Colloquium diei

Colloquium diei: “Zika virus: o desafio do desenvolvimento de fármacos antivirais”

O objetivo principal deste projeto é conhecer com detalhe atômico a estrutura de todas as proteinas do Zika Virus, e com base nesta informação buscar por ligantes e anticorpos que possam ser uteis para o desenvolvimento de candidatos a fármacos antivirais e/ou diagnósticos específicos para o ZIKV. O Planejamento Molecular Baseado em Estruturas, particularmente na descoberta de novos compostos bioativos (fármacos, biofármacos, anticorpos, vacinas) é hoje a tecnologia mais eficiente e de melhor relação custo/benefício para o desenvolvimento de novos fármacos, podendo contribuir em todas as etapas do processo, desde a descoberta de compostos de partida, sua otimização (afinidade, especificidade, eficácia, efeitos colaterais) e aprovação pelos organismos competentes. Neste seminário vamos revisar os mecanismos de infecção e seus componentes moleculares, com destaque para a recente elucidação em nosso laboratório da estrutura do domínio RNA polimerase RNA-dependente da proteina NS5 do virus Zika e as perspectivas de desenvolvimento de compostos com potencial atividade antiviral para a terapêutica e profilaxia da doença.

Colloquium diei: “Nanoparticles: properties, prospects and problems”

Nanoparticles are omnipresent. They are everywhere around and even inside us. They are not simply very small pieces of matter, they are different and consequently of very big interest for fundamental research. Nanoparticles are also a major topic in the media since a few years and this general interest is due to the numerous potential applications in various fields comprising catalysis, materials science, medicine, electronics or informatics. But nanoparticles also raise anxieties. They are invisible and it is not easy to understand or predict their properties, especially concerning our health.

This public lecture addresses the properties of nanoparticles and aims at giving an introduction to the fascinating nano-world. The reasons of why nanoparticles have extraordinary characteristics are discussed and several existing and possible future applications are demonstrated. Finally the dangers of nanoparticles are addressed and a rough guide in order to evaluate the existing or possible dangers of nanoparticles is presented.

This lecture will be held in English aims at the general public, no knowledge in physics or chemistry is needed.

Colloquium diei: “Uma introdução à Teoria Geral da Relatividade e algumas de suas fascinantes consequências”

A Teoria Geral da Relatividade foi desenvolvida no fim da segunda década do século passado. Existiu por muito tempo a superstição de que a matemática da mesma era de uma dificuldade tal que poucos teriam acesso a ela e deixou de ser do interesse das principais correntes de pesquisa da época. Ela foi “ressuscitada” a partir da década de 1960, quando apareceram novas ferramentas e tecnologias (satélites, computadores etc.). Steve Weinberg (premio Nobel de Física) disse que hoje um aluno de pós graduação em teoria sabe mais sobre Relatividade Geral do que o próprio Einstein sabia. A matemática da mesma é um pouco fora do currículo normal do IFSC, mas não é nada que não possa ser estudado em um semestre para alunos de graduação. Neste colóquio só usaremos alguns resultados da mesma (sem demonstrar), suas predições (fascinantes) e sua verificação experimental. Nos últimos 10 minutos do colóquio, tempo mediante, daremos um “over view” da estrutura matemática da teoria.

Colloquium diei: “Férmions ultra-frios em redes óticas”

A habilidade de aprisionar átomos bosônicos e fermiônicos em redes óticas, cujo potencial cristalino é gerado por lasers anti-propagantes, a temperaturas ultra baixas, deu início a uma nova área de pesquisa, na fronteira entre a Física da Matéria Condensada, a Física Atômica e a Ótica. Ao contrário do que acontece nos sistemas de Matéria Condensada, nas redes óticas há um grande controle sobre os parâmetros envolvidos: as interações entre os átomos são controladas através de um campo magnético, podendo ser atrativas ou repulsivas, o potencial químico é facilmente controlável e não há desordem. Com isso, é possível realizar em laboratório modelos para férmions fortemente correlacionados.

Neste colóquio discuto como os avanços recentes nas técnicas de imageamento, nas quais átomos fermiônicos são observados sítio a sítio, permitiram uma maior compreensão das correlações de spin e carga em férmions fortemente correlacionados.

Colloquium diei: “Vidros e vitrocerâmicas laser e materiais híbridos luminescentes”

A grande utilidade de vidros e vitrocerâmicas tecnológicos se baseia na flexibilidade em combinar suas propriedades químicas e físicas para atender demandas específicas. Desde 1960, e a partir da invenção do laser, vidros dopados com íons terras raras trivalentes (Er3+, Yb3+, Nd3+, Eu3+, Tb3+, etc.) vêm sendo explorados como os principais meios ativos para geração e amplificação laser na região espectral do infravermelho próximo, bem como para dispositivos luminescentes na região do visível. Mais recentemente, interesse tem sido demonstrado pelo desenvolvimento de vitrocerâmicas em que o íon terra rara ocupe a fase cristalina pois, neste caso, é possível associar as vantagens dos vidros – como obtenção em maior escala e com variáveis formas, com as mais altas seções de choque de absorção e de emissão dos TR3+, em sítios cristalinos. Outros materiais fotônicos de crescente importância, são os híbridos baseados em silicatos, alumino- e organo-silicatos mesoporosos carregados com espécies moleculares altamente luminescentes. Neste caso, as matrizes hospedeiras podem ser géis, xerogéis, filmes finos e pós e são obtidas via metodologia sol-gel, enquanto que as espécies emissivas incluem complexos de Eu(III), Cu(I), Ir(III), corantes orgânicos e quantum dots. No LEMAF – Laboratório de Espectroscopia de Materiais Funcionais do IFSC, dedicamo-nos ao estudo de vários materiais fotônicos com base no ambiente químico das espécies ativas, utilizando-se da complementariedade de técnicas espectroscópicas ópticas e de RMN e EPR pulsado. O ambiente químico define características funcionais da espécie hóspede como por exemplo tempos de vida de estado excitado e rendimentos e eficiências quânticas de fluorescência. O objetivo da apresentação é, portanto, dar uma visão geral dos trabalhos desenvolvidos em nosso laboratório, que é parte do CeRTEV – Center of Research, Technology, and Education on Vitreous Materials, um dos Cepids/ FAPESP.

Colloquium diei: “Em busca da transição energética: escalando o monte Terawatt”

O Terawatt (TW – trilhão de watts) é uma unidade conveniente de potência (energia por unidade de tempo). A geração anual de energia primária no mundo moderno é da ordem de 18 TW. Se pensarmos no monte Everest (altura de 8,5 km) como uma “montanha” de potência, e associarmos 1 km com 1 TW (1 nm com 1 W), o monte Terawatt seria cerca de 2 vezes mais alto do que o Everest.

• A primeira ideia que quero transmitir com esta imagem é a imensa escala de produção da energia primária que nossa civilização necessita para funcionar.

• A segunda ideia é a dificuldade que novas soluções energéticas enfrentam pois precisam ser levadas das pequenas escalas do laboratório para as imensas escalas do mundo real, enfrentando enormes barreiras, não as menores das quais são as de entrada no mercado.

O objetivo desta palestra é o de apresentar certos aspectos da questão energética, que podem ser resumidos em quatro pontos para “levar para casa”:

1. Progresso científico-tecnológico, crescimento populacional, desenvolvimento econômico e energias baratas e abundantes são inseparáveis.

2. Processos insustentáveis de agressão ao meio ambiente são a decorrência histórica da explosão das escalas das necessidades humanas.

3. Todas as alternativas às fontes primárias fósseis e nuclear (estoques de energia primária) são baseadas nos fluxos da energia solar primária. Apesar de serem abundante, há muitos desafios a vencer.

4. Transições energéticas para modelos sustentáveis são complexas, lentas e, sobretudo, incertas. Elas envolvem tecnologias e investimentos, mas também (e sobretudo) políticas: “custos de continuar como está versus custos de mudar” são determinantes.

Procuraremos demonstrar esses pontos por meio de um conjunto de perguntas, cujas respostas, mesmo preliminares, nos ajudam a entende-los.

• Qual a relação entre população e energia primária?

• Como é distribuída a energia primária no mundo?

• Quanto de energia primária adicional precisaríamos em um mundo mais igualitário?

• Onde ir buscar esta energia primária? Quais as opções de transição?

• Quais são as promessas e os desafios da energia primária solar, por natureza abundante, porém intermitente?

Cada uma dessas perguntas levanta inúmeras outras indagações “colaterais”, que iremos abordando. Em especial, na última parte, daremos uma atenção especial a baterias para o armazenamento de energia elétrica e mobilidade (carro elétrico).

Colloquium diei: “Linha MANACA – micro e nano cristalografia no Sirius”

Neste colóquio apresentarei um breve resumo de minha trajetória científica, desde a graduação em Física no IFQSC até os dias de hoje, em que atuo como cientista no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, LNLS, parte integrante do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, CNPEM, em Campinas.

Serão apresentados os planos para a construção da linha MANACA, uma das primeiras linhas de luz planejadas para o Sirius, o novo acelerador de elétrons e fonte de luz Síncrotron em construção no LNLS.

A primeira linha de cristalografia de macromoléculas do Sirius contará com duas estações experimentais e será otimizada para alto fluxo e focos micrométrico e sub-micrométrico, dedicada aos estudos das estruturas tridimensionais de macromoléculas, em particular arranjos complexos como vírus, proteínas de membrana e proteínas modulares, bem como complexos entre proteínas e ligantes.

A determinação de estruturas tridimensionais de proteínas, com o detalhamento das posições espaciais e interações entre os átomos destas moléculas, na área de estudos conhecida como Biologia Estrutural, é extremamente importante para o entendimento de processos biológicos tais como câncer, cardiopatias, doenças virais, Tuberculose, AIDS e outras enfermidades. O detalhamento a nível atômico das estruturas das proteínas humanas, e daquelas de patógenos tais como vírus e bactérias, guia o desenvolvimento de moléculas que atuam como inibidores, e que podem levar à produção de fármacos cada vez mais eficientes e com menos efeitos colaterais.

Informações detalhadas sobre as estruturas são importantes não apenas na área da saúde, mas também na descoberta de enzimas (proteínas com funções catalíticas) com aplicações comerciais na produção de alimentos, bio-combustíveis, defensivos agrícolas e cosméticos.

Atualmente são conhecidas as estruturas de mais de 120 mil proteínas, com informações disponíveis na base de dados PDB (rcsb.org), mas alguns tipos mais desafiadores, tais como as proteínas localizadas nas membranas lipídicas das células, que constituem cerca de 30% das proteínas de organismos eucarióticos, ainda não são muito exploradas. O principal desafio é produzir cristais destas moléculas, passo necessário para a determinação da estrutura utilizando a técnica de Cristalografia por Raios-X. Os cristais que são produzidos frequentemente têm dimensões de poucos micrometros e são bastante frágeis, dificultando a aquisição de dados da maneira tradicional.

Proteínas que atuam na forma de complexos, que podem ser compostos por diversas proteínas e ácidos nucléicos, como por exemplo o Ribosomo, também são desafiadoras, e novas estratégias de coleta de dados vem sendo desenvolvidas e serão contempladas nas estações experimentais da linha Manacá.

Diversas técnicas experimentais já foram e vem sendo utilizadas para aumentar nossa compreensão sobre moléculas como o Ribosomo, e espero que minha apresentação inspire futuras aventuras moleculares.

Colloquium diei: “Cor, sabor e liberdade: o caso dos quarks”

Apesar de seu nome significar “primitivo”, “primordial”, prótons não são partículas elementares, mas sim estados ligados de partículas menores, os quarks, que interagem por efeito da chamada carga de cor. Essas são as interações fortes, responsáveis pela coesão do núcleo atômico e pelos principais processos envolvendo hádrons (como prótons, nêutrons e píons). Sua descrição é dada pela Cromodinâmica Quântica (QCD), uma teoria quântica de campos com propriedades bastante peculiares. A principal característica da QCD é a não-linearidade, que dificulta muito o tratamento teórico das interações fortes e possivelmente determina um comportamento absolutamente bizarro para os quarks: seu confinamento permanente em estados ligados, sem cor. O entendimento do confinamento de quarks é ainda um problema em aberto. Vamos discutir a QCD e os métodos para seu estudo, apresentando alguns resultados dessa área de pesquisa. Em particular, se a sua resposta à pergunta “de onde vem a nossa massa?” tem sido “do bóson de Higgs”, venha se surpreender.

Colloquium diei: “Panorama da Cristalografia no Brasil”

Será apresentada a visão pessoal da palestrante sobre o desenvolvimento da Cristalografia no Brasil desde meados do século passado até os dias atuais, levando em conta diferentes áreas de aplicação.

Colloquium diei: “Online computational tool for the needs of Biophotonics and Biomedical Optics”

Conceptual engineering design and optimization of laser-based imaging techniques and optical diagnostic systems used in the field of biomedical optics requires a clear understanding of the light-tissue interaction and peculiarities of localization of the detected optical radiation within the medium. The description of photon migration within the turbid tissue-like media is based on the concept of radiative transfer that forms a basis of Monte Carlo (MC) modelling. An opportunity of direct simulation of influence of structural variations of biological tissues on the probing light makes Monte Carlo a primary tool for biomedical optics and optical engineering. Due to the diversity of optical modalities utilizing different properties of light and mechanisms of light-tissue interactions a new Monte Carlo code is typically required to be developed for the particular diagnostic application. In current Lecture introducing an object oriented concept of Monte Carlo modelling and utilizing modern web applications we present the generalized and unified computational tool suitable for the major applications in Biophotonics and Biomedical Optics.

Colloquium diei: “De anatomia à função, de diagnose a terapias:imagens (moleculares)em farmacologia”

O desenvolvimento de um novo fármaco é um processo longo e pleno de desafios. Quanto mais informações se dispõem sobre o(s) mecanismo(s) de uma doença, maior é a probabilidade de encontrar uma terapia apropriada. Por outro lado, quanto melhor e mais cedo uma enfermidade puder ser diagnosticada, maiores são as chances de poder interferir no processo patológico com uma entidade química ou biológica. Esta premissa estabelece a base para o uso de técnicas de imagens no campo da farmacologia. A relevância dessas técnicas para a obtenção e quantificação de informação anatômica, funcional, metabólica ou molecular no contexto da pesquisa farmacológica in vivo será discutida e ilustrada através de exemplos oriundos de diferentes especialidades, da neurologia à oncologia.

Colloquium diei: “Caracterização e síntese química dos componentes das cápsulas de fosfoetanolamina

O então Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) convocou, em novembro de 2015, o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Fármacos e Medicamentos (INCT-INOFAR), coordenado pelo professor Eliezer Barreiro, da UFRJ, para participar das etapas de caracterização e síntese química da substância fosfoetanolamina sintética, que ficou popularmente conhecida como “pílula do câncer”. As etapas de caracterização completa dos componentes das cápsulas de fosfoetanolamina sintética fornecidas originariamente pelo IQSC [Instituto de Química de São Carlos, ligado à USP], assim como a síntese química de cada componente isolado, foram realizadas no Laboratório de Química Orgânica Sintética (LQOS) do Instituto de Química (IQ) da Unicamp, coordenado pelo professor Luiz Carlos Dias, membro do Comitê Gestor do INCT-INOFAR. Os resultados destas etapas serão apresentadas neste colóquio.

Colloquium diei: “Dusty Starbursts in the Distant Universe”

Most of the active star formation in our local universe takes place in what we call “normal” spirals: disk galaxies with the bulk of their emission at ultraviolet and optical wavebands. Extremely dusty galaxies, with an enhanced emission at infrared wavelengths are pretty much extremely rare “freaks” in today’s universe. However, these so-called ultra-luminous infrared galaxies (ULIRGs) dominate the co-moving energy density at higher redshifts (z>2). Many of these have been identified by the detection of their thermal dust emission at millimeter (mm) and sub-mm wavelengths. Detailed ground-based follow-up of these sub-mm galaxies (SMGs) in the optical/near-IR and radio, as well as space-based studies with Chandra, HST, Spitzer and Herschel telescopes have revealed intricate morphologies reminiscent of major galaxy mergers, and the predominance of active galactic nuclei (AGN), establishing that star formation and the growth of super-massive black hole growth coexist in these objects. With colossal IR luminosities that translate into unusually high SFRs (~100-1000 MSun /yr), SMGs are extreme starbursting galaxies that could build the stellar bulk of a massive galaxy in under a few hundred million years. These findings suggest that the submm phase may represent a dust-obscured pre-quasar period in the evolutionary scenario that leads to the formation of today’s massive ellipticals. I will provide a review on the subject of dusty galaxies in the distant universe and discuss their role within the formation scenario of massive passive galaxies. I will also share some of my ongoing work to study the environments of these systems, as tracers of protoclusters in the distant universe.

Colloquium diei: “Metric Space Approach to Quantum Mechanics”

Quantum states, their properties and dynamics are central to the understanding of the quantum world. They have received even more attention due to the raise of quantum technologies, which exploit the ‘quirks’ of quantum mechanics. Quantum states form Hilbert spaces, which combine the properties of two different types of mathematical spaces: vector space and metric space. While the vector-space aspects are widely used, the metric-space aspects are much less exploited. Here we show that conservation laws in quantum mechanics naturally lead to metric spaces for the set of related physical quantities. All such metric spaces have an “onion-shell” geometry. We will discuss these induced ‘natural’ metrics for some of the quantities fundamental to the understanding of quantum systems, as well as some applications of the metric space approach to quantum mechanics, including applications to further the understanding of the core concepts of Density Functional Theory.

A palestrante estará no auditório a partir das 10 horas para conversa informal com os alunos

Colloquium diei: “Searching for new Physics in the cosmic ray fluxes”

The Alpha Magnetic Spectrometer is a particle physics experiment accurately measuring cosmic ray fluxes, in the range 1 GV to 2 TV.

AMS has been installed on the International Space Station on May 19 2011,  and since then is continuously collecting new data. The precise measurement of the main and of the rare components of the cosmic ray flux,  opens a new window into the high energy processes happening in our galaxy. 

These measurements allow to better understand the origin, the acceleration and the propagation of the cosmic rays in our galaxy. This improved knowledge,  will  allow to recognise potential anomalies in the cosmic rays rare components and possibly link them to new Physics happening in our galaxy. . I will present the most recent AMS measurement and I will discuss their implications and possible future outcomes.I will conclude discussing additional measurements on ground that may concur in defining a better picture about AMS observed anomalies.

A partir das 10h, o palestrante já estará no auditório, disponível para conversa informal com os participantes

Colloquium diei: “Self-Interacting Dark Matter and CDM Small Scale Potential Problems”

In this seminar I will briefly summarize the evidences for the existence of dark matter. Potential problems that Cold Dark Matter models might face at small scales will then be introduced. These problems might be alleviated if dark matter self interacts. If this is the case, its capture rate by astrophysical objects should be enhanced, and as a consequence their annihilation rate should increase. In this talk I will describe the determination of the neutrino flux from dark matter annihilation, taking self interactions into consideration. Its detection rate at the IceCube detector will also be described. This analysis probes dark matter self interacting models. By comparing this estimated rate with IceCube’s experimental results, we constrain a significant fraction of these models.

Colloquium diei: “Modelos estatísticos elementares para transições de fase em fluidos anisotrópicos”

Utilizamos modelos estatísticos elementares para investigar aspectos qualitativos das transições de fase em sistemas de interesse na “física da matéria mole”. Ao contrário dos sólidos cristalinos, que se caracterizam por ordenamentos espaciais, os cristais líquidos nemáticos, substâncias típicas da matéria mole, são fluidos anisotrópicos que apresentam ordenamento orientacional, ao longo de um eixo, mas sem simetria de translação. Vamos introduzir o modelo de Maier-Saupe-Zwanzig (MSZ), que é capaz de explicar a transição de primeira ordem entre as fases nemática uniaxial e isotrópica de um cristal líquido. Além dos nemáticos uniaxiais, também têm sido detectados nemáticos com estruturas biaxiais. Consideramos então um modelo MSZ com desordem, que representa uma mistura de discos e cilindros, e analisamos as condições de estabilidade de uma fase nemática biaxial, apontando as diferenças entre desordem fixa, típica dos sistemas sólidos, e desordem móvel, que seria mais realista para sistemas fluidos.Também consideramos generalizações de modelos do tipo MSZ, estabelecendo contato com resultados experimentais e fenomenológicos, em particular com as propriedades de novos materiais denominados elastômeros.

Colloquium diei: “Light-matter interaction in nanophotonic structures”

Photonic structures with micro to nano-scale sizes have inspired great interest due to their ability to control the propagation of light and its interaction with matter [1]. As part of a FAPESP Jovem Pesquisador project, we have developed tools (modeling, fabrication and characterization) to explore linear and nonlinear effects in sub-wavelength dimension structures such as silica nanowires, silicon-based nano-waveguides, resonators, and photonic bandgap fibers. In this talk, I will review our recent results in this area, covering among other topics the first demonstration of the Brillouin Self-Cancellation effect [2], characterization of free-carriers dispersion and thermal phase shift in silicon waveguides [3], demonstration of a broadband dielectric antenna [4], and characterization of high-order modes in photonics bandgap fibers [5].

[1] P. Dainese, P.S.J. Russell, N. Joly, J.C. Knight, G.S. Wiederhecker, H.L. Fragnito, V. Laude, A. Khelif, “Stimulated Brillouin scattering from multi-GHz-guided acoustic phonons in nanostructured photonic crystal fibres”, Nature Physics 2, 388-392 (2006);

[2] O. Florez, P.F. Jarschel, Y. Espinel, C.M.B. Cordeiro, T.P. Mayer-Alegre, G.S. Wiederhecker, and P. Dainese, “Brillouin Scattering Self- Cancellation”, Nature Communications 7, 11759 (2016);

[3] I. Aldaya, A. Gil-Molina, H.L. Fragnito, and P. Dainese, “Time-domain Interferometric Characterization of Nonlinear and Thermal-induced Phase-shift in Silicon Waveguides”, Conference on Lasers and Electro-Optics, SM3R. 7 (2016);

[4] J. Pita, P. Dainese, H. Hernandez-Figueroa, and L.H. Gabrielli, “Ultra-Compact Broadband Dielectric Antenna” Conference on Lasers and Electro-Optics, SM3R. 7 (2016);

[5] E. Lamilla, I. Aldaya, C. M. Serpa, P. Jarshel, and P. Dainese, “Modal Content in a 7-cell Hollow-Core Photonic Bandgap Fiber and its Dependence with Offset Launch Conditions”, accepted Latin-America Optics and Photonics Conference, oral presentation (2016).

Light-matter interaction in
nanophotonic structures

Colloquium diei: “Fundamentos da Mecânica Estatística: conceitos e aplicações recentes

A termodinâmica classica é mais abrangente que o papel para ela reservado pela mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs. Esta e outras questões conceituais relacionadas con entropias não aditivas serão introduzidas e discutidas brevemente. Grande nÚmero de aplicações existem na literatura (ver Bibliografia em http://tsallis.cat.cbpf.br/biblio.htm).

Algumas ilustrações recentes em átomos frios, meios granulares, colisões de altas energias no LHC/CERN, mapas de baixa dimensionalidade, redes complexas, também serão descritas.

Colloquium diei: “Vórtices vetoriais e as desigualdades quânticas na ótica clássica”

Neste seminário, discutiremos analogias do emaranhamento na ótica clássica e o significado físico das desigualdades quânticas, como a desigualdade de Bell, neste contexto. Primeiramente descreveremos os modos de propagação da luz em regime paraxial e a existência de estruturas não separáveis.

Daremos um significado físico preciso a esta forma de não-separabilidade em termos de vórtices vetoriais e discutiremos o papel das desigualdades quânticas como testemunhas. Em seguida trataremos da quantização dos modos associados aos vórtices vetoriais e a relação entre emaranhamento quântico e não-separabilidade estrutural dos modos.