II ESCOLA DE VERÃO
07 – 11 de fevereiro de 2011
C01- A Física do LHC: Modelo padrão e além e Primeiros resultados experimentais (Carla Göbel)
c02- Gelos astrofísicos (Enio Frota da Silveira)
C03- Propriedades físicas de pontos e portas quânticas e outros sistemas nanoscópicos (Enrique Anda)
C04- Eletrônica orgânica: uma aplicação da nanotecnologia (Marco Cremona)
C05- Introdução à física de não-equilíbrio (Welles Morgado)
C06- Inovando o ensino da física (Maria Matos)
C07- Microscopia de força atômica / Caracterização mecânica e tribologica de materiais por microscopia de força atômica (Rodrigo Prioli)
C08- Espectroscopia de elétrons (Marcelo Huguenin)
C09- Identificação do céu (Alexandre Cherman e Bruno Rainho Mendonça) Planetário
Aula1 Aula2 Aula3
O LHC (/Large Hadron Collider/), no CERN, está em pleno funcionamento, coletando dados de colisões próton-próton a uma energia inédita de 7 TeV. Os resultados destas colisões pretendem responder a uma série de questões da física fundamental, incluindo a busca pelo Bóson de Higgs, candidatos a matéria escura, dimensões extra, origem da assimetria matéria-antimatéria, e formação do plasma de quarks e glúons, entre outras. O objetivo deste curso é dar ao aluno uma visão atualizada da Física de Altas Energias bem como as características e programa de Física do LHC. _Ementa:_ Aspectos Teóricos: Breve histórico da Física de partículas. As bases do Modelo Padrão. QED, QCD e teoria eletrofraca. Violação de CP. O Modelo de Higgs. Física além do modelo padrão. Colisões no LHC: Os quatro grandes experimentos - Atlas, CMS, Alice e LHCb - suas características, principais objetivos e primeiros resultados de Física, baseados na tomada de dados de 2010.
Parte considerável do Universo interestelar é formado por moléculas de massa baixa (como H2, H2O, CO, CO2, NH3, etc), cuja maioria - devido às baixas temperaturas- se condensa em gelos. Em conseqüência do bombardeio contínuo por raios cósmicos, por vento solar e pela radiação ultravioleta sobre os gelos presentes na poeira interplanetária e na superfície de satélites e cometas, novos compostos químicos são formados. No curso serão examinados teoricamente os mecanismos desse processo (interação íon-sólido e fóton-sólido). Simulando o bombardeio por raios cósmicos, serão realizadas demonstrações em laboratório da colisão íons energéticos (MeV) com filmes finos de gases condensados; as técnicas analíticas empregadas serão a espectroscopia de infravermelho (FTIR) e a espectrometria de massa (TOF).
C03- Sistemas nanoscópicos (Enrique Anda)
O estudo dos sistemas nanoscópicos tem tido um enorme desenvolvimento devido aos novos desafios científicos que o comportamento da matéria apresenta nesta escala e à suas variadas aplicações tecnológicas. O curso apresentará as idéias mais importantes associadas a estes sistemas.
Ementa: Introdução; propriedades gerais dos sistemas nanoscópicos. Conservação da fase. Física de estruturas nanoscópicas. Pontos quânticos, moléculas magnéticas sobre superfícies metálicas, anéis nanoscópicos e efeito Aharonov-Bohm, constrições e canais de condutância. Efeitos de muitos-corpos nas propriedades de transporte. Elétrons fortemente correlacionados, interação elétron-fônon, efeito Kondo, transição quântica, processos inelásticos. Portas quânticas: leitura e escrita de informação quântica. Perspectivas futuras.
C04- Eletrônica Orgânica (Marco Cremona)
No curso serão abordados e discutidos diferentes propriedades dos materiais orgânicos utilizados para a fabricação de novos dispositivos optoeletrônicos como os diodos eletroluminescentes orgânicos (OLEDs), os transistores orgânicos de efeito de campo (OFET), entre outros. Estes dispositivos são aplicações da Nanotecnologia e formam um novo tipo de eletrônica denominada Eletrônica Orgânica. O curso iniciará com uma introdução sobre a Nanotecnologia e sobre alguns dos fenômenos importantes na área da eletrônica orgânica como fluorescência, fosforescência, injeção de portadores, condução elétrica, recombinação, junções semicondutoras, eletroluminescência, entre outras. Em seguida serão abordadas diversas técnicas experimentais utilizadas para a caracterização dos materiais e dos dispositivos. A parte final do curso tratará mais em detalhe da fabricação dos diversos dispositivos, da teoria de funcionamento, das técnicas de caracterização e das diferentes aplicações.
C05- INTRODUÇÃO A FÍSICA DE NÃO-EQUILIBRIO (Welles Morgado)
Introdução ao Não-Equilíbrio; Sistemas Fechados: Dinâmica e Notação; Hamiltoniano e Equações canônicas; Evolução temporal de funções dinâmicas; Sistemas Abertos: Movimento Browniano; Modelo de Banho Térmico; Técnicas de Médias Temporais; Soluções formais para a evolução temporal; Reversão Temporal e Equilíbrio; Teoria de Grandes Desvios; Transições de Fase Dinâmicas; Teoremas de Flutuação.
Atribui-se a Einstein a afirmação de que o conhecimento é aquilo que permanece em nós depois de esquecermos tudo aquilo que aprendemos na escola. Tenho ouvido de vários colegas, brilhantes pesquisadores de outras áreas, a frase recorrente "tirava ótimas notas, mas hoje não sei nada de física". Se, para ser um bom profissional, não é necessário saber física, para que ensinamos essa disciplina em cursos da área técnica da universidade e, mais questionável ainda, no colégio? A razão, provavelmente, está no fato de que a primeira frase em parte nega a afirmação contida na segunda frase, isto é, ter estudado essa ciência durante a formação do profissional teve, sim, resultados, talvez não tão fáceis de se identificar. Apesar das dificuldades constatadas para o aprendizado da física, ninguém, que se saiba, propôs abolir essa disciplina na formação básica dos nossos alunos. É preciso sim, ter contato estreito com a ciência, em particular a física, durante a formação do jovem, pois a ciência é uma das criações mais importantes da mente humana e está no cerne do progresso de nossas sociedades.
O acesso à ciência é difícil, e se temos dificuldade em entender as primeiras aulas de física nos desestimulamos. Os professores de física na Universidade ao longo das últimas décadas têm constatado a falta de uma compreensão básica da linguagem conceitual da física, apesar de terem os alunos estudado física no colégio. Isso é algo de novo? Aprende-se menos hoje do que há 30 anos? Qual a origem do insucesso?
A idéia corrente, provavelmente correta, é que a convivência com o mundo digital, de efeito imediato, fortemente visual e de fácil assimilação afeta de algum modo o empenho para um estudo mais árduo e mais formal. Os índices de reprovação que observamos na PUC-Rio, por exemplo, nos primeiros semestres da formação técnico-científica, cresceu nas últimas décadas. A ponto de motivar professores e coordenadores de física e matemática a pararem para pensar o que fazer para reverter essa situação.
Neste mini curso será apresentada uma proposta de ensino de física básica que tem sido bem sucedida na PUC-Rio. A proposta é fundamentada na relação direta entre a observação experimental e a construção formal da física. A observação do fenômeno é utilizada como meio para a construção da linguagem conceitual-formal; o laboratório de ensino passa a assumir um novo papel, essencial no aprendizado dessa ciência. Discutiremos também de que modo a proposta poderia ser aplicada no ensino médio.
C07- MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA: CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E TRIBOLOGIA DE MATERIAIS POR MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA (Rodrigo Prioli)
Fundamentos e aplicações das técnicas de microscopia de força atômica (AFM), microscopia de tunelamento (STM), e microscopia ótica de campo próximo (SNOM). Estas técnicas de microscopia desenvolvidas nos últimos 20 anos permitem a visualização e manipulação de estruturas em escala nanométrica ou atômica.
Ementa: Interações como tunelamento, forças intermoleculares, forças magnéticas, forças eletrostáticas, e propriedades mecânicas de materiais podem ser medidas em diversos ambientes indo desde o ultra alto vácuo até líquidos. Exemplos de aplicações serão apresentados e discutidos.
Este é um mini-curso introdutório em técnicas de análise de superfície por espectroscopia de elétrons. O objetivo do curso é dar uma visão clara das potencialidades das técnicas, da instrumentação exigida e da informação obtida com as análises. O curso será dividido em 4 horas teóricas e 2 horas de aula prática. Nas aulas teóricas será feito um histórico de algumas técnicas, os fundamentos e a instrumentação exigida, e na aula prática será obtido um espectro de espectroscopia de fotoelétron induzidos por raios-x e a análise deste espectro. Aulas: 1. Descrição de algumas das principais técnicas de análise: XPS, AES, UPS. 2. Instrumentação. 3. Obtenção de um espectro de XPS e análise de dados.
C09- IDENTIFICAÇÃO do CÉU (Alexandre Cherman e Bruno Rainho Mendonça) à Cúpula do Planetário
Este curso utiliza o ambiente da cúpula e seu céu estrelado para ensinar aos estudantes os nomes e posições das estrelas mais brilhantes, bem como os das constelações mais conhecidas. Neste curso são dadas também noções de Astronomia Fundamental (até 150 estudantes).