Colóquios 2013
QUARTA-FEIRA - 18 DE DEZEMBRO - 10h
Metric Space Formulation of Quantum Mechanical Conservation Laws
Profa. Irene D´Amico, University of York, UK
Conservation laws are a central tenet of our understanding of the physical world. Their tight relationship to natural symmetries was demonstrated by Noether in 1918 and it has since been a fundamental tool for developing theoretical physics. In this talk we demonstrate how these laws induce appropriate `natural' metrics on the related physical quantities and how the relevant physics is translated into the metric analysis[1]. We argue that this alternative picture provides a new powerful tool to study certain properties of many-body systems, which are often complex and hardly tractable when considered within the usual coordinate space-based analysis, while may become much simpler when analyzed within metric spaces.
We exemplify this concept by looking at the relationship between wavefunctions and their densities, which, when considering ground states, is at the core of standard Density Functional Theory (DFT)[2]. We show that a suitable metric stratifies Fock space into concentric spheres on which maximum and minimum distances between states can be defined and geometrically interpreted. Unlike the usual Hilbert-space analysis, our results apply also to the reduced space of only ground states and to that of particle densities, which are metric, but not Hilbert, spaces. The Hohenberg-Kohn mapping between densities and ground states, which is highly complex and nonlocal in coordinate description, is found, for three different model systems, to be simple in metric space, where it becomes a monotonic and nearly linear mapping of vicinities onto vicinities.
Further we present results to show how the metric analysis can assist in understanding the characteristics of approximations to the exchange-correlation potential, v_xc, the key quantity for practical applications of DFT. We demonstrate the power of this new method of analysis by applying it to the Local Density Approximation, one of the widely used approximations to v_xc[3].
TERÇA-FEIRA - 03 DE DEZEMBRO - 14h
Thermodynamics of quantum systems, or how I learned to stop worrying and love high temperatures
Prof. Mauro Paternostro, CTAMOP, Queen's University Belfast
I will give a gentle introduction to the quantum mechanical formulation of thermodynamics at the quantum level. Together, we will focus on the possibility to define and probe thermodynamical features of systems that are brought out of equilibrium. In particular, I will concentrate on the platforms provided by quantum optomechanics and quantum many-body systems.
TERÇA-FEIRA - 19 DE NOVEMBRO - 14h
Biologia Quântica
Prof. Fernando Semião - Universidade Federal do ABC
Apresentaremos nesse Colóquio alguns dos aspectos que guiam e motivam estudos recentes sobre a manifestação e possível relevância de efeitos quânticos não-triviais em sistemas biológicos. Em especial, revisaremos um importante resultado dessa área de pesquisa, que é o conceito de transporte auxiliado por coerência quântica e decoerência. Esse mecanismo parece ser relevante para obtenção das altas eficiências no transporte de excitações em complexos fotossintéticos de bactérias verdes sulforosas. A ideia é manter a discussão em seus aspectos físicos básicos, tentando tornar o assunto interessante para todos presentes.
TERÇA-FEIRA - 15 DE OUTUBRO - 14h
Grafeno real através de Teoria Quântica de Campos
Dr. Ignat Fialkovskiy - Universidade Federal do ABC
Grafeno, uma camada monoatômica de carbono, é um material extraordinário sob muitos aspectos. Do ponto de vista teórico ele oferece uma oportunidade inédita para investigar a Teoria Quântica de Campos na ponta do lápis.
Depois de esboçar brevemente a estrutura cristalina do grafeno e o modelo de ligação forte que é usada para a descrição das propriedades dos elétrons dentro dele, nos focaremos em métodos de TQC aplicados à investigação das propriedades do grafeno. Em particular, abordaremos as propriedades de transporte das camadas de grafeno suspenso, e a influência delas tanto nos campos EM clássicos, quanto no vácuo da Eletrodinâmica Quântica. Dois efeitos mais importantes são considerados: o efeito (quântico) de Faraday, e o efeito Casimir entre grafeno suspenso e um condutor paralelo.
Finalmente, consideraremos nanofitas de grafeno e discutiremos as condições de fronteira apropriadas e a influência delas nas propriedades de transporte.
TERÇA-FEIRA - 24 DE SETEMBRO - 14h
Transition metal atoms in molecules and solids: from point defects to embedded nanostructures
Prof. Hannes Raebiger
Universidade de Yokohama, Japão
Transition metal impurities usually induce deep levels in the band gap with multiple charge states [1], associated with distinct coloration and possibly even magnetism [2]. Likewise, small molecules with a central transition metal atom are multivalent and exhibit vivid colors depending on their spin state. The physics of transition metal atoms in both molecular and solid environments is discussed. Accurate quantum chemical calculations of 3d transition metal atoms in small molecules and various semiconductor or insulator environments are presented. The origin of low and high spin states, as well as various bulk defect scenarios ranging from shallow defect to polaron trapping. In case of bulk impurities, also their collective beavior is described: typically the 3d impurities are spin polarized, which may or may not lead to long range magnetic interactions [2]. The chemical interactions among 3d impurities, phase separation, as well as interactions with intrinsic or co-dopant defects and complex formation [3] are also discussed. Recent results regarding quasi-1D phase separation in dilute magnetic semiconductors will be also discussed [4].
The molecular calculations are carried out within state-of-the-art CASSCF calculations, which accurately describe electron correlations. This calculations demonstrate the explicit failure of one-electron theories and show that an accurate description of spin states is only possible using many-electron wavefunctions. The bulk calculations rely on density-functional theory, where conventional LDA/GGA functionals often fail to describe the physics of 3d elements in any environment. In particular, small polaron behavior seems to be a case where even hybrid functionals fail, and explicit self-interaction corrections become essential.
1) H. Raebiger, S. Lany, and A. Zunger, Nature 453, 763 (2008).
2) A. Zunger, S. Lany, and H. Raebiger, Physics 3, 53 (2010).
3) H. Raebiger, Phys. Rev. B 82, 073104 (2010).
4) H. Nakayama, T. Fujita, and H. Raebiger, Appl. Phys. Express 6, 073006 (2013).
TERÇA-FEIRA, 27 DE AGOSTO
Eletrônica com moléculas: como entender e usar o transporte de elétrons para construir os dispositivos do futuro
Prof. Alexandre Reily Rocha
Instituto de Física Teórica - UNESP
Como fazer para ter mais fotos no meu iphone? Como ter jogos de computador cada vez mais realistas? Como armazenar o DNA sequenciado de um indivíduo e encontrar sequências que indicam possíveis doenças? Desde 1947, quando foi inventado o transistor, e teve início a era da informação, a resposta para estas perguntas tem sido: miniaturização. Mas há limites neste processo, e estamos chagando neles. Enquanto buscamos processadores e hard drives cada vez menores e mais rápidos, no corrente processo de redução das dimensões dos circuitos, logo teremos sistemas compostos por um número pequeno de átomos.
Nas dimensões do bilhonésimo do metro, nasce a nanociência. Ao mesmo tempo a química orgânica se desenvolveu paralalemente e hoje é possível "desenhar" uma infinidade de moléculas orgânicas com alto grau de pureza e diferentes propriedades. Surge então a possibilidade de integra-las a dispositivos eletrônicos, no que chamamos de eletrônica molecular. Precisamos, ao mesmo tempo, aprender a ver e manipular, moléculas e principalmente entender e dominar a física por trás de fenômenos totalmente diferentes daqueles vistos nos dispositivos atuais.
O mundo, nestas dimensões é dominado pela mecânica quântica. O potencial é grande e os desafios também. Neste seminário irei abordar alguns destes temas e mostrar como podemos estar próximos de uma mudança de tecnologia.
TERÇA-FEIRA - 16 DE JULHO - 14h
Ensaio sobre a cegueira cósmica
Prof. Paulo S. Rodrigues da Silva
Universidade Federal da Paraíba
Graças aos experimentos precisos que dominaram a Cosmologia a partir do fim do Sec. XX, hoje sabemos com grande precisão que aquilo que considerávamos ser toda a matéria no Universo, planetas, estrelas, galáxias, buracos negros, referem-se apenas a cerca de 5% de tudo que os experimentos mais sofisticados foram capazes de detectar. Sabemos que uma das componentes "invisíveis" da matéria, a chamada Matéria Escura, representa quase que a totalidade de toda matéria responsável pela formação das galáxias e, por consequência, do Universo como o conhecemos, representando outros 27% de todo seu conteúdo. Além disso, não se tem idéia de nada no tocante às partículas elementares, capaz de descrever a maior componente do Universo, a chamada Energia escura, formando 68% de todo seu conteúdo. Nesta palestra, vamos nos ater ao problema da Matéria Escura, cuja solução pode, em princípio, ser obtida no reino das Partículas Elementares. Dado o que conhecemos sobre a evolução do Universo e o Modelo Padrão das Partículas Elementares, discutiremos as características relevantes necessárias para uma partícula a fim de resolver o problema da Matéria invisível de maneira natural. Finalmente, veremos que tais partículas escuras podem não ser assim tão invisíveis como parece, tal que temos meios de detectá-las e investigá-las mais a fundo e, quem sabe, revelar um pouco mais sobre a origem de nossa cegueira cósmica.
Quinta-Feira, 11 de Julho, 14h
The Pierre Auger Observatory enhancements and ANDES an underground laboratory in the South
Prof. Ivan Sidelnik
Centro Atômico de Bariloche
In this talk I will summarize some of the ultra high energy cosmic rays features that are not yet understood and how the Pierre Auger Observatory is prepared to study this using an enhancements called AMIGA. I will focus on the Auger Observatory and AMIGA detectors describing the building of this enhancement showing the test of the first prototype and the installation of the firsts detectors with some results comparing laboratory and field measurement.
I also will give a brief introduction of what could be a very important possibility of an underground laboratory in the southern hemisphere: the ANDES underground laboratory.
Terça-Feira - 18 de junho
Luz síncrotron, o LNLS, e Sirius, o novo acelerador brasileiro
Prof. Antonio José Roque da Silva
Laboratório Nacional de Luz Síncrotron/LNLS - CNPEM/ABTLuS
O uso de luz síncrotron, pelas mais variadas áreas do conhecimento, tem tido, mundialmente, um crescimento contínuo. Isso, em parte, se deve aos aceleradores de terceira geração, que com brilho muito maior, permitem novos experimentos e novas técnicas.
O Brasil teve uma importante contribuição para o desenvolvimento da ciência na America Latina quando desenvolveu a tecnologia e construiu a primeira fonte de luz síncrotron no hemisfério sul. O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS, opera esse equipamento como uma facilidade aberta a usuários do Brasil e do mundo desde 1997. Apesar desse sucesso, a presente fonte de luz síncrotron brasileira é uma máquina de segunda geração, com baixa energia, alta emitância, e poucos trechos retos para dispositivos de inserção. A partir de 2008 o LNLS está engajado no projeto de um novo acelerador síncrotron, de terceira geração. Esta será uma das maiores e mais complexas infra-estruturas científicas já construídas no país, e irá prover a comunidades de ciência e tecnologia com um equipamento no estado da arte, competitivo com com os melhores síncrotrons já existentes ou em construção no mundo. Essa nova fonte irá permitir a execução de pesquisas avançadas que hoje não são possíveis de serem realizadas no Brasil. Nessa palestra, um panorama da evolução e situação atual do LNLS será apresentada, bem como as perspectivas futuras relacionadas ao Sirius.
Terça-Feira, 21/05
Time-dependent density-functional theory: overview and recent highlights
Prof. Carsten A. Ullrich, Associate Professor, Department of Physics & Astronomy
University of Missouri
Time-dependent density-functional theory (TDDFT) is a universal approach to the dynamical electronic many-body problem in atoms, molecules and solids. With TDDFT one can describe electronic excitation processes and calculate optical spectra of materials with unprecedented accuracy and computational efficiency. I will explain the formal background of TDDFT, give an overview of its broad range of applications, and discuss some of our own recent work on excitons in solids and charge-transfer excitations in organic donor-acceptor molecules.
Terça-Feira, 02/04
The Long-Baseline Neutrino Experiment (LBNE)
Dr. Milind Diwan, do Brookhaven National Laboratory, USA
O Dr. Milind Diwan do Brookhaven National Laboratory falará sobre o projeto LBNE, que será um experimento com o objetivo de compreender melhor propriedades dos neutrinos e seu papel no universo. Este experimento usará neutrinos produzidos no Fermilab e enviados para um detetor construido a aproximadamente 2 km de distância, no laboratório Sanford.
Terça-feira, 12/03
Título: The Higgs mechanism in questions and answers
Prof. Igor Ivanov, Liège University
Resumo: 2012 was a milestone year for high-energy physics. The remarkable discovery of the Higgs boson at the LHC puts an end to decades of desperate Higgs searches and opens the era of Higgs boson exploration. This discovery received tremendous amount of publicity, often not accurate enough, and created in the non-expert audience some misconceptions about experimental searches for the Higgs boson and its role in particle physics. I will go through some of them trying to give answers as accurate as possible but at the same time avoiding technical details.
Quinta-feira, 07/03
Título: The Near Future of Gravitational Wave Detection
Prof. Cole Miller, University of Maryland
Resumo: The next generation of gravitational wave detectors, which will take science data within five years, is expected to yield unprecedented information on compact binaries involving neutron stars and black holes. These detectors also have the possibility of constraining asymmetries in rotating neutron stars, and with luck could detect gravitational waves from a supernova in our galaxy. I will discuss the science of gravitational waves and the astrophysical realm it is expected to unveil, including the possibility of the first reliable and precise constraints on neutron star radii.
Terça feira, 19 de fevereiro de 2013
Título: Os mapas 3D do universo e a busca pela natureza da energia escura
Prof. Raul Abramo (USP)
Resumo: Um dos maiores mistérios da Ciência moderna é a razão pela qual o universo está se expandindo de forma acelerada. A explicação pode ser uma nova forma de matéria/energia, uma nova constante fundamental (a Constante Cosmológica), ou até mesmo uma nova teoria da gravidade. Nesse colóquio vamos revisar a forma pela qual os mapas 3D do universo serão cruciais para compreender a natureza da energia escura. Em particular, vamos explorar a complementaridade entre a teoria e as observações, e as novas oportunidades que se abrem com a entrada do Brasil em diversos projetos de grande porte na área de Cosmologia.
Terça-Feira, 22 de Janeiro de 2013
Gravitação Semiclássica sob Perspectiva da Teoria da Informação Quântica
Prof. André G. S. Landulfo (UFABC)
Resumo: A teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos faz previsões extraordinárias sobre o comportamento de campos quânticos na presença de campos gravitacionais intensos. Entretanto, essas descobertas notáveis levam a uma série de novos questionamentos. O desenvolvimento de uma teoria na interface entre relatividade, mecânica quântica e teoria da informação pode não só lançar nova luz sobre tais questões como também permitir a descoberta de novos efeitos que nos dêem insights sobre como deve ser o regime quântico da gravitação. Nesse seminário, revisarei vários resultados recentes dessa nova área, como por exemplo, a não violação das desigualdades de Bell quando os detetores que fazem as medições movem-se rápido o suficiente e a morte súbita do emaranhamento entre dois qubits nas vizinhanças de um buraco negro. Ao final, discutirei as perspectivas da área enfatizando o chamado "paradoxo" da perda de informação em buracos negros e a questão de qual a origem de sua entropia.