Departamento de Física Matemática - IFUSP

Resumo: Ao longo da história da humanidade, as tecnologias que dominamos definem nossas eras e moldam a organização de nossa sociedade. Um exemplo é o magnetismo presente em tecnologias fundamentais ao longo da história, da bússola à geração de energia e ao armazenamento de informação.
Nesta palestra introduziremos os conceitos básicos do magnetismo e discutiremos os diferentes estados magnéticos da matéria. Apresentaremos o fenômeno da frustração magnética --- a impossibilidade de satisfazer simultaneamente todas as interações locais --- o que abre portas para estados exóticos da matéria, como vidros de spin, líquidos de spin e gelos de spin, ilustrando como a Natureza frequentemente responde a conflitos ao criar novos estados coletivos.
Por fim, discutiremos as consequências microscópicas da frustração e como sistemas frustrados podem apresentar propriedades emergentes surpreendentes, incluindo excitações que se comportam como monopolos magnéticos efetivos. A palestra conectará conceitos de física moderna de materiais quânticos e de emergência coletiva, destacando como conflitos microscópicos podem gerar novos fenômenos macroscópicos.

Abstract: Studying the early universe requires identifying which signals were able to traverse cosmic history and reach us today. The cosmic microwave background provides a clear example: light that has traveled almost freely since the recombination of electrons and protons about 13 billion years ago, offering us a snapshot of the universe at that epoch. However, probing even earlier times demands more subtle observables. Primordial gravitational waves, generated in the very early universe, provide a unique window into these epochs. Although extremely challenging to detect directly, they can leave distinctive imprints on the polarization of the cosmic microwave background. Interpreting such signals requires a precise description of the primordial plasma, including out-of-equilibrium effects and non-ideal phenomena that become increasingly relevant in the era of precision cosmology. In this talk, we will explore, through a concrete example, how primordial gravitational waves encode information about the earliest moments of the universe, its composition, and its interactions, as well as how we can contribute to their observation.

Resumo: As detecções de ondas gravitacionais emitidas por coalescências de binários compactos deram origem à nova ciência da Astronomia de Ondas Gravitacionais, que abriu novas possibilidades para a investigação científica também na cosmologia e na física fundamental. Após uma visão geral do detector e das observações, apresentarei um resumo dos métodos teóricos atualmente empregados para aprimorar o conhecimento analítico existente sobre os modelos de forma de onda (waveform models), uma vez que sua precisão é crucial para maximizar os resultados científicos das detecções de ondas gravitacionais.

Confira em: https://www.youtube.com//streams

Depois de explicar os problemas em "quantizar" gravitação usando as mesmas ferramentas utilizadas com sucesso para quantizar as outras forças, descreverei diferentes modelos para gravitação quântica. Alguns modelos modificam a mecânica quântica mas preservam a relatividade geral, e alguns modelos (como a teoria de cordas) preservam a mecânica quântica mas modificam a relatividade geral. Até agora, a teoria de cordas é o único modelo que permite o cálculo de correções perturbativas da relatividade geral por efeitos quânticos.

Hoje em dia, os efeitos quânticos são fundamentais no desenvolvimento de novas tecnologias. No entanto, prever o comportamento de um sistema quântico de muitos corpos ainda é bastante desafiador e limitado a um pequeno número de constituintes quando se realizam simulações numéricas em computadores clássicos usuais. Enquanto os computadores quânticos atuais ainda não são plenamente operacionais, sistemas de gases quânticos ultrafrios foram se estabelecendo ao longo dos últimos vinte anos como uma plataforma de simulação quântica com alto grau de controle e técnicas de detecção refinadas. Nesta palestra, irei descrever o que são os condensados de Bose-Einstein, como eles são produzidos em laboratório a partir de gases resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto e abordarei alguns estudos recentes nos quais esses sistemas são utilizados como simuladores quânticos emulando o comportamento de sistemas mais complexos em diferentes áreas da física.

Phenomenological models have recently been explored for the analysis of possible effects in quantum systems due to a superposition of geometries, including the occurrence of processes with indefinite order. In particular, in a gravitational quantum switch, the order of operations applied by two agents on a target system is entangled with the state of the geometry. We consider a model describing the superposition of geometries produced by distinct arrangements of spherical mass shells, and show that a protocol for the implementation of a gravitational quantum switch can be formulated in such a system.

A mecânica quântica prevê fenômenos que colidem com nossa intuição, que é forjada na experiência com o mundo clássico. Entre eles, podemos citar a quantização de algumas quantidades físicas, franjas de interferência de matéria e tunelamento. Como a constante de Planck é muito pequena e determina o regime em que tais fenômenos são observáveis, essas manifestações quânticas costumam acontecer apenas em escalas nanoscópicas. Os fenômenos da superfluidez e da supercondutividade, para além de representarem novos estados da matéria e serem interessantes em si mesmos, também apresentam manifestações macroscópicas de fenômenos intrinsecamente quânticos(*), como pretendemos mostrar nesse colóquio.

(*) Esse colóquio já estava pronto quando foi anunciado o prêmio Nobel de Física de 2025 para John Clarke, Michel Devoret e John Martinis, por justamente terem sido pioneiros na demonstração experimental do tunelamento macroscópico em junções supercondutoras.