A FSICA A SERVIO DA SOCIEDADEA FSICA A SERVIO DA SOCIEDADEOsvaldo Novais de Oliveira Jr.Rui Jorge SintraOrganizadoresSo Carlos SPIFSC/USP2014 2014 IFSC/USPTodos os direitos reservados ao Instituto de Fsica de So Carlos.Organizao e EdioProf. Dr. Osvaldo Novais de Oliveira Jr. IFSC/USPRui Jorge Sintra (Jornalista Mtb 66181)Textos Luciana Cristina Sanchez, Nicolle CasanovaRui Jorge SintraTatiana ZanonDiagramaoRodrigo Rosalis - Rosalis Designer www.rosalis.com.brCapaCriada por Ricardo Rehder Cardoso, adaptando a foto original da autoria de Edison Santiago de AlmeidaFicha catalogrfca elaborada pelo Servio de Biblioteca e Informao do IFSCF 528 A fsica a servio da sociedade/ OsvaldoNovais de Oliveira Jr, Rui Jorge Sintra, organizadores So Carlos: IFSC, 2014. 320p. ISBN 978-85-61958-03-9 1. Fsica. I. Oliveira Jr, Osvaldo Novais, org. II. Sintra,Rui Jorge, org. III. Titulo. CDD 530AgradecimentosAgradecemosemprimeirolugaraonossodiretordo IFSC,Prof.AntonioCarlosHernandes,peloseu entusiasmoeapoioaotrabalhodecomunicaodo IFSCcomasociedadeeediodestelivroemparticular. Nossos agradecimentos aos professores e funcionrios do IFSC que colaboraram com as matrias e textos publicados neste livro. Como so muitos, no os nomeamos nos agradecimentos, mas seus nomes aparecem no decorrer do livro. As verses originais dasmatriasetextosforamproduzidasporumdoseditores, RuiSintra,epelasSrtas.LucianaCristinaSanchez,Nicolle Casanova e Tatiana Zanon, a quem tambm agradecemos. Contriburam,tambm,paraaedioepublicaodeste livroosfuncionriosCristianeEstella,doSetordeComuni-cao,taloCelestini,daGrfca,MaurcioSchiabel,doSetor de Finanas, e a equipe da Biblioteca. A eles, nossos agradeci-mentos. AgradecimentosespeciaissodedicadosaosProfessores YvonnePrimeranoMascarenhaseSrgioMascarenhas,que gentilmente escreveram o prefcio deste livro, e que continuam ainspirarotrabalhoemeducaoepesquisadeprofessores, alunos e funcionrios do IFSC. Osvaldo N. Oliveira Jr.Rui Sintra(Organizadores)SumrioPrefcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Apresentao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Os desafos da fsica no Sculo XXI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Integrao de reas e iniciativas multidisciplinares . . . . . . . . . . . . . 394 Explorando os fundamentos da Fsica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 Materiais e Nanotecnologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076 Energia e meio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437Fsica Computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1698Cincias Fsicas e Biomoleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2119 Sade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23710 Inovao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27311Comentrios Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319PrefcioPrefaciar este livro A fsica a servio da sociedade foi para ns uma grande satisfao ao verifcarmos atravs de sua leitura, de modo muito objetivo, o que j sentamos sub-jetivamente: a pujana desta unidade que ajudamos a formar nos seusestgiosiniciais.Emboranossasatividadeestivessemin-cludas no mbito de uma Escola de Engenharia onde a Fsica representavaapenasuma,assimchamadanapoca,cadeira reunidadeFsicaGeraleExperimentalaserministradanos doisanosiniciaisdocurso,nosdeparamoscomalunoscom grandeinteressecientfcoque,senosetornaramfsicos, acompanharamasaulastericaseexperimentaiscomgrande interesseoquenosdavaumfeedbackextremamenteesti-mulante.Aindanasdcadasde1950e1960seincorporaram aogrupojovensdocentesgraduadosemFsica,Qumicaou Engenharia.Nessapocavriosintercmbios,estabelecidos comapoiodaFundaoFulbright,comprofessoresdosEsta-dosUnidosquevinhamaSoCarlosparainiciaraformao denossosjovensemnveldeps-graduao,assimcomode membrosdogrupoquesedirigiramavriasuniversidades americanasparaestgiosdepesquisa,principalmentenarea de Fsica da Matria Condensada, muito contriburam para o seuaprimoramento.Nadcadade1970novosmembrosso contratados mantendo-se a caracterstica interdisciplinar ade-quada a pesquisas que j se voltavam para reas de informtica e biofsica. A partir da, nas dcadas de 1980 e 1990 e a primeira do sec. XXI, consolidam-se cada vez mais as caractersticas de pesquisa interdisciplinar e fortalecem-se reas de Fsica Bsica. Assim podemos dizer que, mais do que qualquer prmio ou honraria, a existncia da atual confgurao do IFSC, com seus cerca de 80 docentes exercendo atividades emnveldegraduaoeps-graduaoeenvolvendoalunos,tantoemativida-des didticas como de pesquisa atravs dos seus programas de Iniciao Cientfca, Mestrado e Doutorado e, dessa forma, contribuindo para a formao de recursos humanos de alto nvel para o pas, a maior recompensa a que poderia aspirar um casaldeprofessoresqueambicionavamsededicardocnciaepesquisaeque deixarama vida familiar, social e cultural que tinham no Rio de Janeiro, a sempre Cidade Maravilhosa, para, em 1956, trabalharem na recm criada Escola de Enge-nharia de So Carlos/USP.Srgio MascarenhasYvonne P. Mascarenhas ApresentaoO viverdasociedademoderna,onossodiaadia, fruto dos grandes avanos da cincia no sculo XX e da transformao do conhecimento em tecnolo-gias que nos permitem ter, entre outras coisas, uma expecta-tiva de vida mais do que o dobro, se a compararmos com o incio do sculo passado. Mas, como bem sabemos, muitos ainda so os desafos. Poderamoselencarinmerasquestesquepermane-cem sem respostas, seja na fsica, na biologia, na medicina, naqumica,paradizersomentealgumasreasdacincia. Questesvitais,comoaorigemdavida,avidaemoutros planetas, ou ainda sobre o clima, a disponibilidade de gua, deenergiaederecursosalimentaresparaasfuturasgera-es.Eassimsepoderiaseguirquestionando.Algunsdos desafosdafsicanosculoXXIsoabordadosnestelivro por ilustres pesquisadores do Instituto de Fsica de So Car-los. Mas no tudo.ExisteoutrotipodedesafoparaosculoXXIque,de certa maneira, est vinculado s questes fundamentais para a humanidade: a necessidade de se ter mais pessoas com gosto pela cincia, ou com gosto pela descoberta. Para superar mais rapidamente esses desafos e fazer avanar a fronteira do co-nhecimento, obrigatrio o trabalho de muitos com certa dose de genialidade. Trazermaispessoasparaatuaremcincianotarefa fcil devido a vrios fatores, inclusive falta de conhecimento. Mas preciso. Para isso, necessita-se de estmulo e de informao. Informao quedeveserdefcilacessoeatualizada.Emsntese,tmqueseprovidenciar informaes sociedade numa linguagem que seja capaz de despert-la para os avanos da cincia e da tecnologia e com isso estimular mais pessoas a trilhar os caminhos da cincia, de maneira a criarmos um crculo virtuoso que permita contribuir para romper os reais desafos do sculo XXI. Em 2010, o Instituto de Fsica de So Carlos IFSC - iniciou um projeto de divulgao da cincia em que uma de suas vertentes foi justamente contribuir para que a sociedade tivesse acesso fcil, rpido e gratuito sobre o progresso das pesquisasexecutadasemseuslaboratrios.Ahome-pagedoIFSC(www.ifsc.usp.br) passou a disponibilizar textos, entrevistas e informaes sucintas sobre os diferentes temas de pesquisa e as inovaes geradas por seus pesquisadores. Um dos resultados dessa iniciativa a publicao deste livro Fsica a servio da sociedade. O professor Osvaldo Novais de Oliveira Jr, com o apoio do jorna-lista Rui Sintra, fzeram uma seleo de entrevistas e textos publicados no portal do IFSC, que abordam temas como energia do vcuo, matria extica, polme-ros luminescentes, nanomateriais, fontes alternativas de energia e avanos tec-nolgicos em iluminao fria, criptografa, viso ciberntica, novos frmacos, computao quntica e muitos outros. O livro ir surpreend-lo positivamente frente diversidade de temas em pesquisa e inovao que os pesquisadores do IFSC tm se dedicado. Editar e publicar o livro Fsica a servio da sociedade no somente mais umaaodedivulgaocientfca,quejseriadeextremarelevncia,mas principalmente uma contribuio para a formao do crculo virtuoso para que mais jovens se sintam estimulados pelo xtase da descoberta.To importante quanto descobrir, saber comunicar a descoberta sociedade. O leitor e a leito-ra certamente se benefciaro dos conhecimentos aqui disponibilizados. Prof. Dr. Antonio Carlos HernandesProfessor Titular e Diretor do IFSC - Grupo Crescimento de Cristais e Materiais Cermicos 13ntroduo 1IA principal misso do Instituto de Fsica de So Carlos daUniversidadedeSoPaulo(IFSC-USP)temsido formar recursos humanos de alto nvel na graduao eps-graduao,emqueoensinofortementeacoplados atividadesdepesquisa.Busca-seformarprofssionaisque,a partir de conhecimentos slidos em fsica, possam se assim odesejarem-atuaremreasmultidisciplinaresecompreo-cupao de servir sociedade tambm com desenvolvimento deinovaoetransfernciadetecnologia.Essaviso,base-adanaindissociabilidadedeensinoepesquisaedeatuao multidisciplinar, acabou por guiar a evoluo do IFSC desde a fundao do Instituto de Fsica e Qumica de So Carlos, em 1971,tendocontinuadooseupercursocomodesmembra-mentonosatuaisIFSCeIQSC(InstitutodeQumicadeSo Carlos) a partir de 1994. As consequncias mais visveis dessa evoluo esto na cria-o, nas ltimas dcadas, de cursos de graduao e programas de ps-graduao. Hoje, o IFSC oferece trs cursos de bacharelado, a saber: Fsica, Fsica Computacional e Cincias Fsicas e Biomo-leculares,eumcursodeLicenciaturaemCinciasExatas,em parceria com o IQSC e o Instituto de Cincias Matemticas e de Computao(ICMC-USP).Oprogramadeps-graduaoem Fsicacontemplaassubreasde Fsica BsicaeFsicaAplicada, sendo que esta ltima inclui Fsica Computacional e Fsica Bio-molecular.OIFSCparticipaaindadoprogramaInterunidades em Cincia e Engenharia de Materiais, em parceria com o IQSC e a Escola de Engenharia de So Carlos (EESC-USP). 13Introduo14 |A fsica a servio da sociedadeOutraconsequnciaimportantefoiavocaodedocentesdoIFSCpara buscar parcerias no Brasil e no exterior com pesquisadores de diferentes reas. Em So Carlos, em particular, h forte sinergia em aes com as outras unida-des do campus da USP, com a Universidade Federal de So Carlos (UFSCar) e com a Embrapa Instrumentao (CNPDIA). Tal atuao culminou na forma-o de diversos centros, institutos nacionais de pesquisa e redes de excelncia, muitos dos quais so liderados por professores do IFSC, como teremos oportu-nidade de mencionar ao longo do livro. Devido diversidade das pesquisas e crescente necessidade de comunicao com a sociedade, o IFSC decidiu h alguns anos divulgar suas atividades de pes-quisa e extenso, tendo sua pgina da Internet como principal canal. Foi assim produzida, a partir de 2010, uma srie de reportagens, resenhas e entrevistas. Aocompilartaisdocumentos,identifcou-seaoportunidadedeconsolid-los emtextomaisunifcador,queaorigemdestelivro,organizadodaseguinte forma: os captulos correspondem a grandes temas de pesquisa em cincia b-sica e aplicada, alm de tecnologia e inovao. No que concerne ao contedo, reproduzem-seartigoseentrevistas,ps-editadosemalgunscasos,tendo-se includo novo material para contextualizao. Do ano de 2010, em particular, foram compilados os chamados destaques de pesquisa, consistindo de breve resumo e fgura ilustrativa para um artigo cientfco. Os destaques e entrevistas aparecem com a data em que foram publicados napginadoIFSC.Peladiversidadedeformatos,ousodalinguagemno uniforme.Namaioriadoscasos,esperamosquealinguagemempregadaseja acessvel para o no-especialista, sendo que em alguns tpicos especfcos so mencionadas referncias para estudo mais aprofundado.O Captulo II traz opinies de docentes do IFSC sobre os desafos da fsica paraosculoXXI,enquantooCaptuloIIIabordaaintegraodediferen-tesreasdepesquisaquepropiciouaformaoderedesdepesquisa,centros depesquisaeinovao,institutosnacionaisdetecnologiaencleosdeapoio pesquisa,lideradospordocentesdoIFSC.NoscaptulosIVaXaparecem asmatriasereportagensdivididasemgrandesreas,iniciando-secompes-quisas em fsica fundamental, de cunho terico ou experimental, no Captulo IV.Ostemasdemateriaisenanotecnologia,eenergiaemeioambienteso Introduo15 A fsica a servio da sociedade|tratadosnosCaptulosVeVI,respectivamente.Aspesquisasecontribuies relacionadas a outras duas grandes reas para as quais o IFSC oferece cursos de graduao e programas de ps-graduao so comentadas nos Captulos VII e VIII.Estescaptulossodedicados,respectivamente,fsicacomputacional escinciasfsicasebiomoleculares.OCaptuloIXtrazmatriassobre aplicaes de metodologias da fsica em sade, e as contribuies do IFSC eminovaotecnolgicaaparecemnoCaptuloX.Olivroencerradocom comentrios fnais no Captulo XI, em que se faz uma refexo sucinta sobre a cobertura das pesquisas no IFSC pelo setor de comunicao.17s desafios da fsica no Sculo XXI 2OUmapreocupaoconstantedospesquisadoresdoIFSC se antecipar e eleger problemas cientfcos com gran-de possibilidade de impacto. Decorridos pouco mais de uma dezena de anos no novo sculo, vale a pena ouvir a opinio de professores do IFSC, expressa numa reportagem e em textos especfcos, que compem este Captulo. 17Os desafos da fsica no Sculo XXI18 |A fsica a servio da sociedadeQuais so os principais desafos da fsica para o sculo XXI?Glaucius Oliva, Professor Titular do IFSC e Presidente do CNPqOs fenmenos da natureza associados Vida consti-tuem,talvez,altimagrandefronteiradoconhe-cimento humano ainda em grande parte intocada pela Fsica. A alta complexidade, associada aos organismos biolgicos, certamente a razo principal pela qual as cha-madas Cincias da Vida adotaram, ao longo de sua histria, uma abordagem sistmica na descrio e anlise dos proble-mas envolvidos. Este panorama modifcou-se drasticamente nos ltimos anos, com o forescimento de novas tcnicas ex-perimentais,tantofsicasquantobioqumicasebiolgicas, que permitem a interao sistemtica e racional com a Ma-triaViva.Ompetoparaestanovaabordagemdapesqui-sabiolgicadeve-seaoreconhecimentouniversaldequea chave para o entendimento da biologia encontra-se nas es-truturas moleculares e supramoleculares dos sistemas vivos. Por vrios sculos, os assim chamados flsofos naturais buscaramacompreensodaorganizao,comportamentoe funo,naformaquepodiaserobservadacomavisoco-mum.Maisrecentemente,comoadventodosmicroscpios pticos e, nos ltimos 100 anos com as microscopias eletr-nicaedeforaatmica,apesquisaestendeu-seaodomnio da organizao celular e subcelular. Hoje em dia, com as cada vez mais sofsticadas ferramentas da Fsica, esta viso alcana os nveis de molculas e tomos. Estas ferramentas decorrem da possibilidade de se estudar a interao da radiao eletro-magntica com a matria biolgica, particularmente, no caso cristalogrfco,noestadoslidocristalino.Observou-se,as-19 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIsim, uma gradual transio da Biologia Clssica para a Biolo-gia Molecular, na completa acepo desta denominao, qual seja a Cincia da Vida ao nvel molecular que busca entender os fenmenos biolgicos na escala atmica.A fsica a ferramenta fundamental para o entendimen-to da biologia, a qual, por sua vez, central para a medicina. Desta forma, as aplicaes potenciais da fsica na medicina so extraordinrias. Dentre as principais reas desafadoras nosculoXXI,destaco:(1)Aaplicaodetcnicasfsicas experimentaisetericasnacompreensodaestruturada matria biolgica (cidos nucleicos, protenas, carboidratos e fosfolipdios, bem como o universo dos metablitos celu-laresexenobiticos),incluindosuaspropriedadesdinmi-cas, funcionais e suas interaes, com tratamento quntico; (2) Os processos estocsticos na regulao e transcrio do DNA e suas implicaes funcionais nos sistemas complexos celulares; (3) A compreenso e simulao completa do fun-cionamento celular, que permitam elucidar o modus operan-di dos sistemas nervoso, circulatrio, respiratrio e digesti-vo;(4)Acompreensocompletadocrebro,desvendando os mecanismos da memria e do pensamento; (5) O desen-volvimentodenovosmtodosno-invasivosdediagnsti-co e tratamento, bem como novos materiais biomecnicos, interfaces crebro-mquinas e sensores capazes de substituir ou expandir os sentidos humanos, entre outros; (6) A com-binaodetcnicasfsicasedebiologiamolecularnosde-senvolvimentos da biologia sinttica e impresso de tecidos biolgicos e at mesmo rgos completos.Os desafos da fsica no Sculo XXI20 |A fsica a servio da sociedadeA origem da vidaJos Fernando Fontanari, Professor Titular e Chefe do Departamento de Fsica e InformticaEm sua fala presidencial no encontro de 1871 da Socie-dade Britnica para o Progresso da Cincia, William Tomson (Lord Kelvin) declarou que a matria bru-tanopodetornar-sevivasemantesserinfuenciadapela matria viva. Isso me parece um ensinamento da cincia to defnitivo quanto a lei da gravidade. Kelvin acreditava que o universo e a vida eram eternos, ou seja, sempre existiram, tendosidouminfuentedefensordapanspermia,umavez que ele mesmo havia calculado um mximo de 20 milhes de anos para a idade da Terra. Hoje,sabemosqueouniversosurgiuhmaisoume-nos 14 bilhes de anos, mas ainda no temos a menor ideia decomoavidasurgiu,ondequerqueissotenhaocorrido. Entretanto, a conexo entre a gravitao e a vida talvez seja mais profunda que a sugerida pela frase de Kelvin. Afnal, a gravitao parece ser a fonte ltima da informao biolgica e da ordem necessrias vida. A difculdade que essa in-formao adquire signifcado (semntica) apenas na presen-a de um contexto, tratando-se, portanto, de uma grandeza globalquedifcilmentepoderserexplicadaouentendida atravs de leis fsicas locais. Atualmente,avastamaioriadacomunidadecientf-caendossa-mesmosemqueoperceba-aperspectivado Prmio Nobel em Fisiologia ou Medicina de 1974, Christian de Duve, que via a vida como um fenmeno corriqueiro no universo, como uma consequncia inevitvel das leis conhe-cidas da Fsica e da Qumica, dadas as condies adequadas. 21 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXINo toa que a busca pela vida no universo tenha sido re-duzida procura por planetas e satlites com gua no estado lquido,emboranohajanenhumaevidnciacientfcada inevitabilidade da vida no nosso universo. A viso alternati-va, capitaneada pelo ganhador do mesmo prmio, em 1965, JacquesMonod,colocaaorigemdavidacomoumevento nico no universo, resultante de uma sequncia de eventos extremamente improvveis.Apenas a primeira perspectiva presta-seaplicaodomtodocientfcodeinvestigao (da, talvez, sua popularidade entre os cientistas) e o desafo da Fsica a descoberta, caso existam, das leis que governam aauto-organizaodamatriaemsistemasforadoequil-brio termodinmico. Os desafos da fsica no Sculo XXI22 |A fsica a servio da sociedadeQuais os desafos da Fsica para o sculo XXI?Profa. Dra.Yvonne Primerano Mascarenhas, Docente Aposentada na ativa Grupo de CristalografaA anlise da proposta sugerida pelo ttulo deste livro Fsica e Sociedade pode ser feita sob vrios vieses. Parafaz-la,soulevadaaanalisarcomoaFsica, ou melhor, a Cincia de um modo mais geral, modifcou o homemeasociedadedesdequeseestabeleceuomtodo cientfco a partir de Descartes e Galileu. No sculo XVII, em 1637, Ren Descartes publica o seu livro Discours de la mthode(sous-titrPour bien conduire sa raison, et chercher la vrit dans les sciences). Em seu mtodo, Descartes prope quatro princpios:1.Evidncia: Nunca aceitar nada como verdadeiro que no conhea evidentemente como tal;2.Reducionismo:Dividircadaumadasdifculdadesque encontrar em tantas parcelas quanto possvel e necess-rio para melhor as resolver;3.Causalidade:conduzirporordemospensamentos,co-meando pelos objetos mais simples e mais fceis de co-nhecer, at os mais complexos, supondo mesmo a ordem entre os que no precedem naturalmente os outros;4.Exaustividade: revises to gerais que se fque com a cer-teza de nada omitir.Galileu completa em 1630 e publica em 1632 o Dilogo sobre os dois principais sistemas do mundo e estabelece o Mtodo Cientfco. Sir Isaac Newton, com sua monografa Philosophi Naturalis PrincipiaMathematica,publicadaem1687,defnitivamente estabeleceu o heliocentrismo e a teoria da gravitao.23 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIO enfoque baseado nessa nova forma de raciocnio levou aumnotveldesenvolvimentocientfconossculosXVII eXVIIIeaimportantesdescobertasnosculoXIX,esten-dendo o conhecimento do eletromagnetismo, da ptica, da termodinmica e da qumica.Consequncia: no sculo XIX asnovastecnologiasgeradaspeloconhecimentocientfco levamRevoluoIndustrialcomnovosmtodosdepro-duo, transporte, volume e custo dos materiais produzidos, gerando grandes mudanas polticas e sociais pelo uso cada vez mais intensivo da mo de obra nas cidades. No incio do sculo XX pareceria que os princpios fun-damentais da Fsica e da Qumica estavam bem estabeleci-dos. Mas tudo o que se conhecia era o comportamento de sistemasmacroscpicos.Algunsexperimentosrelativosa pesquisas em espectroscopia da radiao emitida por gases rarefeitosemtuboscatdicoseoespectrodaradiaodo corponegrolevaramaresultadossurpreendenteseinex-plicveispelateoriavigentedoeletromagnetismo.Ainda mais, no se entendia a natureza de uma radiao produzi-da nos tubos de raios catdicos: os raios X; assim como a ra-dioatividade natural, espontnea, que se observa em certos minerais de urnio como a pechblenda. A fm de entender essesfatosexperimentaissurgeaMecnicaQunticacom novos conceitos que foram muito questionados e discutidos entre os cientistas da poca, mas que se consolidou diante da evidncia da propriedade com que consegue explicar os resultados experimentais acima referidos. E, para culminar, os novos horizontes da Cincia so estendidos teoricamen-tequandoEinsteinconcebeaTeoriadaRelatividadeque estabeleceumlimitesuperiorparaavelocidadedeondas ou corpos e a equivalncia entre massa e energia. As aplica-es tecnolgicas da Cincia no sculo XX geram inmeras aplicaesemmltiplasreas,ampliandoenormementea Os desafos da fsica no Sculo XXI24 |A fsica a servio da sociedadedisponibilidadedefontesdeenergia,novosmateriais,co-municaoviasatlitesartifciais,computadores,robtica, astrofsicaeoentendimentodosprincpiosdefunciona-mento dos seres vivos (DNA, protenas). A pesquisa de ponta em cincia e tecnologia na segunda metadedosculoXXestvoltadaaoestudodeproblemas interdisciplinaresqueexigemaconcorrnciadepesquisa-doresdevriasreas,almdeenvolvimentodeindstrias levando a aperfeioamento de computadorese ferramentas; construoeexperimentosnosaceleradoresdepartculas; nanotecnologia; busca de novos frmacos; controle de redes de distribuiode energia, de telefonia e debancos; criao de grandes laboratrios de pesquisa internacionais (CERN, observatrios astronmicos multinacionais, sncrotrons, re-atores nucleares de pesquisa). Poderamosentonosperguntarqualaparceladapo-pulaodenossoplanetagozadeboascondiesdevida proporcionadas por todos esses avanos cientfcos e tecno-lgicos. bem conhecida a resposta: Uma ainda maior con-centrao de PODER econmico, blico e industrial. Figura 1 Distribuio de riqueza (em %) entre as diversas regies do mundoFigura 2 Distribuio da populao no mundo em 2005Fontes: Credit Suisse Global Wealth Databook, Schords/Davies/Lluberas e Wikipedia.25 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIAfgura1mostraadistribuioderiquezaentreas variasregiesdoplaneta.Elaobviamenteextremamen-tedesigualepoderamosnosperguntaratquepontoisso sedeveconcentraodeconhecimentonasregiesmais ricas.Lembrandoqueapopulaodasregiesmaisricas, como se v na fg. 2, relativamente bem menor que a das regies mais pobres, isso fca ainda muito mais grave!Severdadequeadistribuiodariquezafunodo poderio adquirido pelos pases detentores do conhecimento cientfco,entodeveramosnosperguntarseissoetica-mente aceitvel. Normalmente os questionamentos sobre in-tegridade e tica na cincia encaram apenas a necessidade de evitar comportamentos que no atendam ao uso legtimo do mtodocientifcoeascondiesCartesianasapresentadas no incio deste texto e tambm aquelas devidas ao compor-tamento tico associado entre outros a plgio, manipulao dedados,noreconhecimentodecoautorias.Entretantoa tica no estado atual do desenvolvimento social humano vai almdessescomportamentospessoaiseinterpessoais,pois o exacerbado poderio militar, econmico e industrial pode levar a desastres fatais a toda a humanidade, tanto no uso de armas convencionais robotizadas como biolgicas e nucle-ares, cujo uso indiscriminado pode levar a srios danos am-bientais com refexos ecolgicos e de sade humana, animal e vegetal. O uso da bomba atmica na segunda guerra mun-dial por suas trgicas consequncias j levou a movimentos em que se busca o controle do seu uso. PortodasessasrazesoflsofoalemoHansJonas (Theprincipleresponsibility:Essayonanethicsfora technological civilization (1979) e uma coleo de ensaios reunidos em 1994 Ethics, Medicine and Technic)preconi-zou a observao de uma nova tica para o nosso tempo que deve se aplicar num contexto mais amplo relacionando-se o Os desafos da fsica no Sculo XXI26 |A fsica a servio da sociedadeindivduo sua responsabilidade social. Se assim for qual a parcela de responsabilidade cabe aos cientistas para minorar essa situao? Quais as novas descobertas que podero pro-porcionar uma melhor condio de vida s populaes mais pobres? Como evitar aplicaes indevidas das novas tecno-logias? Sem dvida essa uma tarefa que vai de encontro a muitos interesses da atual civilizao capitalista, mas no por isso que a responsabilidade tica do cientista deixa de existir! Nessesentido,emboraapesquisacientfcabsicadevaser conduzida sem limitaes, a comunidade cientfca deveria avaliar criteriosamente sua participao nas mesmas, assim comoasconsequnciasdecadaumadasaplicaestecno-lgicas de acordo com os respectivos potenciais de riscos e benefciosparaasociedade,regulamentandoascondies em que podem ou devem ser aplicadas. O caminho para alcanar, ao menos em parte, esses ob-jetivospassaporumesforoeducacionalparapossibilitar queapopulaoemgeralpossaserparticipantedasdeci-ses. Por outro lado, a comunidade cientfca deveria, cada vez mais, se empenhar em programas de divulgao cientf-ca, levando populao o seu testemunho sobre os avanos que esto sendo feitos e a importncia dos temas cientfcos de cincia bsica pesquisados nos grandes projetos interna-cionais, envolvendo frequentemente altos recursos fnancei-ros pblicos.VoltandoagoraaosdadosapresentadosnasFigs.1e2, consideroqueaatualdisponibilidadeenergticadonosso planeta insufciente para manter a taxa de seu uso atual, e aindamenossequisermosestend-laparaagrandemassa populacional dos pases no desenvolvidos. Mesmo que as-simnofosse,ousoderecursosfsseis,carvo,petrleoe xisto, acarretaria um aumento drstico da poluio ambien-tal com os graves riscos bem conhecidos. Assim, sonhando 27 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIalto, a existncia de geradores a fuso nuclear seria a grande esperana, porm o estabelecimento da tecnologia necess-ria ainda incerto e os investimentos so altssimos. O pro-jetoITER,quevisaaestabelecerascondiesparaofun-cionamentodeumreatorafusonuclear,oprojetomais carodomundoeestsendoexecutado nosuldaFrana aolado doCEA(Cadarache ResearchCentre).Participam desse projeto a Comunidade Europeia, com 45,5% de parti-cipao, e seis outras naes, cada uma com 9,1%, Estados Unidos, Japo, China, Rssia, ndia e Coreia do Sul, repre-sentando 34 pases. Segundo declaraes feitas ao jornal Es-tadodeSoPauloemjaneirode2013oProf.RicadoGal-vo do Instituto de Fsica da USP, que acompanha de perto odesenvolvimentodoprojetodoITER,Afusonuclear uma tecnologia promissora como fonte de energia e sem os problemas da fsso nuclear. Ainda h algumas difculdades cientfcasetcnicasparaseremresolvidas,masosexperi-mentosnaInglaterraenosEstadosUnidosdemonstraram sua viabilidade.Salientamosaindacomodegrandeimportnciaaspes-quisasemBiologiaMolecularquepodero,aindaduranteo sec.XXI,proporcionarresultadosimportantssimosquele-varoaumamploentendimentodasfunesbiolgicasno nvel molecular atravs de cada vez mais potentes mtodos de biologia molecular com o auxlio de tcnicas espectroscpicas e difratomtricas que se prenunciam cada vez mais poderosas (desenvolvimento de novas fontes de raios X e nutrons (laser de raios X, sncrotrons, reatores) e de obteno de imagens in vivo (NMR e tomografa de raios X)). O uso dos dados assim obtidoslevarcertamenteaodesenvolvimentodemtodos cada vez mais precisos de preveno, diagnstico e terapia de grandenmerodedoenasassimcomodeconservaoda sade e da qualidade de vida das populaes.Os desafos da fsica no Sculo XXI28 |A fsica a servio da sociedadeO grande desafo Prof. Dr. Luiz Nunes de Oliveira, Professor Titular Grupo de Fsica TericaNofnaldosegundomilnio,ouvia-sefrequente-mente que o Sculo XX tinha sido da Fsica, mas queoprximoseriadaBiologia.Assimcomo ocorriacomasprofeciasdoOrculodeDelfos,naGrcia antiga, constata-se que o signifcado dessa previso fca mais claro medida que o tempo passa. A interpretao que hoje se tem bem distinta da compreenso mais superfcial que prevalecia no ano 2000. Os maiores triunfos do Sculo XX foram a Mecnica Quntica e a Teoria da Relatividade, co-lhidosnosmundosmicroscpicoecsmico,equerevolu-cionaram a Fsica, a Qumica e a Astronomia. J no Sculo XXI, a grande batalha cientfca ser travada no domnio da Biologia, nas escalas de tempo e distncia que caracterizam as macromolculas, tais como a insulina, a hemoglobina ou oDNA.Comoemqualquerdisputaaindaporcomear,o resultado imprevisvel, mas o desafo j se apresenta.Dequedesafofalamos?Pararesponder,precisamos prestaratenoFsicadosobjetosquenoscercam.Parte deles descrita pela Mecnica de Newton; a outra parte, pela MecnicaQuntica.Seosengenheiroseletrnicosquepro-jetaramotelefonequeesperachamadasnabolsadaleitora tivessemtentadotrabalharcomasLeisdeNewton,prova-velmente teriam concludo que um celular um sonho im-possvel. No entanto, os engenheiros civis responsveis pela edifcao do prdio onde a bolsa se encontra puderam dar--se ao luxo de ignorar a Mecnica Quntica e trabalhar ex-clusivamente com a de Newton.29 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIPara todo efeito prtico, a Mecnica de Newton exata naescaladetemposedistnciasemquevivemos.Como podeserassim,seosprdioseasbolsassoconstitudos porumnmeroincalculveldeprtons,nutronseel-trons,queobedecemcegamenteMecnicaQuntica? AFsicaexplicaqueumsistemafsicopodeserdividido emescalasdedistncia.Emparticular,hescalasdeta-manhoemqueasleissoindependentesdasdistncias muitomaioresequeherdamdasdistnciasmuitomeno-res apenas alguns parmetros. Essas escalas so conhecidas como pontos fxos. Assim, ns vivemos perto do ponto fxo macroscpico (o da Mecnica de Newton), que indepen-dentedoqueacontecenaescalaastronmicaeherdada escalaatmicaapenasinformaes,taiscomoamassade um objeto ou o campo magntico que um m produz. Os tomos esto perto do ponto fxo microscpico (o da Me-cnica Quntica), governado por leis totalmente indepen-dentes do mundo macroscpico.O grande desafo da Fsica do Sculo XXI saber se exis-te um ponto fxo intermedirio, governado por leis que nem soasdeNewton,nemsoasdaMecnicaQuntica.Em caso afrmativo, teremos de encontrar as leis que governam essa escala mesoscpica, entre os pontos fxos microscpico e o macroscpico.O mundo mesoscpico, que compreende distnciasentre1e100nanmetros,riqussimo.Asprin-cipaisreaesqumicasqueocorrememnossoscorposso provocadas por estruturas nanomtricas. O dimetro de uma hlice de DNA 2 nm e a espessura de uma membrana ce-lular 7 nm. O vrus do HIV mede 100 nm. A fotossntese eoarmazenamentodeenergianasclulassoproduzidos nessa mesma escala de distncia. Como as estruturas me-soscpicas so complexas demais para serem descritas pela MecnicaQuntica,sabemosmuitopoucosobreelas.Se Os desafos da fsica no Sculo XXI30 |A fsica a servio da sociedadeencontrarmos leis matemticas mais simples para descrev--las com preciso, tudo mudar.Jhalgumtempo,comearamaaparecerevidncias dequeomundomesoscpicotemsuasprpriasregras.O desafoemidentifc-lasconhecidocomooproblemada emergncia,porqueasnovasleisdevememergirdaMec-nicaQuntica.Talvezpossamosencontrar,porexemplo, umaequaosimples(eexata)paradescreveradensidade eletrnica de uma molcula com cem mil tomos. Esse o problema cientfco mais importante de nossos dias. Quem conseguirresolv-loconseguirdesenharmolculascom propriedades tpicas da Biologia: molculas que armazenam e liberam energia conforme a necessidade, ou molculas que se reproduzem, por exemplo. As leis mesoscpicas oferece-ro aos bioqumicos recursos to ricos como os que hoje es-todisposiodosqumicosque,atualmente,sintetizam polmeros.Aqumicapolimricarevolucionouaengenha-ria de materiais na segunda metade do Sculo XX. difcil imaginar o impacto que teria o trabalho de um bioqumico dotado de recursos semelhantes no Sculo XXI.31 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIDesafos da Fsica para este sculo XXIProf. Dr. Luiz Agostinho Ferreira, Professor Titular Grupo de Fsica TericaOsdesafosparaaFsicasoinmeros,masvamos nos concentrar em alguns relacionados aos funda-mentos desta cincia. As interaes fundamentais da natureza conhecidas at o momento so quatro: gravita-cional,eletromagntica,nuclearesfracaeforte.Asteorias quedescrevemestasinteraessobaseadasemprincpios de simetria, a saber: o princpio de equivalncia, no caso da Teoria Geral da Relatividade que descreve a gravitao, e o princpio de gauge no caso das chamadas Teorias de Gauge, ou Teorias de Yang-Mills, que descrevem as outras trs.1. Oprimeiroproblemadizrespeitomassa.Oprincpio de gauge, que determina a estrutura das teorias de gauge, nopermitequeoschamadosbsonsdegaugetenham massa.Porisso,oftonnotemmassa.Noentanto,os bsonsdegaugedainteraonuclearfracatmmassa. Pararesolveristo,foicriadoomecanismodeHiggsque quebra a simetria de gauge e gera massa s partculas. No caso das interaes nucleares fortes, descritas pela teoria degauge,chamadaCromodinmicaQuntica(QCD), sabido que a simetria de gauge exata e os bsons de gau-ge, chamados glons, no podem ter massa. No entanto, sabemos dos dados experimentais que o espectro da QCD no pode ter excitaes de massa nula. Este o chamado problema do gap de massa (1), ou seja, como uma teoria de gauge exata (simetria no quebrada), e que ainda in-variante conforme, pode gerar uma escala de massa? Vale Os desafos da fsica no Sculo XXI32 |A fsica a servio da sociedadedizerqueamaiorpartedamassadenossocorpono gerada pelo mecanismo de Higgs, mas sim pela interao nuclearforte.Arazoquenossamassaprovmprinci-palmente das massas dos prtons e nutrons. Apesar de es-tes serem formados por quarks, a contribuio das massas dos quarks s massas dos prtons e nutrons apenas uma pequenafraodamassatotal.Amaiorpartedasmassas (inrcia)destesprovmdaenergiadeinteraonuclear forte entre seus constituintes, os quarks e glons (2).2. O problema do gap de massa descrito acima est intima-mente relacionado ao chamado problema do confnamento (3) dos quarks e glons dentro do hdrons (prtons e nu-trons). Ou seja, as excitaes de massa nula da QCD desa-parecem do espectro porque esto confnadas e no podem ser observveis. A questo que, apesar de a QCD ser uma teoria bem defnida, no sabemos mostrar como suas leis levam ao confnamento dos quarks e glons e ao espectro (massas)doshdrons.ImaginequeSchrdingerapresen-tassesuaequaocomoaLeideNewtondaMecnica Quntica e no conseguisse calcular o espectro do tomo de hidrognio. Este o problema da QCD. No sabemos demonstraroconfnamentoporqueeleumfenmeno no-perturbativo, isto , no pode ser resolvido por apro-ximaes, como na teoria de perturbaes. O problema do confnamento insere-se, na verdade, em um contexto mais amplonaFsica,queodesedesenvolveremmtodos para tratar problemas complexos (complicados!). Dentro destecontexto,insere-seasoluodeproblemasno-li-neares de maneira geral, como por exemplo a previso do tempo, o controle de plasmas, etc. Em muitos casos, pode ser que o problema no seja a falta de mtodos, mas sim a falta de um entendimento mais profundo das leis no--lineares da Fsica.33 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXI3. Ampliando o horizonte de fenmenos complexos na Fsi-ca, encontramos a interface desta com a Biologia. Se os se-res vivos so feitos de tomos e estes obedecem s Leis da Fsica, como as Leis da Biologia emergem daquelas? Esta pergunta esconde uma hiptese muito importante, pouco entendida - e porque no dizer polmica: a hiptese do re-ducionismo. Talvez a Biologia tenha as suas prprias leis (4). Dentro deste contexto, o fenmeno mais complexo e desafadoroprpriocrebro,sejaelehumano,canino, ovparo, etc. Aqui, talvez resida um dos maiores desafos no somente da Fsica, mas da Humanidade.VoltandoFsicapropriamentedita,temosaindaseus problemas relacionados descrio do Universo (das estre-lasegalxias).Nasdistnciasastronmicas,galcticas,etc, a interao gravitacional, apesar de muito mais fraca que as demais,dominaosfenmenoscosmolgicos.Portanto,a Teoria Geral da Relatividade de Einstein (GR) tem um papel preponderantenonossoentendimentodoUniverso.Aqui seguem alguns dos problemas abertos: 1. A Mecnica Quntica introduz um ingrediente fantstico na descrio dos fenmenos fsicos, a saber: as leis da Fsi-ca mudam com a escala de distncia ou equivalentemente deenergia.Naschamadasteoriasdegauge,istoimplica que suas leis no mudam mas suas intensidades (constan-tesdeacoplamento)mudam.Teoriasquesecomportam assim so ditas Teorias Renormalizveis, devido ao chama-do processo de renormalizao utilizado na eliminao de divergncias nos clculos das grandezas fsicas. J a Teoria Geral da Relatividade tem no somente suas intensidades, mas tambm suas leis alteradas conforme mudamos a esca-la de energia dos fenmenos a serem estudados. Isto im-Os desafos da fsica no Sculo XXI34 |A fsica a servio da sociedadeplica que, diante da Mecnica Quntica, a GR no faz sen-tido! Por isto, a GR dita uma teoria no renormalizvel. Este talvez seja, atualmente, o maior problema fundamen-tal da Fsica. A incompatibilidade da Mecnica Quntica comaTeoriaGeraldaRelatividadesemelhante(mas muitomaiscomplexa)incompatibilidadedaMecnica NewtonianacomaTeoriadeMaxwelldoeletromagne-tismo,nofnaldoSculoXIX,equelevouaodesenvol-vimentodaTeoriadaRelatividadeEspecialpeloprprio Einstein. Existem duas teorias que competem entre si para resolveresteproblema:aTeoriadeCordas(stringtheory) (5) e a Teoria dos Laos (Loop Quantum Gravity) (6). No entanto, atualmente elas no passam de tentativas matem-ticas, pois no fazem ainda o menor contato com os dados experimentais.Outraabordagem,envolvendoconceitos mais prximos das teorias realistas, aquela proposta origi-nalmente por S. Weinberg e denominada asymptotic safety (7). O ponto crucial a hiptese da existncia de um ponto fxo do grupo de renormalizao em energias altas.2.Outros problemas desta rea so: a.Um problema que j dura setenta anos a anomalia na velocidade de rotao das galxias. Tais velocidades no podemserexplicadaspelainteraogravitacional(do jeito que a entendemos) da massa observvel das gal-xias.Ahiptesemaisaceitaqueexistaumamatria escura (8) que no absorve ou emite luz e que ainda no descobrimos. Algumas experincias em andamento em balesesatlites,assimcomonoLHC(LargeHadron Collider) do CERN, podem dar uma resposta em breve.b. Em 1998, descobrimos que o Universo est se expandin-do de maneira acelerada e no desacelerada, como era deseesperar,dadoocarteratrativodaforagravita-cional (9). Isto foi possvel graas a um tipo de superno-35 A fsica a servio da sociedade|Os desafos da fsica no Sculo XXIva muito conhecida, que funciona como uma lmpada de potncia conhecida colocada nos confns do cosmo. Ou seja, deve existir uma fora repulsiva que atua a dis-tncias muito grandes. A hiptese mais popular a da energia escura. Este um problema mais complexo que odamatriaescuraeaindaprecisamosdeummelhor entendimento dos modelos cosmolgicos.Enfm, ainda temos muito com que nos divertirmos! References:1 CLAY MATHEMATICS INSTITUTE. Te Millenium prize problems. Disponivel em: . Acesso em:29 jan.2014.2KRONFELD,AndreasS.Teweightoftheworldisquantum chromodynamics.Science, v.322, n.5905,p.1198-1199, 21Nov. 2008.3WILSON,KennethG.Confnementofquarks,PhysicalReviewD v.10,p.2445-2459,1974.4MAYR,Ernst.WhatmakesBiologyunique?considerationsonthe autonomyofascientifcdiscipline.Cambridge:CambridgeUniversity Press,2004. 5 GREEN,M.B.;SCHWARZ,J.H.;WITTEN,E. Superstring theory.Cambridge: Cambridge UniversityPress,1987.6 ROVELLI,Carlo. Loop quantum gravity. Living Reviews in Relativity, v.11,n.5,2008.Disponivelem:.Acesso em:29 jan.2014.7NIEDERMAIER,Max;REUTER,Martin.Teasymptoticsafety scenarioinquantumgravity.LivingReviewsinRelativity,Disponivel em:.Acesso em:29 jan.2014.8SUMNER, T.J. Experimental searches for dark matter. Living Reviews inRelativity.Disponivelem:Acesso em:29 jan.2014.9THE NOBEL Prize in Physics. Written in the stars. 2011.Disponivel em:.Acesso em:29 jan.2014.Os desafos da fsica no Sculo XXI36 |A fsica a servio da sociedadeO Santo Graal de Einstein21 de Junho de 2013O sculoXXIparecemuitopromissor noquetangeevoluocientfcae tecnolgica,quecertamenteteraFsica como uma das protagonistas. Uma questo que se coloca se a unifcao da mecnica quntica com a gravitao - que nem Eins-tein conseguiu - ser fnalmente atingida. Osobjetosdeestudomaisfundamen-tais da Fsica so as partculas e como elas interagem entre si. Ou seja, quais foras so responsveisporatrairourepelireltrons, prtons, nutrons e quarks. Tais interaes so oriundas de apenas quatro foras, duas dasquaissomaisconhecidaspelopbli-cogeral:adagravitao,quenospermite estarfxadosaosolo,eaeletromagntica, queexplicafenmenosligadoscorrente eltricaeaomagnetismo.Asoutrasduas forassforamdescobertasnosculoXX e agem nos ncleos dos tomos. So as cha-madasforasnucleares:aforaforte,que mantmosprtonsenutronsnoncleo atmico,eaforafraca,queexplica,entre outras coisas, os processos de radioativida-de. As foras fraca, forte e eletromagntica sobemexplicadaspelochamadomodelo padrodafsicadepartculaselementares, ousimplesmentepelamecnicaquntica, teoria que permitiu explicar a estrutura da matria: O modelo padro foi construdo du-rante o sculo XX e fcou completo - terica e experimentalmente - aps a descoberta do Bson de Higgs, explica a docente do Grupo de Fsica Terica do IFSC, Tereza C. da Ro-cha Mendes. Oproblematemincioaqui:embora expliqueainteraoentreasforasfraca, forteeeletromagntica,omodelopadro noconseguiuincluiraforagravitacional. Ou seja, as partculas elementares da mat-ria tm uma teoria quntica que as explica, enquanto a gravitacional, no. Esta, por sua vez, s pode ser explicada pela teoria da re-latividade geral, formulada por Albert Eins-tein,em1915,cercadedezanosantesda consolidao da mecnica quntica: A fora da gravidade, apesar de ser a mais conhecida, a nica que no possui uma teoria quntica para descrev-la, explica o docente do Grupo de Fsica Terica do IFSC, Daniel A. Turolla Vanzella: Para qualquer fenmeno em que a gravidade protagonista, ou seja, quando h um acmulo de massa muito grande num es-pao muito pequeno, a relatividade geral a teoria mais adequada, diz o docente.Tereza explica que as trs foras de in-terao - eletromagntica, forte e fraca - so descritaspelomesmoparadigma.dese esperar,portanto,queaquartatambmo seja:Oqueamaiorpartedosfsicosdeseja encontrarfurosnomodelopadroque possam levar a pistas de como incluir a gra-vidadenele,opinaadocente:Naverdade, oobjetivotentarunifcaromicroscpico Os desafos da fsica no Sculo XXI37 A fsica a servio da sociedade|aomacroscpico.Essegrandedilema,hoje consideradoomaiordesafodafsica,no novo. O prprio Einstein, quando formu-lou a teoria geral da relatividade, j buscava uma teoria capaz de unifcar as quatro for-asdeinterao.Enofoibemsucedido: MuitossucessoresdeEinsteintambmpro-curaram uma teoria quntica da gravidade, masaindanoencontraram,contaDaniel. Dentre os pesquisadores descontentes com essalacunaentrearelatividadegeralea mecnica quntica, alguns defendem a teo-ria das supercordas. Segundo esta teoria, as partculassubatmicas(prtons,nutrons e eltrons) so formadas por pequenos fla-mentos, parecidos com cordas. Assim, todo Universo seria formado por tais cordas que, conformeseucomprimentoevibrao, criaramedefniramcaractersticasindi-viduais das partculas subatmicas, o que explicaria,porsuavez,agrandediversi-dadedaspartculasdoUniverso:Alguns fsicosacreditamqueateoriadassuper-cordas ser a explicao de tudo que temos noUniverso.Pensoqueessaumateoria injustifcadaatomomentoequedifcil-mente trar a resposta para o que pesqui-sadores dessa rea buscam, opina Daniel.O Grande Colisor de Hdrons (LHC), aceleradordepartculaslocalizadono maiorlaboratriodefsicadepartculas domundo,oCERN,teveumcustoesti-madodeoitobilhesdeeuros:natural queaspessoasperguntemparaqueserve oLHCetodososexperimentosrealizados nele,umavezquehtantodinheiroere-cursos humanos investidos no experimento, diz Tereza. No entanto, os conhecimentos ebenefciosgeradospelosmilharesde pesquisadoresnoLHCsodesumaim-portnciaebenefciamatodos.Sevoc no imagina sua vida sem a Internet, agra-dea ao ex-funcionrio do CERN, o fsico britnico Tim Berners-Lee, que na dcada de 1980 se deparou com cientistas nervo-sos por no conseguirem compartilhar ra-pidamente dados e informaes com seus colegasemoutraspartesdomundo.Para resolver o problema, Berners criou o pro-jetoWorld Wide Web (www). Sem pensar nos benefcios imediatos, as teorias, como a da relatividade geral ou mecnica qun-tica,soessenciaisparaoentendimento sobre o nascimento do Universo e, por sua vez, do funcionamento da natureza: Tem--seaesperanaqueumateoriaquntica dagravidadepossaexplicarcoisas,como o que existe dentro de um buraco negro ou comorealmenteoUniversoteveincio,diz Daniel:Conseguimosdescreveraevoluo do Universo nos ltimos 13 bilhes de anos, mas o ponto que lhe deu origem - ou no - ainda no entendido.Ainda que uma teoria unifcadora no tenhasidoatingida,amecnicaquntica e a teoria da relatividade j tm aplicaes comgrandeimpactonasociedade.Po-demosnossurpreender,porexemplo,ao saber que mesmo uma teoria to abstrata, como a da relatividade, seja essencial para uma aplicao do nosso cotidiano: o GPS (da sigla em ingls para global positioning system). Para obter a preciso que se con-seguehojenoGPSnecessriomediros temposdeenvioeretornodesinaisda Terra para os satlites em rbita, tambm Os desafos da fsica no Sculo XXI38 |A fsica a servio da sociedadecomgrandepreciso.Issofeitocomre-lgiosatmicosinstaladosnossatlites. Comoestessatlitesestoaumagrande distncia da Terra e com velocidades con-sideravelmentealtas,necessriofazer correes relativsticas, tanto empregando a relatividade restrita, como a relatividade geral. Para se ter uma ideia, sem essas cor-reesoGPSerrarianoposicionamento doaparelhoemalgunsquilmetrosden-trodeumasemana.Masfoiamecnica qunticaquetrouxearevoluotecno-lgicanosculoXX.Aoexplicarcomoa matria constituda e como interage com radiaes,essateoriapermitiuconceber aplicaesparamateriaisabundantesna natureza e mesmo a criao de novos ma-teriais. Exemplos marcantes so o uso dos semicondutores para a indstria da micro-eletrnica, que produz computadores e ce-lulares cada vez mais efcientes emenores, bemcomoosavanosemmedicina,com novas terapias e mtodos de diagnstico.Mesmoqueconsigacompreenderem detalhe como se do as interaes em nvel atmicoemolecular,ofuncionamentode um organismo ainda no ser decifrado. To-memos como exemplo o funcionamento do crebro:nobastasaberoqueocorrecom cadaclula,poisasfunesneurolgicas podemserdeterminadaspelainter-relao entre os componentes da rede de neurnios.Paraabordaressetipodepro-blema,necessriousarumpara-digmacientfcoopostoaoempre-gadonacompreensodamatria usandomecnicaquntica.Aoinvs deestudarcadacomponentedeum sistemaemseparadoparadepois compreendercomoseformaotodo, deve-seestudarosistemacomoum todoapartirdasinter-relaesdos componentes.Paratantosousadosmtodos de fsica estatstica, aliados a mto-dos computacionais.Segundo o docente do Grupo de Pol-meros do IFSC, Osvaldo Novais de Oliveira Jr., os desafos que se colocam para os pes-quisadores que buscam novos usos para os materiais so de natureza distinta daqueles enfrentadosporfsicosprocuradeuma teoriaunifcadoraparamecnicaquntica e relatividade: Todas as evidncias apontam para a validade geral da mecnica quntica. No esperamos encontrar novas leis ao estu-dar os materiais para novas aplicaes. O de-safo est em empregar a mecnica quntica paramateriaisorgnicos,principalmentea matriaviva,devidosuacomplexidade. Sonecessriosmtodoscomputacionaise nossacapacidadecomputacional,hoje,per-mite tratar apenas problemas relativamente simples. Apesar de quase um sculo da mec-nicaquntica,sconseguimospreverresul-tados com preciso para um nmero nfmo de sistemas, diz Osvaldo.Nosesabequandooquebra-cabea relatividade geral/mecnica quntica ser encaixado,seforencaixado.Mas,para osapaixonadospelacincia,fcaopen-samentodaprpriaTerezaMendes,ao afrmarque:Obonitodapesquisabsica isso:vocfazporqueelaimportante, mesmonosabendoquandonemcomo essa importncia aparecer.39A onipresena da fsica com o desenvolvimento de abor-dagensemetodologiastericaseexperimentaispara lidarcomproblemascientfcosetecnolgicos,das maisdiversasnaturezas,vemsendoconfrmadacomaatua-o de pesquisadores do IFSC ao longo de dcadas. Duas re-as principais tm sido as relacionadas a aplicaes de fsica em biologia, medicina e cincias da sade, e em computao, que sedesenvolveramdesdeosprimrdiosdoentoInstitutode FsicaeQumicadeSoCarlos,eculminaramcomacriao de cursos de graduao em cincias fsicas e biomoleculares e em fsica computacional, alm de subreas correspondentes na ps-graduao. O uso de fsica para tratar a matria viva iniciou-se em So Carlos,numainiciativadoProf.SrgioMascarenhas,coma criaodoGrupodeBiofsica,edaProfa.YvonnePrimerano Mascarenhas,comacriaodoGrupodeCristalografa.Os participantes do primeiro utilizando tcnicas espectroscpicas efenomenolgicasquepermitemelucidaranaturezadoen-torno de tomos e/ou defeitos estruturais, e o segundo usando tcnicas de espalhamento e difrao de Raios X para obter ima-gens de baixa resoluo (espalhamento) ou alta resoluo (di-frao) de molculas e macromolculas com resoluo atmica. Pode-seafrmarquetalconhecimentoindispensvelparao entendimentodastransformaesmolecularesquetmlugar ntegrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares3I39Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares40 |A fsica a servio da sociedadenos seres vivos e nos mais variados sistemas naturais ou sintticos da matria. Do interesse em cristalografa de protenas, derivaram estudos de bioqumica, genmicaequmicamedicinal,comaformaodeumgrandeconsrciode pesquisadores, como fcar claro em reportagens a seguir. Ainda no que concer-ne biologia e medicina, a partir de aplicaes de lasers em terapias formou-se novo ncleo de pesquisadores, tambm gerando centros de pesquisa. J a atuao em computao foi pioneira em So Carlos e em muitos tpicos tambmnoBrasil,surgidanoinciodoInstitutodeFsicaeQumicadeSo Carlos decorrente da compra de um difratmetro automtico de monocristais, queeraautomatizadoporumcomputadorderazovelcapacidadedeclculo para a poca. Um pouco dessa histria ser contada no Captulo VII, dedicado Fsica Computacional. Dessa atuao multidisciplinar se originaram os centros de pesquisa e difu-so (CEPIDs), fnanciados pela Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (FAPESP), os institutos de cincia e tecnologia (INCTs), mantidos pelo Ministrio de Cincia, Tecnologia e Inovao e pela FAPESP, as redes de nanobiotecnologia,mantidaspelaCoordenaodeAperfeioamentodePes-soal de Nvel Superior (CAPES), e os ncleos de apoio pesquisa, criados pela Pr-Reitoria de Pesquisa da USP. Uma lista dessas redes de pesquisa sediadas no IFSC apresentada a seguir. Centro de ptica e Fotnica (CEPOF), coordenado pelo Prof. Vanderlei Sal-vador Bagnato.CentrodeBiotecnologiaMoleculareEstrutural(CBME),queevoluiupara oCentrodePesquisaeInovaoemBiodiversidadeeFrmacos(CIBFar), coordenado pelo Prof. Glaucius Oliva.InstitutoNacionaldeEletrnicaOrgnica(INEO),coordenadopeloProf. Roberto Mendona FariaInstituto Nacional de Biotecnologia Estrutural e Qumica Medicinal em Do-enasInfecciosas(INBEQMeDI),coordenadopeloProf.RichardCharles Garratt.Instituto Nacional de ptica e Fotnica (INOF), coordenado pelo Prof. Van-derlei Salvador Bagnato. Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares41 A fsica a servio da sociedade|RededenanobiotecnologiaNanobiomed,coordenadapelosProfs.Yvonne Mascarenhas e Valtencir ZucolottoRede de nanobiotecnologia nBioNet, coordenada pelo Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Jr. Ncleo de Apoio Pesquisa Centro de Tecnologia de Materiais Hbridos, coordenado pelo Prof. Antonio Carlos HernandesNcleodeApoioPesquisaempticaeFotnica,coordenadopeloProf. Vanderlei Salvador BagnatoNcleo de Apoio Pesquisa em Instrumentao para estudos avanados de materiais nanoestruturados e biossistemas, coordenado pelo Prof. Igor Poli-karpovNcleo de Apoio Pesquisa em Nanofsica quntica, coordenado pelo Prof. Jos Carlos Egues de MenezesNcleodeApoioPesquisaempropriedadesestruturaisefuncionaisem materiais slidos desordenados usando tcnicas modernas de RMN, coorde-nado pelo Prof. Hellmut Eckert.As reportagens que seguem so relacionadas a essas redes de pesquisa.Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares42 |A fsica a servio da sociedadeGrupo de pesquisadores do IFSC estuda a eletrnica do futuro 11 de Fevereiro de 2011A degradaodomeioambientehoje umadasmaisrelevantespreocupa-es,causadaprincipalmentepelaprodu-ocontnuadeenergiasuja,tendocomo matria-prima carvo, gs natural e diesel, porexemplo.Muitosesforosvmsendo empreendidosnaproduodachamada energialimpa,incluindoemumareaque no muito conhecida do pblico em geral - a Eletrnica Orgnica (EO). Ela j apon-tadacomoatecnologiaparaaenergiado futuro.Instituto Nacional deEletrnica Orgnica (INEO)O transistor o elemento fundamental da eletrnica que permite o processamen-to de informao, tendo sido testado pela primeira vez nos Estados Unidos, em 1947. Desde ento, este dispositivo tem sido res-ponsvel por toda tecnologia relacionada, principalmente,stelecomunicaese cincia da computao, tendo muito a ver comaRevoluoEletrnicadesde1950: Hoje,aseguranadequalquerpaseasua riqueza dependem do quanto ele evoludo emeletrnicaeoBrasil,nesseaspecto,tem umenormedfcit,quetendeaaumentar, contaoProf.RobertoMendonaFaria, docente do IFSC e pesquisador na rea de EletrnicaOrgnica:Valemuitomaisum pas dominar a tecnologia aplicada segu-rana nacional do que ter um exrcito bem montado.Portanto,obrigaodoBrasil tirar esse atraso.O docente, que tambm coordenador do Instituto Nacional de Eletrnica Orgni-ca (INEO), afrma: No h dvidas de que a EO ser um ramo da eletrnica extremamente importante ao longo do sculo XXI e como uma rea nova, tanto em pesquisa cientfca, quanto em aplicaes, pode ser que esteja a a chance de o Brasil recuperar seu espao entre os pases produtores de tecnologias avanadas.Modernosequipamentoscompemolabo-ratrio de pesquisa.O INEO, que conta com mais de trin-tagruposdepesquisaemEOemtodoo Brasil,devecontribuirparaoavanotec-Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares43 A fsica a servio da sociedade|nolgicodopas.Ogrupocomeouaes-tudarpropriedadeseltricaseorgnicas depolmeros-macromolculassintticas e naturais-, com propriedades eletrnicas, desde a dcada de 1970 e a partir de ento tem sintetizado tais polmeros e estudado suas aplicaes: Do ponto de vista econmi-co, essa nova eletrnica movimentar cente-nas de bilhes de dlares a partir da dcada de 2020 e a tendncia aumentar cada vez maissuainseronaeconomiadoplaneta. Nesse mercado global, o Brasil deve agregar conhecimentoparausointernoesairdo papel de comprador, apenas, para se tornar tambmumvendedordessanovatecnolo-gia, completa Faria.O Grupo de Polmeros conta com par-cerias de empresas, sendo a CSEM, empre-sasuaqueimplantouumaunidadeem territrio brasileiro, uma das que esto dis-postas a fnanciar os estudos realizados no Instituto. Um dos orientandos do Prof. Fa-ria, Giovanni Fornereto Gozzi, desenvolve seudoutoradonareadeluminescentes, ondefazusodepolmerosespecfcosca-pazes de emitir luz. O conceito de eletrolu-minescncia trabalhado pelo aluno, num processodageraodeluz,utilizando-se de fontes limpas para isso: Os polmeros so processados em soluo, que so como uma tinta. Ou seja, voc transforma energia el-tricaemluz,usandoprocessossemelhantes aodeimpressocomtinta.Aqui,ogrande desafo transformar o processamento atual no processamento em soluo, utilizando-se apenas de materiais orgnicos, explica Gio-vanni.Atecnologiaorgnicaabrirapos-sibilidadedeseremdesenvolvidastelasde televisoaindamaisfnasefexveis,bem como painis de iluminao de altssima ef-cincia, por exemplo, conta.Clula fotovoltaica produzida no laborat-rio do INEO-IFSC.JAlexandredeCastroMacieltrans-forma a soluo polimrica em flmes mui-to fnos, que se tornam o elemento ativo de umtransistor:Comumtransistorfeitode polmeros, que ser fno, leve e de baixo cus-to, possvel o descarte. Assim, ele pode ser usado em embalagens, substituindo o tradi-cional cdigo de barras, explica Alexandre.Essa troca pode trazer o supermercado do futuro, em que atravs dos dispositivos polimricosnasembalagens,emconjun-to com outro dispositivo instalado em um carrinhodesupermercado,asomadas mercadorias no carrinho vem pronta, eli-minandoaflanoscaixaseoestressedo comprador.Astelasextremamentefexveis,estu-dadas por Pedro Henrique Pereira Rebello e Josiani Cristina Stefanelo, traro facilida-de.Atelevisodonovosculopoderser impressa:seuscircuitoseletrnicossero Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares44 |A fsica a servio da sociedadefeitoscomsoluespolimricasorgni-cas. Um circuito de computador no ser maiscompostodetantosfos:Oscircui-tos integrados de agora, por serem de me-tal,precisamdesubstratosrgidos,oque umadesvantagem.Hojesefalamuito emeletrnicafexvel.Nofuturo,vocir numapalestracomseucomputador,de-senrolaratelaeligaroaparelho.Quan-doterminar,enrolaecolocadevoltano bolso,exemplifcaPedro.PedroeJosiani tmestudadoatintadeumaimpressora comercial para criar uma tinta polimrica com as mesmas caractersticas.Clulas solaresO efeito fotovoltaico, ou seja, a trans-formao de energia solar em eltrica, foi observado pela primeira vez em 1839 pelo fsicoEdmundBecquerel.Quasedoiss-culos depois, temos placas compostas por clulasvoltaicas,masdiferentementede suasantecessoras,quetinhamcomobase o silcio, elas so compostas por materiais orgnicos:Ocustoparaaproduodesse tipodeplacaaindamuitoaltoepreci-samosdeumaalternativadebaixocusto, para que essa energia renovvel seja vivel eamplamenteutilizada,explicaDouglas Jos Coutinho, mestrando de Faria.NosEstadosUnidos,aempresaKo-narka j fabrica as placas de energia solar commaterialorgnico.OqueDouglas tenta fazer hoje, auxiliado por Faria, des-cobrir a frmula da tecnologia j aplicada etraz-laaoBrasil:Jtemoscondiesde competircomessasempresasejbuscoa aplicaododispositivo.Jchegamos efcincia de 2,5%, enquanto grandes labo-ratriosdosEstadosUnidoseEuropatm uma efcincia de 3,5 a 4%. Estamos muito prximos! esclarece Douglas.O laboratrio no qual o grupo de pes-quisadores do INEO-IFSC trabalha j pos-sui equipamentos modernos, gerando pes-quisas que permitem acreditar que o Brasil possasetornarprotagonistanessanova tecnologia.Estatemtodasascaractersti-casparavirasertecnologiaessencialem futuro prximo: Estamos classifcados para a fnal de um mundial, mas bvio que no somososfavoritos.OBrasiltempotencial para ser um dos candidatos a uma boa colo-cao. Depender da atitude dos pesquisa-dores da rea, da poltica industrial do pas edoinvestimentocontnuonessapoltica, fnaliza Faria.Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares45 A fsica a servio da sociedade|CIBFar Pesquisa para produo de novos frmacos05 de Julho de 2013Em2000,oInstitutodeFsicadeSo Carlos (IFSC/USP), atravs de seus do-centesecolaboradores,recebiaumanova misso:sediaroCentrodeBiotecnologia MoleculareEstrutural(CBME),umdos CentrosdePesquisa,InovaoeDifuso (CEPID)daFAPESP,ecoordenadopelo Prof. Glaucius Oliva.Comamissoprincipalderealizar estudosrelacionadosaoconhecimento estruturaldemacromolculas-alvodepa-rasitas causadores de doenas negligencia-das, como Leishmaniose, Esquistossomose, Doena de Chagas e Malria, o antigo cen-tro desenvolveu durante onze anos muitos estudos e incitou novos desafos aos pesqui-sadores que dele faziam parte.Paraenfrentarnovasdemandasna readeplanejamentodefrmacosedar continuidadespesquisasdoCBME,um novoCEPIDfoicriadoem2013.Nova-mente com sede no IFSC e com fnancia-mento da FAPESP, oCentro de Pesquisa e InovaoemBiodiversidadeeFrmacos (CIBFar) resultadeprojetosdepesquisa colaborativos. Tambm sob a coordenao de Glaucius Oliva, o novo Centro conta com uma equi-pe de 19 pesquisadores oriundos de diversas instituiesdoEstadodeSoPaulo,entre asquaisUSP(campusSoCarloseRibei-ro Preto), UFSCar, Unicamp e Unesp: Esta nova proposta tem foco mais direcionado ao desenvolvimentoeproduodefrmacos eenvolvereascomoaqumicamedicinal, snteseorgnica,produtosnaturais,bioqu-mica, fsica, etc., explica o docente do IFSC e coordenador de transferncia de tecnologia doCIBFar,Prof.Dr.AdrianoAndricopulo: Somando-se docentes, pesquisadores, alunos e tcnicos que fazem parte do CIBFar, o nme-rodecolaboradoresdesseprojetoultrapassa uma centena.OCIBFartercomofontedeprin-cpiosativosplantasdabiodiversidade brasileira:Juntamentecomcompostosde origemsinttica,elespossibilitaroopla-nejamento de candidatos a novos frmacos paraumavariedadedealvosmoleculares validadosparadiversasdoenashumanas, destaca Adriano.Comacolaboraodepesquisadores brasileiroseestrangeiros,oCIBFarconta com importantes parcerias internacionais, Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares46 |A fsica a servio da sociedadecomo a doDrugs for Neglected Diseases Ini-tiative (DNDi), grupo de pesquisa indepen-dentequetrabalhaemnovostratamentos paraaDoenadeChagas,Leishmaniose eTripanossomaseAfricana,entreoutras: UmacaractersticaespecialdoCIBFara reuniodepesquisadoressenioresquecon-tamcomvastaexperinciaeliderananas reasdebiodiversidade,snteseorgnicae qumica medicinal, o que nos coloca em uma posio privilegiada, diz Adriano.Emboraasdoenastropicaisnegli-genciadassejamameninadosolhosdo projeto, outras doenas sero alvo de estu-dosdoCIBFar,inclusiveocncer:Temos pesquisas em desenvolvimento relacionadas aumadiversidadededoenas,masalgu-mas delas, que tm molculas mais promis-soras, sero prioritrias, explica o docente: Duranteotempodeduraodoprojeto, tentaremosidentifcarasmelhoresoportu-nidades dentre as pesquisas que esto sendo feitas e para isso contaremos com o suporte de um comit cientfco internacional.De acordo com Adriano Andricopulo, estudos em andamento sero aprimorados noCIBFar.Aduraototaldoprograma deonzeanos,tempoquedevesersuf-cienteparadesenvolvercandidatosafr-macoscapazesdecombateralgumasdas doenas que so o foco do projeto: Ainda que no estejamos saindo do zero, os resul-tados de pesquisa so demorados. Logo nos primeirosdoisanosplanejamosestruturar bons projetos que possam agregar o uso de molculaspromissoras,tantoapartirda biodiversidadebrasileiracomodasntese orgnica, conclui o docente.Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares47 A fsica a servio da sociedade|Nasce o novo CEPOF12 de julho 2013Tendocomobaseprincipalapti-caeamedicina,osucessoincon-testveldeterapiasfotodinmicas(que unemconhecimentosdasduasreas) disseminadoemdiversaspartesdopas graasaosesforosdedocentesquein-tegram o Centro de Pesquisa em ptica e Fotnica (CEPOF), um dos Centros de Pesquisa,InovaoeDifuso(CEPID) da FAPESP. CoordenadopelodocentedoIFSC, VanderleiSalvadorBagnato,oCEPOF um dos dezessete CEPIDs aprovados pela FAPESP e conta com doze pesquisadores efetivosdediversasUniversidades.Este CEPOF novo, ou seja, um novo projeto enoumacontinuidadedoanterior,es-clarece Vanderlei, referindo-se ao primei-ro CEPOF coordenado por ele entre 2000 e 2012, quando o CEPID foi lanado: No CEPOF 2013 temos novos pesquisadores e, inclusive, pesquisadores jovens que acaba-ramdeingressarnoquadrodasuniversi-dades envolvidas.Noquedizrespeitospesquisasdo novoCEPOF,umdosdestaquesvaipara osestudosdefsicaatmicaemolecular, carro chefe do Centro, que focaliza o estudo defuidosqunticoseoscondensadosde Bose-Einstein:Somosonicogrupoexpe-rimentaldaAmricaLatinaquetrabalha com isso, portanto temos que dar nossa con-tribuio nessa rea, diz Vanderlei.Outro destaque a pesquisa em biofo-tnica,comfocoemalgunsfundamentos da interao luz/matria, alm da parte pr-tica com ensaios clnicos. Nestes se incluem aqueles realizados no Centro de Fototerapia eFotodiagnstico,recm-inauguradono HospitalAmaralCarvalho(Ja-SP),des-tinadoapacientescomcncerdepeleem estgio inicial e que realizam o tratamento gratuitamente atravs do Sistema nico de Sade(SUS).Finalmente,alinhadepes-quisa relacionada plasmnica* fcar sob a coordenao do docente do IFSC, Eucly-des Marega Jr., da qual docentes da Escola deEngenhariadeSoCarlos(EESC-USP) tambm faro parte.DeacordocomVanderlei,umponto importante no CEPOF refere-se inovao tecnolgica. A sede do CEPOF - localizada no campus II da USP So Carlos - ter um espao apropriado para reunies com em-presrios:Realizamosmuitosprojetospara empresas, mas no com a participao dire-ta das mesmas. O que eu quero no CEPOF que as empresas estejam presentes e colabo-rando, inclusive com parte das despesas do Centro, conta o docente.Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares48 |A fsica a servio da sociedadeEle afrma tambm que no CEPOF an-terior diversas metas foram atingidas e os resultadossovisveis,combenefciodi-reto para a sociedade. Dentre os exemplos, Vanderleicitaaimplantaodeterapias decombateaocnceretratamentosna reaodontolgicarealizadosemparceria comuniversidadesestaduais:AUnespde Araraquara colabora em trabalhos de con-trole microbiolgico com tcnicas de terapia fotodinmicaqueoCEPOFajudouaim-plementar,eaFaculdadedeMedicinade Ribeiro Preto [FMRP/USP] realizou mui-tas cirurgias experimentais utilizando-se de tcnicas desenvolvidas no CEPOF. Produzi-mos um trabalho com o grupo de transplan-te de fgado, que foi destaque da revista Liver Transplantation, relembra.Comumpassadotoprofcuo,ofu-turodoCEPOFnoserdiferente.Nos novos planos esto includos o lanamen-todeterapiasparaonicomicose(mico-sedeunha)eotratamentodeinfeces infantis de garganta sem o uso de antibi-ticos,emparceriacomaFaculdadede CinciasMdicasdaUnicamp.Empes-quisabsica,asperspectivasvoltam-se aosexperimentoscomfuidosqunticos e nanoestruturas.OprazodeduraodoatualCEPID deonzeanos,masasexpectativasso grandese,naspalavrasdoprprioVan-derlei:Aintenoqueosestudosreali-zados deem uma personalidade especial pesquisarealizadanessasreasnacidade de So Carlos.___________________*rea que estuda os efeitos bsicos da inte-rao luz/matriaIntegrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares49 A fsica a servio da sociedade|CEPIV - Centro de Pesquisa, Educao e Inovao em Vidros14 de Agosto de 2013Nosentidodereforarodesenvolvi-mentodepesquisasnafronteirado conhecimento, j que tem sido uma aposta bastantepositivaparaacincianacional, a FAPESP decidiu recentemente alargar o programaCEPIDprogramamultidisci-plinardepesquisabsicaouaplicada,de carterinovador-comacriaodemais ncleos de pesquisa, alguns deles sediados no campus da USP de So Carlos.Inseridonessequalitativoloteesto recm-criado CEPIV, Centro de Pesquisa, Educao e Inovao em Vidros, compos-toporumconjuntodecientistasdaUSP, UFSCareUNESP-Araraquara,especia-listasderenomenasreasdeengenha-ria,qumicaefsicademateriaisvtreos, cristalizaoetcnicasdecaracterizao. Oprincipalobjetivocriarmateriaisvi-trocermicos com novas funcionalidades.Dentreamultiplicidadedeobjetivos cientfcos, o grupo de pesquisadores tam-bm se dedicar a desenvolver novos ma-teriaispticos,materiaisparareforoes-trutural de uso odontolgico, dispositivos para armazenamento de energia (eletrli-tos e selantes para alta temperatura) e sis-temasdecatalisadoresativos.Igualmente importanteserentenderosmecanismos bsicos de formao de vidros e vitrocer-micas, de maneira a planejar o desenvolvi-mento de novos materiais ativos.Coordenado pelo Prof. Dr. Edgar Du-tra Zanotto, pesquisador do Centro de Ci-nciasExatasedeTecnologia(CCET)da UFSCAR,oCEPIVcontacomapartici-pao de catorze pesquisadores, seis deles pertencendoaoIFSC.Entreestes,oProf. Dr.JosFabinSchneidereoProf.Hell-mutEckertsopesquisadoresprincipais. Prev-se, tambm, o envolvimento de cer-ca de cinquenta estudantes de graduao e ps-graduao.Embora a criao do CEPIV seja muito recente, esse grupo de cientistas no perdeu tempo, tendo realizado ao longo do dia 10 de agosto,noIFSC,oseuprimeiroworkshop, cujo objetivo foi reunir todos seus membros e colaboradores cerca de cinquenta pesso-as, entre pesquisadores e alunos. Para o Prof. Dr.JosFabinSchneider,oworkshop Integrao de reas de pesquisa e iniciativas multidisciplinares50 |A fsica a servio da sociedadeserviu,acimadetudo,paraconheceras pesquisasdosdiferenteslaboratriosdo Centro, em que estgio se encontra o tra-balho de pesquisa de cada membro, detec-tando-se,apartirda,aspossibilidades decooperaes.Apartirdesselevanta-mento,serodefinidosostpicosmais relevantes, tendo em vista concentrar os esforos da equipe em direo a resulta-dos inovadores.Segundo Schneider, o workshop mos-trou a multiplicidade das pesquisas desen-volvidas nos grupos que formam o CEPIV easoportunidadesparaexpandirafron-teiradoconhecimentoegerarinovao: Existemmuitosdesafosparavencer,prin-cipalmenteparadarumarespostaefcaza trabalhosque,pornoseremexecutados ainda por uma equipe interdisciplinar, tm algumasquestesparaseremresolvidas: por isso, vamos ter que atuar em conjunto, para que esses trabalhos possam ser conclu-dos, menciona o docente do IFSC.Emborasejaprematuroidentifcara reaconsideradaprioritrianoCEPIV, Jos Fabin Schneider afrmou que o gru-porecebeucomespecialinteressealguns dostrabalhosapresentadosnoworkshop, principalmenteemmateriaisbiocompat-veis,indicadosparaaplicaesemodon-tologia e substituio ssea, que se encon-tram em estgios avanados de pesquisa e so considerados altamente promissores.Outra das grandes apostas do CEPIV serfocarosesforosdoscientistas emumareaque,paraSchneider,de grandeimportnciaademateriaisem estadoslidoparabaterias,comoexplica ocientista:Umadasrealidadesatuais autilizao,emlargaescala,dasbaterias deltio,quetmumcomponentelquido no seu interior, o eletrlito; h muitos anos quesepesquisaumaformadesubstituir esselquidoporumcomponenteslido,de tipovtreo.Aindaexistemaisumdegrau nessaspesquisas,queapossibilidade desubstituiodoltioporsdio,algo quepoderiaserconcretizadonumfuturo prximo.Almdeproporcionarmaisautono-mia,essenovotipodebateriasermais baratoqueadeltioemenosagressiva paraomeio-ambiente.Oltioexisteem pouca quantidade, em determinadas regi-esdogloboBolvia,ArgentinaeChi-le-,requerendoinvestimentosaltospara poderserextradoetransformado,en-quantoosdio(dosal)existeemtodoo planeta,principalmentenaguadomar, sendorelativamentebaratasuatransfor-maoparaofmemvista: Odesenvol-vimentodenovosmateriaisfuncionais degranderelevnciaeumaexperincia estimulanteformarpartedestaequipede pesquisadoresdenveldeexcelnciamun-dial.OCEPIVumagrandeoportunida-de,nosparaospesquisadoresdoIFSC envolvidos diretamente, como tambm para os estudantes que se incorporem nesta rea, cujosresultadosdespontaronumfuturo prximo, pontua Schneider.OCEPIVcongregalaboratriosem vriasinstituiesdepesquisaetemsua sedeinstitucionalnoDepartamentode Engenharia de Materiais da UFSCar.51UmadifculdadenaelaboraodesteCaptulofoiaes-colhadottuloeaseleodereportagens,poismuito se faz no IFSC com pesquisas em fsica terica e fsica experimentalemtpicosdafronteiradoconhecimento.Para distinguir de pesquisas de carter mais multidisciplinar, como abordadonosdemaiscaptulos,escolhemosopresentettulo, sendo que o Captulo trar uma miscelnea de matrias. Ressal-te-se que muitos trabalhos em fsica fundamental acabaram por ser retratados em outros captulos, na medida em que estavam relacionados a alguns dos tpicos de aplicao e de atuao in-terdisciplinar. xplorando os fundamentos da Fsica4E51Explorando os fundamentos da Fsica52 |A fsica a servio da sociedadeA acstica do violino09 fevereiro 2010PesquisadoresdoIFSCecolaborado-res da Universidade Federal do Para-n e Conservatrio Dramtico e Musical de Tatu (SP) encontram tempo e espao entre a pesquisa de alto nvel para divul-gartemadeinteressecomum:amsica. O artigo intitulado A acstica do violino serpublicadonarevistaCinciaHoje vol.45,no.267destems.Osautores tratamdiversosassuntos,queincluemo modocomoossonsdoinstrumentoso produzidospelavibraodecordasde ao friccionadas por fos de crina de cava-lo, a transferncia dos sons para uma caixa de ressonncia que os altera e amplifca, e a infuncia do tipo de madeira usado em cada pea do conjunto. Esses e outros as-pectos do ao violino uma complexidade que ainda atrai o interesse de estudiosos, apesar de passar despercebido aos ouvin-tes da boa msica. Os autores, Jos Pedro Donoso,FranciscoE.G.Guimares,Al-bertoTanns,TiagoCorradeFreitas (UFPR),publicaramrecentementeoutro artigo:DONOSO,J.P.;GUIMARAES,F.E.G.; TANNUS, A.; FREITAS, T. C. de A fsica do violino. Revista Brasileira de Ensino de Fsica,v.30,n.2,2008.Disponvelem: . Acesso em: jan.2014.Explorando os fundamentos da Fsica53 A fsica a servio da sociedade|Pesquisadores do IFSC conseguem potencializar energia presente no vcuo02 maio 2010No se sabe se esses campos que sofre-riam esse efeito de fato existem no univer-so. No entanto, bom lembrar que de todo o contedo de energia do universo, apenas cercadecincoporcentosodefatocom-preendidos (pelo Modelo Padro das Part-culasElementares),demodoquehainda muitoespaoparaadescobertadenovos tipos de campos. Mas uma questo interes-santesecamposbemconhecidos,como o eletromagntico, que sabemos existir, po-deriam sofrer esse fenmeno. Talvez no no contexto de uma nica estrela de nutrons masnocontextocosmolgico.Seestahi-pteseproceder,poderiaserumapossvel explicaoparaachamadaenergiaescura, foraresponsvelpelaexpansoacelerada do Universo e um dos maiores desafos atu-ais da cosmologia.Foidestaquenamdiaestasemanaum trabalho de dois pesquisadores do Ins-tituto de Fsica de So Carlos, Daniel Van-zellaeWilliamLima.Apesquisaserefere descobertadeumfenmenoemquea densidadedeenergiapresentenovcuo, normalmentemuitopequena,amplifca-dadeumaformaincontrolveleviolenta. Adescobertadestefenmenoenvolveum dosaspectosmaisenigmticosdaFsica Moderna,ainterconexoentreovcuo quntico e a gravidade.Oinstrumentoparaamplifcaressa densidadedeenergiaaprpriaforada gravidade,consideradapequenapelosf-sicosemcomparaocomoutrasforas. Segundoospesquisadores,tantoafora da gravidade quanto o vcuo quntico no desempenhampapeistoimportantesnas experincias cotidianas. No entanto, a pes-quisademonstrouque,emdeterminados contextos,ainteraodosdoisentespode torn-losdominantes.Nocaso,ocontex-tosereferegravidadedeumaestrelade nutrons,queseriacapazdeamplifcar exponencialmenteadensidadedeenergia contidanovcuodealgunstiposdecam-pos qunticos.ImagempublicadanoJornalFolhadeSopaulo mostra jato de partculas de estrela de nutrons, ob-tida com o telescpio Chandra.Explorando os fundamentos da Fsica54 |A fsica a servio da sociedadeThe point of view matters! - O ponto de vista importa!10 maio 2010Um torus certamente uma superfcie bidimensional.Maseletambm um conjunto de crculos e, portanto, uma curva (unidimensional) no espao dos la-os.Observaescomoestapodemreve-lar as simetrias das teorias de campos que descrevemasinteraesfundamentaisda Natureza.PesquisasrealizadasnoIFSC, emcolaboraocompesquisadoresdos EUA,Espanha,Japo,FranaeInglaterra mostram como implementar esta ideia.Explorando os fundamentos da Fsica55 A fsica a servio da sociedade|Transferncia quase-perfeita de estados qunticos em redes bosnicas dissipativas17 maio 2010PesquisadoresdoIFSC,UFSCare UEPGdesenvolveramumprotocolo paracontornaroprocessodecoerncia natransfernciadeestadosqunticosde um a outro n de uma rede de osciladores qunticos dissipativos (arXiv:0905.1267v1 [quant-ph],aserpublicadonarevistaJ. Phys.B:At.Mol.Opt.Phys.).Utiliza-se umprocessosimilaraoefeitotnelpelo qualosestadossotransferidosdoemis-soraoreceptor(osciladoresdemesma frequncia),deformaaocuparapenas virtualmente o canal de transmisso (uma cadeia linear com N osciladores de frequ-ncias sufcientemente distintas de - vide fgura).Estemecanismodetransferncia deestadosportunelamentofazcomque a ao dos reservatrios trmicos associa-dos aos osciladores do canal de transmis-sosejasubstancialmenteenfraquecida, acarretando alta fdelidade do processo de transmisso. Partedaequipeacimareferidaapre-sentoutambmderivaesesolues dasequaesmestrasassociadasaopro-blemaduplicadodeCaldeira-Leggett:o tratamentoviaintegraisdetrajetriasda dinmicadedoisosciladoresdissipativos acoplados.Considerandoumaformage-ralparaainteraoentreososciladores, doisdiferentescenriossoanalisados, adependerdosistemafsicotratado:I) quandocadaosciladorseacoplaaseu respectivoreservatrio,eII)quandoam-bos se acoplam a um mesmo reservatrio (arXiv:0903.2176v2[quant-ph],aserpu-blicadonarevistaJournalofPhysicsA: Mathematical and Teoretical).Explorando os fundamentos da Fsica56 |A fsica a servio da sociedadeEfeito hall quntico em multicamadas semicondutoras23/06/2010Numacolaboraocomgruposcient-fcosdaRssiaeFrana,pesquisado-resdoGrupodeSemicondutoresdoIFSC observarampelaprimeiravezoefeitoHall qunticofracionrioemmulticamadasele-trnicasacopladas,formadasdentrodo poo quntico parablico de GaAlAs. O tra-balho foi apresentado em palestra convidada na International Conference on Physics of Se-miconductors (ISPC-30). Determinou-se que a incoerncia entre ascamadas,causadapelavariaoaleat-riadelarguras,favoreceoregimedoefeito Hallqunticofracionrio.Descobriu-se uma transio da fase induzida pelo campo magntico entre os dois estados do sistema eletrnico.Paraumcampomenorqueo campocrticoBBc,amaioria doseltronsestdentrodacamadacen-tral,resultandonoefeitoHallquntico fracionrio. A transio acontece no cam-pomagnticocorrespondenteaofatorde preenchimento=1,eacompanhada pelo aumento da inclinao da resistncia deHall.Osresultadosforampublicados na Phys. Rev. B 81, 165302 (2010).Explorando os fundamentos da Fsica57 A fsica a servio da sociedade|O insustentvel peso do vcuo: estrelas de nutrons podem despertar o vcuo quntico06/10/2010A FsicaModernadesvendouumaes-trutura incrivelmente rica para o que sepensavaser,emFsicaClssica,omais desinteressante dos estados - o vcuo. Des-deomardeDiracdeestadosdeenergia negativa viso de partculas virtuais sen-docontinuamentecriadaseaniquiladas, ovcuoadquiriuimportnciaconceitual paraumadescrioconsistentedaNatu-reza.Aindaassim,dopontodevistaob-servacional,suaexistnciacontinuasendo quase to evasiva quanto no mundo clssi-co, exigindo experimentos cuidadosamente planejados para se conseguir detectar dire-tamenteseusefeitossutis(porexemplo,o efeito Casimir). Nestetrabalho,aserpublicadona ediododia8deoutubrodaPhysical ReviewLetters,osautoresutilizamum mecanismo recentemente descoberto por algunsdelesparamostrarqueocampo gravitacional de algumas estrelas de nu-tronspodeforarovcuoqunticoese tornar, no lapso de alguns milissegundos, todensoemenergiaquantoessaspr-priasestrelas(quejsoosobjetosmais densos conhecidos na Natureza). Essepesoextradesestabilizariaaes-trela,possivelmentelevandoaeventosde proporesastrofsicasalimentadospelo vcuo. Alm disso, revertendo o argumen-to, a mera observao de uma confgurao estveldeumaestreladenutronspode serusadaparasedescartaraexistnciade certos campos na Natureza (aqueles que le-variamaestrelaobservadaaserinstvel). Num universo em que 95% de seu conte-do so desconhecidos (como o nosso), um mtodo to simples para se descartar a exis-tncia de campos bem-vindo.Otrabalhoinicial,ondeomecanis-modedominnciadovcuoinduzidapela gravidadeapresentado,jhaviarecebido uma meno de destaque da American Phy-sical Society (APS) com um Physics Synopsis (http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.104.161102).J o artigo a ser publicado na edio do dia 8 de outubro foi escolhido como desta-quenaPhysicalReviewFocus(http://focus.aps.org/story/v26/st14).Explorando os fundamentos da Fsica58 |A fsica a servio da sociedadePesquisas do Instituto de Fsica de So Carlos voltadas ao segredo da origem da vida26/10/2010Com avanos e contribuies signifcati-vas at mesmo em sade, as teorias de origem da vida buscam respostas para uma das maiores perguntas da humanidade. Em SoCarloshpesquisadorescomprometi-doscomessalinhadepesquisa,chamada evoluopr-bitica,afrmaoProf.Jos Fernando Fontanari, do IFSC.Comofsicodeformao,odocente investiga este assunto sob o ponto de vista daauto-organizaodamatria,aspecto em que acredita estar depositada a soluo paraosproblemasrelacionadosorigem davidanoplaneta:Aprimeiraquesto como se gera a primeira vida a partir de um conjuntodematriainanimada,ouseja, como a vida criada a partir de onde no habsolutamentenenhumavida,explica Fontanari. A partir da, outras questes se agregam ao corpo de pesquisa, como qual objetosecriariaprimeiroapartirdaine-xistncia total de vida.Uma vez que a pesquisa tem como in-gredientesprincipaisesteselementosina-nimados, inorgnicos, o trabalho do Prof. FontanarinosevaledaBiologia,como serianaturalpensar,quandosetratado incio da vida. Alm dos conceitos da Ter-modinmicareadaFsicadedicadaao estudo dos efeitos causados por variaes de temperatura, presso e volume em sis-temas fsicos -, a pesquisa tambm utiliza muitodaQumica,considerandoquees-teselementosinteragemereagemquimi-camente.Estasinteraessoabasedaevolu-oqumica,poisproduzemreaesau-tocatalticas,queFontanariexplica:Neste tipo de reao, o elemento gera um produto que age de tal forma a aumentar a frequn-cia do elemento, que por isso gera mais pro-duto,quevaiaumentarmaisafrequncia do elemento e assim sucessivamente, em um processo de retroalimentao.Oscientistasquestionamsepoderia existirnanaturezaalgumamolculacom essacapacidadeautocataltica,ouseja,se algumamolculapoderiaproduzirmais cpiasdelamesma.Aadmissibilidadeda existncia deste tipo de molcula um dos maioresobjetivosdapesquisae,seares-posta for sim, ento os conceitos da Biolo-gia podem ser aplicados, uma vez que estas cpiasproduzidasprecisamnoserper-feitamente idnticas s originais, e que por sua vez tambm tenham a capacidade de se replicar.Comestesingredientesreplica-dor, cpia do replicador com erro e capaci-dade das cpias tambm se replicarem , o mecanismo da seleo natural produz uma competio entre este grupo de molculas, selecionandoaquelasqueproduzemmais Explorando os fundamentos da Fsica59 A fsica a servio da sociedade|cpiasemumintervalomenordetempo. Almdisso,asquesofremmaismutaes nosentidodeagregarmaismineraisque auxiliemnareplicao,enaestabilizao frenteradiaoultravioleta,resistiro com mais efcincia por um perodo maior detempo.Portanto,produziromaisc-pias durante sua existncia. da combina-o destes processos replicao e seleo natural - que pode surgir um sistema mais complexo, como uma clula.Fontanari,quehojepesquisaacoe-xistnciadevriosreplicadoresatravsde cinticaqumicaartifcial(cinciaquese debrua sobre as reaes qumicas), traba-lhaemcooperaocombilogostericos dopas.Elescompartilhamointeressede investigar a existncia dessas molculas re-plicadoras,sobaperspectivadesuadin-mica de evoluo, considerando as relaes decompetioecooperaoqueestabele-cementresi:Aproduodevidaartifcial emlaboratrio,queseriaumfeitoindito na Histria e mudaria completamente nosso entendimento da espcie humana, eventual-mente acontecer, afrma FontanariO entendimento destes mecanismos de desenvolvimentodavidapodeauxiliarna compreensodaestruturadeorganismos bsicos,comoarquias,bactriaseeuca-riontes mais simples. Neste sentido, as teo-rias sobre a origem da vida podem at mes-mocontribuircomaeliminaodecertos tiposdevrusdafacedaTerra,atravsda produo de substncias que agem quando injetadas no vrus, enfraquecendo seus me-canismos de preveno de erro da replica-oeaumentandosuastaxasdemutao. Desta forma, o vrus apenas produzir c-pias errneas de si mesmo at que se perca suainformaogenticaenoexistamais um corpo similar ao seu.Explorando os fundamentos da Fsica60 |A fsica a servio da sociedadePesquisador do IFSC descobre novo potencial em energia do vcuo03 de dezembro de 2010NoInstitutodeFsicadeSoCarlos (IFSC),oProfessorDoutorDaniel A.TurollaVanzella,comoauxliodeseu orientando,WilliamCoutoCorrade Lima,pesquisahdoisanosofenmeno que veio a chamar de Despertar do Vcuo e seus efeitos prticos na rea de fsica teri-ca, especifcamente na astrofsica.NoinciodosculoXX,ovcuoera defnido como uma regio completamen-tevazia:Seriaumaregiosempartculas dematriaoudeluz,comumatempera-turadezeroabsoluto,explicaVanzella: Porm,desdeoadventodafsicaqunti-ca,descobriu-sequemesmoretirando-se todas as partculas de uma regio e dimi-nuindosuaenergia,aindanopossvel deix-la completamente vazia.Assim,restarnesseespao,livrede partculasdetectveisdiretamente,as chamadaspartculasvirtuais,criadase aniquiladas to rapidamente, ao ponto de impedirquesejamdetectadas:Paracada partcula na natureza existe uma partcula de antimatria associada. No caso das par-tculasfundamentais-prtons,eltronse nutrons -, existem o antiprton, o antiel-tron e o antinutron. As partculas de mat-ria e antimatria correspondente podem se aniquilar, produzindo luz ou simplesmente desaparecer. O que existe no vcuo so essas partculasvirtuaisque,emborasecrieme seaniquilemrapidamente,tmumefeito macroscpico possvel de ser observado, ex-plica Vanzella.Daniel conta que a fora e, sobretudo, aexistnciadessaspartculasvirtuais,fo-ramcomprovadasnumaexperinciaide-alizadapelofsicoHendrikCasimir,em 1949. Ele imaginou duas placas metlicas, prximaseparalelas,semcargaseltricas eatraogravitacionalentreasmesmas. Oresultadoesperado,devidocrenade inexistnciadeenergianovcuo,seriaa imobilidade das placas. No entanto, a pre-sena das placas metlicas causa uma per-turbao no vcuo e, como consequncia, umaatraoentreelas:Humprincpio queanaturezabuscasempreoestadode mnima energia, e quanto maior a proximi-dade das placas, menor a energia do vcuo. A tendncia a aproximao dessas placas, explica Vanzella. A energia existente no v-cuotopequena,queexperinciaspara medi-la com preciso s foram conseguidas no incio deste sculo, conta.Anovidadedosestudosdopesquisa-dor se refere ao poder da energia do vcuo: Todaestrelatemumciclodenascimento, vidaemorteeachamadaestreladenu-tronsrepresentaoestgiofnaldavidade algumasestrelasquetmmassaalgumas Explorando os fundamentos da Fsica61 A fsica a servio da sociedade|vezesmaiordoqueadoSol.Essaestrela possui um campo gravitacional muito forte, apontodeinduzirumcrescimentomuito rpidodaenergiadevcuo.Naestrelade nutrons, pode atingir propores capazes de competir com a energia da prpria estrela, o quequebraoconceitodequeaenergiado vcuo seja desprezvel, explica o professor. Ainda no possvel antever como a descobertadeDanielpoderinfuenciar nossocotidiano:comotentarprevero futuro,diz:Nocomeodosculonose entendia,porexemplo,ofuncionamento do Sol, de onde se tirava sua energia. Esse esclarecimentoajudoubastantenoenten-dimento da astrofsica. A mensagem prin-cipal que queremos passar que apesar de aenergiadovcuosernormalmentedes-prezvel, existem situaes em que ela pode sair do papel de coadjuvante para tornar--seprotagonista.Nossaideiaexplorar essesefeitos,poispossveltrazeralgum entendimentosobreaprprianatureza, conclui o pesquisador. Explorando os fundamentos da Fsica62 |A fsica a servio da sociedadeGrupo de pesquisa do IFSC busca entendimento da transmisso de sinais integralmente por feixes de luz 05 de Abril de 2011Ao longo de seus onze anos, o novo s-culotrouxetelevisesecomputado-res jamais imaginados, o desenvolvimento de energias alternativas e limpas e o quase invisvel tornar-se fundamental, com a na-notecnologia.OGrupodeFotnicadoIFSC,co-ordenadopelodocenteClberRenato Mendona, estuda a transmisso de sinais atravs de ftons, que deu origem ao neo-logismo fotnica, analogia feita ao conhe-cidotermoeletrnica(nestecaso,trans-missoeprocessamentodesinaisatravs de eltrons).Os estudos resumem-se, basicamente, na interao da luz com a matria, quando submetidos a regimes de altas intensidades (lasers) por processos pticos no lineares: Nos processos pticos usuais o coefciente de absorodomaterialnodependedain-tensidade luminosa, mas nos processos no lineares essa dependncia com a intensida-de observada, explica Clber.Ogrupotrabalhacommolculasor-gnicascomaltaconjugao(alternncia de ligaes duplas e simples): Trabalhamos com uma enorme gama de molculas orgni-cas, tanto aquelas encontradas na natureza, comoasartifciais,criadasemlaboratrio. Estudamostambmmateriaisinorgnicos, comovidrosesemicondutores,esclareceo docente.Dopontodevistadeptica,osmate-riaisestudadosdevemtercapacidadede gerardispositivos:Anicaformadetornar esses processos possveis atravs de processos pticos no-lineares, que so a base de nossos estudos no Grupo de Fotnica, conta Clber.Eis um exemplo prtico: em telecomu-nicaes, as fbras pticas so utilizadas na transmissodeinformao.Contudo,o processamentodosinalaindafeitoele-tronicamente,oqueexigeconverterosi-nalpticoparaeltrico.Portanto,nose tratadeumprocessointeiramenteptico: No futuro, transmisso de sinais de fbra ptica deve-r ser ainda mais veloz.Explorando os fundamentos da Fsica63 A fsica a servio da sociedade|A ideia da fotnica fazer com que esse pro-cessosejaintegralmenteptico,oquetrar aumentodevelocidadedomesmo,explica: Para tornar isso possvel, primeiro necess-rioentendercomo esses processos funcionam e o que fazemos aqui: pesquisa fundamen-tal, para entender como se d essa interao da luz com esses materiais, conta.Sobreasvantagensdeprocessosin-tegralmentepticos,Clberafrmaque omenortempoderespostaaprincipal vantagem:Otempoderespostadesinais eltricosestnafaixadenanossegundos (10-9segundos),enquantonospticosest na faixa de femtossegundos (10-15segundos). Emprincpio,computadoresqueviriama usar esse tipo de dispositivo, puramente p-tico,seriammuitomaisrpidosdoqueos atuais,exemplifcaClber:Essesprocessos no-linearesvmsendoempr