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A figura ilustrativa foi extraída do artigo publicado recentemente, por pesquisador do IFSC, no periódico “ACS Nano” (CONFIRA AQUI)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Pesquisadores brasileiros e britânicos demonstram que processos quânticos não-Markovianos podem ser usados como valiosos recursos energéticos com potencial impacto em futuras tecnologias sustentáveis.
Um estudo inovador liderado pelo pesquisador do IFSC/USP, Guilherme Zambon, em colaboração com o Prof. Gerardo Adesso, da Universidade de Nottingham (Reino Unido) e publicado na prestigiada revista científica Physical Review Letters, revela que os chamados processos quânticos não-Markovianos — aqueles que “lembram” interações anteriores — são capazes de fornecer mais energia útil do que se pensava.
O que são processos não-Markovianos?
Na mecânica quântica, muitos modelos consideram sistemas que evoluem de forma “esquecida”, ou seja, sem guardar memória das interações passadas — um comportamento chamado de Markoviano. No entanto, o certo é que sistemas quânticos abertos frequentemente exibem efeitos de memória, nos quais informações podem retornar do ambiente para o sistema. Esse “fluxo reverso” de informação caracteriza os processos não-Markovianos, e agora sabe-se que eles não apenas influenciam a dinâmica do sistema, mas também podem ser explorados para gerar mais energia útil.
Prof. Gerardo Adesso (Créditos – University of Nottingham -UK)
O trabalho dos pesquisadores identificou três formas pelas quais a memória quântica amplia a eficiência na extração de energia:
1-Investimento de trabalho: em vez de extrair energia imediatamente, o sistema pode “investir” energia em um momento inicial para obter um retorno maior em etapas seguintes;
2-Correlação entre tempos diferentes: processos com memória permitem que as saídas em diferentes instantes estejam correlacionadas. Isso significa que se o sistema for analisado como um todo ao longo do tempo, ele pode revelar uma estrutura energética mais rica;
3-Correlação sistema-ambiente: mesmo que o sistema isoladamente pareça desinteressante, as correlações escondidas com o ambiente, preservadas graças à memória, permitem uma extração energética mais eficaz quando exploradas corretamente;
Os autores propõem uma hierarquia de quatro estratégias para extrair trabalho de processos quânticos: sequencial, conjunta, global e, a mais geral possível, descrita pelos chamados “pentes quânticos” (quantum combs), em que as operações realizadas sobre o sistema de interesse podem carregar qualquer tipo de correlação. Em processos Markovianos, todas essas estratégias se equivalem, enquanto que em sistemas com memória, cada novo nível da hierarquia permite extrair mais energia — com vantagens diretamente relacionadas ao grau de não-Markovianidade.
Guilherme Zambon – Pesquisador do IFSC/USP
A pesquisa representa um marco ao quantificar, de forma precisa, o quanto a memória de um processo quântico pode contribuir para a eficiência energética. Neste artigo científico, Guilherme Zambon sublinha que o grupo estabeleceu uma ponte clara entre dinâmicas quânticas e tarefas termodinâmicas, algo que pode ajudar no desenvolvimento de tecnologias quânticas mais sustentáveis e eficientes. Os autores da pesquisa também sugerem que estas descobertas podem ser usadas para criar “testes termodinâmicos” que detectam memória quântica — uma ferramenta potencialmente valiosa na caracterização de dispositivos quânticos experimentais.
Próximos passos
Embora o estudo tenha se concentrado no regime assintótico — aquele em que o número de cópias dos recursos tende ao infinito — os pesquisadores planejam explorar situações mais realistas, com recursos limitados, o que pode aproximar a teoria de aplicações experimentais.
Com este trabalho, a memória deixou de ser vista apenas como um obstáculo ou curiosidade na física quântica e passou a ser reconhecida como uma aliada na busca por maior eficiência termodinâmica. Em um mundo que caminha rumo a tecnologias energeticamente conscientes, entender e utilizar essas sutilezas quânticas pode fazer toda a diferença.
Para conferir este artigo científico publicado na revista Physical Review Letters, clique AQUI.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
(Foto arquivo pessoal)
Pesquisadores desenvolvem aparelho que analisa a cor dos grãos e ajuda a diferenciar espécies de café com precisão e rapidez
Uma nova tecnologia desenvolvida por pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), em parceria com a startup OptikAI e com apoio da FAPESP e EMBRAPII, promete trazer mais precisão e agilidade para quem trabalha com a avaliação da qualidade dos grãos.
De fato, o grupo de pesquisa criou um dispositivo eletrônico que usa luz e sensores para analisar a cor dos grãos de café, ajudando a distinguir entre espécies como o arábica e o robusta (ou conilon). A análise de cor é uma das formas mais importantes de avaliar a qualidade do café verde (ainda não torrado), já que pequenas variações podem indicar diferenças na maturação, no armazenamento ou na espécie da planta.
Atualmente, a forma mais comum de avaliar o café ainda é pela análise sensorial, em que especialistas avaliam aroma, sabor, textura e cor a partir da degustação da bebida. Embora seja importante, esse processo é subjetivo e depende da experiência de quem analisa. O novo aparelho, por outro lado, oferece uma avaliação objetiva, padronizada e confiável, baseada em dados precisos de cor.
Como funciona o novo dispositivo?
O sistema desenvolvido usa sensores de cor (RGB) e um conjunto de lâmpadas LED brancas que iluminam o grão com intensidade controlada. Essa luz, que reflete nos grãos, é captada pelos sensores, que registram com exatidão os tons da amostra.
O controle da luz é feito por meio de um circuito eletrônico inteligente, que garante que cada medição seja feita sob as mesmas condições. Isso evita variações que poderiam comprometer os resultados. O sistema ainda conta com um pequeno motor que gira a amostra, permitindo que ela seja analisada de vários ângulos.
Dr. Bruno Pereira de Oliveira
Todos os dados são processados por um microcontrolador e, em seguida, analisados por um programa de computador, que transforma os valores de cor em informações que ajudam a identificar o tipo de café.
Os testes mostraram que o dispositivo tem alta precisão. Mesmo quando amostras diferentes eram analisadas por sensores em posições distintas dentro do equipamento, os resultados se mantiveram consistentes e isso é essencial para que o aparelho seja usado em ambientes industriais ou em cooperativas agrícolas, por exemplo.
Além disso, os cientistas conseguiram mostrar que o sistema diferencia claramente os grãos das espécies arábica e robusta, com base nas cores registradas. Essa distinção é importante porque os dois tipos têm características e valores de mercado diferentes.
Aplicações práticas para o agronegócio
Com essa nova tecnologia, produtores, torrefadores e exportadores de café poderão ter um instrumento de análise rápida e confiável, ajudando na classificação dos lotes e no controle de qualidade, podendo também ser útil em programas de certificação e rastreabilidade, agregando valor ao produto final, conforme explica o pesquisador do IFSC/USP e um dos autores da pesquisa, Dr. Bruno Pereira de Oliveira. “O desenvolvimento de conceitos físicos para o entendimento sensorial é um ramo crescente e fortemente inovador, e de fato se faz necessário o entendimento de conceitos base, como a parceria desenvolvida com a Embrapii e a possibilidade de interação conosco”.
Como é um sistema baseado em componentes simples, como LEDs e microcontroladores, seu custo tende a ser muito mais acessível do que os grandes equipamentos laboratoriais usados atualmente. A ideia é que, no futuro, o aparelho possa ser utilizado até mesmo no campo, ajudando o agricultor a tomar decisões com mais segurança.
Este estudo reforça o papel da ciência nacional no desenvolvimento de soluções inovadoras e práticas para o agronegócio — setor que é um dos motores da economia brasileira, demonstrando como a interação entre pesquisa, tecnologia e tradição pode tornar o café brasileiro ainda mais valorizado no mundo todo.
Confira AQUI o artigo científico publicado sobre este tema.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Bagnato e equipe fazendo demonstrações diversas e explicando os fenômenos quânticos
As ciências quânticas deixaram de ser um tema apenas de domínio científico e invadem de forma rápida o público em geral.
Sendo a parte das ciências físicas mais bem sucedida na explicação do mundo ao nosso redor, a chamada mecânica quântica invade os usuários com telecomunicações eficientes e seguras, diversos tipos de sensores, computadores, e toda uma nova forma de realizar aplicações.
O assunto é tão relevante, que o ano de 2025 está completamente dedicado a comemorar os 100 anos do nascimento desta ciências, com eventos sendo realizados um pouco por todo o mundo.
Contudo, convêm aqui destacar o evento que ocorreu no início deste mês de junho, no Instituto de Física de Trieste (ICTP), em Itália, com uma ação especial sobre esse tema, promovida pela UNESCO e LINCEI – Accademia Nazionale dei Lincei – que é a academia de ciências mais antiga do mundo, fundada em 1603, em Roma.
Com a presença de seis distinguidos com o Prêmio Nobel de Física, o evento contou com uma palestra do docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Vanderlei Bagnato, que dissertou sobre sistemas quânticos fora de equilíbrio, um tema considerado desafiador no mundo quântico. Também participaram do evento outros professores do Brasil, inclusive outro pesquisador do IFSC/USP, na circunstância, o Prof. Daniel Varela Magalhães.
William Phillips (online) e Bagnato (presencial) comandando a aula pública.
Além do evento formal, foi ainda organizada uma aula pública destinada a cientistas e cidadãos comuns da cidade de Trieste, tendo sido convidados, como ministrantes, o Prof. William Daniel Phillips (Prêmio Nobel da Física e Professor Emérito do IFSC/USP), bem como os Profs. Vanderlei Bagnato e Daniel Varela Magalhães.
A aula contou com demonstrações, sendo que o tema principal foi o novo Sistema Internacional de Unidades (SI), que agora tem nos fenômenos quânticos e constantes fundamentais da natureza a nova definição do metro, do kilo, do segundo e demais grandezas.
Por força maior, o Prof. William Phillips participou de forma online neste evento, enquanto, no palco, Vanderlei Bagnato e Daniel Varela fizeram complementos e demonstrações alusivas ao tema, tendo contado com o apoio do aluno do IFSC/USP , Richard Mascarin.
O público presente neste evento, que lotou o magnífico teatro da cidade de Triestre, teve a oportunidade de entender como se define o segundo a partir do átomo (relógios atômicos), com demonstrações ao vivo de como se define o metro através da velocidade da luz, e, finalmente, a definição do kilograma com o uso da constante mais importante da mecânica quântica – constante de Planck – h.
Foi um show inesquecível para o público presente e a aula serviu também para salientar a importante participação dos cientistas brasileiros no processo da nova definição das unidades e grandezas do SI.
Enquanto o Prof. William Phillips reviveu a história e a importância das definições das unidades de tempo, comprimento e massa, que motivaram a necessidade de mudanças profundas, as demonstrações realizadas pelos brasileiros deram à aula o sentido prático exigido pelo tema. Saliente-se que esta não é a primeira vez que os professores do IFSC/USP dividem o palco com premiados pelo Nobel para comporem exposições e demonstrações.
Esta aula pública pode ser encontrada no site do ICTP e em breve será repetida no Brasil, quando, no próximo mês de novembro, o IFSC/USP, através de seus professores Emanuel Henn e Vanderlei Bagnato, irão levar a efeito um evento especial alusivo ao ano da quântica.
Interação com o público composto por cientistas, alguns premiados com o Nobel, alunos, pesquisadores e público em geral
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
A reunião do Conselho Universitário foi realizada no dia 3 de junho – Foto: Adriana Cruz / Divisão de Comunicação Institucional
Aquisição de terrenos permitirá a expansão da capacidade de ensino, de pesquisa e de extensão nos dois campi
O Conselho Universitário aprovou, em sessão realizada no dia 3 de junho, a proposta para a ampliação dos campi de Ribeirão Preto e de São Carlos com a aquisição de dois terrenos que permitirão a expansão da capacidade de ensino, de pesquisa e de extensão da Universidade.
Para o campus de Ribeirão Preto, foi aprovada a aquisição de uma área de 795.736,14 m² que será utilizada para a construção de uma nova Unidade de Emergência do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (HCFMRP), com 400 novos leitos. A área está localizada em uma região do município com viabilidade e acesso a transporte público, além de proximidade a diversas vias de acesso terrestres, incluindo um anel rodoviário e diversas avenidas.
O local abriga, hoje, o Hospital Santa Tereza e o Hospital Estadual de Ribeirão Preto, atualmente sob gestão do Estado, que serão incorporados ao HCFMRP.
O Hospital Santa Tereza será transformado em um Instituto de Psiquiatria e Saúde Mental, com atuação interdisciplinar envolvendo a FMRP, a Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto (EERP) e a Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). O novo instituto também contará com ambulatório especializado em saúde mental voltado aos estudantes da USP, incluindo internações de urgência. O Hospital Estadual de Ribeirão Preto será utilizado como campo de prática acadêmica para alunos da FMRP e da EERP.
O projeto de expansão inclui também a implantação de dois novos núcleos acadêmicos: um escritório jurídico vinculado à Faculdade de Direito de Ribeirão Preto (FDRP), voltado ao atendimento de vítimas de violência, com foco em mulheres e crianças; e um setor de planejamento e gestão hospitalar, vinculado à Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto (FEA-RP), destinado ao apoio à administração dos serviços de saúde.
Após a aquisição da área, estimada no valor de R$ 281 milhões, a Universidade deverá ceder o terreno para a Secretaria Estadual de Saúde, que será responsável pelo custeio e pela gestão da nova Unidade.
Entrada principal da USP, Campus de Ribeirão Preto – Foto: Anderson Bueno Pereira / Wikimedia Commons – Creative Commons – Atribuição-CompartilhaIgual 3.0
No mesmo local, a USP deverá criar cinco equipamentos — quatro relacionados à atenção à saúde ligadas ao Sistema Único da Saúde (SUS) e um à educação e à biodiversidade — em parceria com a Prefeitura de Ribeirão Preto, que deverá arcar com as despesas de custeio. São eles:
*80 consultórios odontológicos e áreas de apoio, ligados à Faculdade de Odontologia de Ribeirão Preto (Forp);
*Clínica de Enfermagem, ligada à EERP, que permitirá viabilizar a transição do cuidado da internação hospitalar para o domicílio de usuários com complexidade assistencial de enfermagem;
*Quadra poliesportiva coberta, sala multiuso para práticas corporais de atividades físicas, sala de musculação, esteiras ergométricas e sala de dança para a promoção de saúde por meio da atividade física, ligadas à Escola de Educação Física e Esportes de Ribeirão Preto (EEFERP);
*Farmácia Universitária Modelo e um Laboratório de Análises Clínicas, ligados à Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP);
*Museu da Biodiversidade da FFCLRP, com proposta de construção de um prédio com área de 5 mil m², que terá forte interação com as redes de ensino municipal e estadual de Ribeirão Preto e região.
Campus de São Carlos – USP – Foto: Cecília Bastos / USP Imagens
*No campus de São Carlos, a ampliação está relacionada à compra de um terreno de cerca de 5 mil m², anexo à área 1 do campus. O terreno foi doado pela Prefeitura Municipal de São Carlos ao Centro Acadêmico Armando Sales de Oliveira (CAASO), por meio de uma lei municipal de 1968, e, posteriormente, foi vendido para uma empresa.
*A compra, avaliada em quase R$ 14 milhões, permitirá a reorganização da área 1 do campus e a criação de um Complexo de Inclusão e Pertencimento, que permitirá a ampliação no atendimento às demandas por atendimento de saúde física e mental e de assistência social, a integração das áreas esportivas, de lazer e de convivência, o compartilhamento de recursos humanos e de infraestrutura para oferecimento desses serviços e, futuramente, a instalação de um complexo voltado à cultura e à extensão.
*“Essa expansão trará benefícios significativos para as unidades localizadas nesses campi. Foram propostas amplamente discutidas com todos os diretores do campus de Ribeirão Preto e com o Conselho Gestor do Campus de São Carlos, tendo recebido apoio irrestrito para seu prosseguimento. Os dois projetos levam em consideração, principalmente, a necessidade das unidades em ampliar suas atividades acadêmicas de extensão e de aproximação com a sociedade, reforçando a missão institucional da Universidade”, considera o reitor da USP, Carlos Gilberto Carlotti Junior.
*Segundo o reitor, a proposta, agora, deverá ser analisada e tramitar pelas instâncias internas da Universidade, para a configuração do projeto final, e externas, junto aos órgãos municipais e estaduais. Os recursos para a aquisição das áreas em Ribeirão Preto e em São Carlos serão advindos da alínea Projetos Especiais do orçamento da Universidade.
(Por: Adriana Cruz / Jornal da USP)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Possibilidade de infecções graves em recém-nascidos, gestantes, idosos e pessoas com baixa imunidade (Créditos – “VOX”)
Um estudo recente feito por pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) e Universidade Federal da Paraíba (UFPB), e publicado no passado mês de março na revista científica Pathogens, deu a conhecer uma descoberta preocupante sobre a bactéria Streptococcus agalactiae, conhecida popularmente como estreptococo do grupo B (GBS). Presente naturalmente no organismo de muitas pessoas — principalmente no intestino e no trato genital feminino — essa bactéria pode causar infecções graves em recém-nascidos, gestantes, idosos e pessoas com baixa imunidade.
A pesquisa analisou 101 amostras da bactéria coletadas na cidade de João Pessoa (PB) entre 2018 e 2022, com o principal objetivo de entender melhor como essa bactéria tem se comportado e evoluído na região.
Os cientistas descobriram uma grande variedade genética entre amostras bacterianas, ou seja, existem muitas versões diferentes da mesma bactéria circulando, algumas delas com características que as tornam mais perigosas — como a capacidade de se espalhar mais facilmente pelo corpo, causar doenças graves ou resistir ao efeito de antibióticos.
Entre as amostras analisadas, mais de 80% apresentaram resistência a algum antibiótico, principalmente à tetraciclina. Além disso, quase 9% eram resistentes à eritromicina, e cerca de 7% não respondiam à clindamicina, outro medicamento usado especialmente quando o paciente é alérgico à penicilina.
Prof. Vinícius Pietta Perez
Uma das cepas analisadas (MA06) chamou atenção por acumular várias formas de resistência, enquanto outras cepas apresentaram semelhanças com bactérias normalmente encontradas em animais. Isso indica que a troca de material genético entre bactérias humanas e animais pode estar acontecendo com mais frequência do que se pensava.
Outra descoberta marcante do estudo foi a identificação de uma linhagem inédita da bactéria, chamada de ST1983. Essas novas variantes apresentam características genéticas que as tornam diferentes das versões mais comuns da bactéria encontradas em humanos. Parte do seu material genético é semelhante ao de bactérias presentes em animais, como vacas e porcos. Isso levanta a possibilidade de que essas novas versões estejam conseguindo circular entre humanos e animais, o que aumenta o risco de transmissão e dificulta o controle da doença. Os autores do estudo destacam que, se essas linhagens continuarem a se adaptar, elas podem se tornar ainda mais resistentes a tratamentos e mais capazes de provocar surtos.
Vacinas em teste podem proteger contra as variantes mais comuns
A boa notícia é que, apesar da grande variedade de tipos da bactéria encontrados, a maioria deles estaria coberta pelas vacinas que estão atualmente em fase de desenvolvimento. Essas vacinas são projetadas para proteger contra as cepas mais frequentes, especialmente os que mais causam doenças em recém-nascidos e gestantes. No entanto, duas amostras estudadas não se enquadraram em nenhuma das categorias conhecidas, o que reforça a necessidade de manter a vigilância sobre o comportamento da bactéria — especialmente em um país com grande biodiversidade, como o Brasil, onde a interação entre humanos e animais é intensa, tanto em áreas rurais quanto urbanas.
Para os cientistas, a descoberta exige atenção das autoridades de saúde. A presença de bactérias resistentes a medicamentos e com origem possivelmente em animais representa um desafio adicional para hospitais e maternidades. Hoje, já estão estabelecidos protocolos de prevenção fundamentados na aplicação de antibióticos durante o parto para evitar que o bebê seja infectado. Mas, com o aumento da resistência, essa estratégia pode deixar de ser eficaz no futuro. Além disso, o estudo reforça a importância de se investir em vacinas contra a bactéria e em pesquisas que monitorem seu comportamento em diferentes regiões do país. A prevenção é fundamental, especialmente porque as infecções por Streptococcus agalactiae podem causar complicações sérias nos recém-nascidos, como pneumonia, meningite e sepse (infecção generalizada).
Profª Ilana Lopes Baratella da Cunha Camargo
O Prof. Vinícius Pietta Perez, da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), destaca: “Embora desde a década de 1990 existam recomendações internacionais para a triagem da colonização materna e o uso de antibióticos preventivos durante o parto, essas diretrizes ainda não foram incorporadas ao pré-natal de baixo risco no Brasil. Isso significa que muitas gestantes não têm acesso garantido à prevenção da infecção neonatal pelo estreptococo do grupo B. Nesse contexto, nosso estudo contribui para identificar as estratégias mais eficazes de prevenção e pode apoiar, futuramente, a implementação de vacinas direcionadas aos sorotipos capsulares mais prevalentes no país.”
A pesquisa feita na Paraíba revela um cenário que pode estar se repetindo em outras partes do Brasil e do mundo. A bactéria Streptococcus agalactiae, até então considerada relativamente controlada, está mostrando sinais de evolução e adaptação que exigem novas formas de prevenção, diagnóstico e tratamento. Para a docente e pesquisadora do IFSC/USP, Profª Ilana Lopes Baratella da Cunha Camargo, pesquisadora principal que assina o artigo científico “O avanço da ciência, com apoio à vacinação e à vigilância genômica, será essencial para garantir a saúde de gestantes, bebês e outros grupos vulneráveis nos próximos anos. Atualmente, nós devemos pensar sempre dentro do contexto de “Uma só saúde”, levando em consideração a interação de humanos, outros animais e o meio ambiente. Streptococcus agalactiae é uma das bactérias que pode transitar entre humanos e outros animais, como caprinos e bovinos. Além disso, há uma preocupação muito grande quanto às alternativas de tratamento para infecções causadas por essa bactéria quando ela apresenta resistência à penicilina. Por isso, desde 2024, estreptococo do grupo B está na lista de patógenos prioritários emitida pela Organização Mundial de Saúde para a busca de novos fármacos ou alternativas de tratamento. Estudos de vigilância e genômica como esse são essenciais para o monitoramento de bactérias como essa”.
Para acessar o artigo científico relativo a este estudo, clique AQUI.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
No próximo dia 25 de junho, a partir das 14h00, o Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) abrirá as portas dos seus Laboratórios de Física Moderna a toda a população, com o intuito de dar a conhecer a Física Quântica de forma acessível e envolvente.
O evento, denominado “Casa Aberta IFSC/USP – Física Quântica em Ação” contará com a participação de cientistas e alunos dos cursos de bacharelado do IFSC/USP que apresentarão diversos experimentos e demonstrações interativas, proporcionando aos visitantes experiências únicas com os conceitos fundamentais e aplicações da física moderna, especialmente neste ano de 2025 em que se comemora o “Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica”.
Inscreva-se nesta iniciativa em – https://acesse.one/7NWj0
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Dr. Antonio Eduardo de Aquino Junior
Com o intuito de ampliar seus estudos clínicos, o Grupo de Óptica do IFSC/USP (GO-IFSC/USP) estabeleceu recentemente uma parceria com o Centro Universitário Central Paulista (UNICEP), em São Carlos.
Segundo o pesquisador do IFSC/USP, Dr. Antonio Eduardo de Aquino Junior, graças a essa parceria já se encontra em execução o projeto relacionado com a realização do tratamento experimental de fibrose pulmonar, usando tecnologias desenvolvidas no nosso Instituto, que foi devidamente aprovado pelo comitê de ética.
“Este projeto já foi iniciado junto à UNICEP através da participação da aluna de mestrado do IFSC/USP, Vanessa Garcia, bem como pela aluna de doutorado de nosso Instituto e docente da UNICEP, Profª Luciana Jamami Kawakami”, sublinha o pesquisador, que enfatiza o fato da coordenadora do curso de fisioterapia da UNICEP se ter mostrado bastante entusiasmada não só com esse projeto, como também com outros que foram já apresentados pelo Grupo de Óptica do IFSC/USP, dentre eles o projeto de tratamento para DPOC (Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica), que se encontra prestes a iniciar.
Em reunião com a direção da UNICEP para apresentar os projetos, Antonio Aquino destacou o fato de que muitos dos artigos científicos publicados nos últimos anos pelo IFSC/USP tiveram a participação, como primeiros autores, de ex-alunos de graduação da UNICEP, o que poderá ser um incentivo para que outros cursos daquela Universidade fiquem abrangidos por esta parceria.
Toda a equipe é coordenada pelo docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Vanderlei Bagnato, o qual acompanha constantemente os avanços tecnológicos e metodológicos em relação aos trabalhos clínicos.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Figura 1 – As forças eletromagnética e fraca se unificam em energias de 10**2 Gev; a forte deve se unificar a elas perto de 10**15 Gev (estamos bem longe desse patamar, o recorde de energia atual é de 6,8 10**3 Gev que foi obtido em 2022 no Large Hadron Collider, do CERN); a gravitacional deve se unir às outras 3 perto da energia de Planck, 10**19 Gev. A energia de 1 Gev corresponde a energia cinética de um mosquito com massa de 2,5 miligramas voando com velocidade de 1 m/s.
Por: Prof. Roberto N. Onody *
O objetivo de um epítome é resumir um assunto, em geral complexo, destacando os seus pontos mais importantes e relevantes. Um epítome fornece uma visão geral de um tema, uma compreensão básica, sem se aprofundar nos detalhes. É com esse propósito que eu abordo aqui dois temas fundamentais da Física Moderna: a Teoria Quântica de Campos e a Teoria da Relatividade Geral. Juntas, as duas modificaram antigos conceitos e revolucionaram a compreensão que temos hoje do mundo em que vivemos. Ambas tocam tão profundamente na imaginação e na curiosidade do ser humano que fazem despertar o interesse e o amor pela ciência. Um proselitismo saudável nestes tempos de negacionismo.
As forças conhecidas da natureza são apenas quatro: a eletromagnética, a fraca, a forte e a gravitacional (Figura 1). As três primeiras forças são descritas por teorias de campos quânticos, mas não a força gravitacional. A interação gravitacional é descrita pela Relatividade Geral, que é uma teoria de campos clássicos.
Uma teoria quântica de campos envolve vários conceitos como a invariância de Lorentz (de acordo com a relatividade especial, as leis da Física são equivalentes para todos os observadores que se movem em referenciais inerciais), renormalização (para manipular os infinitos que surgem ao fazer expansões em séries), simetrias de gauge (transformações matemáticas sobre os campos que deixam invariante a Lagrangeana do sistema, preservando assim sua dinâmica). Além de explicar a dualidade onda-partícula, uma teoria quântica de campos permite a existência de criação e de aniquilação de partículas, algo impossível e inimaginável do ponto de vista da Física Clássica.
1-A Força Eletromagnética – O eletromagnetismo clássico se consolidou graças a dois desenvolvimentos fundamentais: as equações de Maxwell, que mostram como o movimento de cargas elétricas gera campos elétricos e magnéticos e como a luz se propaga com velocidade constante no vácuo e a força de Lorentz, que descreve como partículas carregadas se movimentam sob a ação de campos elétricos e magnéticos.
Antes de abordarmos a quantização do campo eletromagnético propriamente dito, precisamos primeiro falar sobre a quantização das partículas elementares (feita em 1926) através da equação de Schrödinger. Foi quando nasceu a Mecânica Quântica.
A equação de Schrödinger transforma grandezas físicas (como os vetores posição e momento linear, a energia, etc… ) de partículas clássicas (não relativísticas) em operadores quânticos. A equação de Dirac estendeu essa quantização para partículas relativísticas (isto é, partículas que se movimentam com velocidades próximas à da luz), incorporou de maneira natural o conceito de spin e, além disso, previu a existência da antimatéria.
De maneira inédita, o estado de uma partícula passa a ser descrito por uma função de onda! O determinismo presente em todas as teorias clássicas anteriores é substituído por incertezas e conceitos probabilísticos. Assim nasceu a chamada primeira quantização – as partículas podem se comportar como ondas!
Duas consequências muito importantes dessa quantização são: a energia de um sistema não é mais contínua, mas, discretizada (como, por exemplo, no átomo de hidrogênio) e o Princípio de Incerteza de Heisenberg, que demonstra ser impossível medir simultaneamente duas grandezas físicas (cujos respectivos operadores não comutam) com precisão arbitrária!
Em 1927, Paul Dirac quantizou o campo eletromagnético. Para isso, ele provou que o campo eletromagnético pode ser visto ou reescrito como um conjunto de osciladores harmônicos. Como estes já haviam sido quantizados (na primeira quantização), estava pronta a quantização do campo eletromagnético. Assim nasceu a chamada segunda quantização – as ondas podem se comportar como partículas!
Figura 2 – Se a colisão de elétron-pósitron for de baixa energia ( ~ 1,022 Mev) é mais comum (provável) a produção de 2 fótons de radiação gama com frequência de 1,23 10**20 Hz, ou seja, um milhão de vezes a frequência da luz visível. Já, numa colisão com energia da ordem de 211,32 Mev, há produção de 1 múon e 1 anti-múon. Se a colisão elétron-pósitron tiver energia da ordem de 125,09 Gev será produzido o importantíssimo Bóson de Higgs!
O campo eletromagnético clássico passa, então, a ser entendido como um operador quântico que, atuando sobre o vácuo, pode criar ou destruir fótons (a partícula do campo eletromagnético quantizado). O vácuo quântico não é vazio!
Suponha um elétron colidindo com um pósitron (a antipartícula do elétron) no vácuo. Eles têm a mesma massa e cargas elétricas opostas. Dependendo das condições iniciais da colisão, eles podem se espalhar ou se aniquilar. É uma crença muito popular de que ao se juntar a matéria com a antimatéria elas, inexoravelmente, se aniquilarão mutuamente. Não é bem assim. Dependendo da forma da colisão, elas podem se aniquilar ou apenas se espalhar.
Analisemos o caso mais simples de aniquilação – uma colisão frontal de um par elétron-pósitron (Figura 2). Para analisar este processo, é melhor utilizar o referencial do centro de massa. Nele, o elétron e o pósitron têm vetores velocidades com mesmo módulo e direção, mas, sentidos opostos. Como o processo tem vetor momento linear total inicial nulo (valor este que se conserva após a colisão), a produção de um único fóton é proibida! Dois ou mais fótons, com vetor momento linear total nulo, poderão ser criados. Dependendo da energia da colisão, a aniquilação do par elétron-pósitron pode produzir diferentes partículas!
Processos como este, envolvendo partículas carregadas e fótons, compõem a teoria de campos denominada eletrodinâmica quântica. Entretanto, para que a eletrodinâmica quântica tivesse sucesso foram necessários ainda vários aperfeiçoamentos. Cálculos realizados envolvendo expansão em séries esbarravam em termos de segunda ordem que divergiam! Criou-se então, um procedimento padrão para eliminar esses infinitos – a renormalização de massa e de carga. Aqui é um bom momento para abordar os efeitos das flutuações quânticas que, através das partículas virtuais, levam à polarização do vácuo.
Na eletrodinâmica quântica, fótons do campo eletromagnético de um elétron criam pares de elétrons e pósitrons virtuais. Esse pares se alinham ao campo elétrico gerado pelo elétron real como dipolos elétricos, ou seja, o vácuo se comporta como um meio dielétrico. Em distâncias maiores (menores) ou seja em baixas (altas) energias, a carga do elétron aparecerá menor (maior) devido à blindagem feita pela nuvem de pares virtuais. Para levar esses fatos em consideração, deve-se proceder à renormalização da carga elétrica.
Outro aspecto importante que uma teoria quântica de campos deve contemplar é que ela deve ser uma teoria de gauge. Isso significa que a Lagrangeana (de onde sai toda a dinâmica do sistema) deve ser invariante por transformações de gauge. Gauge se refere que ao fato de que a Lagrangeana tem graus de liberdade redundantes que podemos fixar ao escolher uma gauge.
As transformações entre diferentes gauge formam um grupo de Lie e cada gerador desse grupo é um campo de gauge (em geral, um campo vetorial) que, após a quantização, gera um bóson. No caso da eletrodinâmica quântica, esse bóson é o fóton e o grupo de simetria é o grupo unitário U(1).
Na Física não existe teoria com maior sucesso do que a eletrodinâmica quântica. O elétron, como toda partícula carregada e com spin, tem momento de dipolo magnético com um certo valor. As flutuações quânticas alteram esse valor. Na eletrodinâmica quântica podemos calcular essas flutuações através dos diagramas de Feynman. O resultado é espetacular: a diferença entre o valor teórico e o experimental do momento de dipolo magnético do elétron é de apenas de uma parte em um trilhão!
2-A Força Fraca – É uma força que atua entre partículas elementares denominadas léptons: elétron, múon, tau (todos com carga elétrica -1), neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau (todos com carga elétrica zero) e quarks: que existem em 6 tipos ou ‘sabores´ up, down, charm, strange, top e bottom, em 3 ´cores´: vermelho, verde e azul e com cargas elétricas fracionárias: +2/3 e -1/3. Léptons e quarks (e suas respectivas antipartículas) têm massa não nula e spin igual a ½ .
Todas as partículas mencionadas acima são férmions (isto é, partículas com spin semi-inteiro) e, obedecem, portanto, ao Princípio de Exclusão de Pauli – num mesmo sistema, dois férmions idênticos não podem estar no mesmo estado quântico. É esse princípio que impede o colapso gravitacional de estrelas de nêutrons e de anãs brancas!
A força fraca pode alterar os ´sabores´ dos quarks e é carregada ou mediada pelos bósons (isto é, partículas com spin inteiro) Z0, W + e W – que têm spin igual a 1 e massas enormes (adquiridas pelo mecanismo de Higgs). Esses bósons têm vida média curtíssima – da ordem de 3.10– 25 segundos !
Figura 3 – Em 99,9% dos eventos, o nêutron decai produzindo um próton, um elétron e um antineutrino. Existem, porém, outros ´canais´ para o decaimento do nêutron. Em 0.001% dos eventos, além do elétron, do próton e do antineutrino, o processo também produz um fóton (raio gama) e em 0,00000025% dos eventos, o próton e o elétron que foram produzidos se ligam formando um átomo de hidrogênio neutro
A alteração de ´sabores´ dos quarks é o mecanismo responsável pelo decaimento do nêutron. O nêutron (próton) é composto por 1 (2) quark up e 2 (1) quarks down. Como o quark down é mais pesado do que o quark up o nêutron é mais pesado do que o próton. Por esse motivo, argumentos de conservação de momento e energia permitem o decaimento de um nêutron livre, mas, não o de um próton livre. O próton livre é uma partícula estável? Tudo indica que sim, experimentos recentes estimam o tempo de vida do próton como sendo maior do que 1,67 1034 anos!
Um nêutron livre tem tempo de vida entre 14,63 e 14,79 minutos (não se sabe o valor exato). Em 99,9% dos casos, o nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino (Figura 3). A força fraca altera um quark down do nêutron para um quark up, transformando-o num próton e criando um elétron e um antineutrino do elétron. Este processo descrito também ocorre em núcleos de átomos radioativos, o que acarreta em um aumento do seu respectivo número atômico Z.
A interação fraca admite violação da simetria CP (conjugação de carga e paridade) e é, portanto, a candidata natural para explicar por que o nosso universo é feito de matéria e não de antimatéria.
Curiosamente, ao contrário do que acontece com as forças forte, eletromagnética e gravitacional, não se conhece estados ligados e estáveis que sejam mantidos pela força fraca. Todos os mésons (partículas formadas por 1 quark e 1 antiquark) são instáveis e decaem rapidamente devido à interação fraca.
A primeira tentativa teórica de descrever a interação fraca foi feita por Enrico Fermi em 1933. No final da década de 1950 e ao longo da década de 1960, S. Glashow, A. Salam e S. Weinberg (que receberam o prêmio Nobel de Física de 1979) desenvolveram a teoria de campos eletrofraca que unificou as forças fraca e eletromagnética.
Logo após o Big Bang, as duas forças são uma só, com simetria de gauge SU(2) x U(1) e 4 bósons de gauge sem massa. Cerca de 10-12 segundos depois do Big-Bang, a temperatura do universo fica abaixo de 1015 Kelvin e há uma quebra espontânea de simetria. Com ela, os 3 bósons de gauge: Z0, W +,W – da força fraca (que interagem com o campo de Higgs) adquirem massa enquanto o bóson de gauge (fóton) da força eletromagnética (que não interage com o campo de Higgs) permanecerá sem massa.
O maior sucesso da teoria de campos eletrofraca foi a predição da existência dos 3 bósons massivos, comprovada experimentalmente em 1983, e do bóson de Higgs, encontrado em 2012 pelo LHC.
3-A Força Forte – É uma força que atua somente entre os quarks e tem dois níveis de intensidade: a superforte, que garante o confinamento dos quarks no interior dos bárions (férmions compostos por 3 quarks, como os prótons e nêutrons) e a forte (ou nuclear), que é um efeito residual da superforte, que serve para manter prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico (apesar da força elétrica repulsiva entre os prótons).
A força superforte é carregada ou mediada por oito glúons – partículas bosônicas com spin igual a 1, sem massa e nem carga elétrica. Cada glúon é formado com uma ´cor´ e uma ´anti-cor´ dos quarks. Como são 3 cores, deveríamos ter 9 tipos de glúons, mas, devido a uma restrição da teoria de grupos SU(3), apenas 8 glúons são independentes.
A força nuclear é carregada ou mediada por mésons π (bósons compostos por 1 quark e 1 anti-quark). No núcleo atômico, pela ação dos glúons, as ´cores´ dos quarks de um próton (nêutron) são alteradas, com a liberação de um méson π virtual que é absorvido pelo nêutron (próton). Veja animação.
A teoria quântica de campos da interação forte é denominada Cromodinâmica Quântica. Cada um dos seis tipos (´sabores´) de quarks pode ter uma das 3 cores: azul, vermelho e verde. As cores correspondem às cargas da interação forte e, matematicamente, correspondem aos autoestados e seus respectivos autovalores das duas matrizes de Gell-Mann diagonais (3×3, associadas à simetria SU(3)). Os antiquarks têm 3 anticores: antiazul, antivermelho e antiverde. Todas as partículas compostas por quarks têm cor neutra ou branca.
Figura 4 – (a) A energia potencial efetiva V(r) e a força F(r) entre quarks e antiquarks. A grandes distâncias, a força se aproxima de um valor constante que corresponde ao peso de cerca de 200 pessoas! (b) Hadronização – 1 méson π menos (quark down + antiquark up) gera 1 méson K neutro (quark down + antiquark strange) e 1 méson K menos (quark strange + antiquark up). (c) Variação do acoplamento A em função da energia. Quando a energia é de cerca de 1 Gev, A ~ 1,00; em 100 Gev, A ~ 0,12.
Na cromodinâmica quântica chamamos de hádrons os bárions compostos por 3 quarks (como o próton, o nêutron e muitos mais) e os mésons que são compostos por 1 quark e 1 antiquark (como os mésons π, K e muitos mais). A união desses quarks é mantida pelos glúons que, por terem carga de cor (ou anti-cor) interagem entre si. Sem carga elétrica, os glúons não têm antipartículas (anti-glúons).
Em anos recentes, aceleradores potentes produziram partículas exóticas como os tetraquarks, que são mésons com 2 quarks e 2 antiquarks e os pentaquarks, que são bárions com 4 quarks e 1 antiquark.
Para compreendermos os hádrons, precisamos saber um pouco mais sobre a energia de interação entre seus quarks. A energia potencial de Cornell (Figura 4 a) descreve, tipicamente, a interação entre quarks e quarks/antiquarks. Note que a força é sempre atrativa (negativa para qualquer r). A energia potencial tem comportamento Coulombiano a pequenas distâncias, mas, ela cresce linearmente (e indefinidamente) com a distância. Esse crescimento significa que não podemos separar os quarks – eles estão confinados!
Como os quarks têm cor, se combinam para formar hádrons sem cor e não podem ser separados, nunca foi encontrada (em laboratório) uma partícula colorida. O confinamento de cor não tem prova analítica, mas, tem sua comprovação em cromodinâmica quântica na rede (em que o espaço-tempo é discretizado).
O que acontece em colisões de hádrons de alta energia? No Large Hadron Collider (no CERN) prótons colidem com prótons a incríveis 13.600 Gev! Para onde vai tanta energia se não é possível separar os quarks? Aí acontece um processo chamado de hadronização – onde novos hádrons são criados e, muitas vezes, na forma de jatos. Na Figura 4 b exemplificamos uma hadronização de um méson com a criação de dois novos mésons. A hadronização também ocorre em bárions, mas, devido a necessidade de conservar o número bariônico, é obrigatória a formação de um par de bárion/antibárion.
Como acontece na eletrodinâmica quântica, a carga de cor dos quarks é blindada por uma nuvem de quarks, antiquarks e glúons virtuais. Dessa forma, o valor do acoplamento A diminui (aumenta) com o aumento (diminuição) da energia (Figura 4 c). Em altas energias (que correspondem a escalas de comprimentos pequenos) a força de interação predominante entre os quarks é do tipo Coulombiana com intensidade controlada pelo acoplamento A. Como o valor de A fica cada vez menor com o aumento da energia, os quarks se comportam como se eles estivessem livres – é a chamada liberdade assintótica.
As teorias de campos que acabamos de apresentar descrevem 3 das 4 forças da natureza. Elas contêm a essência do chamado Modelo Padrão da Física das partículas elementares. O Modelo Padrão tem 19 parâmetros (massas, constantes de acoplamento etc.) que precisam ser determinados experimentalmente. É a melhor estrutura teórica que temos atualmente, mas, é incompleta já que não inclui a gravitação e tampouco consegue explicar a existência da matéria escura.
4-A Força Gravitacional – Inspirado pelas Leis de Kepler para o movimento dos planetas no sistema solar, Isaac Newton publicou (em sua monumental obra Principia, de 1687) a Lei da Gravitação Universal. Ela não é completamente exata, mas, para campos gravitacionais mais fracos, é uma excelente aproximação. Ela previu, por exemplo, a existência do planeta Netuno muito antes de sua visualização por telescópio.
Todos os planetas do sistema solar têm precessão do periélio, isto é, uma rotação do seu ponto de maior aproximação ao Sol. Esse efeito tem várias causas, mas, a principal delas é a perturbação gravitacional que os próprios planetas provocam uns nos outros. O planeta Mercúrio, por estar mais próximo do Sol, tem o maior valor de precessão. No final do século XIX, cálculos realizados utilizando a Gravitação de Newton encontravam para a precessão de Mercúrio o valor de 532 segundos de arco/por século. Entretanto, medidas astronômicas muito precisas indicavam o valor de 574 segundos de arco/ por século. Algo estava errado.
Figura 5 – A equação de Einstein, como proposta originalmente em 1915, suscitava um universo não estático, que culminaria em um colapso gravitacional; em 1917, Einstein acrescentou a constante cosmológica, com caráter repulsivo, para obter um universo em equilíbrio estático; em 1998, medidas astronômicas revelaram que o universo está acelerando. A constante cosmológica passou então, a ser reescrita do lado direito, junto com o tensor de momento-energia, e interpretada como sendo a densidade de energia escura. A equação de Friedmann foi proposta em 1922 pelo físico russo Friedmann. Ela é fundamental para todos os modelos que procuram descrever a evolução do universo. Observe que a aceleração ou desaceleração do universo depende do sinal do parênteses que contém a densidade e a pressão somadas de todas as 4 componentes do universo.
A solução veio quando Albert Einstein publicou o seu trabalho mais espetacular e criativo – a Teoria da Relatividade Geral. A equação de Einstein (Figura 5) tem, no seu primeiro membro só geometria e no segundo membro somente matéria e energia. John Wheeler sumarizou esse fato de maneira bem pitoresca: “O espaço-tempo diz à matéria como se movimentar e a matéria diz ao espaço-tempo como se curvar”.
Na equação de Einstein de 1915 estão presentes – o tensor métrico, o tensor de curvatura de Ricci e a curvatura escalar (que envolvem derivadas de primeira e de segunda ordem do tensor métrico), o tensor de momento-energia (contendo matéria e energia), a constante da Gravitação de Newton e a velocidade da luz.
Como a gravitação é uma força exclusivamente atrativa, com o passar do tempo a equação de Einstein levaria ao colapso do universo. Para recuperar um universo estático, Einstein incluiu, em 1917, uma força repulsiva através da constante cosmológica. Em 1929, Edwin Hubble mediu o ´redshift´ cosmológico. Ele observou que a luz proveniente de estrelas ou galáxias distantes tendiam para o vermelho, indicando que elas estavam se afastando umas das outras (em todas as direções). O universo estava (está) em expansão! Na verdade, o universo está em expansão acelerada (veja no final desse artigo).
A equação de Einstein corresponde a 16 equações diferenciais acopladas e não lineares (ou seja, não vale o princípio de superposição). Como todos os tensores são simétricos, o número de equações independentes, de fato, se reduz a 10.
Hoje são conhecidas algumas dezenas de soluções exatas da equação de Einstein, sendo 3 delas muito importantes pois envolvem as métricas de Schwarzschild (corpo esférico sem rotação), Kerr (corpo esférico em rotação) e Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (em cosmologia, para um universo homogêneo e isotrópico).
Ao contrário do que acontece na teoria de gravitação de Newton, na Teoria da Relatividade Geral o problema de 2 corpos não é exatamente solúvel!
Desde a sua proposição em 1915 a Teoria da Relatividade Geral tem sido um sucesso fabuloso, fazendo previsões incríveis que modificaram completamente a nossa compreensão do universo. Vejamos alguns exemplos.
*Precessão do periélio de Mercúrio. O cálculo teórico da precessão feito com a Relatividade Geral coincide com os dados astronômicos.
*Deflexão da luz. Ao passar nas proximidades de corpos massivos, um raio de luz é defletido, não segue em linha reta. Esse efeito foi observado pela primeira vez no eclipse solar de 1919 na cidade de Sobral, Ceará.
Figura 6 – Lentes gravitacionais podem ampliar imagens de astros muito distantes por fatores que vão de dezenas a centenas de vezes. (a) uma Cruz de Einstein de uma supernova distante 9,3 bilhões de anos-luz da Terra. Ela foi formada e distorcida por uma galáxia situada há 5 bilhões de anos-luz (a luz clara, no centro). (b) um Anel de Einstein (em azul) de uma galáxia situada há 10,8 bilhões de anos-luz, distorcida por uma galáxia (em laranja, no centro) com massa 10 vezes maior do que a da Via-Láctea. Crédito: NASA, ESA
*Lentes Gravitacionais. A deflexão da luz mencionada acima poderia transformar corpos celestes massivos em lentes de aumento, como telescópios naturais? Sim, a partir da década de 1980, o avanço tecnológico permitiu ver imagens magnificadas de objetos celestes muito distantes, como quasares e supernovas. A luz emitida por esses objetos, ao passar por galáxias muito massivas, é desviada e amplificada formando imagens como a Cruz de Einstein ou o Anel de Einstein. O Anel de Einstein só aparece quando o alinhamento entre o quasar, a galáxia defletora e a Terra é quase perfeito (Figura 6). As lentes gravitacionais já foram observadas nos comprimentos de onda de rádio, infravermelho, visível e até raios-x.
*Dilatação temporal gravitacional. Um relógio anda mais devagar na superfície da Terra do que a bordo de um satélite. Os 24 satélites que compõem o GPS (Global Positioning System) levam em conta esse atraso.
*Redshift gravitacional. A luz perde energia ao transicionar de um campo gravitacional intenso para outro mais fraco. Isto significa que ela fica mais vermelha. Em astronomia, esse fato é utilizado para estimar as massas de estrelas anãs brancas.
*Buracos negros. Para o caso de um corpo esférico e sem rotação o físico alemão Karl Schwarzschild encontrou, em 1916, uma solução exata da equação de Einstein. Nessa solução existe uma distância radial crítica (denominada raio de Schwarzschild e que é dependente da massa do corpo) a partir da qual a curvatura do espaço-tempo se torna tão grande que não existe mais uma trajetória pela qual uma partícula possa escapar, nem mesmo a luz! Um corpo celeste com essa massa e esse raio é um buraco negro. Como qualquer evento que aconteça no interior do buraco negro não é acessível ao mundo exterior, o raio de Schwarzschild é também chamado de horizonte de eventos.
Buracos negros que giram só foi resolvido exatamente em 1963 pelo matemático neozelandês Roy Kerr. Um buraco negro em rotação tem, para além do horizonte de eventos, uma nova superfície que delimita uma região chamada ergosfera. Nessa região, uma partícula é acelerada para a velocidade da luz. Suponha que uma partícula penetre tangencialmente na ergosfera, ela não será engolida no horizonte de eventos e, como a ergosfera aumenta sua energia, ela poderá se afastar com mais energia do tinha quando se aproximou do buraco negro. Um buraco negro em rotação pode ser um gerador de energia (processo de Penrose).
Sobre a formação dos buracos negros estelares. Grandes estrelas, com massas 8 vezes (ou mais) a massa do Sol, contrabalançam a pressão gravitacional com a pressão de radiação proveniente da reação de fusão de elementos químicos. Numa primeira fase, núcleos de Hidrogênio se fundem formando Hélio que, por sua vez, se combinam para formar o carbono e assim por diante, até chegar ao Ferro. Aqui o processo cessa, pois a fusão de núcleos de Ferro absorve ao invés de liberar energia. Neste ponto, o núcleo da estrela extremamente massivo colapsa gravitacionalmente, explodindo numa supernova que pode produzir uma estrela de nêutron ou um buraco negro. Se a massa da estrela progenitora estiver entre 8 e 25 massas solares forma-se uma estrela de nêutron e acima desse valor, forma-se um buraco negro.
A explosão da supernova retira muita massa das estrelas progenitoras. Até hoje, a maior estrela de nêutron conhecida tem apenas 2,35 massas solares enquanto o menor buraco negro encontrado possui 3,8 massas solares.
Figura 7 – Buracos negros não são visíveis, mas a matéria que compõe o disco de acreção que circunda o buraco negro está superaquecida e emite luz em várias frequências que vão do rádio ao raios-x. (a) à esquerda: primeira imagem de um buraco negro supermassivo (2017), com 6,5 bilhões de massas solares, e que fica na galáxia M87 (distante 53,5 milhões de anos-luz); à direita: um ano depois, a luz ficou mais intensa e se modificou indicando a enorme turbulência no disco de acreção. No centro: a relação entre o raio de Schwarzschild e a massa do buraco negro. (b) primeira imagem (2022) do buraco negro (Saggitarius A*) supermassivo que habita no centro da nossa Via Láctea (distante 27 mil anos-luz, na constelação de Sagitário), com cerca de 4 milhões de massas solares (Crédito: Event Horizon Telescope)
Em princípio, todos os buracos negros devem decair (evaporar), perdendo massa por radiação Hawking. Quanto menor a massa do buraco negro mais rapidamente ele decai. Até hoje, nunca testemunhamos o decaimento de um buraco negro – o menor deles, com 3,8 massas solares, levaria 1067 anos (o 1 seguido de 67 zeros) para decair, um número que é absurdamente maior do que a idade do universo de 13,8 bilhões de anos!
A descrição dada acima, refere-se à criação de buracos negros estelares. As maiores estrelas conhecidas têm, no máximo, até 200 massas solares. Entretanto, medidas de ondas de rádio (iniciadas na década de 1960) indicavam a existência de objetos celestes muito distantes, com comportamento típico de buracos negros só que com milhões e até bilhões de massas solares! Eram os quasares – galáxias distantes que possuem no seu centro buracos negros supermassivos muito ativos.
Hoje sabemos que, quase todas as galáxias têm em seu núcleo buracos negros supermassivos, incluindo a nossa Via Láctea (Figura 7). O maior deles é o TON 618, um quasar monstruoso que está a 10,4 bilhões de anos-luz da Terra e tem massa 66 bilhões de vezes maior do que a do Sol. Isso significa que ele tem um raio de Schwarzschild igual a 130 vezes a distância Terra-Sol. Como esses buracos negros supermassivos se formaram é ainda uma questão não resolvida.
Por último, gostaria de mencionar os buracos negros primordiais. No nascimento do nosso universo, ocorreu um processo chamado inflação (de curtíssima duração no tempo), no qual o espaço se expandiu exponencialmente com velocidade maior que a da luz. Durante este período, regiões mais densas podem ter colapsado e formado pequenos buracos negros primordiais. Um buraco negro com a massa da Terra teria o tamanho de uma moeda. Até hoje nenhum buraco negro primordial foi detectado, mas, há cientistas que acreditam que talvez isso seja possível quando o telescópio Nancy Grace Roman Space Telescope da NASA estiver operacional em 2027 (estimativa pré-Trump).
*Ondas Gravitacionais. As ondas gravitacionais tiveram sua existência prevista por Einstein em 1916. Elas surgem quando há grandes e rápidas variações de massas numa região do espaço. Uma vez que a massa curva o espaço, uma variação da massa também varia o espaço à sua volta criando uma onda gravitacional, que estica e comprime o espaço e se propaga com a velocidade da luz.
Em 2015, usando luz laser em interferômetros com formato de L, o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) detectou a passagem de uma onda gravitacional pela primeira vez. Um feito experimental extraordinário, pois, a variação espacial medida entre os braços do interferômetro foi de um milésimo do diâmetro de um próton! O evento que originou essa onda gravitacional foi uma colisão de dois buracos negros com 36 e 29 massas solares que, após a fusão, se transformou num único buraco negro com 62 massas solares. O equivalente a 3 massas solares se transformou em energia de radiação gravitacional.
Desde 2015, dezenas de ondas gravitacionais já foram detectadas envolvendo colisões entre buracos negros, estrelas de nêutrons e buracos negros com estrelas de nêutrons. Quem sabe, quando o Telescópio Einstein já estiver funcionando, será possível até detectar ondas gravitacionais oriundas de explosões de supernovas.
*Aceleração do Universo. Na equação de Friedmann (Figura 5), o sinal do parênteses (que contém a densidade e a pressão) é o que controla o destino do nosso universo. Para as 4 espécies que compõem o nosso mundo: radiação, matéria ordinária, matéria escura e energia escura, as densidades de energia são grandezas positivas. Dessa forma, elas contribuem para desacelerar o universo. As pressões feitas pela matéria ordinária e pela matéria escura também são positivas (e negligíveis, posto que não relativísticas). A pressão de radiação é sempre positiva e vale um terço da densidade de energia. Para que o universo esteja acelerando é necessário então, que a pressão da energia escura seja negativa e, além disso, dominante.
O fato de a pressão da densidade de energia escura ser negativa é consequência da invariância de Lorentz do tensor de momento-energia do vácuo (veja aqui). Além disso, medidas muito precisas da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, demonstraram que o universo é composto por cerca de 70% de energia escura, 25% de matéria escura e 5% de matéria regular (bariônica). Resultado – o Universo está acelerando.
Apesar dos enormes sucessos das teorias quânticas de campos e da relatividade geral, elas possuem um ponto de conflito e incongruência – é o chamado problema da constante cosmológica (ou a catástrofe do vácuo).
Na Figura 5 temos as equações de Einstein no formato de 1998. A constante cosmológica, originalmente colocada do lado esquerdo (geométrico), está do lado direito (tensor momento-energia) e é interpretada como a densidade de energia escura. A energia escura é a responsável pela expansão acelerada do universo!
À luz da teoria quântica de campos, esse termo pode ser interpretado como oriundo das flutuações quânticas do vácuo. Essas flutuações correspondem a pares de partículas e antipartículas virtuais que estão sendo criadas e aniquiladas e dão origem à densidade de energia do vácuo. Identificar a densidade de energia do vácuo com a densidade de energia escura parece bastante natural, só que há um problema.
Estudando as explosões de supernovas tipo Ia, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e as oscilações acústicas bariônicas, obtém-se para a densidade de energia do vácuo o valor experimental de 6.10-10 J/m3. Entretanto, um cálculo analítico via diagramas de Feynman para a eletrodinâmica quântica resulta num valor teórico de 10110 J/m3, uma diferença exorbitante de 120 ordens de magnitude! Sobre isso foi dito que essa era ´a pior previsão teórica em toda a Física´.
*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP
e-mail: onody@ifsc.usp.br
(Meus agradecimentos ao Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação do IFSC/USP)
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Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
A Biblioteca do IFSC/USP recebe entre os dias 02 e 27 de junho uma exposição conjunta de pirogravuras e de fotografia (entrada gratuita), que ocupará o “Espaço 24 Horas”.
Ciro Júlio Cellurale é o artista que apresenta suas obras na denominada Exposição Pirogravuras “Imagens e Versos desse Universo”, enquanto Vinícius Pereira Pinto assina sua mostra na Exposição Fotográfica “Imagens valem mais com mil palavras”.
Quem são os artistas:
Ciro Julio Cellurale
Ciro Julio Cellurale nasceu em Rio Claro, SP, em 13 de novembro de 1960.
Sua trajetória artística teve início ainda na infância, desenvolvendo-se sob a orientação do professor Denizard França Machado, com quem estudou desenho artístico, pintura e pirogravura. Posteriormente, aprimorou suas técnicas em São Carlos, onde estudou desenho e lápis sépia com a professora Leda Zavaglia na Oficina Cultural Sérgio Buarque de Holanda.
O professor Denizard destacou a sensibilidade expressiva do artista: “O desenho acadêmico de Ciro é de uma sensibilidade muito grande, e sua dedicação à pirogravura impressiona pela naturalidade dos temas que desenvolve.”
Maria Inez Cornicelli Botta, coordenadora da Oficina Cultural Sérgio Buarque de Holanda, também ressaltou a singularidade de sua arte: “Ciro desenha sobre a madeira com pirógrafo com gravidade carinhosa. É um romântico com inclinação apoteótica. São seres humanos e animais vistos com doces olhos. Apesar de apolíneos.”
Já a professora Angela Cristina Pregnolato Giampedro enfatiza a essência sensível e delicada que permeia toda a sua produção artística: “Seus poemas e artes plásticas refletem um artista e ser humano de extrema sensibilidade e delicadeza da alma.”
Ciro desenvolve seu trabalho principalmente com pirogravura. Inicialmente focado em madeira, expandiu sua pesquisa para novas superfícies, como papelão reciclado, lâmina de madeira, madeira de reflorestamento e papel de alta gramatura – este último, escolhido por sua facilidade de armazenamento, transporte e emolduração.
As molduras de suas obras recebem um toque especial, sendo artisticamente trabalhadas por sua esposa.
Obras Publicadas:
-Versos desse Universo (2017) – lançado na Feira do Livro da USP São Carlos.
-Novos Versos desse Universo (2024) – lançamento no Centro Cultural de Arceburgo (MG) e na Bienal do Livro de São Paulo.
Outras Expressões Artísticas:
Além das artes plásticas, Ciro é apaixonado pela música. Estuda saxofone na Escola de Música Maestro João Sepe, em São Carlos, e integra a Orquestra da Igreja Presbiteriana Filadélfia.
Também compõe músicas com a banda Rep. do 3o Andar, em parceria com João Eduardo de Oliveira, aluno de mestrado em Física da USP São Carlos.
Paralelamente, escreve poemas inspirados nas obras fotográficas de Vinícius Pereira, doutorando em Física na mesma instituição.
Atuação e Reconhecimento:
-Membro da Comissão Julgadora de Artes Plásticas – Mapa Cultural Paulista (1997 e 1999).
-Membro do Conselho Municipal de Cultura de São Carlos (biênios 2006/2007 e 2012/2014).
-Membro do Grupo Coordenador das Atividades de Cultura e Extensão Universitária do campus USP São Carlos (2011–2014).
-Funcionário da USP São Carlos por 34 anos: quatro anos na Guarda Universitária, 22 anos no Centro Cultural da USP (onde também exerceu a função de chefe de seção) e, de 2014 até sua aposentadoria em 2021, na Biblioteca do Campus 2.
Contato:
Email – ciro@cellurale.com
Instagram | instagram.com/cirocellurale/
Instagram da banda – instagram.com/rep.3.andar
Vinícius Pereira Pinto
Vinícius Pereira Pinto nasceu em Itaú de Minas, MG, em 9 de outubro de 2000, e é doutorando no Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC/USP).
Sua paixão pela fotografia começou na infância, quando passava horas explorando fotos antigas da família ou pegando a câmera dos pais às escondidas. Com o tempo, aprendeu de forma autodidata a fotografar usando uma câmera Cyber-shot e, aos 14 anos, juntou dinheiro para comprar sua primeira câmera, que passou a carregar consigo para todos os lugares. Seu olhar fotográfico se desenvolveu registrando eventos culturais, atividades escolares e momentos espontâneos com amigos.
Entre 2014 e 2016, participou do blog Queijo com Cultura, documentando a cena cultural de sua cidade. Em 2019, ao ingressar na faculdade, aprofundou-se na fotografia analógica, que se tornou seu principal foco desde então. Durante cinco anos, integrou o Grupo de Fotografia do CAASO (FoCA), colaborando na curadoria de duas exposições fotográficas.
Além de ensaios e coberturas de eventos, realizou projetos fotográficos independentes e teve fotografias de sua pesquisa publicadas em revistas científicas.
No cinema, atuou como Diretor de Arte do curta-metragem “A cidade é delas”, que retrata Itaú de Minas sob a perspectiva de mulheres negras e foi financiado pela Lei Paulo Gustavo (LPG). Atualmente, desenvolve o projeto “Cores do Congado”, financiado pela Política Nacional Aldir Blanc (PNAB), no qual documenta a tradição do congado em sua cidade natal. Paralelamente, trabalha em uma série que combina fotografia analógica e poesia, com textos do escritor Ciro Julio Cellurale.
Contato: Behance (Portfólio virtual):
https://www.behance.net/viniciusppinto
Instagram: www.instagram.com/vinippinto/
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Prof. Dr. Marcelo Alves Barros – “Uma iniciativa com muito sucesso”
Sob a coordenação do docente Prof. Dr. Marcelo Alves Barros, – Pesquisador Principal do Projeto denominado: Estudo de Implementação de Inovações Curriculares, Estratégias Pedagógicas e Tecnologias Emergentes para Qualidade-Equidade na Educação Básica – Linha de Fomento: Acordos de Cooperação / SEDUC – Secretaria da Educação / PROEDUCA – Programa de Pesquisa em Educação Básica / SEDUC – PROEDUCA – Projeto de Pesquisa – Temático FAPESP –, o Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) promoveu no passado dia 24 de maio um minicurso de física para o ensino médio, denominado “Tecnologias digitais de comunicação e informação – metodologias ativas de aprendizagem” e onde participaram cerca de quarenta alunos oriundos das Escolas Estaduais Maria Ramos e Jesuíno de Arruda.
Este minicurso fez parte das atividades regulares da Disciplina de Estágio Supervisionado de Física, onde participam alunos estagiários do Curso Interunidades de Ciências Exatas, que engloba estudantes (futuros professores) dos Institutos de Física (IFSC/USP), Química (IQSC/USP) e de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/USP) do Campus USP de São Carlos.
Alunos estagiários do IFSC/USP supervisionando e ajudando nas atividades dos jovens alunos
O foco, segundo o coordenador do evento, foi realizar atividades implementando tecnologias digitais de comunicação e informação, e de metodologias ativas de aprendizagem. “Esta ação é bastante importante, já que ela possibilita que os alunos do IFSC/USP, que irão ser futuros professores, consigam obter um conhecimento abrangente dos conteúdos
Prof. Fabrício Hender Inoue – EE Maria Ramos
trabalhados durante as aulas regulares do ensino médio, possibilitando que vivenciem experimentos usando plataformas virtuais, algo que seria bastante difícil de ser realizado durante uma atividade laboratorial nas escolas”, enfatiza o professor, acrescentando que os alunos das escolas que participaram neste minicurso mostraram um grande engajamento nas atividades, inclusive trabalhando em grupos e mostrando um poder de argumentação e de comunicação muito satisfatórios.
Prof. João Pedro Mardegan Ribeiro – EE Jesuíno de Arruda
Para o Prof. Fabrício Hender Inoue, docente da EE Maria Ramos e bolsista de Aperfeiçoamento Pedagógico da FAPESP, formado pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), a experiência foi ótima, já que o minicurso proporcionou um trabalho que não seria possível realizar na escola, não só pela inexistência de tempo disponível, mas também pelas dificuldades em realizar ações de interação entre os alunos. “Este é um exemplo claro de como estas atividades aproximam a escola da universidade, onde os jovens acabam sendo os protagonistas de sua própria aprendizagem, evoluindo e desenvolvendo as metodologias ativas. Resumidamente, eles estão se confrontando com o mesmo conteúdo, mas de uma forma diferente do que acontece na escola. Ao fim e ao cabo, eles conseguem visualizar os conteúdos de uma forma mais abrangente e efetiva, despertando as suas curiosidades e construindo, inclusive, o seu caminho rumo ao ensino superior”, comenta o professor.
Na opinião do Prof. João Pedro Mardegan Ribeiro, formado no IFSC/USP e coordenador na EE Jesuíno de Arruda, sendo igualmente professor bolsista de Aperfeiçoamento Pedagógico da FAPESP, existe uma matriz curricular que exige uma abordagem conceitual do professor no dia a dia, porque “Temos uma quantidade de material para trabalhar antes dos exames oficiais que vêm do MEC. Daí que tenhamos pouco espaço para trabalhar com metodologias ativas, sendo que elas têm um papel importantíssimo, que é o de colocar os alunos como protagonistas no seu próprio aprendizado. Falamos bastante da relação entre o ensino e aprendizado, mas uma prática de ensino não resulta necessariamente em aprendizado, já que essa abordagem necessita que os alunos interajam com o conteúdo, fazendo com que ela seja significativa para eles. Nesta atividade, os alunos conseguiram ser agentes ativos na construção de seus próprios conhecimentos”, finaliza o docente.
Concentração absoluta dos jovens alunos
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
ANITA (Créditos: Christian Miki/University of Hawaii at Manoa)
Nos últimos anos, um experimento chamado ANITA – Antarctic Impulse Transient Antenna, conduzido por cientistas a bordo de balões da NASA que sobrevoam a Antártida, detectou sinais de rádio estranhos vindos do espaço. Esses sinais não se comportavam como os cientistas esperavam. Ao invés de parecerem reflexos de raios cósmicos — partículas de altíssima energia que viajam pelo espaço e atingem a Terra —, alguns pareciam vir de dentro da Terra, como se algo tivesse saído do solo e atravessado a atmosfera.
Isso causou grande curiosidade na comunidade científica. Afinal, nenhuma partícula conhecida com energia suficiente conseguiria atravessar milhares de quilômetros dentro da Terra sem ser bloqueada. A não ser, talvez, que se estivesse lidando com um tipo de partícula diferente ou com uma nova forma de interação da natureza ainda desconhecida.
Foi aí que entrou em cena o Observatório “Pierre Auger”, localizado na Argentina, o maior centro de estudos de raios cósmicos do mundo. Um grupo internacional de cientistas decidiu, então, verificar se seria possível detectar sinais semelhantes aos do ANITA, usando os dados desse poderoso observatório, que monitora o céu em busca de partículas de altíssima energia desde 2004.
O que os cientistas procuravam
O que o ANITA viu foi algo raro, sinais que pareciam vir de partículas subindo da superfície da Antártida, não descendo como acontece normalmente com os raios cósmicos. Uma das possibilidades levantadas era que essas partículas pudessem ser neutrinos, partículas quase invisíveis que podem atravessar a Terra inteira. Nesse caso, os neutrinos teriam entrado pela parte inferior do planeta, interagido com a matéria e gerado partículas que saíram para cima, provocando chuvas de partículas visíveis na atmosfera.
Mas havia um grande problema: a chance de isso acontecer era – e é – extremamente pequena com as energias observadas, o que levantou dúvidas. Por isso, os cientistas do Observatório “Pierre Auger” decidiram investigar se sinais parecidos poderiam ser encontrados em seus registros.
Como foi feita a busca
Usando dados coletados por mais de quatorze anos, os pesquisadores analisaram milhões de eventos, ou seja, detecções de possíveis partículas entrando na atmosfera. A busca focou em eventos com características semelhantes às observadas pelo ANITA — como a direção de onde vinham e o padrão de luz gerado nas interações.
Eles também usaram simulações de computador para diferenciar sinais reais de possíveis erros ou interferências, como testes com lasers usados para calibrar os instrumentos do observatório.
Prof. Luiz Vitor de Souza Filho
Após essa longa análise, apenas um único evento parecido foi encontrado. E, mesmo esse, segundo os cientistas, pode ter sido apenas um erro de interpretação ou um caso raro entre milhões. Ou seja, nenhum sinal realmente estranho apareceu.
Os cientistas calcularam que, se os sinais do ANITA realmente tivessem sido causados por partículas saindo da Terra, o Observatório “Pierre Auger” deveria ter registrado dezenas de eventos semelhantes — talvez até mais de cinquenta. Mas isso não aconteceu.
Esse resultado lança uma sombra sobre a hipótese de que os sinais do ANITA vieram de partículas emergindo da Terra, especialmente se forem explicados apenas com o que a ciência atual conhece. A conclusão é clara – algo está errado.
Isso pode significar duas coisas: a primeira é que os sinais do ANITA têm outra explicação, talvez relacionada a falhas nos instrumentos ou fenômenos naturais ainda não totalmente compreendidos. A segunda hipótese é que se está perante um novo tipo de fenômeno físico, algo que ainda escapa aos conhecimentos atuais — uma possibilidade fascinante, mas que exige muito mais evidências para ser seriamente considerada.
Esta pesquisa, que contou com a colaboração do docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Luiz Vitor de Souza Filho, que é membro dos experimentos “Pierre Auger” e “CTA” e presidente do Conselho Superior do Consórcio “Cherenkov Telescope Array”, mostra como a ciência funciona: com testes, verificações cruzadas e busca por consistência entre diferentes experimentos. Quando um resultado surpreendente aparece, como o do ANITA, outros cientistas tentam confirmá-lo de forma independente. Neste caso, os dados do Observatório “Pierre Auger” não confirmaram a anomalia, o que ajuda a estreitar o caminho para explicações possíveis e impede que conclusões precipitadas sejam tomadas.
Ao mesmo tempo, isso não significa que o mistério esteja resolvido. Significa apenas que, por enquanto, não há sinais suficientes para dizer que foi descoberto algo fora do comum. Mas, a investigação continua — e o céu pode ainda nos revelar segredos impressionantes.
Confira AQUI a pesquisa realizada pelos cientistas sobre este assunto e publicada na revista internacional “Physical Review Letters”.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Cientistas participantes do Workshop
Com o objetivo de sensibilizar e acelerar o desenvolvimento de novas técnicas e tecnologias que permitam avançar no tratamento do câncer em geral, a Academia de Ciências do Vaticano – PAS, junto com a Academia Europeia de Ciência do Câncer, reúne diversos cientistas e autoridades nos dias 22, 23 e 24 deste mês de maio para discussão de problemas relacionados com o tema.
A necessidade de ação é iminente devido ao grande avanço do número de casos em todo mundo e o aumento dos índices de mortalidade. São mais de 25 milhões de novos casos por ano e mais de 9 milhões de mortes relacionadas ao câncer.
A inovação no combate ao câncer é necessária por várias razões cruciais que impactam diretamente a saúde pública, a qualidade de vida dos pacientes e a sustentabilidade dos sistemas de saúde. As necessidades para esta iniciativa são várias, mas a mais importante é que o custo dos tratamentos impede que grande porcentagem da humanidade não tenha acesso aos modernos avanços. “Nunca soubemos tanto sobre câncer e formas de tratamento, mas nunca as técnicas foram tão inacessíveis para a maioria da sociedade”, diz o docente e pesquisador do IFSC/USP, representante brasileiro da Academia de Ciências do Vaticano, Prof. Vanderlei Bagnato, participante deste Workshop do Vaticano.
Prof. Vanderlei Salvador Bagnato
O câncer é uma das principais causas de morte no mundo. Com o envelhecimento da população e mudanças no estilo de vida, a incidência continua a aumentar. Inovar é essencial para detectar precocemente, melhorar as chances de cura, reduzir a mortalidade. Apesar dos avanços, muitos tratamentos ainda têm efeitos colaterais severos e eficácia limitada em certos tipos de câncer, contudo, a inovação permite o desenvolvimento de terapias mais específicas, menos tóxicas e mais eficazes. Cada tipo de câncer é único, mesmo entre pacientes com o mesmo diagnóstico e isso exige abordagens mais individualizadas, necessitando de uma medicina de precisão e o fortalecimento do sistema imune sempre que for possível.
O tratamento do câncer é um dos mais caros na medicina e inovar também é buscar eficiência nos sistemas de saúde, tecnologias custo-efetivas, modelos de cuidados sustentáveis. A equidade no acesso ao tratamento é sem dúvida necessária e novas abordagens podem tornar o diagnóstico e tratamento mais acessíveis, especialmente em países com menos recursos. Isso inclui vários aspectos como tecnologias simplificadas, que não exigem grandes infraestruturas e manutenção constante, com estratégicas simplificadas e bem elaboradas e incentivo à produção de insumos e bens necessários ao tratamento de forma local. Finalmente, os casos incuráveis, que são frequentes, precisam de metodologias paliativas economicamente viáveis e o IFSC/USP vem desenvolvendo e se incluindo nestes tópicos de forma marcante.
Muitos grupos vêm trabalhando com técnicas óticas para diagnóstico e tratamento com responsabilidade social e eficiência. Nanomedicina, polímeros e novas moléculas para tratamento de doenças são iniciativas de diversos laboratórios, com um especial destaque para o IFSC/USP onde estão sendo geradas empresas dedicadas ao tema, como é o caso de uma recém-formada empresa para produção de fotofármacos, localizada no Parque Damha, em São Carlos. “Isto tudo mostra que as diretrizes de nosso IFSC/USP têm sido sempre para alinhar como as diversas necessidades sociais que vão mesmo além das necessidades locais. Já adotamos o espírito global há muito tempo”, sublinha Bagnato.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Larvas do mosquito Aedes aegypti (Foto Marcos Santos/Jornal da USP)
Pesquisadores do IFSC/USP, juntamente com colegas de outras universidades brasileiras e da A&M Texas University (EUA), desenvolveram uma nova forma de combater o mosquito Aedes aegypti, responsável pela transmissão de doenças como dengue, zika, chikungunya e febre amarela, cujo trabalho foi publicado recentemente na revista científica “Pharmaceutics”
A inovação está no uso de um ingrediente natural muito conhecido – a cúrcuma (ou curcumina, seu princípio ativo) -, que é introduzida numa microcápsula e depositada na água onde se encontram as larvas do vetor. Uma vez ingerida pelas larvas do Aedes aegypti, as microcápsulas liberam a curcumina no trato digestório da larva e, quando ativada pela luz solar, produz espécies tóxicas com capacidade de aniquilá-las de forma eficaz.
Há muitos anos, o combate ao Aedes aegypti depende do uso de inseticidas químicos e da eliminação de criadouros em águas paradas. No entanto, os mosquitos têm se tornado resistentes a muitos produtos, o que dificulta o controle das doenças.
Além disso, esses inseticidas costumam prejudicar o meio ambiente, afetando outros seres vivos que não têm relação com o mosquito.
Como a tecnologia ativada por luz funciona
A proposta dos pesquisadores foi aproveitar o poder da luz combinado com a cúrcuma, sendo que, dessa forma, desenvolveram uma espécie de “ração” feita com curcumina encapsulada (incorporada dentro de pequenas cápsulas feitas de ingredientes naturais, como amido e D-manitol), que é colocada na água onde as larvas do mosquito costumam se desenvolver. Esta espécie de ração é ingerida pela larva e distribuída ao longo do seu intestino. A exposição da curcumina à luz produz uma reação que gera radicais (de oxigênio, por exemplo) altamente reativos, ou seja, esses comprimidos liberam substâncias que provocam danos irreversíveis na parede do
Imagens de microscopia confocal de larvas de Ae. aegypti com 20 minutos de exposição às formulações: (A) controle (B) FCT1 (curcumina, amido, D-manitol), (C) FCT2 (curcumina, D-manitol, pectina e amido) e (D) FCT3 (curcumina, D-manitol, pectina e amido). Barra de escala = 500 μm (Créditos – “Pharmaceutics”)
intestino, levando-as à morte, mas sem afetar o ambiente ou animais.
A curcumina, por si só, se autodestrói pelo mesmo processo e, por isso, não é muito estável na água e perde a eficácia rapidamente. Por isso, os cientistas protegeram o ingrediente dentro de microcápsulas, que são como pequenas bolhas feitas de amido, manitol e pectina — todos materiais seguros para o meio ambiente -, sendo que essa proteção permite que a curcumina resista mais tempo na água, seja absorvida de forma gradual e mantenha sua capacidade de agir sob a luz quando ingerida pela larva.
Quanto aos resultados obtidos nesta pesquisa, os mais importantes foram que a microcápsula se mostrou mais eficiente (chamado FCT2), tendo sido capaz de matar as larvas com uma dose muito menor do que a curcumina usada de forma simples. Essa microcápsula manteve seu efeito por até vinte e sete dias, mesmo sob exposição à luz — algo inédito nesse tipo de aplicação. Com isso, as larvas absorveram bem o produto, que se espalhou por seus corpos, como mostrado em imagens feitas com microscópios especiais, sendo que os testes também mostraram que as microcápsulas são estáveis ao calor e à luz, o que as torna ideais para uso em diferentes condições climáticas.
A importância da pesquisa
Esta tecnologia pode ser uma alternativa mais segura, eficaz e duradoura para combater as larvas do mosquito da dengue, já que ela não usa substâncias tóxicas, não contamina a água, evita o desenvolvimento de resistência nos mosquitos e pode ser usada de forma simples, apenas colocando as microcápsulas na água parada.
O estudo mostrou que é possível transformar um ingrediente natural, como a cúrcuma, em uma poderosa ferramenta no combate do vetor de doenças graves.
A união da ciência com soluções sustentáveis abre caminho para métodos de controle do mosquito que protegem a saúde das pessoas sem agredir o meio ambiente.
Esta pesquisa contou com os apoios da FAPESP, CNPq e EMBRAPII, sublinhando-se o fato de que as microcápsulas serão fabricadas por uma startup sediada em São Carlos.
Assinam este trabalho os pesquisadores: Matheus Garbuio, Larissa Marila de Souza, Lucas Danilo Dias, Jean Carlos Ferreira Machado, Natalia Mayumi Inada, Hernane da Silva Barud, Edgar Aparecido Sanches, Francisco Eduardo Gontijo Guimarães, Ana Paula da Silva, Alessandra Ramos Lima e Vanderlei Salvador Bagnato.
Confira AQUI o artigo científico publicado sobre esta pesquisa.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Atualização do projeto – Diretor da EE José Ferreira da Silva Prof. Waldir Paganotto e o coordenador do programa “Vem Saber” Prof. Antonio Carlos Hernandes
Um ano após ter sido implementado o “Programa Vem Saber –Módulo Descalvado” na EE José Ferreira da Silva, naquela cidade, com a duração de três anos, através da inauguração da revitalização do Auditório da Biblioteca Comunitária de Descalvado, localizada na citada escola – https://www2.ifsc.usp.br/portal-ifsc/ifsc-usp-implanta-programa-vem-saber-na-cidade-de-descalvado-uma-parceria-que-envolve-varios-atores/ -, o passado dia 19 de maio do corrente ano – “Dia do Físico – ficou marcado pela inauguração do “Laboratório de Física Vem Saber USP” naquele estabelecimento de ensino. Dessa forma, toda a infraestrutura (biblioteca e escola) se consolida para disponibilizar espaços dedicados a ações direcionadas às áreas de ciência e tecnologia, bem como à própria comunidade de Descalvado.
Este projeto da Universidade de São Paulo, liderado pelo Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), iniciado há vinte e cinco anos e desde então coordenado pelo docente Prof. Dr. Antonio Carlos Hernandes, tem o foco de motivar e convidar os alunos do Ensino Médio das escolas do Estado de São Paulo a visitarem o Campus USP de São Carlos, observarem como ocorre a vida dos universitários, incentivando-os a prosseguirem seus estudos rumo ao ensino superior, numa viagem através de um processo de transformação social. Até o presente momento, já participaram deste projeto cerca de duzentos mil alunos oriundos de escolas do Estado de São Paulo. Com o “Vem Saber – Módulo Descalvado”, o programa saiu de dentro da USP pela primeira vez e começou a entrar nas escolas para um contato mais próximo, mais intimista, mas com os mesmos objetivos iniciais, sendo que a EE José Ferreira da Silva iniciou essa jornada em 2024.
Ampliação das oportunidades para alunos, professores e gestores
A inauguração do “Laboratório de Física Vem Saber – USP”, que oferece cerca de quarenta experimentos dedicados a dez temas diferentes, reafirma o compromisso assumido pelo programa através de uma parceria sólida estabelecida em 2024 não só com a EE José Ferreira da Silva, mas com um vasto grupo de atores, onde se contam a Prefeitura Municipal de Descalvado, por intermédio da Secretaria de Educação e Cultura, Diretoria de Ensino da Região de São Carlos, cujos representantes marcaram presença nesta inauguração, bem como os agentes econômicos locais.
As jovens alunas do “Projeto “Atena” já ocupando seus lugares no “Laboratório de Física Vem Saber USP”
Coube ao coordenador do programa, Prof. Antonio Carlos Hernandes, acompanhado pelo diretor da escola, Prof. Waldir Paganotto, recepcionar os convidados e, de uma forma resumida, partilhar a história do projeto e sublinhar as diversas atividades que entretanto já foram desenvolvidas com diversos grupos de estudantes, inclusive com a criação, no passado dia 7 de maio, de uma nova turma composta integralmente por meninas da primeira série do ensino médio e que desenvolverão suas atividades no novo laboratório da escola. Integradas no denominado “Projeto Atena”, financiado pelo CNPq e tendo o “Programa Vem Saber” como parceiro, as jovens alunas serão beneficiadas por este projeto que irá oferecer bolsas de estudo na modalidade de Pré-Iniciação Científica.
Diretor do IFSC/USP – Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Sendo esta escola um centro gerador de conhecimento, cujos resultados já são visíveis, o Prof. Antonio Carlos Hernandes sublinhou que o “Programa Vem Saber” poderá, eventualmente, avançar para além dos três anos inicialmente previstos, por forma a que o projeto possa integrar as comemorações dos 195 anos da cidade de Descalvado, aniversário esse que acontecerá em 2030. “Existe o intuito do projeto implementado aqui ser um centro irradiador de conhecimento, abrangendo não só os alunos como professores e a comunidade. Descalvado é uma das poucas cidades que tem uma biblioteca muito bem organizada e agregada a uma escola, o que, certamente, beneficia a comunidade através de várias ações, e a EE José Ferreira da Silva é um exemplo, sublinhando-se aqui o fato de ela ter obtido uma das melhores posições na Competição USP de Conhecimentos e Oportunidades (CUCO)”, enfatizou Hernandes.
As presenças do poder público da cidade de Descalvado e do IFSC/USP
Este evento contou com a presença de diversos convidados, entre os quais destacamos o Educador Prof. Herbert João Alexandre, que ao longo dos últimos anos tem colaborado na coordenação do “Programa Vem Saber”, a Dirigente Regional de Ensino, Profª Debora Gonzalez Costa Blanco, o diretor do Instituto de Física de São Carlos, Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, o Presidente da Comissão de Cultura e Extensão do Campus USP de São Carlos, Prof. Guilherme Sipahi, e ainda uma forte presença de representantes dos órgãos legislativo e executivo de Descalvado – Drª Vanisse Gonçalves, Presidente da Câmara Municipal, que esteve acompanhada pelas vereadoras Michelli Longo e Jake Bronini, do Prefeito, Luis Guilherme Panone e da Secretária Municipal de Educação, Alessandra Paganotto.
Em seu discurso, o diretor do IFSC/USP, Prof. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, agradeceu o empenho e o trabalho desenvolvido pelo Prof. Antonio Carlos Hernandes e sua equipe ao longo dos anos na formação de jovens alunos, tendo salientado, a esse respeito. “Hoje, o mundo é muito mais complicado do que era há vinte ou trinta anos, já que ele está completamente dependente da tecnologia. Antigamente, se faltava energia por algumas horas o impacto era muito baixo, comparativamente com os tempos atuais: se hoje faltar a energia por uma hora entramos num caos por causa da internet, que domina tudo. Assim, hoje e da mesma forma, a evolução da formação de um aluno é muito mais complexa do que era antigamente, o que exige a aplicação de novos mecanismos, de novas abordagens. A abordagem que o “Programa Vem Saber” tem usado é, por isso, extremamente eficiente, já que trata a educação de uma forma integrada para que os alunos aprendam diferentes conceitos que aliam a teoria à experimentação, através das linguagens mais importantes e que são as que geram conhecimento – artística, idioma e matemática -, sendo que este projeto traz essas linguagens”, enfatizou o docente.
Descerramento da placa de inauguração do “Laboratório de Física Vem Saber USP”
No final de seu discurso, o diretor do IFSC/USP destacou que a educação é o único caminho que existe para se poder alcançar uma sociedade mais igualitária, com melhor qualidade de vida e mais inclusiva, sendo que para o orador é um grande orgulho para o IFSC/USP e para a USP poderem contribuir com este projeto na cidade de Descalvado.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Palestra do Prof. Dr. Paulo Barbeitas Miranda
O Auditório “Prof. Sérgio Mascarenhas” (IFSC/USP) recebeu no dia 16 de maio a terceira palestra inserida na segunda edição da iniciativa “Direcionamento Acadêmico”, um evento que esteve subordinado ao tema “Física: Uma ciência experimental”.
O palestrante convidado foi o docente do IFSC/USP, Prof. Dr. Paulo Barbeitas Miranda, que, na oportunidade, falou sobre a forte interconexão da Física entre a teoria e a experimentação.
Nesta palestra, o docente mostrou o papel fundamental e imprescindível da pesquisa experimental na evolução da Física, sendo que ela pode servir para comprovar modelos teóricos para expor falhas e contradições em teorias aparentemente consolidadas, ou para trazer surpresas inicialmente inexplicáveis, que servirão como base para novas teorias.
O palestrante exemplificou esses aspectos da interação teoria-experimento em casos de grande relevância histórica na evolução da Física ao longo dos séculos, tendo no final de sua apresentação realizado experimentos com a colaboração dos próprios alunos, que praticamente lotaram o auditório.
Enfim, um conjunto de demonstrações que estão inseridas na jornada experimental que os alunos do bacharelado em Física do IFSC/USP irão percorrer durante sua formação, bem como a relevância na sua atuação profissional futura, mesmo que tenham interesses predominantemente teóricos.
Carla
Carla, aluna do Curso de Bacharelado em Física Computacional, natural da cidade de Confresa (MT), confessa que gostou muito da apresentação. “A relação próxima entre a teoria e a prática, na Física, nem sempre nos mostra essa interação, mas esta apresentação do Prof. Paulo Miranda comprovou o sentido e a importância que essa relação tem. Foi muito legal”!
Já para o João Vitor, que reside em Ribeirão Preto (SP), também aluno do Curso de Bacharelado em Física Computacional, mas já no 3º ano, assistir a este tipo de palestra é muito prazeroso. “É muito bom recordar o caminho que percorri até hoje. É muito divertido e também serve para “refrescar a memória”. Este tipo de palestra traz muitas recordações. Um conselho que posso dar aos que agora iniciam suas vidas acadêmicas é que o mais importante de tudo é não pensarem muito naquilo que virá. Concentração total no que se está aprendendo no início a “aprender a aprender” é fundamental”, sublinha o aluno.
João Vitor
O Prof. Dr. Paulo Barbeitas Miranda possui bacharelado em Física pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1991), tendo concluído o mestrado (1994) e doutorado (1998) em Física, ambos na Universidade da Califórnia, em Berkeley (EUA), trabalhando com espectroscopia não linear de interfaces. Fez pós-doutoramento na Universidade da Califórnia, em Santa Barbara (EUA), trabalhando com espectroscopia ultrarrápida de polímeros conjugados, e foi contratado em 2001 como professor doutor no Departamento de Física da Unesp, Campus de Bauru.
Em 2003 assumiu o cargo de professor doutor no(IFSC/USP), e em 2015 tornou-se professor associado. Vem atuando principalmente em físico-química de interfaces, utilizando espectroscopia não-linear para estudar o arranjo molecular em superfícies e interfaces (adsorção de polieletrólitos, filmes de Langmuir e Langmuir-Blodgett, monocamadas automontadas, eletrocatálise e interação de água e óleo com minerais).
Outra linha de pesquisa envolve espectroscopia de polímeros conjugados, onde se utiliza absorção, fotoluminescência e espectroscopia resolvida no tempo para investigar a fotoprodução e recombinação de portadores de carga em células solares orgânicas, bem como fenômenos de transporte e de interface em transistores orgânicos.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
A sociedade moderna é construída com trabalho e conhecimento, e já é tradição dedicar certos dias do ano a determinados profissionais.
Temos inúmeros dias que comemoram as mais variadas profissões, e nesta segunda-feira, dia 19 de maio, comemoramos o “Dia do Físico”. A data foi instituída por ser este dia o dia em que Albert Einstein revolucionou o entendimento da Natureza com suas publicações mais importantes.
Nós, em São Carlos, temos dois locais que formam físicos para o Brasil e para o mundo: o Instituto de Física de São Carlos (IFSC/ USP e o Departamento de Física da Universidade Federal de São Carlos (DF-UFSCar). Nestes locais, profissionais se esforçam para avançar o conhecimento e a forma de entendermos o Universo. É através desse conhecimento que somos capazes de entender quem somos e utilizar isso para produzir benefícios dedicados à espécie humana e a tudo que nos rodeia.
O IFSC/USP tem hoje cerca de noventa professores dedicados integralmente à tarefa de cumprir o papel da física. Mas, é importante lembrar que o físico, hoje, tem responsabilidades com o avanço do conhecimento, mas também com a construção de pontes com outras áreas, criando a mais forte rede, que é a multidisciplinaridade.
Temas modernos de grande importância para todos, como novos medicamentos, novos tratamentos para doenças, nanotecnologia, inteligência artificial, novos materiais, e, principalmente, novos instrumentos para o avanço das pesquisas em geral, tem sua origem graças à ação da física e de suas intercombinações com a química, biologia e computação.
A internet nasceu de desenvolvimento feito pelos físicos e que hoje tornou o mundo pequeno em termos de intercomunicação. Os físicos têm sido fundamentais para o moderno avanço da computação e de sensores que prometem uma grande revolução nas tecnologias em todas as áreas.
Em conversa com os físicos do IFSC/USP, todos são unânimes em dizer que se sentem responsáveis por várias tarefas: formação de gerações de físicos cada vez melhores, desenvolvimento de novos conhecimentos e, principalmente, contribuições relevantes para tornar a vida de todos cada vez melhor, sendo que, por isso, os físicos estão conscientes de sua grande responsabilidade social.
A sociedade espera muito dos físicos para responderem melhor às questões, para combaterem e curarem melhor as doenças, como câncer e infecções, para gerarem novos medicamentos e criarem empresas que gerem empregos e bons salários.
Temos em nosso IFSC/USP grandes físicos, de reconhecimento mundial pelo que fazem e, certamente, teremos gerações de fisicos ainda com maior relevância, pois esta é a determinação do Instituto de Física de São Carlos.
É com imenso prazer que damos os mais elevados parabéns a todos os físicos do IFSC/USP, estendendo essa saudação especial a todos os demais físicos da cidade de São Carlos, do Brasil e do mundo.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
(Créditos – ACS Sens. 2025, 10, 3, 1970-1985)
Plataforma desenvolvida com materiais reciclados detecta vírus com alta precisão e baixo custo, resultado de um projeto temático da FAPESP envolvendo os Institutos de Química e de Física de São Carlos (USP)
Motivado pelo fato de que milhões de pessoas no mundo ainda não têm acesso a diagnósticos básicos, um projeto temático da FAPESP uniu pesquisadores dos Institutos de Química (IQSC/USP) e de Física (IFSC/USP) de São Carlos no desenvolvimento de uma tecnologia sustentável para diagnóstico molecular acessível. A iniciativa integra o projeto temático “Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico”, coordenado pelo Prof. Dr. Osvaldo Novais de Oliveira Junior, do IFSC/USP.
O resultado é uma plataforma eletroquímica-magnética universal, de baixo custo, portátil e fabricada a partir de materiais reciclados – grafite recuperado de baterias recicladas e plástico de copos descartáveis. Inicialmente validada para a detecção do vírus SARS-CoV-2, a plataforma representa uma inovação de impacto global, combinando ciência de materiais, engenharia, sustentabilidade e saúde pública. O dispositivo pode ser operado manualmente, sem necessidade de laboratórios ou infraestrutura especializada, sendo que os testes são rápidos, apresentando resultados em poucos minutos, e o custo por unidade é de apenas 20 centavos de dólar — uma fração do preço dos exames convencionais.
Prof. Dr. Frank Crespilho (IQSC/USP) (Créditos: Bioelectrochemistry and Interfaces Group)
O funcionamento do biossensor se baseia em nanopartículas magnéticas funcionalizadas com anticorpos, capazes de capturar biomarcadores virais em amostras de saliva. A interação gera um sinal eletroquímico que é lido por um dispositivo portátil. No caso do SARS-CoV-2, o sensor apresentou precisão de 95%, similar ao RT-PCR, considerado padrão-ouro em diagnóstico molecular. O sistema foi validado em amostras de saliva de pacientes com diferentes faixas etárias e sexos, com confirmação por RT-PCR, garantindo sua eficácia em condições clínicas reais.
“O sensor é uma plataforma universal. Embora o primeiro teste tenha sido para COVID-19, ele pode ser adaptado para detectar rapidamente outros vírus, como influenza”, explica o Prof. Dr. Frank Crespilho, do IQSC/USP, que tambem foi coordenador da Rede de Pesquisa em Metabolômica e Diagnóstico da Covid-19 (MeDiCo) USP/CAPES, coordenador do desenvolvimento tecnológico e autor correspondente do artigo publicado na revista ACS Sensors em março de 2025. “Queremos democratizar o acesso a diagnósticos de qualidade com soluções sustentáveis e de baixo custo.” A publicação tem como primeiro autor o pesquisador Caio Lenon Chaves Carvalho, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório do Prof. Crespilho. Sua liderança foi essencial no desenvolvimento e validação do biossensor, contribuindo diretamente para os resultados inéditos alcançados.
Para o Prof. Osvaldo, “foi um projeto longo, liderado pelo grupo do Prof. Crespilho, que contou com renomados colegas cientistas e que culminou em resultados sem precedentes na literatura científica”. A colaboração entre grupos interdisciplinares foi fundamental para integrar inovação tecnológica com impacto social e ambiental.
Além do IQSC/USP e IFSC/USP, o projeto contou com parcerias nacionais e internacionais, envolvendo a Faculdade de Medicina da USP, a Universidade Federal do Piauí (UFP), a Universidade do Minho (Portugal) e o centro de pesquisa BCMaterials, na Espanha.
Mais do que uma resposta à pandemia, essa plataforma inaugura um novo paradigma em dispositivos de diagnóstico acessíveis, reaproveitando resíduos tecnológicos e viabilizando soluções para regiões vulneráveis. O projeto mostra como ciência, sustentabilidade e política pública podem caminhar juntas rumo a um futuro mais justo e saudável para todos.
Acesse AQUI o artigo científico relativo a esta pesquisa.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
(Créditos – “Adobe Stock”)
Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP), da Faculdade de Odontologia da USP de Ribeirão Preto (FORP/USP) e da empresa “BR Labs” desenvolveram um tratamento a laser que melhora significativamente a resistência de instrumentos cirúrgicos contra ferrugem e desgaste, considerado um avanço revolucionário na área da saúde e que promete aumentar a segurança e a eficiência dos procedimentos cirúrgicos. Essa inovação, publicada na revista científica “Materials – MDPI”, pode reduzir custos hospitalares, aumentar a durabilidade dos equipamentos e proporcionar maior segurança aos pacientes.
Uma nova era para os equipamentos cirúrgicos
Os instrumentos cirúrgicos de aço inoxidável são essenciais para procedimentos médicos, mas, ao longo do tempo, a tendência é sofrerem processos de corrosão devido ao contato com líquidos e produtos de esterilização. Essa corrosão pode comprometer a integridade dos equipamentos, aumentando os riscos de infecção nos pacientes e tornando necessária a substituição frequente dos instrumentos. O novo tratamento a laser cria uma barreira protetora na superfície do material, reduzindo esses danos e prolongando sua vida útil. Essa tecnologia representa um grande avanço na busca por instrumentos mais seguros e eficientes, ajudando a garantir a qualidade dos procedimentos médicos e a segurança dos pacientes.
Drª Fátima Maria Mitsue Yasuoka
Equipamentos tratados com laser já demonstraram uma maior resistência, mesmo em contato constante com líquidos agressivos, como soluções de limpeza e fluidos corporais. Este novo método promove a redução do desgaste dos instrumentos, garantindo maior tempo de uso e eficiência, reduzindo a necessidade de descarte precoce, sendo que, desta forma, os hospitais podem gastar menos na reposição frequente de instrumentos, direcionando recursos para outras áreas essenciais da saúde. Além disso, a integridade preservada dos instrumentos reduz o risco de contaminação e complicações pós-operatórias, tornando os procedimentos cirúrgicos mais confiáveis.
Além dos equipamentos médicos, esta inovação tem potencial para ser aplicada em outras áreas que exigem alta resistência à corrosão, como a indústria aeroespacial, automobilística e a fabricação de componentes eletrônicos. A resistência aprimorada dos materiais tratados a laser pode beneficiar diversos setores que dependem de metais duráveis e de alta performance. Os pesquisadores continuarão testando a eficácia do tratamento a laser em diversas condições, incluindo contato com sangue e produtos de limpeza hospitalares, ampliando suas possibilidades de aplicação.
Sobre as particularidades desta pesquisa, a pesquisadora do IFSC/USP, Drª Fátima Maria Mitsue Yasuoka, que é uma das autoras do artigo científico, comenta: “Este trabalho é um excelente resultado de cooperação de alunos de iniciação científica, pesquisadores e professores de diferentes unidades da USP e do setor privado representada pela empresa “BR Labs Tecnologia Óptica e Fotônica Ltda”. O envolvimento de alunos de iniciação científica é um aspecto crucial, pois proporciona a esses estudantes a oportunidade de vivenciar o processo de pesquisa na prática, desenvolver habilidades e despertar o interesse pela ciência. Esta experiência serve como um incentivo para a continuidade das pesquisas e para o desenvolvimento de novos projetos, tanto para os participantes diretos quanto para a comunidade científica. Essa sinergia de conhecimentos e recursos é fundamental para o avanço científico e tecnológico do país”.
Junto com Fátima Maria Mitsue Yasuoka assinam este estudo os pesquisadores Vinicius da Silva Neves, Felipe Queiroz Correa, Murilo Oliveira Alves Ferreira, Alessandro Roger Rodrigues, Witor Wolf, Rodrigo Galo e Jéferson Aparecido Moreto.
Para acessar o artigo científico publicado na revista “Materials – MDPI, clique AQUI.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
(Créditos – ACS Nano 2025, 19, 16204−16223 / CC-BY 4.0)
Pesquisadores destacam o potencial das nanovacinas como aliadas poderosas na luta contra o câncer, combinando precisão molecular, personalização e inovação científica.
Em um artigo publicado na revista científica “ACS Nano”, com destaque na capa inteira, pesquisadores do Grupo de Nanomedicina e Nanotoxicologia do Instituto de Física de São Carlos (GNano-IFSC/USP) traçaram um panorama abrangente sobre os mecanismos de ação, os princípios de design e os desafios clínicos das chamadas “nanovacinas oncológicas”. A proposta tem o intuito de transformar pequenas partículas artificiais (medindo bilionésimos de metro) em “mensageiras” que instruem o sistema imunológico a identificar e eliminar células tumorais.
Este estudo vem ao encontro do fato de a medicina oncológica viver atualmente um momento de transformação, onde a tradicional combinação de tratamentos e outros protocolos — cirurgia, quimioterapia e radioterapia — começa a dividir espaço com abordagens inovadoras que buscam explorar e potencializar as defesas naturais do corpo humano. Entre essas estratégias, as nanovacinas contra o câncer vêm ganhando um destaque importante por apresentarem uma capacidade de unir imunoterapia e nanotecnologia em uma só fórmula.
O que são nanovacinas
As vacinas convencionais funcionam ao introduzirem no sistema imunológico fragmentos de vírus ou bactérias, preparando o corpo para combatê-los em futuras infecções. No caso do câncer, o desafio é diferente, já que o foco é “ensinar” o organismo a reconhecer as células tumorais como uma ameaça, células essas que se encontram no próprio corpo humano, mas que sofreram mutações.
Através da nanotecnologia, as nanovacinas são formulações que utilizam nanopartículas — feitas de materiais como lipídios, polímeros, proteínas ou até metais — para transportar antígenos tumorais e adjuvantes imunológicos diretamente nas células de defesa do corpo. Graças ao seu tamanho minúsculo, essas partículas conseguem penetrar barreiras biológicas com mais eficiência e alcançar tecidos como os linfonodos, onde ocorre a ativação do sistema imune.
Segundo o estudo publicado, onde o primeiro autor é o doutorando Gabriel de Camargo Zaccariotto, o grande trunfo das nanovacinas está na sua versatilidade, já que as nanopartículas podem ser projetadas para proteger os componentes vacinais, liberar os ingredientes de forma controlada e modular a resposta imunológica desejada. Isso quer dizer que uma nanovacina pode ser adaptada para diferentes tipos de câncer, estágios da doença e até mesmo para o perfil genético do tumor de cada paciente, algo que é considerado um passo importante rumo à medicina personalizada.
Além disso, a combinação de antígenos tumorais específicos com adjuvantes poderosos permite induzir uma resposta imune robusta e duradoura. O objetivo final é estimular a produção de células T citotóxicas — verdadeiros “soldados” do sistema imunológico — para que sejam capazes de identificar e destruir células cancerígenas, inclusive aquelas que escapam aos tratamentos tradicionais.
Doutorando do GNano-IFSC/USP – Gabriel de Camargo Zaccariotto
Os desafios
Apesar de ser inovadora e revolucionária, a aplicação das nanovacinas ainda enfrenta barreiras importantes. Poucos produtos chegaram à fase de testes clínicos avançados e nenhum foi aprovado até o momento para uso comercial em pacientes com câncer. Os obstáculos vão desde a complexidade da fabricação em larga escala até questões regulatórias e tecnológicas.
O estudo destaca que ainda é necessário entender melhor como diferentes tipos de nanopartículas interagem com o organismo, como são processadas e quais estratégias adotar para alcançar uma resposta imunológica mais eficaz contra as células tumorais, além de existirem questões éticas e econômicas, como o custo de desenvolvimento e a necessidade de harmonização regulatória entre as agências do mundo. Contudo, esta é uma porta que se abre para um futuro promissor, conforme salienta Gabriel de Camargo Zaccariotto: “A aplicação da nanotecnologia em vacinas já é uma realidade, e os principais centros de pesquisa, assim como empresas dos setores biotecnológico e farmacêutico, têm investido cada vez mais nessa abordagem para o combate ao câncer. Muitos dos desafios enfrentados pelas nanovacinas são compartilhados com outros nanomedicamentos; no entanto, há também barreiras específicas, como a necessidade de aprimoramento dos modelos de aprendizado de máquina utilizados na personalização das vacinas e de uma compreensão mais aprofundada da variabilidade de resposta, influenciada pelo perfil prévio de saúde e pela genética de cada paciente. Ainda assim, os avanços nessa área são notáveis e reforçam o potencial dessa tecnologia para transformar a vida de inúmeros pacientes”.
O futuro
Prof. Dr. Valtencir Zucolotto (Coordenado do GNano-IFSC/USP)
Apesar das incertezas sublinhadas acima, os avanços conquistados até o momento são animadores, já que testes clínicos têm demonstrado que as nanovacinas podem aumentar significativamente a eficácia de outros tratamentos, como inibidores de checkpoint imunológico, tendo-se observado redução nos riscos de metástase, recorrência e morte entre pacientes.
A convergência entre nanotecnologia, biotecnologia e imunologia tem gerado um campo fértil para inovações, sendo que as nanovacinas representam uma ponte entre as descobertas da ciência básica e as necessidades urgentes da medicina clínica oncológica.
Para o Coordenador da pesquisa e do grupo de Nanomedicina (GNano/IFSC/USP), Prof. Dr. Valtencir Zucolotto, que é um dos coautores do artigo “A combinação da Nanotecnologia com a Biotecnologia é uma área estratégica e relativamente nova, que já demonstrou sua capacidade de gerar benefícios para a humanidade, como no caso das vacinas de RNA contra a COVID-19. Pesquisadores que atuam nessa área buscam agora utilizar a Nanobiotecnologia para explorar outras fronteiras científico/tecnológicas em setores importantes como a medicina e o agronegócio”.
Se os próximos passos forem bem-sucedidos, estaremos diante de uma nova era no combate ao câncer, com vacinas que não só irão prevenir doenças, como também combatê-las e curá-las.
Assinam este artigo científico os seguintes pesquisadores: Gabriel de Camargo Zaccariotto, Maria Julia Bistaffa, Angelica Maria Mazuera Zapata, Camila Rodero, Fernanda Coelho, João Victor Brandão Quitiba, Lorena Lima, Raquel Sterman, Valéria Maria de Oliveira Cardoso, e Valtencir Zucolotto.
Confira AQUI o estudo publicado na revista “ACS Nano”.
Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
