Linhas de pesquisa

Análise de dados do Grande Colisor de Hádrons

Com as colisões ocorrendo no LHC em altíssimas energias, a análise dos dados obtidos é necessária para aprimorar a precisão de medidas experimentais anteriores, como as propriedades do bóson de Higgs, e buscar indícios de Nova Física, como Supersimetria, Matéria Escura, Dimensões Extras, etc. Dentro das Colaborações do LHC, diferentes sub-grupos se dedicam a estudar aspectos das teorias de interação do Modelo Padrão das partículas elementares. As análises são desenvolvidas numa colaboração com os vários grupos envolvidos com os aspectos técnicos, como as interfaces de aquisição de dados, o tratamento estatísticos da medida, efeitos da simulação das predições teóricas, entre outros. Nesta linha de pesquisa, busca-se construir um conjunto de ferramentas computacionais de pequena e larga escala, como:
– Programas abertos de análises de dados;
– Estimativa das assinaturas experimentais de processos físicos;
– Extração da informação de reconstrução dos dados medidos pelo experimento.
Na Colaboração CMS, foca-se atualmente no estudo de processos exclusivos envolvendo as interações de fusão de fótons e difrativas para a produção de pares usando os dados do sub-detector frontal Precise Proton Spectrometer (PPS).

Pesquisadores envolvidos:
– Gustavo Gil da Silveira


Astrofísica Estelar e da Galáxia

As estrelas são os tijolos fundamentais das galáxias e os laboratórios astrofísicos ideais para estudar as propriedades físicas de diferentes populações estelares. A nossa galáxia, a Via-Láctea, é uma entre as bilhões de galáxias do Universo; é a única galáxia conhecida em que podemos descrever em detalhes suas propriedades básicas. Tópicos de investigação:
– Detalhes dos processos físicos da formação das componentes da Via-Láctea;
– Onde e como se formam os diferentes elementos químicos;
– Conhecer a vida das estrelas com massa menor que 10 massas Solares e entender sua contribuição ao meio interestelar;
– A conexão entre os processos de formação das estrelas e dos planetas;
– Como se formam as associações e aglomerados estelares;
– Explicar as múltiplas populações estelares encontradas em aglomerados globulares.
Pesquisadores do Departamento de Astronomia estão engajados em responder perguntas científicas fundamentais utilizando dados fotométricos e espectroscópicos de alta qualidade obtidos em diversos telescópios, grandes levantamentos de dados e modelos de evolução estelar sofisticados. Visite-nos em http://www.ufrgs.br/astronomia/.

Pesquisadores envolvidos:
– Alan Alves Brito
– Alejandra Daniela Romero
– Basilio Xavier Santiago
– Charles Bonatto
– Eduardo Bica
– José Eduardo Costa
– Kepler de Souza


Astrofísica Extragaláctica

Galáxias no Universo próximo são muito diferentes de galáxias no Universo primordial. Entender as transformações pelas quais as galáxias passaram durante sua vida é um dos principais objetivos da astrofísica extragaláctica.
– Galáxias podem ser encontradas em vizinhanças diferentes, desde rarefeitos voids até congestionados aglomerados de galáxias. A depender de onde vivem, galáxias têm aparências distintas. Quando mudam de vizinhança, galáxias passam por transformações;
– Galáxias são compostas de estrelas, gás, poeira e, também, matéria escura. Através de estudos detalhados das propriedades de suas componentes, construimos um histórico de seu passado;
– Efeitos de lentes gravitacionais em objetos de fundo permitem investigar a física da matéria escura;
– Estudos de sistemas de aglomerados globulares permitem traçar o acúmulo de matéria ao longo da vida de uma galáxia;
– Buracos negros supermassivos, que vivem no centro de galáxias, irradiam enormes quantidades de energia ao acretar grandes quantidades de matéria. Essa energia afeta a evolução de sua galáxia hospedeira.
– Investigamos tais questões de forma observacional, estudando tanto enormes volumes do Universo, quanto galáxias próximas em detalhe. Visite-nos em http://www.ufrgs.br/astronomia/.

Pesquisadores envolvidos:
– Allan Schnorr Muller
– Ana Chies Santos
– Basilio Xavier Santiago
– Cristina Furlanetto
– Horácio Dottori
– Marina Trevisan
– Miriani Pastoriza
– Rogério Riffel
– Thaisa Storchi Bergmann


Desenvolvimento de detectores de partículas

Os experimentos do LHC são subdivididos em diversos componentes empregados para a detecção de diferentes tipos de partículas. Parte destes componentes visam determinar o traço da partícula no detector e medir a deposição de energia. As medidas efetuadas atualmente no LHC demandam aparatos com detecção de partículas com alta precisão e suficientemente resistentes a radiação. Sendo assim, o desenvolvimento de novos componentes se torna constante, principalmente com as subsequentes atualizações dos detectores para novas tomadas de dados. Os orientadores do PPGFis estão engajados na Colaborações ALICE, com o sub-detector Muon Forward Tracker (MFT) e na Colaboração CMS, no desenvolvimento do sub-detector frontal Precise Proton Spectrometer (PPS). Os trabalhos desenvolvimento se focam no desenho e construção de partes do sub-detector e no desenvolvimento de software de simulação e análises de dados.

Pesquisadores envolvidos:
– Gustavo Gil da Silveira
– Luis Gustavo Pereira
– Maria Beatriz Gay Ducati
– Rafael Pezzi


Espectroscopia de Elétrons

O Laboratório de Espectroscopia de Elétrons (LEe-, fundado em 2006) é um grupo de Física experimental aplicada dedicado a produzir novos materiais nanoestruturados, além de explorar suas inusitadas propriedades eletrônicas e estruturais. A pesquisa é norteada pelo desenvolvimento de catalisadores heterogêneos, eletrocatalisadores e biossensores mais eficientes e de menor custo, que podem ser aplicados na produção de energia limpa, para reduzir a emissão de gases do efeito estufa ou para processos industriais. A infra-estrutura permite a síntese de nanopartículas metálicas e bimetálicas, bem como filmes e óxidos nanoestruturados, por meio de métodos físicos e químicos. Além disso, técnicas de Física de Superfícies baseadas na Espectroscopia de Elétrons e experimentos com luz síncrotron são rotineiramente usados como ferramentas de caracterização.

Pesquisadores envolvidos:
– Jonder Morais
– Maria do Carmo Martins Alves


Fenomenologia de Partículas Elementares de Altas Energias

A física de alta energias aborda questões sobre a matéria e energia em um nível fundamental. O formalismo físico-matemático atual que ajuda a responder a essas perguntas é o Modelo Padrão da física de partículas e suas respectivas extensões. Vários aspectos da fenomenologia pertinente à física de colisores são estudados, especialmente nos estudos relacionados às interações fortes fundamentais entre quarks e glúons. O formalismo teórico no contexto do Modelo Padrão descrevendo esses objetos é a Cromodinâmica Quântica. Há interesse numa série de problemas teóricos com foco em aspectos da física teórica que podem ser testados nos experimentos em curso (RHIC, LHC) ou naqueles futuros (ILC, CLIC, FCC). Portanto, o trabalho de maneira colaborativa é fundamental, muito proximamente com os físicos de partículas experimentais. Tópicos de pesquisa podem ser listados como:
– Cromodinâmica Quântica a distâncias curtas e longas;
– Fenomenologia da interação eletrofraca, como interações de neutrinos de alta energias;
– Física de Higgs;
– Alguns aspectos da física além do Modelo Padrão;
– Modelos de Matéria Escura, buscas diretas|indiretas e cosmologia;
– Colisões de íons pesados e Plasma de Quarks e Glúons;
– Vários aspectos da Teoria Quântica de Campos.

Pesquisadores envolvidos:
– Gustavo Gil da Silveira
– Emerson Luna
– Magno Machado
– Maria Beatriz Gay Ducati


Física Estatística

Modelagem de sistemas complexos a partir das interações microscópicas. Modelagem de sistemas desordenados: vidros, vidros de spin, neurônios. Magnetismo de sistemas desordenados. Teoria de matrizes aleatórias e redes complexas. Aplicações em biologia, economia, teoria de informação, etc.

Pesquisadores envolvidos:
– Rubem Erichsen Jr.
– Fernando Lucas Metz
– Sérgio Garcia Magalhães


Física Matemática e Teoria de Campos

Nosso grupo realiza pesquisa básica em Física Matemática e Sistemas Integráveis. Investigamos tanto aspectos conceituais e algébricos quanto aplicações de modelos exatamente solúveis em diferentes áreas como Teoria de Campos, Mecânica Estatística e Gases Quânticos Ultra-Frios. Os modelos integráveis são importantes pois oferecem uma compreensão precisa de muitas propriedades físicas, revelando a essência dos fenômenos considerados. Nossos principais tópicos de pesquisa incluem o tunelamento quântico em poços múltiplos, emaranhamento, sistemas de poucas partículas, cadeias de spin, fatores de forma e funções de correlação.

Pesquisadores envolvidos:
– Angela Foester


Física de Altas Pressões e Materiais Avançados

A habilidade de processar materiais em condições cada vez mais extremas, tanto de valores absolutos de diferentes variáveis termodinâmicas (temperatura, pressão) como de seus gradientes (resfriamentos rápidos, altas taxas de deformação), tem permitido tanto a descoberta de novas fases e compostos com propriedades não usuais, como a produção de materiais com propriedades projetadas para atendimento de necessidades específicas. As linhas de pesquisa em andamento são:
– Nanoestruturas de carbono produzidas em altas pressões e altas temperaturas;
– Efeito de altas pressões nas propriedades estruturais de matrizes vítreas;
– Efeito de altas pressões nas propriedades ópticas de vidros dopados com íons terras raras;
– Solubilidade de nitrogênio em minerais no manto terrestre e gênese de magmas potássicos – efeito de altas pressões em matrizes vítreas e metálicas;
– Sinterização em condições extremas.

Pesquisadores envolvidos:
– Naira Maria Balzaretti
– Silvio Buchner


Pesquisadores envolvidos:
– Luiz Fernando Ziebell
– Felipe Barbedo Rizzato
– Renato Pakter
– Rudi Gaelzer
– Antonio Endler
– Fernando Haas

Física de Plasmas

Os plasmas podem ser descritos como gases ionizados, cujo comportamento é governado por interações coletivas entre as partículas carregadas. Plasmas estão presentes na natureza em situações astrofísicas e espaciais e também no ambiente terrestre. Por exemplo, a matéria que constitui as estrelas, e as nuvens de gás no interior de galáxias, estão no estado de plasma, e a matéria rarefeita que pode ser encontrada nas magnetosferas de planetas também constitui um plasma. Plasmas estão presentes nas lâmpadas fluorescentes, nas descargas em arco, nas chamas em geral, e em equipamentos usados em pesquisa visando o controle da fusão nuclear para produção de energia.
A relevância do estudo de plasmas decorre portanto de dois aspectos fundamentais e complementares: por um lado, o incremento do conhecimento sobre o Universo, do ponto de vista da Astrofísica e da Física do espaço e da magnetosfera terrestre, depende fundamentalmente da investigação a respeito do comportamento de plasmas. Por outro lado, plasmas tem muita conexão com aplicações tecnológicas, em aceleradores de partículas, sistemas de tratamento de superfícies, tratamento de resíduos, telas de plasma, etc., e tem papel fundamental na busca pelo domínio de uma tecnologia que pode se constituir em alternativa energética vital para o futuro.
No âmbito do Grupo de Física de Plasmas da UFRGS, são desenvolvidas pesquisas teóricas, com uso de ferramental analítico e computacional, em temas como: Ondas e instabilidades em plasmas; turbulência em plasmas; ondas e instabilidades em plasmas com partículas de poeira; aquecimento, geração de corrente e radiação eletromagnética em plasmas; dinâmica não linear e caos em plasmas; otimização de sistemas de aceleração de partículas usando plasmas; dinâmica de sistemas com interações de longo alcance; ondas e instabilidades em plasmas quânticos. Para o estudo dos plasmas, desempenham papel fundamental áreas básicas da Física, como a Teoria Eletromagnética, a Mecânica Clássica e a Mecânica Estatística.


Física de Nanoestruturas

Os principais tópicos de pesquisa do Laboratório de Física de Nanoestruturas podem ser divididos em (a) síntese e estudo teórico-experimental de nanopartículas com propriedades catalíticas promissoras para aplicação no problema de aquecimento global; (b) aperfeiçoamento de sistemas nanoestruturados para uso em fontes de energia renováveis; (c) síntese e caracterização de miméticos funcionais de enzima nanoestruturados. O laboratório conta com estrutura dedicada à síntese de nanomateriais, principalmente através de métodos via física (sputtering) e via química. Após síntese, as nanoestruturas são caracterizadas por várias técnicas experimentais que constituem o estado-da-arte e que são de expertise do grupo. As medidas são baseadas na interação de fótons, elétrons ou íons com a matéria. Particularmente, medidas em laboratórios Síncrotron do mundo são frequentemente conduzidas por nosso grupo. Finalmente, a explicação dos resultados é suportada por cálculos DFT no cluster existente em nosso laboratório ou no CESUP-UFRGS. Mais informações podem ser encontradas em http://www.ufrgs.br/physnanolab/.

Pesquisadores envolvidos:
– Fabiano Bernardi
– Sérgio R. Teixeira
– Sherdil Khan
– Fernanda Poletto


Física de Sistemas Eletrônicos Correlacionados

A linha de pesquisa em “Física de sistemas eletrônicos correlacionados” aborda aspectos teóricos relativos a propriedades eletrônicas, magnéticas e de transporte em sólidos. A ênfase principal é nos assim denominados sistemas eletrônicos fortemente correlacionados, que incluem, por exemplo, supercondutores de alta temperatura crítica. Também é dada especial atenção a efeitos de desordem e frustração, que podem gerar estados exóticos como líquidos de spin. A abordagem teórica envolve técnicas usuais no estudo de sistemas quânticos de muitos corpos, inclusive a Teoria de Campo Médio Dinâmico, e utiliza métodos analíticos e computacionais de forma complementar.

Pesquisadores envolvidos:
– Miguel Cavalheiro Gusmão
– Sérgio Garcia Magalhães


Pesquisadores envolvidos:
– Cesar Zen Vasconcelos
– Dimiter Hadjimichef

Física dos Novos Estados da Matéria: dos quarks ao Cosmos

Nossa compreensão sobre a origem do Universo, sua evolução e sobre as leis físicas que regem o seu comportamento, bem como os diferentes estados da matéria que compõem o seu estágio evolutivo, alcançaram nos últimos anos níveis nunca antes imaginados. Isso se deve principalmente às novas e recentes descobertas em astronomia e astrofísica relativística, bem como a experimentos da física de partículas e física nuclear, que permitiram superarmos as fronteiras tradicionais do conhecimento sobre o processo evolutivo do Universo. Como resultado, temos atualmente um novo entendimento sobre o Universo em seus dois domínios extremos, o muito grande e o muito pequeno e o reconhecimento das conexões profundas que existem entre os quarks e o Cosmos. Neste contexto, os interesses do grupo de pesquisa estão voltados para temas de pesquisa que possibilitam um melhor conhecimento do Universo evolutivo e seus múltiplos componentes. Como exemplo destas temáticas citamos: novos fenômenos e novos estados da matéria no Universo; Relatividade Geral, gravitação, cosmologia; novas direções para a relatividade geral: passado, presente e futuro da relatividade geral; cosmologias do tipo FRW; radiação cósmica de fundo de microondas; primeiras estrelas, supernovas e supernovas fracas no início do Universo; gravidade quântica e cosmologia quântica; gravidade e unificação de interações fundamentais; Supersimetria e Inflação; Teoria das Cordas; anãs brancas, estrelas de nêutrons e pulsares; Física de buracos negros e Astrofísica; emissão de raios gama no Universo; raios cósmicos de alta energia; ondas gravitacionais; energia escura e matéria escura; matéria estranha e estrelas estranhas; antimatéria no Universo; neutrinos cósmicos de alta energia; Blazars; Cromodinâmica Quântica, física nuclear e de partículas e novos estados da matéria no Universo; colisões de íons pesados ​​e a formação do plasma de quarks e glúons em colisões de íons pesados ​​e nos primeiros instantes do Universo; fortes campos magnéticos no Universo, fortes campos magnéticos em estrelas compactas e em galáxias, campos magnéticos ultra-finos em fusões de estrelas de nêutrons, estrelas de quarks e magnetares, campos magnéticos fortes e o fundo de microondas cósmica; laboratórios, observatórios, telescópios e outras instalações experimentais e observacionais que definirão as direções futuras da astrofísica, astronomia, cosmologia, física nuclear e astro-partícula, bem como o futuro da física nas fronteiras da energia e tópicos relacionados.


Fluidos Complexos

Problemas biologicamente motivados. Modelos simples de comportamento cooperativo  e competitivo em populações biológicas. Modelos teóricos e de simulação computacional para descrever fluidos iônicos. Água,  suas anomalias e interação de água e com biomoléculas. Evolução de sistemas  com a interação de longo alcance. Transição de vidro e transição de jamming. Propriedades de sólidos amorfos. Superhidrofobicidade

Pesquisadores envolvidos:
– Alexandre Pereira dos Santos
– Carolina Brito
– Heitor Carpes Marques Fernandes
– Jeferson Arenzon
– Marcia Barbosa
– Mendeli Henning Vainstein
– Yan Levin


Implantação Iônica

O Laboratório de Implantação Iônica possui dois aceleradores dedicados ao estudo da ciência básica e aplicada. Enquanto que a ciência básica se concentra no entendimento da interação de íons energéticos com a matéria, a ciência aplicada se estende por um vasto campo que compreende a tecnologia de materiais, ciência forense, ciência e tecnologia de alimentos e materiais avançados dentre outros. Com mais de uma dezena de pesquisadores, e com 35 anos de experiência, o Laboratório de Implantação Iônica destaca-se não somente pela formação de mestres e doutores, mas também pela pesquisa de alto nível com grande reconhecimento internacional.

Especificamente, nossos temas de pesquisa envolvem a análise e síntese de materiais avançados por feixe de íons, incluindo materiais nanoestruturados, identificação elementar e molecular utilizados na ciência forense, na biotecnologia, na ciência dos alimentos e na toxicologia dentre outros. Soma-se a isso a investigação dos efeitos da irradiação íons na matéria, importantes para tecnologia nuclear e espacial.

Professores envolvidos:
– Pedro Luis Grande
– Johnny Ferraz Dias
– Livio Amaral
– Paulo Fernando Papaleo Fichtner
– Henri Ivanov Boudinov
– Fernanda Chiarello Stedile
– Raul Carlos Fadanelli Filho
– Rogério Luis Maltez
– Jonder Morais
– Claudio Radtke
– Cristiano Krug
– Daniel Lorscheitter Baptista
– Gabriel Viera Soares
– Leandro Langie Araujo
– Raquel Giulian
– José Henrique Rodrigues dos Santos

Eméritos:
– Fernando Claudio Zawislak
– Moni Behar
– Israel Jacob Rabin Baumvol


Microeletrônica

Os dispositivos de microeletrônica estão presentes em praticamente todos os bens produzidos pela indústria eletroeletrônica, constituindo a base de um dos setores econômicos mais dinâmicos do mundo. Como consequência, o grau de desenvolvimento da microeletrônica desempenha um papel importante na economia do país. Os projetos de pesquisa da Microeletrônica incluem: Desenvolvimento de dispositivos semicondutores. Processos tecnológicos. Engenharia de defeitos em semicondutores durante o processamento. Síntese de novos materiais eletrônicos. Medidas elétricas em micro e nanoestruturas.

Pesquisadores envolvidos:
– Henri Boudinov
– Rogério Maltez
– Daniel Baptista
– Carlo Requião


Supercondutividade e Magnetismo

Os principais tópicos nesta linha de pesquisa são:
(a) Supercondutividade de alta temperatura crítica;
(b) Supercondutividade dos sistemas de ferro-pnictídeos;
(c) Efeitos de correlação eletrônica na fase normal de cupratos supercondutores: pseudogap;
(d) Magnetismo de sistemas desordenados: vidros de spin, sistemas magnéticos reentrantes, efeitos de quiralidade;
(e) Compostos intermetálicos de Heusler;
(f) Compostos e ligas de terras raras;
(g) Transporte dependente de spin;
(h) Magnetismo em sistemas semicondutores;
(i) Interação entre supercondutividade e magnetismo em heteroestruturas de filmes finos bi e multicamadas;
(j) Propriedades eletrônicas do grafite.
Principais técnicas experimentais utilizadas: Condutividade elétrica: magneto-resistência; efeito Hall; magnetização; susceptibilidade magnética AC; impedânciometria; calor específico; magnetostricção.

Pesquisadores envolvidos:
– Paulo Pureur
– Milton André Tumelero
– Gilberto L. F. Fraga
– Jacob Schaf (convidado)


Teoria de Redes e Sistemas Complexos

A linha de pesquisa “Teoria de Redes e Sistemas complexos” se situa na interface entre a física tradicional de matéria condensada e mecânica estatística com redes e fenômenos sociais. O foco está na aplicação de técnicas da mecânica estatística para entender a dinâmica e propriedades emergentes de sistemas sociais, econômicos e biológicos. Trata-se de uma extensão da física para além de seu objeto de estudo tradicional, usando semelhanças entre o movimento de átomos de um gás intercambiando energia e as pessoas trocando dinheiro ou mercadorias, por exemplo. Essa é uma das analogias que possibilitam o uso de técnicas e modelos consagrados na física da matéria condensada para sistemas sociais. A ênfase da linha é o estudo teórico-computacional de problemas da chamada “socio-física”, por exemplo o estudo da distribuição de renda entre pessoas com modelos de trocas binarias (econofísica) ou o estudo da adoção de uma inovação. Porém alguns resultados tem potencial de aplicação em sistemas reais como a simulação de ataques a redes criminais reais.

Pesquisadores envolvidos:
– Sebastián Gonçalves


Nanomateriais e Materiais 2D

Otimização na síntese de nanomateriais (nanopartículas, nanofios, nanotubos) e materiais 2D (grafeno, TMD, entre outros). Caracterização estrutural, química e física. Processos de funcionalização, modificação e fabricação de heteroestruturas. Compósitos.

Pesquisadores envolvidos:
– Daniel Lorscheitter Baptista



Superfícies e Interfaces

Estudo das propriedades fisico-químicas de superfícies e interfaces sólidas, com uma atenção especial às estruturas dielétricas nanoestruturadas utilizadas em dispositivos microeletrônicos avançados, tais como os high-k e óxidos e oxinitretos de silício depositados ou crescidos termicamente sobre silício ou sobre carbeto de silício.

Pesquisadores envolvidos:


Espectroscopia Mössbauer

Estudos das interações hiperfinas em minérios, filmes finos e materiais.

Pesquisadores envolvidos:


Óptica e Laser

Propriedades ópticas de materiais, filmes e superfícies. Produção monitorada, processamento e caracterização. Filmes/superfícies micro-nanoestruturados (molhabilidade, super-hidrofobicidade) e suas aplicações (energia, bio-fotônica, dispositivos). Análise de sistemas dinâmicos. Atividades de extensão e de formação continuada.

Pesquisadores envolvidos:


Magnetismo

Estudo experimental das propriedades magnéticas e estruturais de materiais volumosos, filmes finos, granulados e Instrumentação.

Pesquisadores envolvidos:


Mecânica Estatística de Não-Equilíbrio

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Pesquisadores envolvidos:


Modelos Teóricos e Computacionais

Modelagem computacional em sistemas extensos físicos e biológicos tais como espumas, estruturas celulares e dinâmica de epidemias. Linhas em dinâmica de informação em redes: redes metabólicas e sua evolução, redes de neurônios, redes sociais e econofísica.

Pesquisadores envolvidos:


Dinâmica Aplicada

Férmions pesados. Sistemas fortemente correlacionados. Supercondutividade. Estruturas celulares aleatórias. Autômatos celulares. Redes de neurônios. Agregação fractal.

Pesquisadores envolvidos: