In July, ICTP-SAIFR welcomed a new post-doctoral student. Jose Hugo Garcia comes to the institute after finishing his doctorate at Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), where he studied methods for doing calculations in disordered systems and applications of these methods in graphene research. Now at ICTP-SAIFR, the physicist intends to continue developing studies in this area.

“I first got to know ICTP-SAIFR through professor Alexandre Rocha, who I collaborated with at the end of my doctorate”, says Garcia. “I’ve been at the institute as a visiting researcher for a few months and liked the environment very much. I met researchers from all over the world and went to events, like Schools and lectures, on a variety of topics for book report help. I think it is great to have this contact with different areas of physics”.

Graphene

Representation of the graphene strucutre

Graphene is a material that consists of a single layer of carbon atoms. Among its main properties are a high electrical conductivity, a small spin-orbit effect, transparency and resistance – graphene is stronger than steel. This makes graphene a strong candidate to replace silicon in transistors of electronic equipment, which would allow the devices to be smaller but with equal or greater efficiency.

However, the possibility of using graphene in electronics rely on some of its properties. One of them, studied by Garcia, is the electronic gap. This feature is what differentiates a material with high electrical conductivity from an insulator: in a conductor, the electronic gap is low for lab report help, while in insulators it is high.

Garcia explains that graphene can be considered a bidimensional system and one of the ways of modifying its properties (and make it, for instance, a semiconductor material useful for the industry) is through the absorption of atoms of other elements in its surface.

“In graphene, the electronic GAP is almost null”, said García. “One of my goals is to seek methods to control this GAP. One way to do this is to add atoms of hydrogen to the structure. Through simulations, I study the interaction between the two materials and observe the effects in graphene”.

The spin-orbit effect is also one of Garcia’s line of research at http://samedayessays.org/thesis-proposal-writing/. As this effect is small in graphene, the orientation of the spins of particles that pass through the material remain the same. However, if the spin could be controlled, graphene could be applied in the spintronic area.

“By controlling the spins, it would be possible to develop spintronic transistors, instead of electronic ones”, says Garcia. “This would allow the development of a new generation of devices, such as hard drives and computer processors, which would be smaller and able to store a much larger amount of information”.

No mês de julho, o ICTP-SAIFR recebeu um novo pós-doutorando. José Hugo García chega ao instituto após a conclusão de seu doutorado na Universidade Federal do Rio de Janeiro, onde estudou métodos de cálculos em sistemas desordenados e aplicações desses métodos em pesquisas com grafeno. Agora no ICTP-SAIFR, o físico pretende continuar desenvolvendo estudos nessa área.

“Conheci o ICTP-SAIFR através do professor Alexandre Rocha, com quem colaborei no final do doutorado”, conta García. “Estive no instituto como pesquisador visitante durante alguns meses e gostei muito do ambiente. Há pesquisadores de todas as partes do mundo e eventos, como Escolas e palestras, sobre uma grande variedade de temas. Acho excelente ter esse contato com diferentes áreas da Física”.

Grafeno

Representação da estrutura do grafeno

O grafeno é um material constituído por uma única camada de átomos de carbono. Entre suas principais propriedades estão uma alta condutividade elétrica, baixo efeito spin-órbita, transparência e resistência – o grafeno é mais forte do que aço. Por esses e outros motivos, o grafeno é um forte candidato para substituir o silício em transístores de equipamentos eletrônicos, o que permitiria com que os dispositivos ficassem menores em tamanho e com eficiência igual ou superior.

Porém, a possibilidade de usar o grafeno na eletrônica depende fortemente de algumas propriedades. Uma delas, estudada por García, é o GAP eletrônico. Essa característica é o que diferencia um material condutor de eletricidade de um isolante: em um condutor, o GAP eletrônico é baixo, enquanto em isolantes é alto.

García explica que o grafeno pode ser considerado um sistema bidimensional e, portanto, uma das maneiras de modificar suas propriedades (e transformá-lo, por exemplo, em um material semicondutor útil para a indústria) é através da absorção de átomos de outros elementos em sua superfície.

“No grafeno, o GAP eletrônico é quase nulo”, explica García. “Um dos meus objetivos é buscar métodos para controlar esse GAP. Para isso, uma das maneiras é adicionar à estrutura do grafeno átomos de hidrogênio. Por meio de simulações, estudo a interação entre os dois materiais e observo os efeitos no grafeno”.

O efeito spin-órbita também é alvo das pesquisas de Garcia. Como ele é baixo no grafeno, os spins das partículas, ao atravessar o material, se mantêm o mesmo. Porém, se o spin pudesse ser controlado, o grafeno poderia ser aplicado na área de spintrônica.

“Com o controle dos spins, seria possível o desenvolvimento de transístores spintrônicos, em vez de eletrônicos”, diz García. “Isso permitiria o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos, como discos rígidos e processadores de computador, que além de menores poderiam armazenar uma quantidade muito maior de informação”.

Dates: 6 to 21 October 2015

Title: Codello Minicourse on the Functional Renormalization Group

Lecturer: Alessandro Codello (CP3 – Origins, Odense, Denmark)

Place:  IFT-UNESP

Times:

Oct. 6 – Tuesday  – 5 pm – Room 3

Oct. 7 – Wednesday –  5 pm – Auditorium

Oct. 8 – Thursday – 2 pm – Room 3

Oct. 15 – Thursday – 5pm – Auditorium

Oct. 20 – Tuesday – 5pm – Room 2

Oct. 21 – Wednesday – 10:30am – Room 2

Program:

1) Renormalization group and exact flow equations
We review the conceptual framework underlying the renormalization group (RG) approach and introduce its modern implementation via an exact RG flow equation for the scale dependent effective action.

2) Approximations: vertex, derivative and loop expansions
The exact RG flow equation is generally to difficult to be solved exactly: approximations schemes are key to its practical use. We introduce the three basic approximations commonly used and discuss their merits, in this way starting to get used to the formalism.

3) Scalar theories and their (functional) fixed points in arbitrary dimensions
We study scalar theories in arbitrary dimensions via the local potential approximation, assuming no prior knowledge of the theory. In the process we will describe the Wilson-Fisher fixed point in d = 3 and “discover” the CFT minimal models in d = 2. We also show how compute in a non-perturbative way universal quantities like critical exponents and discuss how to control the error on these estimations.

4) Perturbative vs non-perturbative beta functions
We discuss the relation between the usual perturbative RG approach and the non-perturbative approach based on the exact RG flow equation discussed in the previous lectures. The case of the computation of the two loop beta function for a d = 4 scalar theory is particularly illuminating and we will use it as an example.

A “Certificate of Attendance” will be offered to those participants with 100% of attendance to the lectures.

There will be no application form for this activity and everyone is welcome to participate. For more information, send email to secretary@ictp-saifr.org .

Photos:

• Photos of minicourse

Following the School on Gravitational Waves, ICTP-SAIFR organized, between the 11^th and 15^th of August, the Workshop on Astrophysics and Relativity. The event was attended by many students from the previous School, and brought together several international researchers from these areas. One of the main purposes of the Workshop was to build new collaborations and strengthen existing ones. Gravitational waves continued to be among the main topics, but the focus of discussions were the astrophysical bodies responsible for generating them, such as Supermassive Black Holes (SMBH), and the environment where they are situated, such as the core of galaxies.

“During the workshop, we had lectures and discussion sessions on the topics which the participants themselves elected as the most interesting”, says Riccardo Sturani, ICTP-SAIFR researcher and one of the organizers of the workshop.

Black holes

Center of the Milky Way galaxy, with the supermassive black hole Sagittarius A, located in the middle (NASA)

Black holes are regions of space characterized by a large amount of matter compressed into a small area. When its mass is of the order of thousands, or even billions of times greater than the Sun, they are called Supermassive Black Holes. Currently, it is believed that there is a SMBH at the center of all large galaxies, including the Milky Way. The study of the dynamics at the nucleus of galaxies was one of the targets of the Workshop discussions.

Research on gravitational waves was also a topic at the event. This area could contribute in the studies of black holes, as binary systems involving these astronomical bodies emit waves that could be detected directly.

To learn more about the School on Gravitational Waves, click here and read our last post.

“Black holes that are up to several hundred times larger than the sun emit gravitational waves in a frequency that can theoretically be detected in observatories on Earth”, explains Zoltan Haiman, Workshop lecturer and researcher at Columbia University.

Other topics discussed were related to the environment that allows the formation, growth and possible collisions between black holes. To Haiman, the mysteries surrounding these supermassive astronomical bodies and their relationship with the universe are alone great reasons to study the area.

“One of my main motivations to study SMBH is simply the interesting puzzle they represent”, said Haiman. “How the universe was able to compress such a large amount of matter in such a small area, for instance, is still a question for which we do not have a definitive answer”.

Dando continuidade à Escola em Ondas Gravitacionais, o ICTP-SAIFR organizou, entre os dias 11 e 15 de agosto, o Workshop em Astrofísica e Relatividade. O evento contou com a participação de muitos dos alunos da Escola anterior, e trouxe ainda diversos pesquisadores internacionais dessas áreas. Entre os principais objetivos do Workshop estavam formar novas colaborações e fortalecer as já existentes. Ondas gravitacionais continuaram em pauta, porém o principal foco das discussões foram os corpos astrofísicos responsáveis por gerá-las, como buracos negros supermaciços, e os ambientes onde eles são encontrados, como o núcleo de galáxias.

“Durante o Workshop, tivemos palestras e sessões de discussão sobre os temas que os próprios participantes elegeram como os mais interessantes”, diz Riccardo Sturani, pesquisador do ICTP-SAIFR e um dos organizadores do Workshop.

Buracos negros

Centro da Via Láctea, com destaque para o buraco negro supermaciço Sagittarius A (NASA)

Buracos negros são regiões do espaço caracterizadas por uma grande quantidade de matéria comprimida em uma pequena área. Quando sua massa é da ordem de milhares, podendo chegar a até bilhões, de vezes maior que a do Sol, são chamados de buracos negros supermaciços (ou SMBH, da sigla em inglês Supermassive Black Holes). Atualmente, acredita-se que há um SMBH no centro de todas as grandes galáxias, incluindo a Via Láctea. O estudo da dinâmica no núcleo de galáxias foi um dos alvos de discussões do Workshop.

A pesquisa em ondas gravitacionais também foi tópico no evento. Elas poderiam contribuir nos estudos de buracos negros já que sistemas binários envolvendo esses corpos astronômicos emitem ondas que poderiam ser detectadas diretamente.

Para saber mais sobre a Escola em Ondas Gravitacionais, clique aqui e leia nosso último post.

“Buracos negros de massa até algumas centenas de vezes maiores que a do Sol emitem ondas gravitacionais em uma frequência que, teoricamente, podemos detectar em observatórios na Terra”, explica Zoltan Haiman, palestrante do Workshop e pesquisador da Universidade de Columbia.

Outros temas abordados foram referentes aos ambientes que permitem a formação, o crescimento e possíveis colisões entre buracos negros. Para Haiman, apenas os mistérios que envolvem esses corpos astronômicos supermaciços e sua relação com o universo é estímulo suficiente para estudar a área.

“Uma das minhas principais motivações para estudar SMBH é simplesmente o interessante mistério que eles representam”, diz Haiman. “Como o universo conseguiu comprimir uma quantidade tão grande de matéria em uma região tão pequena, por exemplo, ainda é uma questão para a qual não temos uma resposta definitiva”.

In September, the LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory) project will begin its experiments to detect, for the first time in a direct way, gravitational waves. Member of this international collaboration, ICTP-SAIFR researcher Riccardo Sturani was one of the organizers of the School on Gravitational Waves, held at the institute between the 3^rd and 11^th of August. During the event, students from several countries of South America watched lectures on this recent area of ​​physics, that should gain more prominence in the upcoming years with the start of the LIGO activities.

“As these waves have not yet been detected directly, we have little data and few people who work with it in South America”, says Sturani. “The aim of the School was to promote the area. Through lectures, exercises and discussions, we addressed both theoretical and practical aspects, such as data analysis techniques”.

The School brought together several renowned international researchers of the area here http://samedayessays.org/essay-writer/, such as Alessandra Buonanno (Max Planck Institute, Potsdam, Germany), Stefano Foffa (University of Geneva, Italy), Sergej Klimenko (University of Florida, USA), Enrico Ramirez -Ruiz (University California-Santa Cruz, USA) and Walter Del Pozzo (University of Birmingham, UK).

Gravitational waves

All bodies that have mass generate gravitational waves when they move. These waves propagate through essay writing services space as a wave propagates in water, but are extremely weak. Only systems with large amounts of matter, such as ones consisting of black holes, for instance, can produce measurable gravitational waves. So far, its existence was confirmed only indirectly by measuring the energy emitted in the form of waves.

In a simplified way, LIGO’s idea to detect them directly is based on a system of lasers and mirrors. When passing through the system, a wave will change the amount of time a laser takes to get to a mirror, reflect and go back to a detector. Data analysis techniques for this type of experiment for buy essays online, as Sturani explains, need to be specific.

“Unlike many other areas of physics, our experiments have more noise than real signals”, says the researcher. “In my lectures, I talked about methods that can be used in such situations”.

The direct detection of gravitational waves would allow, for example, the study of astronomical bodies that don’t emit light, but emit these waves. “Our expectations is that gravitational waves will be detected by LIGO in the next two or three years”, says Sturani.

No mês de setembro, o projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory) começará seus trabalhos para tentar detectar, pela primeira vez de maneira direta, ondas gravitacionais. Membro dessa colaboração internacional, o pesquisador Riccardo Sturani, do ICTP-SAIFR, foi um dos organizadores da Escola em Ondas Gravitacionais, realizada no instituto entre os dias 3 e 11 de agosto. Durante o evento, os alunos, provenientes de diversos países da América do Sul, tiveram palestras sobre essa recente área da Física que deverá ganhar mais destaque nos próximos anos com o início das atividades do LIGO.

“Como essas ondas ainda não foram detectadas diretamente, temos poucos dados e poucas pessoas que trabalham com isso na América do Sul”, diz Sturani. “O intuito da Escola foi divulgar a área. Através de aulas, exercícios e discussões, abordamos desde aspectos teóricos até práticos, como técnicas de análise de dados”.

A Escola contou com a presença de diversos pesquisadores internacionais de ponta na área, como Alessandra Buonanno (Instituto Max Planck, Potsdam, Alemanha), Stefano Foffa (Universidade de Geneva, Itália), Sergej Klimenko (Universidade da Flórida, EUA), Enrico Ramirez-Ruiz (Universidade Califórnia-Santa Cruz, EUA) e Walter Del Pozzo (Universidade de Birmingham, Reino Unido).

Ondas Gravitacionais

Ao se moverem, todos os corpos que têm massa produzem ondas gravitacionais. Essas ondas se propagam pelo espaço assim como uma onda se propaga na água, porém são muito fracas. Apenas sistemas com grande quantidade de matéria, como aqueles constituídos por buracos negros, por exemplo, conseguem produzir ondas gravitacionais detectáveis. Até o momento, sua existência foi confirmada apenas indiretamente, pela energia que é emitida em forma de ondas.

Explicando de maneira simplificada, a ideia do LIGO para detectá-las diretamente é baseada em um sistema de lasers e espelhos. Ao passar pelo sistema, uma onda deverá alterar o tempo que um laser leva para ir até um espelho, ser refletido e voltar a um detector. As técnicas de análise de dados para esse tipo de experimento, como explica Sturani, precisam ser específicas.

“Diferente de muitas outras áreas da Física, nossos experimentos possuem mais ruídos do que sinais verdadeiros”, afirma o pesquisador. “Em minhas palestras, falei sobre métodos que podem ser utilizados em situações como essas”.

A detecção direta de ondas gravitacionais permitiria, por exemplo, o estudo de corpos astronômicos que não emitem luz, mas que emitem essas ondas. “Nossa expectativa é que ondas gravitacionais sejam detectadas diretamente pelo LIGO nos próximos dois ou três anos”, diz Sturani.

The Particle Physics area is living a year of expectations with the start of the second run of the Large Hadron Collider (LHC), the largest particle accelerator in the world. In addition to study further the Higgs Boson, one of the main goals of the LHC is to detect new particles, which would mean the existence of a Physics beyond the Standard Model. These were some of the reasons why ICTP-SAIFR held the “School on QCD and LHC Physics“. Between July 22^nd and 31^nd, the event discussed topics related to the field of Quantum Chromodynamics and Particle Physics. The School was proposed and organized by important names of these fields, such as David Kosower (Saclay), Daniel de Florian (Universidad de Buenos Aires), Fernando Cordero (University of Freiburg) and Rogério Rosenfeld (ICTP-SAIFR).

“One of the merits of the School was to bring together top scientists from around the world to talk about their specialties”, says Gavin Salam, CERN researcher and one of the lecturers of the event.

QCD

Quantum Chromodynamics, or QCD, studies the phenomena related to the Strong Force – responsible for the interactions between quarks and gluons. The area is called QCD due to the fact that these particles have a property, similar to electric charge, that instead of two types (positive and negative) is observed in three types – which were denominated red, green and blue.

“QCD has been around for about 40 years, but there was a huge growth of interest in this area in the last decade”, says Salam. “The LHC and their findings provided great motivation for studies in QCD. My lectures introduced the main ideas related to this area and to the physical principles and processes of the interactions between quarks and gluons”.

Moreover, Salam stressed that studies in QCD are also related to other areas of physics. “The mathematics involved in these researches can be applied to Field Theory, for example. So contributions in one of these areas may have significant impact on the studies of the other”.

LHC

Image of a 7 TeV proton-proton collision in CMS

“The LHC works as an extremely powerful microscope,” says Kosower.

By colliding protons, the particle accelerator allows studies on scales thousands of times smaller than the atom. Understanding what happens in these collisions, however, requires complex calculations. Increasing the accuracy of these calculations, which are often based in approximations, is one of the challenges of Kosower’s area. The physicist, recipient of the J. J. Sakurai Prize for Theoretical Particle Physics in 2014, made significant contributions to the area and spoke about Higher-Order Calculations at the School.

“We aim to make predictions about the probabilities of certain events occurring after the collisions and to better understand what happens in this subatomic universe,” he said.

In this second run, one of LHC’s major goals is to study the Higgs Boson in greater detail. “In the first run of LHC experiments, our calculations were limited because of statistics – few Higgs Bosons were produced. Now, with increased power and luminosity, the LHC will be able to produce and detect a much larger amount of Bosons, which will allow more detailed studies of this particle”.

Among other objectives of the LHC is to discover new particles, not predicted by the Standard Model. If this happens, it would mean the existence of a Physics beyond the Standard Model.

“The most interesting and exciting result, in my opinion, would be the discovery of something new, not predicted,” says Kosower. “But for now, we can’t know what will happen. Maybe new particles will be detected, maybe not. With a record energy of 13TeV, we will be looking at a so far unknown territory”.

A área de Física de Partículas vive um ano de expectativas com o início da nova etapa de coleta de dados do Large Hadron Collider (LHC), maior acelerador de partículas do mundo. Além de aprofundar os estudos sobre o Bóson de Higgs, o LHC tem como um de seus objetivos detectar uma nova partícula, o que significaria a existência de uma Física além do Modelo Padrão. Esses foram alguns dos motivos pelos quais o ICTP-SAIFR realizou a “School on QCD and LHC Physics”. Entre os dias 22 e 31 de julho, o evento debateu tópicos relacionados ao campo da Cromodinâmica Quântica e à Física de Partículas do LHC.  A Escola foi proposta e organizada por importantes nomes dessas áreas, como David Kosower (Saclay), Daniel de Florian (Universidad de Buenos Aires), Fernando Cordero (Universidade de Freiburg) e Rogério Rosenfeld (ICTP-SAIFR).

“Um dos méritos da Escola foi reunir cientistas de ponta do mundo inteiro para falar sobre suas especialidades”, diz Gavin Salam, pesquisador do CERN e palestrante do evento.

QCD

A área chamada de Cromodinâmica Quântica (ou QCD, da sigla em inglês Quantum Chromodynamics) estuda os fenômenos relacionados à Força Forte – aquela responsável pelas interações entre quarks e glúons. Ela é chamada assim devido a uma característica dessas partículas, similar à carga elétrica, que em vez de dois tipos (positivo e negativo), é observada em três tipos – denominados vermelho, verde e azul.

“A QCD existe há cerca de 40 anos, porém houve um grande crescimento de interesse nessa área na última década”, afirma Salam. “O LHC e suas descobertas forneceram uma grande motivação para os estudos em QCD. Minhas palestras introduziram as principais ideias relacionadas a essa área e aos processos e princípios físicos das interações entre quarks e glúons”.

Além disso, Salam ressaltou que estudos em QCD estão relacionados também com outras áreas da Física. “Ás vezes, a matemática envolvida nessas pesquisas pode ser aplicada em Teoria dos Campos, por exemplo. Assim, descobertas em uma dessas áreas podem dar contribuições significativas para os estudos da outra”.

LHC

Imagem de colisão entre dois prótons, realizada no CMS com energia de 7 TeV

“O LHC funciona para nós como um microscópio extremamente potente”, diz Kosower.

O acelerador de partículas, ao colidir prótons, permite o estudo de partículas em escalas milhares de vezes menores do que a do átomo. Entender o que acontece nessas colisões, entretanto, requer cálculos complexos. Aumentar a precisão desses cálculos, feitos muitas vezes baseados em aproximações, é um dos desafios da área de Kosower. O físico, vencedor do Prêmio J. J. Sakurai para Física de Partículas Teórica em 2014, fez contribuições significativas para a área e falou sobre Cálculos de Ordem Superior na Escola.

“Buscamos fazer previsões sobre as probabilidades de determinados eventos ocorrerem após as colisões e entender melhor o que acontece nesse universo subatômico”, disse ele.

Nessa segunda etapa de coleta de dados, um dos principais objetivos do LHC é aprofundar os estudos sobre o Bóson de Higgs, descoberto pelo acelerador em 2012. “Na primeira fase de experimentos do LHC, nossos estudos ficaram limitados por conta da estatística – conseguimos produzir poucos Bósons de Higgs. Agora, com maior energia e luminosidade, o LHC irá produzir e detectar uma quantidade muito maior de Bósons, o que permitirá estudos mais detalhados dessa partícula”.

Entre outros objetivos do LHC está descobrir novas partículas, não previstas pelo Modelo Padrão. Caso aconteça, isso significaria a existência de uma Física além do Modelo Padrão.

“O resultado mais interessante e mais empolgante, na minha opinião, seria a descoberta de algo novo, não previsto”, diz Kosower. “Mas, por enquanto, não há como saber o que irá acontecer. Talvez nenhuma nova partícula seja descoberta, talvez sim. Com a energia recorde do LHC de 13TeV, vamos olhar para um território até agora desconhecido”.

Title: Effective Field Theories and Applications

Lecturer: Paulo Bedaque (University of Maryland, USA)

Dates: 3 to 6 August 2015

Place: Third floor of IFT-UNESP – Room 2

Times: 11:00 – 12:15

Photos

Program:

— Central idea: organizing field theory in shells in momentum space

— Example 1:
– Chiral symmetry in QCD and its spontaneous breaking
– Chiral perturbation theory
– Loops and renormalization

— Example 2:
– Nucleons at low energies
– Schroedinger equation as a sum of loops
– Nonperturbative renormalization

— A rapid tour through other effective field theories:
– Chiral perturbation theory for one or more nucleons
– Effective field theory for heavy quarks
– Nonrelativistic QED and QCD
– Theory of Fermi liquids and BCS theory as effective theories
– Effective field theory of color superconductivity
– The standard model as an effective theory

– Conclusion: everything is an effective theory; naturalness versus fine-tuning

A “Certificate of Attendance” will be offered by the IFT Graduate Program to those participants with 100% of attendance to the lectures.

There will be no application form for this activity and everyone is welcome to participate. For more information, send email to secretary@ictp-saifr.org.