Pesquisas

Ensino de Física

A pesquisa em Ensino de Física investiga os processos de aprendizagem de conceitos físicos e os métodos utilizados no ensino dessa disciplina.  No curso de física, as atividades de pesquisa concentram-se no desenvolvimento de materiais instrucionais e no estudo de sua utilização em diferentes ambientes de ensino e aprendizagem. Temas de interesse incluem a formulação de novas abordagens para os conteúdos tradicionais, introdução da física contemporânea nos currículos atuais, utilização de tecnologias modernas no ensino.

Curso de Pós-Graduação:

Mestrado Profissional em Ensino de Física

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática

Pesquisadores Envolvidos:

Alejandro Fonseca Duarte, Anselmo Fortunato Ruiz Rodriguez, Antonio Romero da Costa Pinheiro, Bianca Martins Santos, Carlos Henrique Moreira Lima, Eduardo de Paula Abreu, Esperanza Lucila Hernández Angulo, George Chaves da Silva Valadares, Jorge Luis López Aguilar, José Carlos da Silva Oliveira, Luis Gustavo de Almeida, Marcelo Castanheira da Silva, Miguel Justiniano Abanto Peralta e Tiago de Jesus Santos.

Física Aplicada Interdisciplinar

O avanço das fronteiras das ciências tem exposto cada vez mais a natureza complexa de alguns problemas não só entre disciplinas próximas pertencentes à mesma área do conhecimento, mas também entre disciplinas de áreas diferentes. Isso exige novas formas de produção de conhecimento em assuntos cujos temas de investigação são fenômenos que se colocam em fronteiras disciplinares e onde a natureza híbrida do problema requer diálogo entre as disciplinas e além delas. Tal situação impõe desafios teóricos e práticos para diferentes campos da ciência e da tecnologia, desafios esses caracterizados pela inter e multidisciplinaridade.

Curso de Pós-Graduação:

Programa de Pós-Graduação em Ciência, Inovação e Tecnologia para a Amazônia

Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade e Biotecnologia da Rede Bionorte

Pesquisadores Envolvidos:

Alejandro Fonseca Duarte, Carlos Henrique Moreira Lima, José Carlos da Silva Oliveira e Jorge Luis López Aguilar.

Física Nuclear

Núcleos são sistemas quânticos muito complexos formados por prótons e nêutrons, que interagem através de forças eletromagnéticas e nucleares. Como estudos exatos da dinâmica nuclear são inviáveis (com exceção de casos especiais, como o deutério), é necessário recorrer a modelos nucleares aproximados, que têm aspectos fenomenológicos baseados nas informações experimental disponíveis. Até pouco tempo atrás, estas informações eram obtidas exclusivamente de núcleos estáveis, com números atômico (Z) e de massa (A) situados na linha de estabilidade. Entretanto, a partir da década de 90, foram desenvolvidos aceleradores capazes de produzir feixes de núcleos radioativos. Embora a meia-vida de alguns destes núcleos seja muito curta (eles são instáveis por decaimento beta), ela é suficientemente longa para que estes feixes sejam usados em experiências de colisão com alvos estáveis. Deste modo, começaram a ser obtidas informações experimentais de núcleos fora de linha de estabilidade e isso abriu novas perspectivas na Física Nuclear.

Pesquisadores Envolvidos:

Antonio Romero da Costa Pinheiro, Bianca Martins Santos e Tiago de Jesus Santos.

Matéria Condensada

A Física da Matéria Condensada descreve o comportamento coletivo de sistemas macroscópicos (com um número de partículas da ordem de 1020 partículas); antes conhecida como Física do Estado Sólido, hoje a área engloba também propriedades de líquidos e gases. O foco de interesse reside na investigação dos mecanismos microscópicos responsáveis pela grande variedade de propriedades físicas de meios materiais, tais como magnéticas, de transporte (metal, isolante, semicondutor, supercondutor, etc.), mecânicas, e outras; também relevantes são estudos da interação da radiação com a matéria, do comportamento coletivo de átomos ultrafrios, e de materiais para informação quântica (q-bits). Devido a esta grande diversidade, é uma área da Física com grande interface com a indústria; nos últimos anos, com o advento da Nanociência, ampliou esta interface, deixando de ser predominantemente com a indústria eletrônica, para descobrir interesses comuns com biotecnologia, catálise, teoria da informação, etc. Como não podia deixar de ser, a abrangência da área se reflete na diversidade de métodos de análise, tanto experimentais quanto teóricas; neste sentido, é bom enfatizar que é das poucas áreas no Brasil que apresentam um razoável equilíbrio entre atividades teóricas e experimentais.

Pesquisadores Envolvidos:

Anselmo Fortunato Ruiz Rodriguez, Eduardo de Paula Abreu, George Chaves da Silva Valadares e Jorge Luis López Aguilar.

Óptica e Informação Quântica

A Óptica Quântica e Informação Quântica realizam pesquisa teórica e experimental com ênfase nos seguintes temas, em particular: medida quântica e não-localidade quântica, dinâmica do emaranhamento em sistemas abertos, detecção e caracterização de emaranhamento em sistemas de variáveis contínuas, implementação de algoritmos de computação quântica, realização de simulações quânticas, computação quântica em sistemas de estado sólido, metrologia quântica, controle quântico, limites quânticos à rapidez de processos físicos e suas aplicações e estudo do limite clássico de sistemas quânticos que são classicamente caóticos. Esses conceitos são estudados em vários sistemas físicos, tais como fótons de feixes gêmeos, eletrodinâmica quântica em cavidades e armadilhas de átomos e íons.

Pesquisadores Envolvidos:

Antonio Romero da Costa Pinheiro e Miguel Justiniano Abanto Peralta.

Física Experimental com ênfase em Interações DNA-ligantes: progressos e perspectivas

Investigação das interações da molécula de DNA com ligantes como fármacos e proteínas. Trata-se de um assunto interdisciplinar de grande relevância científica em diversos campos do conhecimento, da física às ciências da saúde. Na investigação deste tipo de sistema, pode-se distinguir pelo menos 03 (três) sub-linhas de pesquisa, todas a serem exploradas: (a) Interações de fármacos, proteínas e outros tipos de ligantes com DNA disperso em solução; (b) Simulação in vitro das condições intracelulares: adição de co-solutos e agentes condensantes à solução de DNA; e (c) Desenvolvimento de novos produtos e processos para quimioterapias. Com a técnica de pinça ótica e mais uma série de técnicas complementares, pretendemos avançar no conhecimento de diversos sistemas DNA-ligantes. Este conhecimento deverá aumentar nossa compreensão de diversos processos biológicos que ocorrem a nível molecular, bem como, possivelmente, gerar novos produtos e/ou processos para tratamento de doenças humanas, sobretudo quimioterapias.

Pesquisador envolvido:

Carlos Henrique Moreira Lima. 

Estrutura Nuclear e Teoria Quântica de Campos

 Compreender a estrutura do núcleo atômico é um dos grandes desafios da física nuclear. Modelos físicos são descritos, e seus resultados e previsões teóricas são constantemente confrontados com dados experimentais a fim de validar, melhorar, inovar ou até descartar modelos teóricos. A nível atômico, um átomo pode ser representado por um núcleo diminuto contendo nucleons e uma eletrosfera. Alguns desses nucleons se manifestam como portadores de um tipo de carga elétrica, que denominamos positiva (prótons), e outros manifestam-se eletricamente neutros (nêutrons). A carga elétrica líquida no núcleo é, portanto, positiva devido aos prótons. Além disso, externamente ao núcleo, uma nuvem eletrônica, com portadores de um segundo tipo de carga elétrica, que denominamos negativa (elétrons) o circunda realizando movimentos complexos e caóticos, regidos por leis probabilísticas. O núcleo é da ordem de 10 mil vezes menor que o átomo, mas contém mais de 99,9% de sua massa. Sendo o núcleo tão pequeno, contendo prótons que possuem carga elétrica positiva, a repulsão coulombiana é de tal forma intensa, que não deveríamos observar sequer 1 núcleo coeso. No entanto, não é isso que observamos na natureza. Para explicar a constatação da não explosão espontânea em núcleos atômicos, uma nova interação foi descrita, a interação nuclear forte. A interação nuclear forte é, portanto, responsável pela coesão nuclear, e é muito mais intensa que a repulsão elétrica entre os prótons. Essa interação é de curto alcance, agindo à distâncias da mesma ordem de grandeza dos nucleons. Em física teórica, a teoria das interações fortes é a Cromodinâmica Quântica (QCD). Nesse cenário, a interação eletromagnética, a interação nuclear forte e a interação nuclear fraca, são descritas por campos que mediam a interação entre partículas, que podem ser representados por um conjunto de técnicas matemáticas que descrevem sistemas quânticos de muitos corpos que apresentam um elevado número de graus de liberdade. A essa sofisticação teórica e a esse conjunto de técnicas, damos o nome de Teoria Quântica de Campos (TQC). QCD é um tipo de TQC. Uma teoria quântica de campos vem, portanto, viabilizar uma descrição mais detalhada da estrutura nuclear, permitindo-nos, inclusive, investigar os limites da estabilidade nuclear, que são essenciais não apenas para a compreensão das propriedades nucleares, mas também para a compreensão da estrutura das estrelas e outros objetos astrofísicos, compreensão da evolução do universo e condições do universo primordial, possibilitando o estudo da matéria nuclear tanto em núcleos atômicos, quanto em sistemas astrofísico-nucleares.

Pesquisador envolvido:

Tiago de Jesus Santos