Programação

In this talk, we investigate a general class of effective background fields that break diffeomorphism invariance and examine their potential implications in cosmology. A key focus of this study is the distinction between explicit and spontaneous background fields, which exhibit distinct transformation properties and dynamics. We will demonstrate how preserving isotropy and homogeneity can be achieved in modified gravity theories despite the presence of such backgrounds. Specifically, we explore the t-sector of the minimal gravitational Standard-Model Extension (SME) as a case of explicit breaking, and the bumblebee model as a case of spontaneous breaking. In both instances, we derive the modified Friedmann equations and identify configurations of background fields that preserve the cosmological symmetries of isotropy and homogeneity. Finally, we provide a concrete example of an explicit model within the t-sector that leads to a phase of accelerated expansion of the universe with standard matter.

Nesta palestra irei discutir aspectos diversos da quebra de simetrias do espaço-tempo. A primeira parte da apresentação motiva o estudo de tais violações e como são tratadas efetivamente na física de energias altas. Vamos encontrar vários fenômenos interessantes possivelmente associados com essas violações e qual é a importância deles em buscas experimentais de física não-padrão. A segunda parte é dedicada à nossa melhor descrição da gravitação, que é a Relatividade Geral (RG). Estarei discutindo uns lindos testes experimentais desta teoria, mas vamos também ver quais são os seus problemas. Para explorar efeitos físicos além da RG, a quebra de simetrias do espaço-tempo pode desempenhar um papel essencial. Focaremos em uma extensão da geometria Riemanniana, que é conhecida como a geometria Finsleriana e tem aplicações em outras áreas científicas. A terceira parte da palestra trata de um aspecto bem novo de violações da relatividade, que envolve aplicações destes conceitos à física da matéria condensada. Vamos investigar estruturas de bandas características de tipos de materiais chamados semimetais de Weyl e de Dirac, respectivamente. Indicações teóricas para a existência de tais materiais serão apresentadas bem como resultados experimentais recentes. Resumindo, estarei falando sobre tópicos de interesse para físicos, matemáticos, químicos e biólogos.

Neste trabalho, investigamos as propriedades de reflexão na interface entre um meio dielétrico comum e um dielétrico que suporta uma corrente magnética (equivalente a um dielétrico regido pela eletrodinâmica do áxion). Considerando as equações de Maxwell usuais e as relações constitutivas, derivamos os coeficientes gerais de Fresnel para a reflexão de uma onda incidente com polarização s e p, assumindo uma corrente magnética isotrópica em um substrato dielétrico. Determinamos todas as condições de reflexão interna total e ângulos críticos (ângulos de Brewster), que são dadas por relações específicas entre todas as quantidades eletromagnéticas relevantes do sistema e a frequência. Para ondas incidentes polarizadas tipo s e p, a reflexão interna total pode ocorrer sob certas condições nos parâmetros constitutivos (para cada modo de propagação) em janelas específicas de frequência e em certos intervalos de ângulo de incidência. Todas as condições possíveis para definir ângulos críticos de reflexão nula são determinadas. Este cenário permite mudanças de polarização por reflexão. Considerando uma onda incidente polarizada tipo p, a frequência e o ângulo de Brewster que permitem reflexão nula para ambos os modos de propagação são determinados. O deslocamento de Goos-Hänchen e a rotação complexa de Kerr também são avaliados. O ângulo de elipticidade de Kerr apresenta um comportamento dependente da frequência, também relatado em semimetais de Weyl, apresentando valores máximos de $\eta_{Kerr} = \pm \pi /4 $ para valores específicos de frequência, podendo funcionar como uma assinatura deste dielétrico quiral de áxion.

A Física Biológica é essencial para compreender os fenômenos que ocorrem nos sistemas vivos, integrando conceitos da Física para explicar processos biológicos em níveis diversos, desde o nível molecular e celular até o nível de organismo. Ela permite a análise de estruturas e funções biológicas e suas propriedades físicas, trazendo, para o universo das ciências da vida, uma perspectiva única, que integra conhecimentos essenciais para uma compreensão mais ampla de sistemas biológicos. Além disso, essa interseção entre Física e Biologia tem impulsionado inovações tecnológicas, como técnicas de imagem avançadas e biomateriais, contribuindo significativamente para áreas como Medicina e Biotecnologia. Neste seminário, será mostrada a atuação do Programa de Pós Graduação em Física (PPGF) da Universidade Federal do Maranhão (UFMA) em diversas áreas da Física Biológica nos últimos anos, desde o estudo de partículas virais (Virologia Física) e biomaterias avançados, até o estudo de patologias complexas, como câncer e Alzheimer. Os resultados aqui mostrados revelam uma perspectiva promissora da Física Biológica, abrindo caminhos para a investigação de sistemas biológicos diversos dentro dessa ótica.

Anéis quânticos são classificados como sistemas de dimensão mesoscópica capazes de confinar elétrons com alta mobilidade a uma região da matéria delimitada por um perfil circular ('loop'). O transporte de carga elétrica através de tal estrutura, por sua vez, será o objeto de discussão deste seminário, onde, utilizando um modelo teórico para descrever o anel quântico, será observado como uma curvatura cônica controlada aplicada à superfície do material exerce efeitos sobre propriedades de interesse tais como condutância e magnetorresistência.

Ondas gravitacionais se destacam dentre os canais astrofísicos por trazerem assinaturas do regime de gravitação forte. No entanto, mesmo antes das detecções diretas, efeitos das ondas gravitacionais já podiam ser observados em binárias de pulsares. Neste regime, teorias de perturbação regem o sistema e podemos resolver as equações de Einstein aproximadamente. Neste mini-curso, discutiremos alguns aspectos das ondas gravitacionais, divindido-o em duas partes: (i) aproximação de quadrupolo e a evolução de binárias; (ii) perturbações em espaços-tempos esfericamente simétricos. 

A teoria da Relatividade Geral oferece a descrição mais precisa que temos do campo gravitacional, prevendo fenômenos cruciais como as ondas gravitacionais e os buracos negros. Devido à sua natureza tensorial, muitos cálculos são extremamente complexos ou inviáveis de serem realizados de forma analítica. Neste minicurso, exploraremos como o software Mathematica pode ser aplicado à teoria da Relatividade Geral e teorias alternativas da gravitação. O conteúdo incluirá: (i) os comandos básicos do Mathematica; e (ii) a aplicação do pacote xAct para cálculos avançados em Relatividade Geral, bem como em teorias alternativas de gravitação. Este minicurso é voltado para estudantes de graduação, mestrado e doutorado em Física e áreas afins, interessados em aprender técnicas de cálculo simbólico aplicadas à Gravitação.

Compact binaries represent the primary focus of contemporary gravitational wave detectors. However, their evolution can significantly deviate from the conventional vacuum scenario when situated within various environments, such as dark matter or accretion disks. In this presentation, we explore the impacts of binaries immersed in a medium. Specifically, we examine the effects of dynamical friction and accretion on eccentricity and center of mass velocity. Additionally, we delve into potential relativistic consequences arising from binaries interacting with dark matter environments.

We have demonstrated the existence of compact self-dual solitons in a type of gauge baby Skyrme model with magnetic impurities. The consistent implementation of the Bogomol'nyi-Prasad-Sommerfield (BPS) formalism depends on the type of magnetic impurity. These impurities can have finite or extended radii, and we will study them in detail. In this way, we have obtained a lower limit of topological energy (the Bogomol'nyi bound) and the self-dual equations satisfied by the fields that saturate that bound. The Bogomol'nyi bound is proportional to the topological charge of the Skyrme field and is quantized, while the total magnetic flux is not. The self-dual calculations have been numerically successful, and we present the profiles of the solitons, commenting on the main characteristics they exhibit.

A criação de partículas por meio da excitação do vácuo quântico numa cavidade com um espelho em movimento foi prevista em 1969. Neste seminário, discutimos que a excitação do vácuo quântico numa cavidade dinâmica também pode se manifestar pela criação de partículas reais com uma quantidade de energia de vácuo positiva em torno dessas partículas. Mostramos que enquanto no caso de um único espelho em movimento num espaço livre, com o campo no estado inicial de vácuo, toda a energia transferida do espelho para o campo é convertida em partículas reais, por outro lado, quando se considera um segundo espelho estático formando uma cavidade com o primeiro, o mesmo movimento do primeiro espelho pode levar a que menos energia seja convertida em partículas reais, sendo a diferença convertida em energia positiva de vácuo em torno dessas partículas.

The focus of this work is on a modification of General Relativity (GR) governed by a dynamical scalar field. The latter is able to acquire a nonzero spacetime-dependent vacuum expectation value, which gives rise to a spontaneous violation of spacetime symmetries. Based on the (3+1) decomposition, we demonstrate how to develop the Hamiltonian formulation for this model. In particular, we investigate how the constraint structure of GR and the generators of diffeomorphisms behave in this scenario.

Nos últimos anos, a ciência da informação tem contribuído sobremaneira no design de tecnologias alicerçadas em propriedades microscópicas da matéria. Por exemplo, podemos destacar os computadores quânticos que baseiam-se nos chamados bits quânticos ou qubits, isto é, as unidades fundamentais de informação em nível quântico. Neste minicurso, pretendemos abordar (i) o significado e as propriedades dos qubits na perspectiva de um sistema de dois níveis; (ii) a interpretação geométrica de estados de qubit único na esfera de Bloch.

A teoria da Relatividade Geral oferece a descrição mais precisa que temos do campo gravitacional, prevendo fenômenos cruciais como as ondas gravitacionais e os buracos negros. Devido à sua natureza tensorial, muitos cálculos são extremamente complexos ou inviáveis de serem realizados de forma analítica. Neste minicurso, exploraremos como o software Mathematica pode ser aplicado à teoria da Relatividade Geral e teorias alternativas da gravitação. O conteúdo incluirá: (i) os comandos básicos do Mathematica; e (ii) a aplicação do pacote xAct para cálculos avançados em Relatividade Geral, bem como em teorias alternativas de gravitação. Este minicurso é voltado para estudantes de graduação, mestrado e doutorado em Física e áreas afins, interessados em aprender técnicas de cálculo simbólico aplicadas à Gravitação.

A luz ou radiação síncrotron é um tipo de radiação eletromagnética que se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético - luz infravermelha, ultravioleta e raios X. Ao longo das últimas décadas diversas técnicas experimentais baseadas em radiação sincrotron se desenvolveram ajudando na resolução de questões importantes para as comunidades mundiais acadêmicas e industriais. Devido a multidisciplinaridade do uso da luz sincrotron, várias áreas são beneficiadas, por exemplo; na agricultura, é utilizada para análise do solo, para o desenvolvimento de fertilizantes mais eficientes e baratos e, ao mesmo tempo, menos agressivos ao meio ambiente e à saúde. Na área de energia, o uso de síncrotron permite o desenvolvimento de novas tecnologias de exploração de petróleo e gás natural, e no entendimento e desenvolvimento de materiais e sistemas para células solares, células combustível e baterias, bem como nas pesquisas de novos materiais mais leves e eficientes. Na área da saúde, pesquisas feitas com síncrotron são fundamentais para identificação das estruturas, como, proteínas, unidades intracelulares complexas e nanocarreadores inéditos, etapa importante para compreensão da interação carreador-fármaco e até mesmo no desenvolvimento de novos medicamentos, assim como, no desenvolvimento de nanopartículas para o diagnóstico de câncer e combate a vírus e bactérias. Neste seminário apresentarei como a combinação de diversas técnicas de sincrotron, tais como absorção de raio X e difração de raio X, podem contribuir para o entendimento de materiais avançados e quais são as novas oportunidades para o estudo de materiais com a nova fonte de Sincrotron brasileira - SIRIUS.

We show that the absence of unbounded algebraic curvature invariants constructed from polynomials of the Riemann tensor cannot guarantee the absence of strong singularities. This conclusion follows from the analysis of incomplete geodesics within the internal region of asymmetric wormholes supported by scalar matter which arise in two distinct metric-affine gravity theories. The strength of the singularity is determined by the evolution of Jacobi fields along such geodesics, finding that it is of strong type, as volume elements are torn apart as the singularity is approached.

Nesta palestra, serão apresentados os avanços recentes no estudo de transições de fase e expansão térmica de materiais desenvolvidos no Programa de Pós-Graduação em Física da UFMA. A pesquisa abrange uma variedade de compostos como vanadatos, molibdatos e tungstatos, com foco em suas propriedades estruturais e térmicas investigadas através de técnicas in situ de difração de raios X e espalhamento Raman. Resultados incluem a descoberta de expansões térmicas negativas e transições de fase reversíveis e irreversíveis em faixas de temperatura variadas, revelando a relevância desses materiais para aplicações em controle térmico e tecnologias avançadas. O trabalho visa contribuir para o desenvolvimento de novos dispositivos funcionais que operam sob condições extremas de temperatura.

In this work, we study the propagation and absorption of electromagnetic cold plasma waves in the context of dynamical axion electrodynamics. As well known, the axion theory is connected with the Maxwell-Carroll-Field-Jackiw (MCFJ) electrodynamics when the first derivative of the axion field is considered constant. In this context, two previous works have been developed considering magnetized plasmas systems for a purely timelike background [see PRD 107, 096018 (2023)] and purely spacelike background [see PRD 109, 076003 (2024)], which play the role of the chiral magnetic conductivity and anomalous Hall conductivity, respectively. In the present work, we consider second derivative terms of the axion field in the modified Maxwell equations, rewritten for a cold, uniform and collisionless fluid plasma model, allowing us to determine the new refractive indices and the propagating modes. The first analysis is for the propagation along the magnetic axis (Faraday configuration), where a modified longitudinal mode is obtained, correponding to the axion-plasmon electrostatic oscilations. The case of propagation orthogonal to the magnetic field (Voigt configuration) is also discussed.

Ondas gravitacionais se destacam dentre os canais astrofísicos por trazerem assinaturas do regime de gravitação forte. No entanto, mesmo antes das detecções diretas, efeitos das ondas gravitacionais já podiam ser observados em binárias de pulsares. Neste regime, teorias de perturbação regem o sistema e podemos resolver as equações de Einstein aproximadamente. Neste mini-curso, discutiremos alguns aspectos das ondas gravitacionais, divindido-o em duas partes: (i) aproximação de quadrupolo e a evolução de binárias; (ii) perturbações em espaços-tempos esfericamente simétricos.

Nos últimos anos, a ciência da informação tem contribuído sobremaneira no design de tecnologias alicerçadas em propriedades microscópicas da matéria. Por exemplo, podemos destacar os computadores quânticos que baseiam-se nos chamados bits quânticos ou qubits, isto é, as unidades fundamentais de informação em nível quântico. Neste minicurso, pretendemos abordar (i) o significado e as propriedades dos qubits na perspectiva de um sistema de dois níveis; (ii) a interpretação geométrica de estados de qubit único na esfera de Bloch.

In this talk, we will present some recent results related to neutron star seismology. At first we will dedicate some words to the equation of state of high density matter. Then the talk will take some minutes to discuss the hydrostatic equilibrium on neutron stars and the Tolman-Oppenheimer-Volkoff equations. The previous discussion prepares us for the following step, i.e., the perturbation of the equilibrium configuration. That perturbation is represented by the oscillation equations of a compact star, which is associated with gravitational radiation. As we know, gravitational waves were detected, and we will compare our theoretical results with those recent observations.

This work investigates optical properties of bi-isotropic materials governed by the anomalous Hall current of the axion electrodynamics. Chiral magnetoelectric media, such as bi-anisotropic materials, are described by extended constitutive relations which include magnetoelectric coefficients. This work focuses on bi-isotropic matter the effect of the axion anomalous Hall current term. By deriving the dispersion relations, we obtain refractive indices and the corresponding propagating modes. There appears circular birefringence, measured in terms of the rotatory power, which can undergo double sign reversal, an exotic optical signature for chiral dielectrics. Other optical activity effects, as circular dichroism and Kerr rotation/ellipticity, are also analyzed. Anomalous reflection (reflection coefficient larger than one), a topical feature of Weyl semimetal systems, is also reported and constitutes a probe for optical characterization.

O sucesso da obtenção experimental do grafeno despertou grande interesse da comunidade científica por materiais bidimensionais (2D). Entre esses, as nanoestruturas de carbono ocupam uma posição de destaque, tanto por razões históricas quanto por suas notáveis propriedades físicas e químicas. Nas últimas duas décadas, esforços teóricos e experimentais têm sido direcionados à busca por novos nanocarbonos com características que possam ser exploradas em tecnologias. Cálculos computacionais desempenham um papel crucial nesse campo, não apenas prevendo configurações hipotéticas, mas também pavimentando a síntese de futuras formas de materiais à base de carbono. Vale destacar que estruturas como grafeno, grafino e bifenileno 2D foram inicialmente propostas e investigadas por meio de cálculos teóricos, sendo sintetizadas experimentalmente anos depois, com o avanço das técnicas experimentais. Diante disso, este seminário tem como objetivo apresentar uma revisão histórica sobre a idealização e síntese de nanocarbonos 2D, destacando o papel essencial dos cálculos teórico-computacionais na investigação de novas configurações de carbono em nanoescala e discutindo como a teoria pode propor e estudar esses sistemas.

Os molibdatos são estruturas constituídas por íons $Mo{O_4^{2-}}$ que possuem geometria espacial tetraédrica, onde os elementos de oxigênio estão localizados nos vértices e o átomo de molibdênio encontra-se no centro da estrutura tetraédrica. Neste trabalho, as amostras cerâmicas foram sintetizadas por meio do método de coprecipitação. Análises estruturais, realizadas por refinamento de Rietveld com os dados de difração de raios X (DRX), mostraram que os compostos cristalizam na estrutura tetragonal do tipo Scheelita, com grupo espacial $I{4_1}/a$. Estudos de espectroscopia Raman em função da temperatura mostraram que os modos vibracionais $E_{1g}$ e $A_{2g}$ do molibdato de cálcio (CaMoO4) manifestaram um comportamento estável dos fônons até a temperatura de 125°C. A partir da temperatura de 150°C, observou-se que os modos $E_{1g}$ e $A_{2g}$ apresentaram um alargamento até desaparecerem nas faixas de temperatura de 300°C e 400°C, respectivamente. Ao efetuar a comparação dos espectros do $CaMo{O_4}$ aquecido e arrefecido (retornando à temperatura de 30°C), a estrutura demonstrou um alto padrão de cristalinidade, pois os modos apresentaram largura mais fina.

Ordenamentos ferróicos são estados orientados que podem ser revertidos por um agente externo, como um campo aplicado. Materiais multiferróicos são aqueles que possuem dois ou mais desses ordenamentos ferróicos, e quando acoplados geram efeitos lineares e/ou bilineares desejáveis para o controle de propriedades. Exemplos comuns incluem materiais piezoelétricos, piezomagnéticos e magnetoelétricos. O último possui a capacidade de reverter um campo magnético mediante a aplicação de um campo elétrico externo, e vice-versa, tornando-se uma plataforma muito desejável para dispositivos que buscam otimização e economia de energia na microeletrônica atual. A economia de energia é, inclusive, um dos principais obstáculos para a produção de dispositivos mais eficientes e estáveis. Além disso, a possibilidade de acoplamentos magnetoelétricos em materiais ferromagnéticos semicondutores a altas temperaturas pode representar um caminho promissor para o desenvolvimento de um computador quântico operacional à temperatura ambiente. No entanto, as condições de simetria espacial restritas, que permitem esse acoplamento, não são facilmente atingidas, o que torna a busca por um material com essas propriedades um grande desafio científico nos últimos anos. Utilizamos a reação de estado sólido para modificar a versátil estrutura das perovskitas para criar multiferróicos que permitam esses acoplamentos ao mesmo tempo que tentamos induzir quebras de simetria espacial nesses sistemas multiferróicos para gerar tais acoplamentos. Também aplicamos técnicas físicas de caracterização estrutural, vibracional, magnética e elétrica para estudar e monitorar as possíveis interações anarmônicas que surgem nesses sistemas. Nossos esforços concentram-se em entender as interações entre os diversos ordenamentos, seus acoplamentos e suas respostas nas técnicas de caracterização, visando compreender a dinâmica dos fenômenos e suas manifestações na estrutura e nas propriedades vibracionais, elétricas e magnéticas, com o objetivo de controlar e manipular essas propriedades multiferróicas.

A nanociência congrega pesquisadores de diversas áreas no estudo de uma grande coleção de materiais. Entretanto, a física desempenha um papel fundamental no entendimento dos mecanismos básicos envolvendo fenômenos em nanoescala. Além disso, nanomateriais de carbono possuem papel de destaque neste campo, por razões históricas e por seu alto potencial de aplicação. Nanocarbonos naturalmente apresentam baixa dimensionalidade, com estruturas 2D sendo a base para diversos outros sistemas quasi-1D, como nanofitas e nanotubos. O grafeno é o principal e mais famoso exemplo, mas outras formas de organizar o carbono em duas dimensões tem ganho destaque na literatura. Ocorre que a riqueza das propriedades de nanomaterials se manifesta também na complexa relação entre as propriedades físicas de materiais quasi-1D e suas estruturas 2D base. Embora uma comparação direta forneça um entendimento parcial dessa relação, fatores como curvatura, quiralidade e efeitos de borda introduzem efeitos não triviais. Aqui, simulações computacionais se apresentam como uma ferramenta fundamental, pois não só permitem o estudo de uma ampla gama de sistemas, como também permitem o entendimento das propriedades desses sistemas em termos de aspectos fundamentais. Nesta conversa, sob a luz de simulações, apresentaremos e discutiremos muitos desses mecanismos com ilustrações oriundas da literatura.