O Programa de Pós-Graduação em Física (PPG Física) da UFABC oferece uma única área de concentração, Física, e conta com seis linhas de pesquisa, que abrangem uma ampla gama de áreas experimentais e teóricas. A seguir, apresentamos uma descrição geral dessas linhas de pesquisa.

1. Física da Matéria Condensada

A Física da Matéria Condensada estuda as propriedades da matéria, especialmente na fase “condensada”. Os exemplos mais familiares são sólidos e líquidos, originados pela força elétrica entre os átomos, mas existem fases condensadas mais exóticas, com grande potencial tecnológico, que incluem os superfluidos e supercondutores, além de fases ferromagnética e antiferromagnética em sistemas de spin. A pesquisa nessa área é diversificada, envolvendo desde o estudo de propriedades elétricas, magnéticas, térmicas, ópticas e mecânicas da matéria até a síntese, caracterização e descoberta de novos materiais. Além das análises experimentais e teóricas, as simulações computacionais assumem um papel fundamental nas investigações em matéria condensada.

No PPG Física da UFABC, essa linha de pesquisa engloba estudos experimentais, teóricos e computacionais sobre sistemas fortemente correlacionados, materiais 2D, perovskitas, isoladores topológicos, compostos para spintrônica, síntese e caracterização de nanoestruturas semicondutoras. Dentre as aplicações exploradas, destacam-se a eficiência energética, células solares de perovskitas, energia renovável, sensores, dispositivos eletrônicos, fotoeletroquímicos e eletrocrômicos. Esses são apenas alguns dos temas abordados.

2. Física de Partículas e Campos

O principal objetivo dessa área de pesquisa, também conhecida como Física de Altas Energias, é compreender os constituintes fundamentais da natureza e suas interações. Esses constituintes, as partículas elementares, são classificadas em férmions e bósons. As interações fundamentais reconhecidas incluem as forças fracas, fortes, eletromagnéticas e gravitacionais. A teoria que descreve as interações entre partículas elementares, desconsiderando a gravidade, é o Modelo Padrão, derivado da Teoria Quântica de Campos com base em simetrias especiais. No entanto, há teorias que buscam ir além desse modelo, explorando a unificação das forças fundamentais, novas partículas e teorias alternativas, como a teoria das cordas e a supersimetria. Experimentos de alta energia, como os realizados em aceleradores de partículas, desempenham papel crucial nesses estudos.

A lista a seguir ilustra a diversidade e a atualidade dessa linha no Programa, embora muitos outros tópicos não sejam mencionados. Destaca-se a construção e fenomenologia de extensões do Modelo Padrão, mecanismos de geração de massa para férmions, física de neutrinos, física de bósons escalares, como os áxions, candidatos à matéria escura, violação da simetria de Lorentz, teorias supersimétricas, quebra dinâmica de simetria, teoria de Chern-Simons, não-comutatividade no espaço-tempo, violação de CP, além da astrofísica de neutrinos e de raios cósmicos de altíssimas energias. Além disso, há pesquisas realizadas no âmbito de grandes colaborações, como o LHC-CMS (Compact Muon Solenoid), o LHC-ALICE (A Large Ion Collider Experiment), o DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), entre outras.

3. Informação Quântica

A Ciência da Informação Quântica é uma área de pesquisa relativamente nova que combina Ciência da Informação e Mecânica Quântica, além de uma diversidade de conhecimentos multidisciplinares. Atualmente, estamos presenciando a segunda revolução quântica, enquanto a primeira foi marcada pelo avanço da microeletrônica. As novas tecnologias quânticas estão surgindo de diversas formas. Temos a computação quântica, que pode nos levar além dos limites clássicos no processamento de informação; a criptografia quântica, que promete uma comunicação ultrassegura; e a metrologia quântica, com dispositivos ultrassensíveis capazes de detectar sinais físicos ou biológicos extremamente fracos em nanoescala. Esses são alguns exemplos dessa revolução tecnológica. Nos bastidores dessa área, a termodinâmica em escala quântica desempenha um papel fundamental na discussão dos limites e custos dessas aplicações, enquanto o fenômeno da decoerência impõe novos desafios tecnológicos.

No PPG Física da UFABC, essa linha engloba o uso de Ressonância Magnética Nuclear (NMR) em investigações experimentais de máquinas térmicas quânticas, teoremas de flutuação, irreversibilidade, correlações quânticas e realismo quântico. Também são realizados experimentos com células de vapor, produzindo luz comprimida por efeito Kerr, e simulações quânticas de dinâmicas dissipativas com fótons gêmeos gerados por conversão paramétrica descendente. Além disso, há pesquisa teórica e colaboração teoria-experimento com outros grupos no Brasil e no exterior. Destacam-se as pesquisas com íons aprisionados, transporte quântico e sistemas quânticos abertos.

4. Gravitação e Cosmologia

A Relatividade Geral é uma teoria geométrica da gravitação proposta por Einstein, que oferece uma descrição unificada da gravidade como uma propriedade geométrica do espaço e do tempo, ou espaço-tempo. A Cosmologia, por sua vez, é a área que estuda a origem, a estrutura e a evolução do Universo por meio da aplicação das leis da Física.

Nesta linha de pesquisa, os temas abordados no PPG Física da UFABC incluem relatividade numérica, ondas gravitacionais, transições de fase e combustão em estrelas de nêutrons, não-linearidades na superradiância de buracos negros, vorticidade em modelos análogos de gravitação, modos quase normais, sistemas Einstein-Maxwell, objetos compactos, transições de fase no universo primordial, ondas gravitacionais primordiais, entre outros.

5. Materiais Avançados e Nanociência

A Nanociência envolve a compreensão de fenômenos, manipulação e caracterização de materiais em escalas atômica ou molecular. Características importantes dos sistemas físicos, como propriedades elétricas, ópticas, térmicas e mecânicas, são determinadas pela forma como moléculas e átomos se arranjam, formando estruturas maiores. Os Materiais Avançados são aqueles que, a partir de desenvolvimentos inovadores em técnicas de produção e processamento em nanoescala, apresentam estruturas com propriedades projetadas para aplicações específicas, como energia renovável ou compatibilidade biológica, entre outros exemplos. Em geral, esses materiais agregam grande potencial comercial e econômico para o desenvolvimento de novas tecnologias.

No PPG Física da UFABC, essa linha de pesquisa abrange temas como o desenvolvimento de conversores de energia orgânicos, polieletrólitos condutores de íons, óxidos de metais de transição dopados, além do uso de métodos computacionais de ligação estreita, teoria do funcional da densidade e funções de Green para investigar as propriedades estruturais, eletrônicas e elétricas dos materiais. Há ainda o estudo experimental de nanoestruturas eletrônicas para emissores ultravioleta, perovskitas de haleto cúbicas, nanopartículas magnéticas, materiais com expansão térmica negativa, células a combustível de estado sólido, materiais de intercalação e nanopartículas magnéticas com potencial aplicação em biomedicina, entre outros.

6. Sistemas Atômicos, Moleculares, Ópticos e Condensados

Esta linha de pesquisa investiga a estrutura de átomos e moléculas, abrangendo as interações radiação-matéria e matéria-matéria, desde a escala de um ou poucos átomos até limites meso/macroscópicos, incluindo espectroscopia de vapores gasosos. As investigações nessa área envolvem tratamentos clássicos, semiclassicos e quânticos, além do estudo de fenômenos como emissão, absorção e dispersão de radiação eletromagnética em átomos e moléculas. Também inclui a análise espectroscópica, a caracterização das propriedades ópticas da matéria e a óptica não linear. Há ainda os sistemas de condensados de Bose-Einstein, formados por bósons a temperaturas próximas do zero absoluto.  

No PPG Física da UFABC, essa linha de pesquisa abrange temas como espectroscopia vibracional, processos de colisão de elétrons com biomoléculas, método multicanal de Schwinger, espectroscopia eletrônica, técnicas de coincidência elétron-íon, fotoelétrons limiares e aplicações de radiação síncrotron. Também inclui o estudo de sistemas atômicos e moleculares de interesse tecnológico, ambiental, biológico e industrial, além de temas como fotônica, óptica não linear, optoeletrônica, luz estruturada com momento angular orbital (OAM), condensados de Bose-Einstein de gases dilutos e propagação de luz em meios estruturados, como cristais fotônicos, entre outros. No nosso Programa, essa linha abrange também aplicações de sistemas dinâmicos, métodos estatísticos e estocásticos.