O South American Dark Matter Workshop aproximou diferentes visões no estudo de um dos maiores mistérios da física.

O ICTP-SAIFR, localizado no prédio do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp, organizou, entre os dias 10 e 12 de maio, o South American Dark Matter Workshop (Workshop Sul Americano em Matéria Escura). O objetivo foi trazer pesquisadores de ponta de diversas nacionalidades que estudam a matéria escura em diferentes ramos da física, estimular discussões, debates e compartilhamento de descobertas recentes.

A matéria escura é um dos grandes enigmas contemporâneos da física. Ela recebe esse nome por não emitir ou interagir com radiações eletromagnéticas, como a luz, e apesar de não ter sido observada diretamente, sua existência e suas propriedades foram inferidas a partir de seu efeito sobre a matéria visível. Como exemplo, é possível citar o trabalho de Vera Rubin e Kent Ford nos anos 70 com curvas de velocidade em galáxias em espiral, uma das evidências mais fortes e mais recentes da matéria escura. A hipótese mais aceita sobre sua composição diz que é formada por WIMPs (sigla em inglês para “weakly interacting massive particles”), que seriam partículas massivas que interagiriam apenas através da gravidade e potencialmente não fariam parte do modelo padrão das partículas (que prevê a existência de próton, nêutrons e outras partículas elementares).

Por ser um problema complexo, a matéria escura é estudada por diferentes ângulos. Enquanto as observações e evidências são puramente astrofísicas, as motivações são teóricas. Fabio Iocco, um dos organizadores do evento, disse ser essa uma das motivações do workshop: “Esses três dias nos permitiram aproximar todos os lados do problema, trazer especialistas experimentais, como os astrofísicos, que trabalham com observações diretas e indiretas, e os teóricos, como físicos de partículas, e os fenomenólogos, que unem essas duas visões.”

As observações diretas da matéria escura são objeto de grande esforço intelectual e interdisciplinar, existindo diferentes formas de tentar detectá-la. Uma delas, apresentada por Graciela Gelmini, da UCLA, são laboratórios subterrâneos que tentam detectar o efeito que WIMPs causam em núcleos atômicos ao passarem pela Terra. Esses efeitos, porém, são geralmente recuos de baixa energia no núcleo, e os detectores devem ser extremamente sensíveis. Para isso, é necessário reduzir a interferência de raios cósmicos, que atingem a Terra continuamente, e por isso esses experimentos são realizados a mais de um quilômetro abaixo do solo, geralmente em minas desativadas. Por exigirem altos investimentos, a maioria destes laboratórios está localizado no hemisfério norte, mas Gelmini apresentou em sua palestra e depois numa mesa redonda exclusiva para o assunto, a possibilidade de construção de um dos primeiros laboratórios deste tipo no hemisfério sul, o “Agua Negra Deep Experiment Site” (ANDES), localizado na cordilheira dos Andes, entre Chile e Argentina. “Isso vai nos ajudar muito na detecção, pois a interferência de raios cósmicos está diretamente relacionada à sazonalidade. E como as estações são inversas nos dois hemisférios, as observações do norte e do sul podem se complementar e corrigir anomalias causadas por interferências em observações na mesma época”, disse.

Já as observações indiretas procuram por sinais da interação ou decaimento de WIMPs no universo. Teoriza-se que em regiões de alta densidade de matéria escura, como o centro da nossa galáxia, duas partículas deste tipo poderiam se aniquilar ou decair, produzindo sinais inesperados, como raios gama ou partículas do modelo padrão. “Porém, para se encontrar o inesperado, é preciso saber muito bem o que é esperado”, comentou Iocco.

Outra vertente de busca de evidências da matéria escura são os experimentos com colisores de partículas, como o LHC. Como uma partícula de matéria escura deve ter interações insignificantes com a matéria visível normal, pode ser detectada indiretamente como grandes quantidades de energia e momento que escapam dos detectores, desde que sejam detectados outros produtos não negligenciáveis de colisão. Essas descobertas, porém, teriam de ser corroboradas pelas descobertas diretas ou indiretas para provar que são partículas de matéria escura. Por isso a importância de se unir os diferentes ramos que a estudam.

 Além disso, o evento também contou com a participação de estudantes, pesquisadores e professores interessados no tema, e a recepção foi positiva. “Foi muito bom entrar em contato com outras formas de pesquisa da matéria escura”, disse Gabriela Rodrigues, estudante de mestrado na Unicamp, que pesquisa a detecção direta de matéria escura através de WIMPS. “Me ajudou na minha própria pesquisa ver outros pontos de vista, outras teorias, e saber como podem se abrir mais portas para além do que eu estou fazendo.”

Workshop internacional discute os modelos matemáticos e aplicações da pesquisa em sólitons, homenageando Luiz Agostinho Ferreira e seu trabalho na área.

O professor Luiz Agostinho Ferreira durante sua palestra no workshop.

Entre os dias 17 e 20 de abril, o ICTP-SAIFR e o Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp sediaram um workshop internacional centrado no estudo dos sólitons, com enfoque nos temas de integrabilidade, dualidade e aplicações. A ideia, segundo Betti Hartmann, uma das principais organizadoras, surgiu de duas motivações diferentes. A primeira, homenagear o pesquisador Luiz Agostinho Ferreira em seu aniversário de sessenta anos, comemorado no dia 19. A segunda, localizar o Brasil no mapa da pesquisa em sólitons e mostrar que há estudos de ponta sendo realizados no país.

Sólitons são, basicamente, pacotes de ondas solitárias auto-reforçantes que conservam sua estrutura enquanto se propagam, devido a um cancelamento de efeitos não lineares no meio em que surgiram. A definição é ampla, já que ondas podem se formar em diferentes meios. Uma onda, tanto na água quano no espaço, por exemplo, podem ser consideradas sólitons, pois, à medida que se movem, mantém o mesmo formato. Assim, seu estudo tem importância em diferentes áreas, desde física teórica e cosmologia até biologia e medicina.

Para o evento, palestrantes brasileiros e internacionais, de diferentes universidades, formações e linhas de pesquisa, porém especialistas no tema, foram convidados para apresentar e compartilhar suas visões e resultados acerca das estruturas dos sólitons e as aplicações de seu estudo. Na cosmologia, eles podem ser usados para compreender os chamados defeitos topológicos, como as cordas cósmicas, imperfeições unidimensionais hipotéticas que podem ter se formado durante uma fase de transição de quebra de simetria no início do universo. Na biologia, estão presentes, por exemplo, no movimento de cargas dentro de uma proteína. “Mas tentamos, aqui, focar nas estruturas matemáticas e físicas destes objetos”, disse Hartmann.

Além disso, os participantes inscritos, em sua maioria alunos de pós-graduação, mas também pesquisadores e professores de diferentes universidades, fizeram apresentações orais curtas e participaram da sessão de apresentação de pôsteres.

Homenagem

Luiz Agostinho Fereira começou sua carreira na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), onde se graduou em física no ano de 1978. Depois seguiu para um mestrado, também em física, no Instituto de Física Teórica da Unesp, onde produziu uma monografia acerca da energia de ponto zero do campo eletromagnético entre 1979 e 1980, sob a orientação de Abraham Zimmerman, autoridade no estudo de modelos integrados e teoria de campos. No ano seguinte, embarcava para o Reino Unido, onde desenvolveria seu doutorado em espaços simétricos não compactos e sólitons sob a orientação de David Olive na prestigiada Imperial College London, concluído em 1985. Ao retonar para terras brasileiras, realizou um pós-doutorado junto ao Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), localizado no Rio de Janeiro e depois foi contratado pelo IFT, em 1987, onde obteve sua livre-docência no ano de 1994, investigando as simetrias de modelos integráveis e as soluções sólitons. Permaneceu junto da Unesp até o ano de 2003, quando foi contratado como professor titular pelo Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP), onde permanece até hoje.

Em sua carreira docente, orientou seis teses de mestrado e quatro de doutorado, além de ministrar disciplinas de graduação e pós-graduação, e participar de cursos de extensão universitária, como o projeto de divulgação científica “Física ao Entardecer”. Como pesquisador, realizou diversas parcerias com países como Espanha, Japão e Reino Unido. Suas linhas de pesquisa giram em torno de modelos integráveis, sólitons e teorias de campo, onde fez importantes contribuições e é considerado uma das referências nestas áreas que, no Brasil, ainda são pouco estudadas.

No dia de seu aniversário, Ferreira foi convidado a apresentar uma palestra para o público especializado do workshop e do IFT acerca da auto-dualidade. Um assunto amplo na teoria de campos, versando sobre teorias de cargas topológicas, mas que apresentou com clareza, discutindo como cargas topológicas permitem o cálculo de soluções através de equações diferenciais de 1^o grau em vez de 2^o grau, como é mais comum ocorrer. Ao fim da palestra, apresentou os resultados de uma pesquisa de quatro anos, em que conseguiu desenvolver um modelo de skyrmion — tipo especial de sóliton estático — que possui um setor auto-dual (algo que nem o modelo proposto na década de 60 pelo próprio Skyrme apresentava). Sua fala gerou uma ampla discussão e troca de experiências entre pesquisadores de diferentes áreas, demonstrando que é nesse tipo de interação que a ciência acontece.

Escola internacional discute a correspondência entre teoria de cordas e matéria condensada.

Alunos, palestrantes e organizadores da escola reunidos após uma das aulas.

O ICTP-SAIFR, localizado no prédio do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp, sediou entre os dias 27 de março e 7 de abril a School on AdS/CMT Correspondence, versando sobre as formas de se aplicar a teoria das supercordas ao estudo da matéria condensada. De forma simplificada, a matéria condensada é um termo que se refere aos estados físicos da matéria em que as partículas se aderem umas às outras, como, por exemplo, os estados clássicos de sólidos e líquidos. Porém, existem outros estados estudados, como os supercondutores e materiais ferromagnéticos.

Voltada para alunos de pós-graduação, pesquisadores e professores, as aulas foram montadas de forma a apresentar um panorama dos problemas teóricos atuais nos sistemas de matéria condensada e discutir as ferramentas que podem ser usadas em seu estudo, com ênfase especial em técnicas de holografia. A primeira semana foi organizada como um curso introdutório às teorias que serviram de base para a discussão de tópicos mais avançados na segunda semana. “Temos duas comunidades de físicos com backgrounds muito diferentes na escola, uns vem da área de altas e energias e teoria de cordas, outros, da matéria condensada. Por isso começamos com uma revisão, para que seja produtiva para todos”, disse Diego Trancanelli da USP, um dos organizadores.

AdS/CMT

A correspondência entre AdS (sigla em inglês para o espaço anti-De Sitter, que possui uma curvatura escalar negativa constante) e a matéria condensada (CMT, na sigla em inglês) significa o uso de modelos gravitacionais, em especial da teoria de supercordas, no estudo de, por exemplo, materiais sólidos e líquidos. Surgiu por influência da correspondência AdS/CFT (teoria de campos conformais) desenvolvida por Juan Maldacena em 1997 no estudo de aspectos da teoria de gauge, como na interação forte entre núcleos atômicos.

Segundo Horatiu Natase, do IFT, um dos organizadores, existem muitos problemas teóricos no estudo da matéria condensada — especialmente quando se trata de interações entre partículas — que não conseguem ser abordadas por métodos tradicionais. Como exemplo podem ser citados a supercondutividade de alta temperatura e o efeito Hall quântico, em que a resistividade perpendicular é quantizada, ambas discutidas em algumas das palestras.  Assim, ao relacionar a teoria gravitacional quântica à matéria condensada, novas soluções para problemas antigos podem ser encontradas.

O objetivo da escola foi apresentar e discutir com os participantes inscritos as ferramentas da gravitação que podem ser usadas no estudo da matéria condensada. “Na última década começaram a se utilizar métodos da teoria de cordas e depois da teoria de campos para atacar esses problemas. Isso gerou um grande interesse na área da matéria condensada”, disse Natase.

Interação

Por reunir 71 alunos e 6 palestrantes de duas áreas diferentes (matéria condensada e física de altas energias), o desafio para os organizadores foi o entendimento entre todos. “Pois apesar de utilizarem ferramentas em comum, a linguagem e o jeito de usá-las em cada área é diferente”, disse Natase.

A interação, porém, foi positiva e a mensagem que ficou por trás foi que a física não é dividida em setores que não se conversam, e o diálogo entre pesquisadores pode ser proveitoso. “A ferramenta que eu desenvolvo para um problema na minha área pode ser motivada por um problema de outra, ou pode ser que o problema de uma outra área tenha um equivalente no problema que eu estudo”, disse Trancanelli. “Então o que eu acho que estamos aprendendo a cada dia é que a física é única, as mesmas técnicas podem ser aplicadas em vários sistemas diferentes. Você nunca pode colocar limites nas suas teorias, nos seus métodos”. Natase complementou a fala, dizendo que “temos de estabelecer esses laços, mas o que acontece na prática é que tem tantas coisas para se aprender na sua área que não sobra tempo para se aprofundar em outra. E essas escolas são um jeito de expor as pessoas a outras ideias e técnicas que não teriam contato antes.”