Na segunda semana da Escola em Redes Complexas e Neurociência, as palestras de Jesús-Gómez Gardeñes mostraram como ideias de Teoria de Jogos podem ajudar em estudos de biologia e evolução. Suas pesquisas tentam compreender, principalmente, os mecanismos relacionados à cooperação e comportamentos de imitação em populações humanas.

Teoria de Jogos

As ideias de Teoria de Jogos têm aplicações em diversas áreas, de economia à biologia. O principal objetivo ao se usar essas ideias é descobrir qual a melhor estratégia, ou alternativa, quando nos deparamos com um problema na natureza ou na sociedade.

“Com a Teoria de Jogos podemos “matematizar” conflitos e dilemas, o que nos permite calcular a melhor solução para eles”, diz Gardeñes.

Um exemplo clássico da área é o “Dilema do Prisioneiro”.

Uma das formas de resolver problemas como esse é calcular o Equilíbrio de Nash para a situação – ele mostrará qual a melhor estratégia a ser adotada. No caso do Dilema do Prisioneiro, dedurar o colega é a melhor opção.

Evolução             

A Teoria de Jogos pode ser aplicada aos estudos de biologia e evolução. Um dos primeiros trabalhos na área, “A lógica de conflitos animais”, foi escrito por John Maynard Smith e George Price, em 1973, e publicado na revista Nature. No artigo, os pesquisadores imaginam uma situação onde duas espécies, como gaviões e pombos, competem por um mesmo recurso.

Nesse caso simplificado, imagina-se que quando um pombo disputa comida com outro pombo, os animais dividem o recurso entre si. Quando um gavião encontra um pombo, o gavião fica com o recurso. E quando dois gaviões se encontram, eles competem pela comida: o ganho deles será o recurso menos o dano causado pela briga entre ambos. Nesse caso, qual espécie seria favorecida pela evolução?

“A Teoria de Jogos pode mostrar como diferentes estratégias, adotadas por diferentes espécies, têm taxas de sucesso diferentes”, explica Gardeñes. “Assim, o processo de seleção natural irá favorecer os animais que adotam a estratégia que apresenta os melhores resultados”.

No exemplo entre gaviões e pombos, se o dano causado pela briga entre gaviões é grande, a dinâmica tende para um equilíbrio, mostrando que as duas espécies podem coexistir. Quando há muitos gaviões, as chances de dois animais dessa espécie se encontrarem e brigar é alta, favorecendo pombos. Quando há muitos pombos, os gaviões são os favorecidos, pois terão grandes chances de ganhar o recurso. Na Teoria de Jogos, gaviões e pombos podem representar animais diferentes ou tipos de comportamentos de indivíduos de uma mesma espécie.

Cooperação

De acordo com ideias de Teoria de Jogos, na maioria das situações a cooperação não é uma estratégia que teria sucesso na natureza. Por isso, diversas pesquisas tentam entender como a cooperação surgiu, evoluiu e conseguiu se manter em uma grande variedade de comunidades de seres vivos. Algumas hipóteses dizem que essa estratégia favorece a preservação dos genes, pois há a possibilidade de aumentar as chances de sobrevivência de membros da sua família ao cooperar com eles. Em outras comunidades, quem não coopera pode ser punido.

“Em minhas pesquisas, tento entender como a cooperação ocorre em populações humanas”, diz Gardeñes. “Por meio de estudos com redes complexas, podemos compreender melhor como pessoas se relacionam”.

Gardeñes ressalta que estudar humanos é diferente de estudar animais pelo fato de que nós podemos mudar de estratégia a qualquer momento. Enquanto um pombo não pode escolher se comportar como um gavião, nós podemos mudar nosso comportamento. Um dos motivos que nos fazem mudar de estratégia é pela observação de outros indivíduos: quando vemos outra pessoa adotar uma estratégia diferente da nossa e ser bem-sucedido, podemos escolher imitá-lo.

“Meu trabalho também busca entender como funcionam os mecanismos e as estratégias de imitação em seres humanos”, diz Gardeñes. ”O objetivo com esses estudos é criar simulações que se aproximem o máximo possível da realidade. Um dos jeitos de se fazer isso é adicionar múltiplas redes: relacionadas a trabalho, amizades, família e etc”.

Start time: May 31, 2016

Ends on: June 3, 2016

Location: São Paulo, Brazil

Venue: IFT-UNESP

Organizers:

• Nathan Berkovits (ICTP-SAIFR &  IFT-UNESP, Brazil)
• Carmen Núñez (Universidad de Buenos Aires, Argentina)
• Martin Schnabl (Institute of Physics AS CR – Prague, Czech Republic)
• Ashoke Sen (Harish-Chandra Research Institute – Allahabad, India)
• Barton Zwiebach (Massachusetts Institute of Technology, USA)

Invited speakers  (* to be confirmed):

• Gerardo Aldazabal (Centro Atómico Bariloche, Argentina)
• David Berman (Queen Mary College – U. London, UK)
• Loriano Bonora (SISSA – Trieste, Italy)
• Martin Cederwall (Chalmers University of Technology – Goteborg, Sweden)
• Ted Erler (Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany)
• Rajesh Gopakumar (ICTS – Bangalore, India)
• Olaf Hohm (Massachussets Institute of Technology, USA)
• Chris Hull (Imperial College London, UK)
• Nobuyuki Ishibashi (University of Tsukuba, Japan)
• Michael Kroyter (Holon Institute of Technology, Israel)
• Hiroshi Kunitomo (Kyoto University, Japan)
• Carlo Maccaferri (Turin University, Italy)
• Diego Marques (Universidad de Buenos Aires, Argentina)
• Lionel Mason (Oxford University, UK)
• Kumar Narain (ICTP-Trieste, Italy)
• Carmen Núñez (Universidad de Buenos Aires, Argentina)
• Yuji Okawa (University of Tokyo – Komaba, Japan)
• Ivo Sachs (Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany)
• Martin Schnabl (Institute of Physics AS CR – Prague, Czech Republic)
• Ashoke Sen (Harish-Chandra Research Institute – Allahabad, India)
• Tomohiko Takahashi (Nara Women’s University, Japan)
• Barton Zwiebach (Massachussets Institute of Technology, USA)

Description:

This is the 8th annual workshop on string field theory and related aspects (which in 2016 will include double field theory and topological strings) and previous workshops were held in China (2015), Italy (2014), Israel (2012), Czechia (2011), Japan (2010), Russia (2009), Germany (2008) .

The School on Fundamental Aspects of String Theory precedes this workshop, and candidates may apply either for one or both activities.

Announcement

List of Confirmed Participants: Updated on May 18

Photos:

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Workshop Program: updated on May 30

Click on the title of the talks to watch the videos

Additional Information:

Registration: ALL participants and speakers should register. The registration will be on May 31  at the institute, from 9:30 to 10:15.  You can find arrival instructions at http://www.ictp-saifr.org/?page_id=195. Participants who have registered on May 23, do not need to register again.

Accommodation: Participants and Speakers whose accommodation has been provided by the institute will stay at The Universe Flat. Each participant/speaker, whose accommodation has been provided by the institute, has received the accommodation details individually by email.

Emergency number: 9 8233 8671 (from São Paulo city); +55 11 9 8233 8671 (from abroad), 11 9 8233 8671 (from outside São Paulo).

Ground transportation instructions: 

Ground transportation from Guarulhos Airport to The Universe Flat

Ground transportation from Congonhas Airport to the Universe Flat

Ground transportation from The Universe Flat to the institute

Start time: May 23, 2016

Ends on: May 30, 2016

Location: São Paulo, Brazil

Venue: IFT-UNESP

Organizers:

• Nathan Berkovits (ICTP-SAIFR &  IFT-UNESP, Brazil)
• Carmen Núñez (Universidad de Buenos Aires, Argentina)

Lecturers:

• Rajesh Gopakumar (ICTS-Bangalore, India): Topological strings II
• Kumar Narain (ICTP-Trieste, Italy): Topological strings I
• Martin Schnabl (Institute of Physics AS CR – Prague, Czech Republic): String field theory
• Ashoke Sen (Harish-Chandra Research Institute – Allahabad, India): Superstring perturbation theory
• Barton Zwiebach (Massachusetts Institute of Technology, USA): Double field theory

Description:

This 8-day school on fundamental aspects of string theory will cover advanced topics including superstring field theory, double field theory, topological strings, and duality symmetries. Participants will be assumed to be familiar with quantum field theory, supersymmetry and basic properties of bosonic string and superstring theory. Limited funds are available for travel and local expenses of participants, and preference will be given to PhD students.

This school will be followed by the VIII Workshop on String Field Theory and Related Aspects. Candidates may apply either for one or both activities.

Announcement

Satisfaction Survey:

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Photos:

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School Program: updated on May 5

Click on the (video)  to watch the videos and and (notes) to download the lecture files

May 23-25,2016

May 26-30,2016

Lecture content and references:

Rajesh Gopakumar: Topological Strings II
Worldsheet definition of A-model and B-model (adjusted according to what Narain covers) – closed and open; Topological Mirror Symmetry; Enumerative geometry and topological strings; String dualities, BPS invariants and Topological Strings; Topological vertex; Open-Closed String Duality for Topological Strings;

References:
1. A Mini-course on topological strings
Marcel Vonk (Uppsala U., Inst. Theor. Phys.). Apr 2005. 120 pp. e-Print: hep-th/0504147
2. Enumerative geometry and knot invariants
Marcos Marino (Harvard U., Phys. Dept.). Oct 2002. 69 pp. e-Print: hep-th/0210145
3. Chern-Simons theory and topological strings
Marcos Marino (CERN). Jun 2004. 46 pp. Published in Rev.Mod.Phys. 77 (2005) 675-720 e-Print: hep-th/0406005

Kumar Narain: Topological Strings I
I am planning to cover ’93 paper (hep-th/9307158) as well as ’95 paper (hep-th/9507115) on heterotic side as that will introduce the Schwinger formula which will then set the stage for Gopakumar-Vafa. It will greatly help if participants have already gone through VV (Nucl.Phys. B288 (1987) 357) and VVD(Commun.Math.Phys. 115 (1988) 649-690) papers (of course also Friedan-Martinec-Shenker ( Nucl.Phys. B271 (1986) 93-165 ) ).

Ashoke Sen: Superstring Perturbation Theory
My lectures will be on dealing with infrared divergences in string theory using string field
theory. The handwritten notes for my 33 lecture graduate course on this topic can be found at
Mritunjay Verma notes (the file size is about 200MB, so it will take a while to download).

Martin Schnabl: String Field Theory
1) SFT – motivation to study; string field; actions; Q and quick review of BRST
2) Witten’s star product, surface states,sliver frame, KBc
3) Analytic solutions (tachyon vacuum, marginal deformations, multibranes)
4) Ellwood conjecture and construction of boundary state
5) Nontrivial BCFT backgrounds and Erler-Maccaferri solution

Good introductory reviews are:
Y. Okawa, “Analytic methods in open string field theory” Prog.Theor.Phys. 128 (2012) 1001-1060 DOI: 10.1143/PTP.128.1001
W. Taylor, B. Zwiebach, “D-Branes, Tachyons, and String Field Theory” http://arxiv.org/abs/hep-th/0311017

Barton Zwiebach: Double Field Theory
My lectures will cover T-duality in string theory and the efforts to display
manifestly the associated duality symmetries of low-energy effective field
theories that arise from string theory. We will show how Double Field
Theory (DFT) provides such formulation and explore the connections with
generalized geometry. We will discuss efforts to include α’ corrections into
the formalism.

Useful references: https://arxiv.org/abs/1109.1782, https://arxiv.org/abs/1309.2977, https://arxiv.org/abs/1510.00005

Additional Information:

List of Confirmed Participants: Updated on May 18

Registration: ALL participants and speakers should register. The registration will be on May 23  at the institute, from 9:30 to 10:30.  You can find arrival instructions at http://www.ictp-saifr.org/?page_id=195

Accommodation: Participants and Speakers whose accommodation has been provided by the institute will stay at The Universe Flat. Each participant/speaker, whose accommodation has been provided by the institute, has received the accommodation details individually by email.

Emergency number: 9 8233 8671 (from São Paulo city); +55 11 9 8233 8671 (from abroad), 11 9 8233 8671 (from outside São Paulo).

Ground transportation instructions: 

Ground transportation from Guarulhos Airport to The Universe Flat

Ground transportation from Congonhas Airport to the Universe Flat

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In last Wednesday’s colloquium, ICTP-SAIFR welcomed Rodrigo Nemmen, from the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG) of USP. The researcher presented some of his latest works with black holes, focusing on some open questions of the area. Among them were featured the impact of black holes in galaxies, the relation between mass and energy behavior and the production of gas outflows discharged by them.

Star formation

Black holes concentrate a large amount of matter in a small region of space. When compared to the Sun’s mass, these astronomical bodies can be from tens to millions of times greater – in the latter case, they are called supermassive. While there are millions of “smaller” black holes scattered throughout a galaxy, there is a supermassive black hole at the center of each one.

The supermassive black hole Sagittarius A, located in the center of the Milky Way galaxy (NASA)

Although the mass of a supermassive black hole is huge, its gravitational effect is extremely small – the area in which it can have an effect is approximately one million times smaller than the size of the galaxy. However, studies conducted in the late 90s proved that there is a relation between the mass of these bodies and at least the central region of galaxies, called the bulge. So how can a black hole affect regions beyond the reach of its gravitational effect?

“The influence of black holes in galaxies is indirect,” says Nemmen. “In fact, it is the gas outflows that influence the formation of stars”.

Nemmen explains that some black holes “swallow” gas around them and also expel a much larger quantity and with great force. These outflows heat space as they travel and can reach hundreds of thousands of light years when produced by supermassive black holes. As star formation depends on gas cooling, the outflows interrupt the process and leave galaxies with fewer stars when compared to others where black holes don’t emit outflows.

Outflows

Artistic representation of an outflow (NASA)

The explanation of how black holes influence in the formation of galaxies raises other questions: how are outflows produced and what is their energy source?

“There is a kind of outflow that has the form of “rays” of particles and that reach speeds very close to the speed of light”, says Nemmen. “These jets are produced when a strong magnetic field interacts with the black hole and force gas to be expelled”.

The magnetic field is also one of the factors responsible for the intensity of the jets. Another important factor, which causes the amount of emitted gas to be greater than the “swallowed” gas, is the rotational speed of the black hole.

“The spin can make the “efficiency” of the black hole to be greater than 100%, sometimes reaching up to 300%,” says Nemmen. “To power the outflows, the rotational speed decreases over time”.

The origin of the magnetic fields that lead to the production of the jets, however, is a question that still remains unanswered.

Energy behavior

Another question that intrigues Nemmen is related to the behavior of black holes: is there a relation between mass and energy returned to the environment? In a phenomenological study conducted with his collaborators, published in Science, the researcher came to an unexpected result.

“We found that, regardless of its size, black holes have the same behavior in terms of energy returned to the environment”, he says. “In the same study, we found that about 10% of the energy of all gas outflows is transformed into radiation”.

No colóquio da última quarta-feira (23), o ICTP-SAIFR recebeu Rodrigo Nemmen, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP. O pesquisador apresentou alguns de seus trabalhos mais recentes com buracos negros, com enfoque em perguntas dessa área que permanecem em aberto. Entre elas, destacaram-se o impacto de buracos negros nas galáxias, a relação entre massa e comportamento energético e a produção de jatos de gás expelidos por eles.

Formação de estrelas

Buracos negros concentram uma grande quantidade de matéria em uma pequena região do espaço. Em comparação com a massa do Sol, esses corpos astronômicos podem ser de dezenas a milhões de vezes maior – nesse último caso, são chamados de supermaciços. Enquanto há milhões de buracos negros “menores” espalhados pelas galáxias, há também um buraco negro supermaciço no centro de cada uma delas.

O buraco negro supermaciço Sagittarius A, localizado no centro da Via Láctea (NASA)

Embora a massa desses buracos negros supermaciços seja enorme, seu efeito gravitacional é extremamente pequeno –  a área onde consegue exercer efeito é, aproximadamente, 1 milhão de vezes menor do que o tamanho da galáxia. Entretanto, em estudos realizados no final da década de 90, foi comprovado que há uma relação entre a massa desses corpos e, ao menos, a região central de galáxias, chamada de bojo. Como, então, o buraco negro pode afetar regiões fora do alcance de seu efeito gravitacional?

“A influência dos buracos negros nas galáxias é indireta”, diz Nemmen. “Na verdade, são as ejeções de gás expelidas por eles que influenciam na formação de estrelas”.

Nemmen explica que alguns buracos negros “engolem” gás ao seu redor e também expelem uma quantidade muito maior e com grande força. Essas ejeções, chamadas de outflows, aquecem o ambiente por onde passam e têm um alcance que em buracos negros supermaciços pode chegar a centenas de milhares de anos luz. Como a formação de estrelas depende do resfriamento de gases, os outflows interrompem esse processo e deixam as galáxias com uma quantidade menor de estrelas quando comparadas com outras nas quais os buracos negros não emitem outflows.

Outflows

Representação artística de um outflow (NASA)

A explicação de como os buracos negros influenciam na formação das galáxias gera outras perguntas: como os outflows são produzidos e qual sua fonte de energia?

“Existe um tipo de outflow que tem a forma de “raios” de partículas e atinge velocidades muito próximas à da luz”, afirma Nemmen. “Esses jatos são produzidos quando um forte campo magnético interage com o buraco negro e força gás a ser expelido”.

O campo magnético também é um dos fatores responsáveis pela intensidade dos jatos. O segundo, que faz com que uma quantidade maior de gás seja emitida do que “engolida”, é a velocidade de rotação do buraco negro.

“O spin faz com que a “eficiência” do buraco negro possa ser maior do que 100%, podendo chegar a até 300%”, diz Nemmen. “Para ceder energia aos jatos, a velocidade de rotação diminui com o passar do tempo”.

A origem dos campos magnéticos que levam à produção dos jatos, entretanto, ainda é uma pergunta que continua sem resposta.

Comportamento energético

Outra questão que intriga Nemmen é relativa ao comportamento dos buracos negros: há uma relação entre massa e quantidade de energia retornada ao ambiente? Em um estudo fenomenológico com seus colaboradores, publicado na revista Science, o pesquisador chegou a um resultado inesperado.

“Verificamos que, independentemente do tamanho, os buracos negros têm um mesmo comportamento em termos de retorno de energia para o ambiente”, diz ele. “Nesse mesmo trabalho, observamos que cerca de 10% da energia de todos os jatos de gás é transformada em radiação”.

With researchers from ICTP-SAIFR and from other countries, the event discussed Cosmology, Gravitation and the Standard Model

Last week, the XXXVI Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos was held in Caxambu, Minas Gerais. Among the main topics discussed were Cosmology, Gravitation and High Energy Physics. Coordinated by Nelson Braga, from UFRJ, the lectures of the event were for the first time divided by themes, instead of the traditional division by areas.

“Having the lectures in a new format was an excellent idea”, said Rogério Rosenfeld, from IFT/UNESP and ICTP-SAIFR, who helped organizing the event.

The meeting was attended by international researchers, as Alexei Starobinsky (Landau Institute for Theoretical Physics, Moscow, Russia), who spoke about inflation models, and Alessandro Strumia (University of Pisa, Italy), who discussed ideas on the Standard Model.

ICTP-SAIFR researchers also attented the event. Nathan Berkovits, director of the institute, spoke about Superstring Theory, and Fabio Iocco discussed his studies on Dark Matter. Also, post-docs Nicolás Bernal and Alberto Tonero presented their work.

Is nature natural?

In one of the event’s talks, entitled “Is nature natural?”, Strumia provoked and discussed ideas related to the Standard Model and to the theories that attempt to go beyond it, such as Supersymmetry. Strumia continued the discussion in a lecture held at the ICTP-SAIFR on Monday.

“Supersymmetry, a theory considered “natural”, is being sought for decades, but no experiment could confirm it so far”, said the researcher. “But the Standard Model, often considered “unnatural”, continues to be proven. So is nature really “natural”?

Theories beyond the Standard Model attempt to explain phenomena that is not yet understood by science, such as dark matter. When questioned on this topic, Strumia said the solution is perhaps to add a new particle to the model, without the need of other theories.

“In my opinion, if we confirm that there are no theories beyond the Standard Model, the physics of this area may become even more interesting than otherwise”.

Evento contou com a participação de pesquisadores internacionais e do ICTP-SAIFR, e discutiu temas como Cosmologia, Gravitação e o Modelo Padrão

Na última semana, foi realizado em Caxambu, Minas Gerais, o XXXVI Encontro Nacional de Física de Partículas e Campos. Entre os principais assuntos discutidos destacaram-se Cosmologia, Gravitação e Física de Altas Energias. Coordenado por Nelson Braga, da UFRJ, as palestras do evento foram pela primeira vez divididas por temas, em vez da tradicional divisão por áreas.

“Realizar o Encontro em um novo formato foi uma excelente ideia”, disse Rogério Rosenfeld, do IFT/Unesp e ICTP-SAIFR, que participou na organização do evento.

O Encontro contou com a presença de pesquisadores internacionais, como Alexei Starobinsky (Landau Institute for Theoretical Physics, Moscou, Rússia), que falou sobre modelos inflacionários, e Alessandro Strumia (Universidade de Pisa, Itália), que discutiu ideias sobre o Modelo Padrão.

Pesquisadores do ICTP-SAIFR também marcaram sua presença. Nathan Berkovits, diretor do instituto, falou sobre a Teoria das Supercordas, e Fábio Iocco discutiu seus estudos sobre Matéria Escura. Além disso, os pós-doutorandos Nicolás Bernal e Alberto Tonero também apresentaram seus trabalhos.

A Natureza é “natural”?

Em uma das palestras do evento, intitulada “A Natureza é natural?”, Strumia provocou e discutiu ideias relacionadas ao Modelo Padrão e a teorias que tentam ir além dele, como a Supersimetria. Strumia continuou a discussão em uma palestra realizada no ICTP-SAIFR na última segunda-feira.

“A Supersimetria, considerada uma teoria “natural”, está sendo procurada há décadas, porém nenhum experimento conseguiu confirmá-la até agora”, disse o pesquisador. ”Já o Modelo Padrão, muitas vezes considerado “não-natural”, continua a ser comprovado. Será que a natureza é, realmente, “natural”?

Teorias além do Modelo Padrão tentam explicar fenômenos que ainda não compreendemos, como a matéria escura. Quando questionado sobre esse assunto, Strumia disse que a solução talvez seja acrescentar uma partícula a mais no modelo, sem a necessidade de outras teorias.

“Na minha opinião, se confirmamos que não há teorias além do Modelo Padrão, a Física dessa área talvez se torne ainda mais interessante do que no caso contrário”.

Under construction

Last Wednesday, the traditional colloquium held at ICTP-SAIFR addressed the topic of “quantum spin liquids”. Rodrigo Pereira, from the University of São Paulo (USP-São Carlos), spoke about this state of matter that arises when Mott insulators are subjected to low temperatures. Under these conditions, unlike band insulators, it’s possible to modify the spin of its electrons, making their magnetic properties more interesting.

Among the key features of “quantum spin liquids” are the facts that there is no magnetic order of spins – the same way there is a certain disorder of particles in the liquid state of matter when compared to solids – and there is rotational symmetry of spins. Although the existence of a material that could behave as a “quantum spin liquid” has not yet been discovered, there are some possible candidates. In case one of them is confirmed, it would be possible to obtain a superconducting material by altering electron density and inducing a phase transition from the “quantum spin liquid” to the superconductor.

“The area of ​​’quantum spin liquids’ is interesting because it presents theoretical challenges, but also have experimental motivations”, says Pereira.

First proposed in 1973 by American physicist Philip Warren Anderson, the “quantum spin liquid” was at the time a purely theoretical state. In the following decades, with the motivation of studying new states of matter and the growing interest in superconductors, scientists began to wonder whether it was possible to study “quantum spin liquids” in more dimensions, and if this material could actually exist.

“The main motivation for studying ‘quantum spin liquids’, from a theoretical point of view, is that such a material would present exotic properties that wouldn’t fit into current classifications of states of matter, what would open possibilities for new theories”, says Pereira. “Quantum spin liquids may also make an interesting connection between the areas of Condensed Matter and High Energy Physics”.

One of the main candidates to prove the existence of the “quantum spin liquid” state is the herbertsmithite. This mineral was discovered in 1972, in Chile. In 2012, a synthesized form showed some characteristics of “quantum spin liquids”, and studies are still underway to confirm the phenomenon.

The experimental reasons to study “quantum spin liquids” are related to the possibility of the material acting as a superconductor in more natural temperatures. As the materials used today as superconductors require an extremely low temperature to not have electrical resistance, a superconducting material that could work in higher temperatures, among other applications, could lead to large savings in energy transportation.

Na última quarta-feira, o tradicional colóquio realizado pelo ICTP-SAIFR abordou o tema de “líquidos de spin”. Rodrigo Pereira, da Universidade de São Paulo (USP-São Carlos), falou sobre esse estado da matéria que surge quando isolantes de Mott são submetidos a baixas temperaturas. Nessas condições, ao contrário de isolantes de banda, é possível modificar o estado do spin de seus elétrons, tornando suas propriedades magnéticas mais interessantes.

Entre as principais características do “líquido de spin” estão o fato de que não há ordem magnética de spins – assim como há uma certa desordem de partículas no estado líquido da matéria quando comparado com o sólido – e não há quebra de simetria rotacional de spins. Embora ainda não se tenha comprovado a existência de um material que entre no estado de “líquido de spin”, há candidatos possíveis. Caso venham a ser confirmados, seria possível obter um material supercondutor, alterando a densidade eletrônica e induzindo uma transição de fase do “líquido de spin” para o supercondutor.

“A área de ‘líquidos de spin’ é interessante por apresentar desafios teóricos, mas também ter motivações experimentais”, diz Pereira.

Proposto pela primeira vez em 1973 pelo físico norte-americano Philip Warren Anderson, o “líquido de spin” era, na época, um estado puramente teórico. Nas décadas seguintes, com a motivação de estudar novos estados da matéria e o crescente interesse por supercondutores, cientistas começaram a se perguntar se seria possível o estudo de “líquidos de spin” em mais dimensões, e se tal material poderia realmente existir.

“A principal motivação para se estudar ‘líquidos de spin’, do ponto de vista teórico, é que um material como esse apresentaria propriedades exóticas e não se encaixaria em classificações atuais sobre estados da matéria, o que abriria portas para novas teorias”, fala Pereira. “Líquidos de spin também podem fazer uma interessante ponte entre as áreas de Matéria Condensada e Física de Altas Energias”.

O mineral herbertsmithite

Um dos principais candidatos para comprovar a existência do estado “líquido de spin” é o herbertsmithite. Esse mineral foi descoberto em 1972, no Chile. Em 2012, uma forma sintetizada apresentou algumas características de “líquido de spin”, e estudos ainda estão em andamento para a comprovação do fenômeno.

Já as motivações experimentais para o estudo do “líquido de spin” estão relacionadas à possibilidade do material atuar como um supercondutor em temperatura ambiente. Como até hoje os materiais usados como supercondutores precisam de uma temperatura extremamente baixa para não apresentar resistência elétrica, um material supercondutor em temperatura ambiente poderia, entre outras aplicações, levar a grandes economias no transporte de energia.