistemas inovadores de detecção em função das frequências das fontes emissoras e (iv) investigação no limite quântico de dispositivos tecnológicos. Além da eventual construção e teste de equipamentos, prototípicos, se for o caso, as pesquisas costumam envolver ferramentas computacionais para a modelagem matemática de sistemas e/ou simulação de dispositivos, entre elas pacotes complexos como Octave e Maxima, bem como software de elementos finitos.
Docentes:
Profa. Dra. Nadja Simão Magalhães (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Fabio Silva Bortoli (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Caracterização de Materiais
Este tema visa a caracterização morfológica e estrutural de materiais sintéticos e naturais para (i) identificar a natureza de defeitos estruturais em materiais por fluorescência, termoluminescência, Luminescência Opticamente Estimulada, FTIR, difração de raios X, microscopia eletrônica, Raman, entre outras, (ii) estudar o efeito da irradiação com partículas beta, radiação gama, ultravioleta e raios X nas propriedades ópticas e estruturais de materiais sintéticos e naturais; (iii) investigar e otimizar as propriedades dos novos materiais para aplicação em datação geológica e no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e sensores na área ambiental e da saúde. Com uma abordagem atômica e molecular são realizados estudos da interação física das radiações não-ionizante e ionizante com a matéria empregando técnicas experimentais e simulações computacionais; abordagens fenomenológicas aplicadas a sistemas biológicos e bioeletrônicos. Nessa linha, as técnicas espectroscópicas no infravermelho, Raman/Raman ressonante e espectroscopia UV-Vis são empregadas para investigar a estrutura molecular e eletrônica de compostos com processos de transferência de carga. Os dados experimentais são comparados aos dados simulados por cálculos ab initio (cálculo vibracional ab initio e TD-DFT). Também, novos compostos de coordenação com atividade fotovoltaica são sintetizados, caracterizados e testados em células fotovoltaicas sensibilizadas a corante (DSSC), onde são medidos o potencial frente à irradiação com fonte simulando o espectro solar e a durabilidade a longo termo. Diversos programas computacionais podem ser utilizados na análise dos dados experimentais gerados nesse tema, além dos softwares usuais, os pacotes Python, Octave e o software R, por exemplo. Dentre as técnicas estatísticas que podem ser empregadas na análise dos dados experimentais destacam-se a Inteligência Artificial, Análise de Componentes Principais (PCA) e códigos específicos de simulação.
Docentes:
Profa. Dra. Roseli Künzel (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Márcio Yee (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Norberto Sanches Gonçalves (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Biossensores e Fotônica
Este tema visa: (i) o desenvolvimento, caracterização e aplicação de novos materiais para o desenvolvimento de sensores e biossensores, incluindo processos de microfabricação (desenvolvimento de eletrodos e dispositivos eletrônicos), síntese de nanomateriais materiais (0, 1D e 2D), modificação com moléculas (e biomoléculas) reconhecedoras para a identificação/detecção de analitos de interesse biomédico e ambiental num contexto multidisciplinar. (ii) caracterização de células, tecidos e fluidos biológicos por técnicas ópticas como espectroscopia UV-Vis, fluorescência steady state e resolvida no tempo, FTIR, RAMAN e microscopia confocal com o objetivo de identificar moléculas envolvidas em processos metabólicos que culminam no desenvolvimento de determinadas doenças como o câncer e aterosclerose (Biópsia óptica) e desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas buscando inovação; (iii) determinação de fluoróforos presentes em alimentos para detecção de adulterações e fraudes. Alguns programas comerciais (ou similares gratuitos) para tratamentos de espectros são empregados na determinação de baseline, multi-picos e funções que descrevem as linhas espectrais e os tempos de decaimento dos níveis eletrônicos envolvidos a partir da absorção de fótons em determinados comprimentos de onda. Técnicas estatísticas como a Inteligência artificial e a Análise de Componentes Principais (PCA) podem ser empregadas na análise dos dados espectroscópicos com objetivo de definir o melhor modelo de predição para mecanismos que culminam em determinadas doenças, ou ainda, como estratégias de visualização de informação, com objetivo de analisar os dados oriundos dos biossensores.
Docente:
Profa. Dra. Lilia Coronato Courrol (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Física Computacional e Teórica
A abordagem computacional é predominante nos estudos teóricos desta linha de pesquisa. Os temas investigados são em Física de Partículas e de Hádrons; Astrofísica e Cosmologia; Sistemas Dinâmicos e Problemas Interdisciplinares no contexto da Físico-Química. Na sequência estão apresentados os temas de pesquisa desta linha de pesquisa.
Temas de Pesquisa
Física de Partículas e de Hádrons
Os problemas estudados envolvem a aplicação de inteligência artificial e outras técnicas computacionais aplicadas à física de partículas, enquanto os resultados das medidas realizadas no do Large Hadron Collider (LHC) são utilizados como vínculos na construção de modelos teóricos. Nessa interface, o princípio de máxima entropia é aplicado em problemas de física de partículas e física hadrônica. Além do LHC, uma série de outros experimentos deve trazer avanços para este tema e que poderão testar os modelos proposto, como aqueles que buscam por matéria escura, decaimentos raros de mésons e até mesmo os que procuram sinais astrofísicos como ondas gravitacionais e raios cósmicos. Um outro tópico de interesse nessa linha é estudo de propriedades e produção de hádrons exoticos. Os métodos computacionais usados nessa linha de pesquisa correspondem a programar com Mathematica, C++, Python, Fortran, dentre outros. Uma ferramenta frequentemente usada é a "Feyncalc", que avalia as amplitudes para os diagramas de Feynman simbolicamente e cálculos de teoria de campos efetivos. Além disso, o uso de métodos estatísticos é comum na área, particularmente na comparação dos dados experimentais com os cálculos teóricos. Existem algoritmos prontos, livres, disponíveis nas bibliotecas do CERN, para buscar os valores de parâmetros de um modelo que minimizem a diferença entre dados experimentais e resultados teóricos. Um exemplo comum é chamado de minuit que pode ser usado como parte de códigos desenvolvidos para descrever colisões entre diferentes partículas.
Docentes:
Profa. Dra. Kanchan Pradeepkumar Khemchandani (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Alexandre Alves (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Astrofísica Teórica e Cosmologia
As investigações teóricas de instabilidade magneto-rotacional em plasma, bem como, as simulações computacionais e tratamentos de dados astrofísico e cosmológicos em problemas na fronteira do conhecimento fazem parte deste tema. Em física de plasmas, alguns problemas relacionados à fenômenos não-lineares e fusão controlada fazem parte das pesquisas teóricas propostas nesse tema. Por outro lado, os estudos fenomenológicos de astrofísica e cosmologia utilizam os dados de satélites e de grandes telescópios para a investigação de matéria escura, energia escura e expansão do Universo. Nesta linha teórica, a computação, também, é usada como uma ferramenta na investigação dos neutrinos que serão medidos no experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Nessa colaboração internacional, em especial, participam dois docentes teóricos deste tema. Investigações alicerçadas em análise estatística e física computacional são aplicadas à simulação de processos astrofísicos, por exemplo, os processos envolvendo os neutrinos em supernovas, mecanismos de explosão de supernovas, variáveis cataclísmicas, sistemas binários de estrelas e buracos negros; formação de estruturas em grandes escalas. Na colaboração DUNE são usados softwares como GEANT4 para simulações computacionais de eventos de neutrinos e o LarSoft que é utilizado para análises estatísticas dos eventos nos protótipos dos detectores. Outros softwares são desenvolvidos por membros da colaboração, o que permite a obtenção de informações relevantes, como a curva de eficiência com a energia, resposta do sinal com a direção de chegada, entre outras.
Docentes:
Prof. Dr. Rodolfo Valentim da Costa Lima (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Marco André Ferreira Dias (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Prof. Dr. Ricardo Magnus Osório Galvão (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Profa. Dra. Rose Clívia Santos (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Sistemas Dinâmicos e Problemas Interdisciplinares
Dinâmicas complexas são resultados de fenômenos não lineares cuja investigação exige auxílio de integradores e métodos numéricos. A física computacional auxilia a exploração de temas em sistemas dinâmicos, como: transição de comportamentos; padrões de organização e leis de escala em sistemas não lineares; fenômenos universais em sistemas multidimensionais; dinâmica de partículas em advecção caótica em fluxos contínuos e sincronização de sistemas dinâmicos em redes complexas e interdisciplinaridade em sistemas dinâmicos. Os problemas interdisciplinares de materiais em escalas nanométricas envolve simulações computacionais. A análise computacional de sistemas a nível molecular é um desafio às técnicas computacionais. O progresso tecnológico dos equipamentos usados em experimentos em nanoescala, como a microscopia eletrônica de varredura, técnicas cristalográficas, microscopia de força atômica, etc, todas as técnicas experimentais apresentam, intrinsecamente, limitações de precisão, tanto em escala espacial quanto temporal. Neste aspecto, os métodos computacionais podem ser vistos como uma ferramenta poderosa nas investigações nesta escala. Simulações de dinâmica molecular atomística permitem avaliar a interação entre moléculas, em várias escalas de tamanho, bem como investigar as características físico-químicas de diversos processos de interação que ocorrem a nível molecular. Neste tipo de simulação o código mais usado é o Gommacs. Outros programas em linguagem C++, são empregados no desenvolvimento de programas voltados nesses temas de pesquisa.
Docentes:
Prof. Dr. Rene Orlando Medrano Torricos (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)
Profa. Dra. Thaciana Valentina Malaspina Fileti (Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.)