IFUSP na Mídia

O podcast Arte&Ciência CAST é uma iniciativa do grupo Arte&Ciência, liderado pelo Prof. Mikiya Muramatsu. A ideia é divulgar o tradicional projeto de extensão, bem como apresentar os monitores e professores envolvidos, os experimentos utilizados pelo gruo e curiosidades de divulgação científica no geral.

Do autor Jorge L. de Lyra. 
Publicado em General Relativity and Gravitation.

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Abstract

We examine the black-hole limits of the family of static and spherically symmetric solutions of the Einstein field equations for polytropic matter, that was presented in a previous paper. This exploration is done in the asymptotic sub-regions of the allowed regions of the parameter planes of that family of solutions, for a few values of the polytropic index n, with the limitation that n>1. These allowed regions were determined and discussed in some detail in another previous paper. The characteristics of these limits are examined and analyzed. We find that there are different types of black-hole limits, with specific characteristics involving the local temperature of the matter. We also find that the limits produce a very unexpected but specific type of spacetime geometry in the interior of the black holes, which we analyze in detail. Regarding the spatial part of the interior geometry, we show that in the black-hole limits there is a general collapse of all spatial distances to zero. Regarding the temporal part, there results an infinite overall red shift in the limits, with respect to the flat space at radial infinity, over the whole interior region. The analysis of the interior geometry leads to a very surprising connection with quantum-mechanical studies in the background metric of a naked Schwarzschild black hole. The nature of the solutions in the black-hole limits leads to the definition of a new type of singularity in General Relativity. We argue that the black-hole limits cannot actually be taken all the way to their ultimate conclusion, due to the fact that this would lead to the violation of some essential physical and mathematical conditions. These include questions of consistency of the solutions, questions involving infinite energies, and questions involving violations of the quantum behavior of matter. However, one can still approach these limiting situations to a very significant degree, from the physical standpoint, so that the limits can still be considered, at least for some purposes, as useful and simpler approximate representations of physically realizable configurations with rather extreme properties.

Aprovada no IFUSP a criação da Central Multiusuário de Criogenia

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A Criogenia no DFMT

Em baixas temperaturas excitações térmicas são suprimidas, e a matéria tende a ocupar o estado de mínima energia. A resposta de um material tão frio a estímulos externos revela seu espectro de excitações elementares, que determina os processos que operam no seu interior. Um exemplo é a supercondutividade – a condução de corrente sem nenhuma dissipação de calor. Os supercondutores podem ser explorados para submeter a matéria a campos magnéticos extraordináriamente grandes, para gerar a descoberta de fenômenos surpreendentes, tal como o Efeito Hall Quântico.

Para produzir baixas temperaturas, é necessário um refrigerante. O hélio é um refrigerante ideal, pois é químicamente inerte, tem temperatura de ebulição baixa, e é o único elemento que permanece líquido quando a temperatura se aproxima do zero absoluto, em pressão atmosférica. Porém, o hélio é caro. Apesar de ser um dos elementos mais abundantes no Universo, perdendo apenas para o hidrogênio, na Terra as reservas de hélio diminuem com o passar do tempo. Devido à sua baixa densidade, o gás hélio sobe na atmosfera e escapa para o espaço cósmico. Por outro lado, a demanda mundial de hélio líquido cresce continuamente, fazendo aumentar o seu preço ainda mais. 

Consciente do extraordinário potencial da pesquisa em baixas temperaturas, em 1961 Mário Schenberg criou a primeira planta de liquefação de hélio no Brasil, a denominada Oficina de Criogenia, abrigada no Departamento de Física dos Materiais e Mecânica (DFMT)^{1, 2}. Este patrimônio precisa ser preservado e modernizado. A Oficina de Criogenia liquefaz hélio para os laboratórios de pesquisa do DFMT, de outros Departamentos do Instituto de Física, e de outras Instituições. O gás hélio gerado nos laboratórios é devolvido para a Criogenia, onde é liquefeito novamente. Neste ciclo uma fração de hélio se perde. Para tornar o uso do hélio viável, é imprescindível minimizar a fração perdida. Cabe à Criogenia implementar procedimentos para reduzir as perdas de reciclagem.

Para otimizar os processos relacionados ao setor, a equipe da criogenia tem implementado mudanças. Uma importante novidade, tanto do ponto de vista conceitual quanto do ponto de vista operacional, está no cadastramento da criogenia no USP-multi, a plataforma de instalações multiusuário da USP. As normas internas do setor, bem como a equipe gestora e o comitê de usuários foram aprovados pela Congregação do IFUSP em sua reunião do mês de Novembro de 2024. O CTA do IFUSP também aprovou um convênio com a empresa White Martins, que  deve trazer sustentabilidade para o setor. No médio prazo, os ajustes no setor deverão alavancar as pesquisas criogênicas na USP e diminuir a perda de insumos no processo de reciclagem.

Vivendo um momento auspicioso em sua área de pesquisa, o pesquisador compartilha sua jornada até a docência e revela que a possibilidade de atuação em sala de aula foi um diferencial da USP em relação a outras oportunidades.

Completando um ano como docente no Departamento de Física Geral, o pesquisador Lucas Cornetta recorda seus tempos de graduação no IFUSP: “Eu demorei um pouco pra me engajar no trabalho de pesquisa aqui, na época que eu era aluno de graduação”. Como muitos estudantes, Lucas trabalhou durante parte do curso e nem sempre pôde se dedicar à física tanto quanto gostaria. Foi apenas ao final do terceiro ano que obteve uma estrutura que lhe permitiu maior dedicação aos estudos e presença na universidade, quando seu compromisso e empenho mudaram de nível. Mesmo assim, àquela altura, não conseguiu se vincular a um projeto de iniciação científica. “Oficialmente, eu não tive uma bolsa de iniciação científica, mas logo que eu estava no começo do último ano eu conheci o Márcio, e ele foi uma pessoa muito importante em vários aspectos - de estar aberto, de gostar muito do que estava fazendo e de passar aquele entusiasmo pela pesquisa. Aos poucos, eu fui considerando a área da física molecular e fui aprendendo”. Atual colega de departamento, o pesquisador Márcio Varella foi seu orientador no mestrado e também no doutorado, que Lucas realizou em modalidade sanduíche na Stanford University, com coorientação de Todd J. Martinez, do Departamento de Química Teórica.

A conclusão do doutoramento trouxe algumas provações, como a incerteza sobre que caminho seguir. Entre a defesa da tese e a confirmação da bolsa de pós-doc, foram dez meses em suspenso, também agravados pela tensão da pandemia de COVID-19. “Em 2020 eu conheci esse grupo da Unicamp, que estava com um grande projeto temático FAPESP vigente. É um grupo majoritariamente experimental, que não tinha muito a ver com o que eu fazia na pós-graduação. Era uma outra coisa, uma outra área - a de espectroscopia molecular na faixa de Raios-X, que é o que eu faço hoje”. Se o contexto foi determinante para a troca de área, a permanência e a dedicação foram inteiramente deliberados: o pesquisador considera a mudança uma das melhores coisas de sua carreira. Como há curvas de aprendizado, ele descreve o que seria uma “curva de afeição” à nova atividade, e revela que se apaixonou definitivamente pela área. Com satisfação e envolvimento renovados, veio o trabalho e o acelerado desenvolvimento: “Eu acabei me descobrindo com uma habilidade, uma visão que talvez fosse diferente da que eu tinha antes. E rapidamente consegui contribuir de um jeito que me realizava como pesquisador”. Ainda sobre o processo de mudança, Cornetta reflete: “Percebi que acabei me envolvendo com uma linha de pesquisa que havia um espaço para desenvolver aqui no IFUSP. E isso foi muito atrativo, porque eu sempre tive planos de tentar uma posição permanente aqui. Sob essa perspectiva, estar envolvido com uma área de estudo que eu sabia que tinha pouca gente fazendo, que era uma pesquisa de ponta para a qual havia uma demanda, além do fato de que eu traria pra cá várias novas redes de colaborações, foi bastante motivador. E tudo isso foi crescendo.” No começo de 2022, Lucas foi para a Suécia como pós-doutorando e teve seu período mais produtivo até então. E o timing foi ideal: foi enquanto capitalizava o bom trabalho e o bom momento do campo de pesquisa que recebeu a notícia da abertura do concurso.“O projeto é algo que me representa e que faz sentido pro Instituto, e eu acho que casou de um jeito providencial” - conclui.

O pesquisador contextualiza o ótimo momento vivido em sua área de pesquisa: “Há quem diga que o advento de certas instalações e tecnologias ao longo da última década, como os síncrotrons de quarta geração (como o Sirius) e outros tipos de máquinas como os Free Electron Lasers [...] Essas máquinas são fontes de luz em diversas faixas de frequências, incluindo, particularmente, linhas dedicadas a raios-X. Só que elas chegaram com intensidade e poder de resolução tão altos, que vários projetos que, no passado, ficaram inviabilizados por falta de tecnologia experimental, hoje podem ser revisitados por conta desse advento. E é por isso que há quem diga, como provocação, que a comunidade passa por um período de renascença da espectroscopia de raios-X”.

Como teórico em modelagem molecular, sua atuação se dá em duas grandes frentes: a primeira é uma frente teórico-experimental, em que realiza cálculos de mecânica quântica e provê suporte teórico para explicar espectros medidos em experimentos. Nesse âmbito, atua em colaboração próxima com uma série de grupos experimentais - como o DFA do IFGW/Unicamp; a Division of X-Ray and Photon Sciences da Universidade de Uppsala, Suécia, atualmente liderada pelo pesquisador Olle Björneholm; o grupo do Prof. Raimund Feifel, na Universidade de Gotemburgo, também na Suécia, entre outros. A segunda frente é o desenvolvimento de metodologias, em que o pesquisador não se refere a dados experimentais, mas a técnicas em que haja espaço para contribuições do ponto de vista de desenvolvimento teórico e implementações computacionais.

Uma terceira frente de trabalho que o interessa é o desenvolvimento de ferramentas didáticas. Atualmente oferecendo a disciplina de Eletromagnetismo na graduação, o pesquisador coordena um projeto PUB que visa desenvolver animações para uso didático. O conjunto de códigos e materiais gerados neste projeto será integralmente disponibilizado a todos os interessados. Essa frente de atuação vem revelar e encaminhar um interesse antigo do pesquisador: “Dar aula é uma coisa que sempre me motivou. Eu sempre gostei muito [...] Essa ideia de que eu ia ser um pesquisador e também dar aula fazia as posições aqui na USP muito mais atrativas do que em outros lugares onde eu não teria a oportunidade de lecionar”.

Animado e acessível, com metas bem estabelecidas para curto e médio prazo, o docente afirma que há muito trabalho a ser feito na área e faz um chamado a estudantes interessados de todos os níveis - iniciação, mestrado, doutorado: apresentem-se. Há diversas oportunidades e a área é prolífica e promissora para quem está começando uma trajetória em pesquisa. O professor compartilha também um conselho, a partir de sua própria experiência: encoraja os alunos a se manterem abertos às oportunidades e a experimentarem áreas nunca antes consideradas, pois há um universo de tópicos estimulantes e produtivos em busca de pessoas. “Eu me permiti olhar para outras áreas; olhar para biofísica, para física experimental, para física de materiais… tem muita coisa legal sendo feita em tanto lugar! Foi um processo de autoconvencimento [...]: E no fim foi uma coisa muito positiva. Talvez, se eu não tivesse me forçado, não teria me apaixonado pelas áreas que me apaixonei. Muitos alunos persistem numa idealização de algo que, às vezes, nem existe, e impede que se olhem para outras coisas. Isso é prejudicial, e acho que a ciência só tem a perder”.

-> Para saber mais sobre o trabalho do professor e oportunidades disponíveis, escreva para cornetta@if.usp.br